<Desc/Clms Page number 1>
Für Gleichstrom- oder Wechselstromspeisung bestimmte polumschaltbare Wicklung
Die Erfindung betrifft eine für Gleichstrom- oder Wechselstromspeisung bestimmte polumschaltbare
Wicklung, insbesondere Feldwicklung für eine mit ausgeprägten Polen versehene Synchronmaschine, die wählbare, in einem Verhältnis von kleiner als 2 : 1 stehende Polzahlen liefert.
Die Erfindung wird zur Verdeutlichung insbesondere in bezug auf Gleichfeldsysteme mit ausgeprägten
Polen beschrieben, die wahlweise entweder 10-oder 8-polige Systeme darstellen können.
In einem normalen Scheinpolsystem für diese Polkombination ist das ursprüngliche Feldsystem das einer üblichen, regelmässigen 10-poligen Anordnung mit ausgeprägten Polen. Um das Feldsystem auf 8
Pole abzuändern, werden die Feldspulen der Pole Nr. 5 und Nr. 10 (von einem willkürlichen Anfang aus fortlaufend gezählt) aus der Schaltung getrennt und für gewöhnlich kurzgeschlossen. Die Feldspulen Nr. 6 bis 9 sind gegenüber den Feldspulen 1 - 4 umgepolt.
Eine solche Anordnung ist in Fig. la und Ib der Zeichnungen dargestellt, u. zw. zeigen Fig. la die von der regelmässigen 10-poligen Schaltung gelieferte Wellenform und Fig. 1b die von der abgewandelten und unregelmässigen 8-poligen Schaltung gelieferte Wellenform.
In Fig. la und 1b und in den weiteren noch zu beschreibenden Figuren ist die Nummer des Pols dargestellt durch die Bezugsziffer, die von den die Pole darstellenden Rechtecken umschlossen ist, und die relativen Polbreiten sind durch die oberhalb der Pole erscheinenden Ziffern dargestellt.
Es lässt sich beweisen, dass die Anordnung nach Fig. 1b eine Feldform ergibt, die hauptsächlich aus einer Mischung von 8-poligen und 12-poligen Systemen besteht. Die Amplitude der magnetomotorischen Kraft der unerwünschten Polzahl, d. h. zwölf Pole. beträgt etwa drei Viertel der Amplitude der gewünschten
Polzahl, d. h. acht Pole. Weiterhin besteht an den beiden Punkten X und Y, wo die Feldspulen von der
Schaltung getrennt sind, notwendigerweise keine magnetische Kraftwirkung. Das bedeutet, dass über zwei rechtwinklig zueinander liegende (rotierende) Durchmesser abwechselnd eine starke magnetische Kraftwirkung bzw. keine magnetische Kraftwirkung besteht. Diese Ungleichförmigkeit trachtet eine verzerrende Wanderwelle mit zwei Knoten, die um den Statorrahmen herum wirkt, zu erzeugen.
Bei einem bestimmten Feldstrom beträgt die Amplitude der gewünschten 8-Pol-Welle nur etwa 80% der Amplitude der ursprünglichen 10-Pol-Welle. Dieser Wert lässt sich nicht einmal durch Erhöhung des Feldstroms verbessern, weil tatsächlich das Eisen bereits durch einen grossen, aber unerwünschten 12-Pol- Fluss gesättigt ist.
Die Erfindung betrifft nun eine für Gleichstrom-oder Wechselstromspeisung bestimmte polumschaltbare Wicklung, insbesondere Feldwicklung für eine mit ausgeprägten Polen versehene Synchronmaschine, die wählbare, in einem Verhältnis von kleiner als 2 : 1 stehende Polzahlen liefert, wobei der Polwechsel durch Änderung der Stromfliessrichtung in der einen Hälfte der Wicklung relativ zur andern Hälfte erfolgt und wobei jeweils alle Wicklungsspulen erregt sind und bei der niedrigen Polzahl die volle Polbreite bestimmter Pole teilbar ist, um bei der höheren Polzahl ein Paar von Polen halber Breite erzeugen zu können, wogegen die Polbreite für die restlichen Pole für beide Polzahlen ungeändert bleibt.
