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Wechselstrommotor für wirtschaftlichen Betrieb bei niedrigen Belastungen.
Es ist bekannt, die induzierende Wicklung von Drehstrommotoren von Dreieckschaltung auf die Sternschaltung umschaltbar auszuführen, wobei man mit der Sternschaltung eine brauchbare Lei-
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verwirklichen. Aber infolge der Erhöhung der Zusatzverluste oder anderer Schwierigkeiten sind alle diese Verfahren ohne praktischen Wert befunden worden.
Die Erfindung hat den Zweck, die Wechselstrommotoren an eine beliebige Anzahl von Leistuna : s-
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des Motors angeordnet sind, und ist gekennzeichnet durch eine induzierende Hauptarbeitswieklung und eine oder mehrere induzierende mindere Arbeitswieklungen, von denen in jeder Phase entweder die Hauptwicklung allein oder in Reihe mit einer oder mehreren minderen Wicklungen verwendet werden kann, wodurch ausser der gewöhnlichen Leistung eine beliebige Anzahl von Leistungsstufen im Motor von willkürlich gewählten Werten mit gutem Wirkungsgrad und Leistungsfaktor bei jeder dieser Leistungen zu erzielen ist.
Solche Absicht wird dadurch erzielt, dass der magnetische Fluss mit grosser Genauigkeit proportional zur Belastung erhalten wird, und ausserdem dadurch, dass, um die obengenannten Leistungstufen und die gewöhnliche Leistung im Motor zu erzielen, Parallelschaltungen und gemischte Schaltungen der Wicklungen und damit zusätzliche Verluste im Eisen und Verluste durch Wirbelströme im Kupfer der induzierenden Wicklung des Motors vermieden werden.
In diesem Wechselstrommotor werden die Wicklungen einer Phase des Motors vorzugsweise dauernd in Reihe verbunden sein. Diese Verbindungen in jeder Phase zwischen der Hauptwieklung und der minderen Wicklung oder, wenn mehr mindere Wicklungen da sind. zwischen der Hauptwick-
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gungen versehen, die zu einer geeigneten Schaltvorrichtung führen, um in jeder Phase eine oder mehrere induzierende mindere Arbeitswieklungen in den Stromkreis der Hauptwieldung einschalten und gegebenenfalls auch, um bei Drehstrommotoren zu geringeren Leistungsstufen überzugehen, wie an sich bekannt.
von Dreieck auf Stern umschalten zu können oder um in jeder Phase eine oder mehrere induzierende minderer Arbeitswieklungen aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors auszuschalten, beim Übergang von der Dreieck-zur Sternschaltung und darauffolgend eine oder mehrere solche Wicklungen beim Übergang zu aufeinanderfolgend niedrigerenLeistungsstufen wieder einzuschalten.
Vorzugsweise erzielt man die Einschaltung und die Ausschaltung von minderen Wicklungen und gegebenenfalls. im Fall eines Drehstrommotors, auch die Schaltung in Stern oder in Dreieck mittels eines Kontrollers.
Die praktischen und wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung sind durch die Tatsache bedingt, dass. um eine beliebige Leistungsstufe im Motor und die gewöhnliche Leistung des Motors zu erzielen,
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mischen Schaltungen, die Doppelstern-oder Doppeldreieckschaltungen ausgeschlossen sind. so dass zusätzliche Eisen-und Kupferverluste auf ein Minimum verringert werden. Ausserdem kann ma11 einen Motor mit einer beliebigen Anzahl von Leistungsstufen konstruieren und jede Leistungsstufe derart wählen. um den Motor vorteilhaft anpassbar an eine oder mehr gewollte mechanische Belastungen, z.
B. zwischen 20 und 80 v. H. der gewöhnlichen Leistung eines vollbelasteten Motors, zu machen oder an alle Belastungen einbegriffen vom leerlaufenden Motor zur vorbesagten Belastung von 80 v. H.. weil die magnetische Sättigung im Eisen sich mit grosser Genauigkeit proportional der Belastung des Motors erhalten kann.
Es ist zu bemerken, dass in vielen Fällen ein vorhandener Motor passend in einen Motor nach der Erfindung umgewandelt werden kann, nämlich mit einer induzierenden Hauptarbeitswieklung und einer oder mehreren induzierenden minderen Arbeitswieklungen versehen, um sie wie vorbesagt zu verwenden.
