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Die Erfindung bezweckt eine Wicklung für Asynchronmotore zu schaffen, welche ermöglicht, einen und denselben Motor für veränderliche Drehzahl nur durch Veränderung der Spulenschaltung herzustellen, wobei die Tourenzahl von n bis 3 n geändert werden kann. Das wird dadurch erreicht, dass der Motor mit einer Zweischichtwicklung versehen wird, wobei die Phasenspulen in veränderlichen Gruppen ohne Änderung der Gesamtzahl der in Reihe geschalteten Spulen pro Phase geschaltet werden, u. zw. derart, dass die Wicklung ständig aus zwei normalen und symmetrischen Dreiphasenschichten mit entsprechender Polzahl besteht, welche gegeneinander veränderlich und entsprechend der Polzahl verschoben werden. Dazu wird die Wicklung mit sehr schmalen Spulen versehen. Die Schichtverschiebung kann von 0 bis 120 (elektrisch) geändert werden.
Bei allen diesen veränderlichen Tourenzahlen wird dadurch die Ausnützung des aktiven Materials wunschgemäss hoch gehalten. Das ermöglicht, die Zahl der Fabrikationstypen und den ganzen Arbeitsvorgang auf ein Minimum herabzusetzen und die Tourenzahl des vorhandenen Motors an Ort und Stelle den Betriebsbedingungen anzupassen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, aufgeschnittene Gleichstromschleifen-und Wellenwicklungen für die veränderliche Polzahl zu verwenden, aber sie verlangen eine sehr komplizierte Umschaltung der Leiter mit einer grossen Anzahl von parallelen Stromzweigen, wobei die zugeführte Spannung entsprechend verändert werden muss. Nur in einzelnen Fällen gelingt es, diese Nachteile für zwei verschiedene Drehzahlen durch Umschaltung von Stern in Dreieck zu beseitigen.
Es wurde auch vorgeschlagen, für zwei Drehzahlstufen eine Zweischichtwicklung zu verwenden, wobei eine übliche Dreiphasenwicklung mit zwei verschobenen normalen Schichten nur für eine Polzahl verwendet wird, da für die andere doppelte Polzahl eine abnormale Schaltung der Leiter stattfindet. Auch diese Anordnung verlangt eine Umschaltung der Spulen von Stern auf Dreieck, so dass die Wicklung für eine Spannung verwendbar ist. Eine Schaltung für die mittlere Polzahl zwischen und- ist nach dieser Anordnung unmöglich.
Das Wesen der Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
Die Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel dieser Wicklungsanordnung für einen zweipoligen Motor, wobei die innere Schichte gegen die äussere Schichte um 120 elektrisch verschoben ist.
Die Fig. 2 zeigt das Schaltschema einer solchen Wicklung für ein Polpaar, wobei die Schichten um 1050 verschoben sind.
Die Fig. 3 gibt ein Vektordiagramm für Drehfelder.
Die Fig. 4 gibt die Spulenschaltung für die Wicklung nach Fig. 1 ohne Überkreuzung der Spulen.
Es ist klar, dass diese Wicklung gleichfalls für eine beliebige andere Nuten-und Polzahl verwendet werden kann.
Jede symmetrische Zweischichtwicklung kann man als aus zwei Schichten normaler, symmetrischer Wicklungen bestehend auffassen, von welchen die erste 21 aussen und die zweite 22 innen liegt, wobei die Spulen jeder Schichte eine Hälfte der Leiter der Nut enthalten. Jede von beiden Schichten erzeugt ein eigenes Drehfeld, welche ein resultierendes Drehfeld ergeben. Die beiden Schichten können nach verschiedenen Gesichtspunkten gegeneinander um einen Winkel cl in elektrischen Graden verschoben werden und die Lage des
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resultierenden Drehfeldes OC erhält man, wie Fig. 3 zeigt, durch entsprechende vektoriell Summierung der partiellen Drehfelder OA und OB.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, je schmäler die Spulenweite gemacht wird, desto besser der magnetische Fluss der Änderung der Polteilung folgt.
Das resultierende Drehfeld e durchsetzt die beiden Wicklungsschichten und erzeugt das Drehmoment des Motors. Die Amplitude dieses Feldes kann leicht aus der Gleichung der Flussverkettung für eine Schichte errechnet werden, wobei nur die Komponente (Projektion) des resultierenden Feldes < in der Richtung des eigenen Feldes der Schichte in die Gleichung
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wobei & Wicklungsfaktor für eine Schichte bedeutet. Daraus folgt, dass das resultierende Drehfeld und die Luftinduktion bei Verminderung der Schichtenverschiebung kleiner wird.
Erfindungsgemäss werden die Wicklungsschichten 21 und 22 bei veränderlicher Polzahl zwischen 2 p und 6 p gegeneinander verschoben, u. zw. derart, dass die Verschiebung bei den grösseren Drehzahlen grösser gemacht wird, wobei die Spulenweite kleiner gehalten wird als die Polteilung. Je kleiner die Spulenweite ist, desto besser folgt der magnetische Fluss der Änderung der Polteilung.
Eine weitere Vereinfachung der Ständerwicklung wird als Grenzfall dadurch erreicht, dass die Wicklungs schichten 21 und 22 für die kleinste Polzahl, wie es die Fig. 1 zeigt, um 120'verschoben werden. Diese Wicklung ermöglicht eine Polumschaltung im Verhältnis 1 : 3 und ist für langgestreckte zweipolige Motore mit einer kleinen Bohrung besonders geeignet.