Die Erfindung besteht nun darin, dass das Verhältnis der Polbreite der genannten bestimmten Pole zu dem der restlichen
<Desc/Clms Page number 2>
Pole sowohl für den Arbeitszustand der höheren als auch für den der niedrigeren Polzahl ungleich 1 ist, dass aber das Verhältnis der Breiten der jeweils aufeinander folgende Pole sowohl für den Arbeitszustand der höheren als auch für jenen der niedrigeren Polzahl immer kleiner ist als 2 : 1. Zweckmässig beträgt das Verhältnis der Polbreiten ungefähr 1, 4 : 1. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt das Polbreitenverhältnis zwischen den genannten bestimmten Polen. den restlichen Polen und den Polen hal- ber Breite 3, 25 : 2. 25 : 1. 62.
Die bekannten Feldwicklungen zum Erreichen wahlweise verschiedener Polzahlen ergeben eine regel- mässige Verteilung der Polbreiten für eine der Polzahlen, und für die andere Polzahl sind die Polbreiten stark verschieden, u. zw. gewöhnlich im Verhältnis von 2 : 1. Bei der letztgenannten Polzahl ist der An- teil an Harmonischen gross.
Eine Feldwicklungsanordnung, wie sie in der Erfindung beschrieben wird, unterscheidet sich insofern von bekannten Anordnungen, als die Polbreiten bei beiden Polzahlen unregelmässig sind. Infolgedessen besteht für beide Polzahlen ein Anteil an Harmonischen, der aber für beide klein ist. In der Praxis ist dies besser als die bekannte Alternative, bei der einen Polzahl keinen Anteil an Harmonischen und bei der an- dern einen grossen Anteil an Harmonischen zu haben.
Vorzugsweise ist eine erfindungsgemässe Feldwicklung so angeordnet, dass die Umschaltung von der einen Polzahl zur ändern durch die Umpolung des Stromflusses in einer Hälfte derFeldwicklunggegenüber der Richtung des Stromflusses in der andern Hälfte bewirkt wird, ohne dass ein Teil davon weggelassen wird.
Um die Erfindung praktisch darzulegen, sei nun ein Ausführungsbeispiel in Form eines Gleichfeldsystems, das wahlweise 10-und 8-polige Systeme liefert, genauer in Verbindung mit den weiteren Zeichnungen beschrieben, in denen folgendes dargestellt ist :
Fig. 2a und 2b zeigen eine Feldanordnung, die entweder ein regelmässiges 10-poliges Feld oder ein unregelmässiges 8-poliges Feld liefert. Fig. 3a und 3b zeigen eine Feldanordnung, die wahlweise ein unregelmässigeslO-poligesFeld und einregelmässiges 8-poliges Feld erzeugt.'Fig. 4a und 4b zeigen eine Feldanordnung nach der Erfindung. Fig. 5a und 5b sind ein Feldwicklungs-Schaltschema, das eine Art der wahlweisen Verbindung der Spulen zur Erreichung der Polanordnungen von Fig. 4a und 4b darstellt.
Die Erfindung besteht darin, die Breiten der Pole und ihre Winkellage um die Achse der Maschine herum so zu ändern, d. h. zu"modulieren", dass bei der Drehung die Pole einen willkürlich festgelegten Punkt am Stator der Maschine in unregelmässigen Zeitabständen passieren. Aus diesem Grunde wird das Verfahren der Veränderung der Pollage hier als"Polfrequenzmodulation"bezeichnet.
Die Polbreiten lassen sich in einem polumschaltbaren Gleichfeldsystem für die eine oder die andere der wahlweise verschiedenen Polzahlen in einer Weise verändern, die nicht zur Erreichung des Gegenstandes der Erfindung führt und daher nicht in den Rahmen der Erfindung fällt. Zwei solche Anordnungen sind in Fig. 2a, 2b und in Fig. 3a, 3b dargestellt.