Die Beschreibung und Zeichnungen betreffen besonders einen Drehstrommotor mit einer induzierenden Hauptarbeitswicklung und einer oder mehreren induzierenden minderen Arbeitswicklungen
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wicklung und einer beliebigen Anzahl von minderen Wicklungen in der angegebenen Verwendung.
In diesen also als Beispiel gegebenen Zeichnungen zeigt Fig. l ein theoretisches Schemabeispiel einer Serie von Wicklungen eines Drehstrommotors, die aus einer Hauptwicklung und einer minderen Wicklung für die Verwendung nach der Erfindung zusammengesetzt sind. und schematisch eine Dreiphasen-Speiseleitung ; Fig. 2 zeigt schematisch, in Abwicklung Nockenkontaktsegmente eines Kontrollers mit entsprechenden Kontaktfingern ;
Fig. 3 zeigt schematisch ein Beispiel eines Stators mit zwölf Nuten, durch welche eine haupt-Dreiphasen-Statorwicklung und eine mindere Dreiphasen-Statorwicklung gewickelt sind, welche eine Serie von ungleichen Wicklungen für die Verwendung nach der Erfindung-
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spule im Querschnitt : die Fig. 5, 6. 7, 8. 9 und 10 zeigen sehematiseh jede ein Beispiel einer Serie von nach der Erfindung in einem Drehstrommotor verwendeten induzierenden Wicklungen ;
die Figez 12 und 13 zeigen schematisch Beispiele eines Stators mit einer Hauptstato1'\dcklung und einer bzw. zwei bzw. drei minderen Statorwicklungen, durch die Nuten des Stators gewickelt, und gestrichelt ein-
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Xute eines Stators oder eines Rotors mit in Gruppen angeordneten Windungen im Querschnitt ; die Fig. 24, 25, 26 und 27 zeigen schematisch Statorteile mit Spulen oder Spulengruppen im Querschnitt. pie für die Verwendung nach der Erfindung angeordneten oder gebildeten Wicklungen können
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den genannten Wicklungen ist die Hauptwiddung. welche aus einer grösseren Anzahl von Windungen zusammengesetzt ist. bestimmt als induzierende Hauptarbeitswicklung;
die mindere Wicklung, welche aus einer kleineren Anzahl von Windungen zusammengesetzt ist. ist bestimmt als induzierende mindere Arbeitswicklung. Wenn mehr mindere Wicklungen da sind. sind diese letzteren. welche jede eine verschiedene Anzahl von Windungen haben können, fortschreitend wie folgt benannt :.. erste induzierende mindere Arbeitswicklung" : #zweite induzierende mindere Arbeitswicklung": #dritte induzierende mindere Arbeitswicklung"usw. Wo es nachstehend heisst,. Hauptwicklung", bedeutet dies induzierende Haupt-
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Arbeitswicklung.
Wo es nachstehend heisst #mindere Wicklungen": bedeutet dies induzierende mindere Arbeitswickhrngen. Die Benennung #Arbeits-" bedeutet, dass es sich um vom Arbeitsstrom durchflossene Wicklungen handelt, zum Unterschiede von nur von einem Erregerstrom durchtlossenen Wicklungen oder solchen, die nur beim Anlassen von Strom durchflossen werden.
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sind. Die dünnen Linien in jeder Segmentgrnppe bezeichnen elektrisch und mechanisch untereinander verbunden die verschiedenen Xockenkontaktsegmente. Die mit dicken Strichen in den Stellungen I,
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der betreffenden Kontaktfinger entsprechenden Segmente.
Selbstverständlich kann man andere Schaltungssehemata an den Wicklungen mit denselben Anordnungen oder mit analogen Anordnungen entwerfen, wie auch die Verbindungen an den Wicklungen mittels Kontaktbrücken oder in beliebiger anderer geeigneter Weise ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Um die erste Leistungsstufe (bekannt) (erster Grad magnetischer Sättigung im Eisen des Motors)
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Phase zwischen den Enden 1-4, 2-5 und 3-6 mit der minderen Wicklung in Reihe verbunden. die beiden Wicklungen (Haupt- und mindere) werden zwischen den Enden 75. 77 und 7. 3 der minderen Wicklung in einzigem Stern geschaltet, die Dreiphasen-Speiseleitung 10. 11 und 12 wird mit den Enden 7, 8 und 9 der Hauptwicklung verbunden:
um die zweite Leistungsstule (zw eiter Grad magnetischer Sätti- gong ism Eisen des Motors) mit der in Fig. 2 gezeigten Stellung 77 des Kontrollers zu erzielen, wird die Hauptwicklung allein zwischen den Enden 1, 2 und 3 in Stern geschaltet und die Dreiphasen-Speiseleitung 10, 11 und 12 wird mit den Enden 7, 8 und 9 verbunden. und bei dieser Leistungsstufe, welche man nach der Erfindung erzielt, ist die mindere. aus den drei Phasewieklungen 7-15.