Dabei entsteht eine vereinfachte Wicklung, welche für Serienfabrikation besonders geeignet ist.
Die Spulen können dabei nach Fig. 4 ohne Überkreuzung an den Stirnseiten angeordnet werden.
Aus der Fig. 1 geht hervor, dass die Spulenbreite ss sich entsprechend der Vergrösserung der Schichtenverschiebung (1. verkleinert, wobei die Spulenbreite, wie es die Fig. 1 zeigt, wird p = 180 -K.
Demzufolge werden die Stirnverbindungen kleiner. Bei einer Verschiebung der Ober-und Unterschicht um 1200 wird die Drähtezahl pro Spule fast zweimal grösser, aber gleichzeitig
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wobei die Höhe der Stimverbindungen merldich kleiner wird, als bei normalen Wicklungen.
Daraus geht hervor, dass eine Kupferersparnis schon bei Di : > li leicht erzielt wird. Aus der Fig. 1 und 2 ist auch leicht zu ersehen, dass die Zahl der übergreifenden Spulen bei der Verschiebung der Spulen von 120 auf ein Minimum herabgesetzt wird. Bei einer solchen Wicklung mit der mittleren Spulenbreite gleich einem Drittel der Polteilung nach Fig. 4 findet sogar überhaupt keine Überkreuzung der Spulen statt.
Diese Wicklungsanordnung bringt dadurch eine derart wesentliche Vereinfachung und Verbilligung der Ständerwicklung, dass eine geringe Vergrösserung des Kupfergewichtes keine Rolle spielt.
Diese Wicklung ermöglicht eine Polumschaltung in bedeutend breiteren Grenzen als alle anderen bekannten Wicklungsanordnungen. Das geschieht dadurch, dass die Spulen für jede neue Polzahl in die neuen Gruppen geschaltet werden, u. zw. derart, dass eine symmetrische
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0'2 = 180 0-p2 gegeneinander verschoben werden, wobei ss2 den elektrischen Winkel für die Spulenbreite bei P2 bedeutet.
Das kann man an Hand eines Beispiels für eine solche Wicklung mit 36 Nuten erläutern.
Die Wicklung wird z. B. als eine zweipolige Wicklung mit Schichtverschiebung um 120 ausgebildet. Demnach wird die Spulenbreite : ssi==180 -120 =60 , wobei die Polpaarzahl Pi = 1 und Nutenzahl pro Pol und Phase in jeder Schichte nui = 6.
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Diese Wicklung wird jetzt für vier Pole umgeschaltet. Die Spulenbreite ss bleibt räumlich dieselbe, aber elektrisch wird sie jetzt : ss2 = ss jp == 60. 2 == 120 , weils == 2.
Die Schichtverschiebung ergibt sich : o : 2 = 180 -120 =60 .
Die Zahl der Spulen pro Pol und Phase in jeder Schichte :
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In den beiden Schaltungen ist die Spulenweite kleiner als eine Polteilung.
Diese Wicklung kann auch für : ag = e.
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In allen diesen Schaltungen verbleibt die Wicklung mit zwei symmetrischen Schichten und es werden nur die Spulen jeder Schichte in veränderlichen Gruppen mit der entsprechenden Polzahl geschaltet.
Da die Leistungszunahme nach der Gleichung
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bei einer begrenzten Drehzahlsteigerung unbedeutend zurückbleibt, ist es doch bei starken Schwankungen der Drehzahl z. B. von n bis 3 n zweckmässig, eine normale Sättigung für eine mittlere Polzahl zu wählen, so dass der Motor bei kleineren Drehzahlen unbedeutend übersättigt wird. Bei der Herstellung der rasch laufenden Motoren nach den Blechen und Modellen der langsam laufenden Typen ist es vorteilhafter, nur die Zahl der Windungen je Spule zu verkleinern, wobei die Spulen selbst und alle Abmessungen des Motors beibehalten werden können.
Die Veränderung der Polzahl durch Verschiebung der Wicklungsschichten ist bei allen solchen stark gesehnten Zweischichtwicklungen ohne Spannungsänderung möglich, wobei die Zahl der erzielbaren Drehzahlstufen durch die Spulenbreite begrenzt wird, weil der Ver- schiebungswinkel or bei grösserer Spulenbreite ss kleiner wird. Diese Eigenschaft der Zweischichtwicklungen ermöglicht für eine begrenzte Drehzahländerung eine besonders günstige Spulenbreite zu wählen, bei der die Ausnützung des aktiven Materials wunschgemäss hochgehalten wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zweischichtwicklungsanordnung für Asynchronmotore mit umschaltbaren Spulen für ver- änderliche Drehzahl zwischen n und 3 n dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenweite der Spulen kleiner ist als die Hälfte einer Polteilung für die grössere Drehzahl, wobei die Phasenspulen für jede Polzahl 2p in 2p Gruppen geschaltet sind, u. zw. derart, dass die Wicklung ständig, d. h. bei allen Polzahlen aus zwei normalen Dreiphasenschichten mit entsprechender Polzahl besteht, welche gegeneinander um einen Winkel < x== 180 -ss (in elektrischen Graden) verschoben sind, wo ss den Winkel (in elektrischen Graden) für die Spulenweite in bezug auf die angenommene Polzahl bedeutet (Fig. 1).