Die erstgenannte dieser beiden Anordnungen liefert ein regelmässiges 10-polige Feld, dessen Wellenform aus Fig, 2a ersichtlich ist. Wie man sieht, sind sowohl die Polbreite als auch der Polabstand regelmässig.
In der entsprechenden 8-poligen Schaltung. deren Wellenform Fig. 2b zeigt, ist der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Polen einheitlich, aber die Polbreite von Pol 5 und von Pol 1 ist doppelt so gross wie die der übrigen sechs Pole.
Im Gegensatz dazu liefert in der Anordnung von Fig. 3a und 3b die 8-polige Anordnung, deren Wellenform in Fig. 3b dargestellt ist, Pole von einheitlicher Polbreite und einheitlichem Abstand.
In der entsprechenden 10-poligen Schaltung, deren Wellenform in Fig. 3a dargestellt ist, ist weder die Polbreite noch der Polabstand einheitlich, u. zw. nehmen zwei aufeinanderfolgende Pole 5 und 6 und zwei aufeinanderfolgende Pole 10 und 1 den Platz eines der übrigen sechs Pole ein.
Im Gegensatz zu den beiden zuletzt beschriebenen Anordnungen liefert die in Fig. 4a und 4b. gezeigte Anordnung nach der Erfindung uneinheitliche Polbreiten und uneinheitliche Polabstände für beide möglichen Polzahlen.
In der 10-poligen Schaltung, deren Wellenform Fig. 4a zeigt, sind die Polbreiten und der Polabstand der sechs Pole 2 - 4 und 6 - 8 einheitlich, aber ihr Wert liegt zwischen denen der entsprechend bezifferten Pole in den Anordnungen von Fig. 2a und b und von Fig. 3a und b. Die Polbreite der vier Pole l, 5.
6 und 10 ist kleiner als die der zuerst erwähnten sechs Pole und liegt wertmässig zwischen denen ders entsprechend bezifferten Pole in den Anordnungen von Fig. 2a und Fig. 3a.
In der 8-poligen Schaltung, deren Wellenform aus Fig. 4b hervorgeht, ist die zweite Hälfte der Feldwicklung gegenüber der ersten Hälfte umgepolt. Hiedurch werden die entgegengesetzten Pole 5, 6 und
<Desc/Clms Page number 3>
10, 1 von Fig. 4a so kombiniert, dass sie jeweils einen einzigen Pol mit doppelter Polbreite bilden. Der
Wert dieser doppelten Polbreite liegt zwischen denen der entsprechend bezifferten Pole in den Anordnun- gen von Fig. 2b und Fig. 3b.
DieVerbindung der Spulen der Feldwicklung ist in. Fig. 5a und 5b dargestellt. In Fig. 5a und 5b sind die Spulen entsprechend den in Fig. 4a und 4b gezeigten Polen numeriert. In Fig. 5a sind die Spulen zwischen den Endklemmen 11 und 12 in Reihe geschaltet, und diese wieder sind an die Klemmen 14 bzw.
15 einer Gleichstromquelle angeschlossen. Die Mittelabgriffsklemme 13 wird nicht verwendet.
In Fig. 5b sind die Klemmen 11 und 12 miteinander und mit der Klemme 15 der Gleichstromquelle verbunden. Die Mittelabgriffsklemme 13 ist an die andere Klemme der Gleichstromquelle angeschlossen.
Gemäss Fig. 5a'entspricht die Reihenschaltung der 10-poligen Anordnung von Fig. la, und gemäss
Fig. 5b entspricht die Parallelschaltung der 8-poligen Anordnung von Fig. 4b. Durch Umpolung des Wick- lungssinnes der Spulen 6 - 10 kann die 10-polige Anordnung durch die Parallelschaltung und die 8-polige
Anordnung durch die Reihenschaltung gebildet werden.