5-1J und 6-13 gebildete Wicklung, in jeder Phase aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors ausgeschaltet und sind die Reihenverbindungen in jeder Phase zwischen der Hauptwieklung md der minderen Wicklung unterbrochen.
Um die gewöhnliche Leistung des Motors (höchster Grad
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minderen Wicklung in Reihe verbunden die beiden Wicklungen (Haupt- und mindere) werden in einzigem Dreieck geschaltet ; bei dieser Verbindung wird die Leitung 10 mit dem Ende 7 der Hauptwieklung und mit dem Ende 13 der minderen Wicklung verbunden, die Leitung 11 wird mit dem Ende 8 der Haupt-
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die mindere Wicklung bzw. die minderen Wicklungen rechts gezeigt Die mit vollen Strichen in den genannten. den Schaltstufen entsprechenden Teilfiguren gezeichneten Verbindungen in jeder Phase zwischen der Hauptwicklung und der minderen Wicklung oder den minderen Wicklungen und zwischen den minderen Wicklungen bezeichnen die Einschaltung der minderen wicklung bzw.
Wicklungen in den Stromkreis der Hauptwicllung. Die in den Teilfiguren gestrichelt gezeichneten Verbindungen zwischen der Hauptwicklung und der minderen Wicklung bzw. den minderen Wicklungen und zwischen den minderen Wicklungen bezeichnen die Ausschaltung der minderen Wicklung bzw. Wicklungen aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors, wobei aber die mindere Wicklung oder minderen Wicklungen in jeder Phase immer in Reihe mit der Hauptwicklung verbunden bleiben.
Wo in den Teilfiguren keine Verbindungen gezeichnet sind. stellt dies auch in jeder Phase die Ausschaltung der minderen Wicklung bzw. Wieklungen aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors dar. aber in diesem Fall sind die Reihenverbindungen in jeder Phase zwischen den Wicklungen unterbrochen.
Die Schaltung der Hauptwicklung in Stern oder in Dreieck oder der Wicklungen in einzigem Stern oder in einzigem Dreieck ist in den Einzelheiten der genannten Schemata mit vollen Strichen gezeigt.
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zu erzielen ; nach jeder der Fig. 7 und 8 werden in einem Drehstrommotor die Hauptwicklung und die drei minderen Wicklungen verbunden, wie in 1a, 2a, 3a und 4a gezeigt ist. um auch drei verschiedene Leistungsstufen im Motro und die gewöhnliche Leistung 4a des Motors zu erzielen; nach der Fig. 9 werden
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zu erzielen.
Die eben erläuterten Fig. Ï-10 zeigen klar. wie man in jeder Phase der Serie von induzierenden Wicklungen eines Motors die Einschaltung einer oder mehrerer minderer Wicklungen in den Stromkreis der Hauptwieklung oder beim Übergang von der Dreieck- zur Sternschaltung die Ausschaltung einer oder mehrerer minderer Wicklungen aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen eines Motors gebraucht, um in dem einen oder dem andern Fall (Einschaltung oder Ausschaltung) von der gewöhnlichen Leistung ab eine oder mehrere Leistungsstufen in einem Motor zu erzielen.
Wie schon gesagt, können die Reihenverbindungen dauernd (wie in der Fig. 11 gezeigt) und jede mit einer Abzweigung versehen sein, die zu einer geeigneten Vorrichtung führt, um in jeder Phase der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors die Einschaltung der minderen Wicklung in den Stromkreis der Hauptwicklung oder die Ausschaltung, in jeder Phase. der minderen Wicklung aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors, und in dem einen oder in dem andern Fall die Schaltung in Stern oder in Dreieck auszuführen.
Fig. 12 stellt ein analoges Schema dar, aber mit zwei Reihenverbindungen in jeder Phase ge- strichelt gezeigt, d. h. in jeder Phase zwischen der Hauptwicklung und der ersten minderen Wieklung
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die in den Fig. 6 bzw. 9 oder 10 gezeigten Verbindungen zu bilden.