Die Polanordnungen von Fig. 4a und von Fig. 4b sind beide unregelmässig, aber in keiner ist der An- teil an Harmonischen so gross wie bei den unregelmässigen Anordnungen von Fig. lb, Fig. 2b oder Fig.
3a.
Es ist nicht unbedingt nötig, die in Fig. 4a und 4b angegebenen Polbreitenwerte zu verwenden, vor- ausgesetzt, die Unregelmässigkeit zwischen der 8-poligen und der 10-poligen Schaltung ist zwischen bei- den so aufgeteilt, dass Polbreiten entstehen, die zwischen den Werten für eine regelmässige Wicklung liegen. Die gezeigten Werte werden jedoch für die als Beispiele dargestellten wahlweise verschiedenen
Polzahlen bevorzugt, weil das Verhältnis von 2, 25 : 1. 62 etwa gleich dem Verhältnis von 3, 25 : 2, 25 ist, d. h., die drei Polbreiten, die sich auf die Feldwicklungsanordnung in deren Schaltungen für beide
Polzahlen beziehen, bilden eine geometrische Reihe.
Der erste Vorteil eines Gleichfeldsystems, wie es in Fig. 4a und 4b dargestellt ist, besteht in der be- trächtlichen Verringerung des Anteils an Harmonischen im Vergleich zu der unregelmässigen Schaltung der drei Anordnungen in den vorhergehenden Figuren.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass die Feldspulen bei beiden Polzahlen voll wirksam sind, d. h., die Fähigkeit zur Veränderung der Polzahl braucht nicht auf Kosten einer wesentlichen Verringerung in der
Amplitude des einer bestimmten Felderregung entsprechenden Hauptflusses erkauft zu werden.
Ein dritter Vorteil besteht darin, dass mit der Anordnung keine baulichen Schwierigkeiten in der Ma- schine verbunden sind. Die Schaltungsanordnung, bei der vier Schleifringe zur Änderung der Polzahl vor- gesehen sind, ist sehr einfach.
Ein weiterer Vorteil gegenüber bekannten Scheinpolanordnungen besteht in der Vermeidung von Un- gleichmässigkeiten im magnetischen Feld, die zu der oben erwähnten Störungswelle des Statorrahmens führen.
Man kann sagen, dass Gleichfeld-Wellenformen der in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Form bezüglich der Polbreite durch die Breite der Polschuhe einer bestimmten Maschine und bezüglich des Pol- abstandes durch die Winkellagen der Mitten der Polschuhe um die Maschinenachse herum bestimmt wer- den. Die Grösse und die Lage der Körper der Pole brauchen nicht unbedingt mit denen der Polschuhe übereinzustimmen, um die angegebenen Wellenformen zu erreichen.
Daher ist es in einigen praktischen Fällen möglich, ein Feldsystem gemäss der Erfindung einzig und allein durch die Dimensionen und Lagen der Polschuhe zu erzeugen, während die Polkörper einheitliche
Dimensionen und einheitliche Abstände haben.
Die in den Zeichnungen gezeigten Feldwellenformen sind nur schematisch dargestellt. Bei den in der Praxis verwendeten Maschinen sind die Formen der Pole normalerweise in dem Fachmann bekannter Art und Weise so eingerichtet, dass eine etwa sinusförmige Wellenform entsteht. Ebenso lassen sich die genauen Grössen, Formen und Lagen der Polschuhe in einem Feldsystem nach der Erfindung leicht in analoger Weise bestimmen, und die Einzelheiten solcher Verfahren brauchen hier nicht besprochen zu werden, um die Erfindung klar verständlich zu machen.
Eine Feldwicklung nach der Erfindung kann vorteilhafterweise in einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Ankerwicklung kombiniert werden, die wahlweise verschiedene Polzahlen nach dem Verfahren der Polamplitudenmodulation liefert.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.