Fig. 13 stellt ein analoges Schema dar, aber mit drei Reihenverbindungen in jeder Phase gestrichelt gezeigt, d. h. in jeder Phase zwischen der Hauptwicklung und der ersten minderen Wicklung, in jeder Phase zwischen der ersten minderen Wicklung und der zweiten minderen Wicklung, in jeder Phase zwischen der zweiten minderen Wicklung und der dritten minderen Wicklung.
In den Fig. von 14 bis 23. die jede eine Nute eines Stators oder eines Rotors darstellen, sind mit a die Windungen einer Seite, einer Spule, einer Hauptwieklung ; mit b die Windungen einer Seite der Spule bzw. Spulen einer oder mehrerer minderer Wicklungen für die Verwendung nach der Erfindung bezeichnet.
Die Fig. 24 und 25 beziehen sich auf zwei Beispiele von schuppenförmigen Dreiphasen-Schleifenwicklungen : in jeder Figur ist schematisch ein Teil eines Stators mit acht'Xuten gezeigt, wobei :
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wielding gezeigt. Mit b-b ist. in Querschnitt, eine Spule einer minderen Wicklung gezeigt. Die Haupt- wicklung ist für jedes Polpaar jeder Phase durch zwei Nuten und durch zwei Nutenteile gewickelt. Die mindere Wicklung ist für jedes Polpaar jeder Phase durch zwei Nutenteile gewickelt.
Fig. 25 ist ein analoges Schema, aber in diesem Beispiel ist die Hauptwicklung für jedes Polpaar jeder Phase durch zwei besondere, grosse Nuten gewickelt dargestellt und die mindere Wicklung ist für jedes Polpaar jeder Phase durch zwei besondere kleine Nuten gewickelt.
Die Fig. 26 und 27 stellen zwei Beispiele von Dreiphasen-Zweietagenwicklungen dar ; in jeder Figur ist schematisch ein Teil eines Stators mit zwölf Nuten gezeigt, wobei :
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Fig. 27 ist ein analoges Schema, aber in diesem Beispiel ist die Hauptwielilung für jede Spulengruppe jeder Phase durch vier besondere grosse Nuten gewiekelt dargestellt, und die mindere Wicklung ist für jede Spulengruppe jeder Phase durch zwei besondere kleine Nuten gewiekelt.
Die Erfindung umfasst jede beliebige Art von Wechselstrommotoren und diese mit einer beliebigen Anzahl von Polen und induzierenden Wicklungen in eine beliebige Anzahl von Nuten gewickelt. Die Wicklungsart, deren man sieh als Muster bedient, um in einem Motor eine Serie von induzierenden Wick-
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sein ; wohlverstanden, dass alle Wicklungen für jede Phase in derselben Weise im Hinblick auf das induzierende Magnetfeld des Motors angeordnet sein müssen.
Nachstehend sind jetzt zwei Berechmingsbeispiele für einen Drehstrommotor auseinandergesetzt, In den beiden Beispielen ist die Leitungsspannung mit 500 Volt angenommen.
Beispiel l : Für einen Drehstrommotor, in welchem die Wicklungen nach Fig. 6 verbunden werden sollen (welche die Einschaltung einer oder zweier minderer Wicklungen in den Stromkreis der Hauptwicklung in jeder Phase der Serie von induzierenden Wicklungen eines Motors betrifft, um vier ver-
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Leistungsstufen und die gewöhnliche Leistung des Motors, dargestellt in Fig. 6. erzielt man durch die Anwendung der Leitungsspannung (500 Volt).
In la, auf die Hauptwicklung und die beiden minderen Wiclungen, alle in jeder Phase untereinander in Reihe verbunden, insgesamt für 1254 Volt. die Sätrigung immer als normal angenommen. mit Schaltung in einzigem Stern berechnet : in auf die Hauptwicklung und auf die erste mindere Wicklung, in jeder Phase untereinander in Reihe verbunden, insgesamt für 1038 Volt mit Schaltung in
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schaltung für die an sich bekannte Leistungsstufe berechnet : in.
Ja. auf die Hauptwicklung und auf die beiden minderen Wicklungen, alle in jeder Phase untereinander in Reihe verbunden, insgesamt für 725 Volt mit Schaltung in einzigem Dreieck berechnet : in 5a. auf die Hauptwicklung und auf die erste mindere Wicklung, in jeder Phase untereinander in Reihe verbunden, insgesamt für 600 Volt mit Schaltung in einzigem Dreieck berechnet : in 60. auf die Hauptwieklung allein für 500 Volt mit gewöhnlicher Dreieckschaltung für die gewöhnliche Leistung des Motors berechnet.
Da die Leitungsspannung 500 Volt ist. so hat man in dieser Verbindung die auf der Basis obiger Berechnungen als normal vorgesehene Sätti- gung im Eisen.
Angenommen, dass dieser Motor für JOOPS als gewöhnliche VolMstung konstruiert sei. so erzielt
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Leistungsfaktor in jeder Stufe, und die gewöhnliche Leistung des Motors, wie folgt :
Die erste Leistungsstufe (1 für mechanische Belastungen von 5 PS bis 20 PS ; die zweite Leistungsstufe (2a) für Belastungen von 11 PS bis 25 PS : die dritte Leistungsstufe (.'3 a) für Belastungen von 20 PS bis 33 PS ; die vierte Leistungsstufe (e) für Belastungen von 25 PS bis 65 PS : die fünfte Leistungsstufe (5a) für Belastungen von 50 PS bis 85 PS : die gewöhnliche Leistung (6a) für Belastungen von 75 PS bis 100 PS.
Beispiel 2 : Für einen Drehstrommotor, in welchem die Wicklungen der Serie von induzierenden Wicklungen des Motors nach Fig. 10 angeordnet sind (welche die Ausschaltung einer oder zweier minderer Wicklungen aus dem Stromkreis der Serie von induzierenden Wicklungen in jeder Phase eines Motors
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betrifft, nach Ausführung der bekannten Umschaltung vom Dreieck zum Stern, um. nach der Erfindung, zwei verschiedene Leistungsstufen in einem Drehstrommotor zu erzielen. : 2a, und 3n). ist die Hauptwicklung, die drei Phasen in Sternschaltung ; für eine Spannung von 580 Volt berechnet ; die erste mindere.
Wicklung, die drei Phasen in Sternschaltung, für eine Spannung von 120 Volt berechnet : die zweite mindere Wicklung für eine Spannung von 165 Volt berechnet. Die drei verschiedenen Leistungsstufen im Motor und die gewöhnliche Leistung des Motors, dargestellt in Fig. 10. erzielt man durch die Anwendung der Leitungsspannung (500 Volt).
In 1a, auf die Hauptwieklung und auf die beiden minderen Wicklungen. alle in jeder Phase untereinander in Reihe verbunden, insgesamt für 865 Volt mit Schaltung in einzigem Stern berechnet : in 2a. auf die Hauptwicklung und auf die erste mindere Wicklung, in jeder Phase untereinander in Reihe
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wicklung allein für 580 Volt mit Sternschaltung berechnet ; in da auf die Hauptwicklung und auf die. beiden minderen Wicklungen, alle in jeder Phase untereinander in Reihe verbunden, insgesamt fÜr 500 Volt mit Schaltung in einzigem Dreieck berechnet ; da diese die gewöhnliche Leistung des Motors ist. entspricht die Leitungsspannung von 500 Volt der höchsten Sättigung im Eisen desselben.
Angenommen, dass dieser Motor für 100 PS konstruiert sei. welche Pferdestärken die gewöhnliche Leistung eines vollbelasteten Motors darstellen, so erzielt man die drei verschiedenen Leistungsstufen im Motor, mit erhöhtem Wirkungsgrad und mit erhöhtem Leistungsfaktor in jeder Stufe, und die gewöhn- liche Leistung des Motors, wie folgt :
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die zweite Leistungsstufe C. a) für Belastungen von 25 PS bis 60 PS ; die dritte Leistungsstufe (3a) für Belastungen von 50 PS bis 80 PS : die gewöhnliche Leistung (4a) für Belastungen von 75 PS bis 100 PS.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Wechselstrommotor für wirtschaftlichen Betrieb bei niedrigen Belastungen, mit einer Mehrzahl
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feld des Motors angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine induzierende Hauptarbeitswicklung und eine oder mehrere induzierende mindere Arbeitswicklungen, von denen, in jeder Phase. die Hauptwiek- lung entweder allein oder ausschliesslich in Reihenschaltung mit einer oder mehreren minderen Wick- lungen verwendbar ist. wodurch ausser der normalen Leistung stufenweise eine willkürliehe Anzahl von Motorleistungen einstellbar ist und dies infolge der Tatsache, dass der magnetisehe Fluss mit grosser
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bei jeder Leistung.