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Induktionsmaschine änderbarer Drehzahl
Die Erfindung bezieht sich auf eine Induktionsmaschine änderbarer Drehzahl, mit einem Stator, in dessen Nuten zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes eine Primärwicklung aus einer Anzahl von mit Strömen aus einem Mehrphasennetz gespeisten Spulengruppen untergebracht ist und mit einer Schalt- einrichtung zum Umschalten der den Spulengruppen zugeführten Ströme.
In der brit. Patentschrift Nr. 896,627 ist eine Induktionsmaschine beschrieben, bei welcher durch die Änderung der von einem Stator oder einer Primärwicklung erzeugten Anzahl von wirksamen Polen eine kontinuierliche Änderung der Drehzahl ermöglicht ist. Zu diesem Zwecke wird in die Leiter in den Nuten eines Primärwicklungskörpers in einem geeigneten Verhältnis Strom aus dem Netz und aus wenigstens einer Phasenschiebereinrichtung eingespeist. Hiedurch werden die Pole gestreckt, wenn die Phasenschiebereinrichtung in einer Richtung in bezug auf den Netzstrom arbeitet und geschrumpft, wenn die Phasenschiebereinrichtung zum Arbeiten im entgegengesetzten Sinn eingestellt ist. Eine solche Maschine kann als Phasenmischmaschine bezeichnet werden.
Wie erwähnt, ist die Änderbarkeit der Drehzahl bei solchen Phasenmischmaschinen kontinuierlich und wird mit dem Aufwand wenigstens einer Phasenschiebereinrichtung erreicht. Bei vielen industriellen Anwendungen von Induktionsmaschinen ist jedoch eine stufenlose Veränderung der Drehzahlen nicht wesentlich und Maschinen mit einer Anzahl unveränderlicher, verschiedener Drehzahlen, die in einem gewünschten Bereich liegen, können häufig durchaus entsprechen.
Es sind polumschaltbare Motoren bekanntgeworden, bei welchen die Statorwicklung aus zwei oder mehreren Spulengruppen aufgebaut ist, die zur Erzielung einer Anzahl verschiedener Drehzahlen mit Hilfe einer Schalteinrichtung wahlweise an das Netz angeschaltet oder miteinander verbunden werden können. Um den Anforderungen der technischen Praxis zu genügen, muss eine polumschaltbare Maschine gleichzeitig drei Bedingungen erfüllen. Zunächst muss die Primär- oder Statorwicklung so einfach wie möglich aufgebaut sein, zweitens muss die Ausnützung des Kupfers der Maschine in allen Fällen gut und drittens der Gehalt des wandernden Magnetfeldes an Harmonischen bei allen Drehzahlen klein sein.
Wenn eine der bekannten Maschinen für zwei Drehzahlen mit zwei Spulengruppen - für jede Drehzahl eine-ausgerüstet wurde, so ist die Ausnützung des Kupfers offensichtlich schlecht. Werden aber bei jeder Drehzahl sämtliche Spulen erregt, so ist zwar der Kupferausnützungsgrad besser, aber die erforderliche Anzahl von Spulen wird gross und Harmonische können in erheblichem Masse auftreten.
Es ist Hauptziel der Erfindung eine Induktionsmaschine anzugeben, welche von diesen Mängeln frei ist bzw. die oben genannten Bedingungen erfüllt. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung wird erstrebt, eine solche Maschine hinsichtlich der Leistung und des Wirkungsgrades den Charakteristika einer üblichen Induktionsmaschine anzugleichen.
Um diese Ziele zu erreichen sind erfindungsgemäss die magnetomotorischen Krafte in wenigstens einigen Nuten aus den von Strömen in Leitern von Spulen wenigstens zweier Spulengruppen für die Nuten hervorgerufenen, überlagerten magnetomotorischen Kräften zusammengesetzt. Ferner ist zufolge der Anordnung jeder Spulengruppe die Grösse des Stromflusses in den Leitern der Nuten, die von den Spulen einer Spulengruppe herrührt, zu einer eindeutigen Funktion des Winkels in jenem Winkelbereich des Stators gemacht, den diese Spulengruppe einnimmt.
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Schliesslich ist die Schalteinrichtung zum Speisen korrespondierender Spulen der Gruppen von Phasen des Netzes in verschiedenen Kombinationen eingerichtet, um verschiedene vorgegebene Werte der mitt- leren Phasendifferenz der Ströme in benachbarten Nuten herbeizuführen und hiedurch die Drehzahl auf je- weils einen von einer gleichen Anzahl voneinander verschiedener Werte einzustellen.
Die Primärwicklung braucht nur über einen Teil des Rotorumfanges erstreckt zu sein und kann z. B. aus einer ungeraden Anzahl, wenigstens jedoch aus drei Spulengruppen bestehen. Bei über einen Bogen erstrecktenPrimärwindungen kann die Anzahl der erzeugten Pole bei der Phasendifferenz Null der Anzahl der Pole gleich sein, welche der über den gleichen Bogen erstreckte Teil einer üblichen, für eine gera- de Anzahl von Polen ausgelegten Wicklung erzeugt. An Stelle eines genuteten Statorkörpers können zwei getrennte, symmetrisch angeordnete Statoren vorgesehen sein, in deren Nuten je eine Primärwicklung un- tergebracht ist.
- Die Primärwicklung kann aber auch den Rotor völlig umschliessen und beispielsweise aus nk Spulen- gruppen aufgebaut sein (n bedeutet die Anzahl der Netzphasen, k eine ganze Zahl).
Die Erfindung ist im folgenden eingehender beschrieben, wobei sich weitere Erfindungsmerkmale er- geben werden. Dieser Beschreibung sind beispielsweise Ausführungsformen zugrundegelegt, die in der
Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt Fig. l in schematisierter Darstellung ein Ausführungsbei- spiel einer Maschine mit einem drei Spulengruppen aufweisenden Stator, Fig. 2 - 5 die Schaltungen, aus welchen die drei Spulengruppen des Stators vom Netz gespeist sind, um die Phasendifferenzen 0 bzw. +600 bzw. -600 bzw. +1200 zu liefern, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Schalteinrichtung für drei Spulen- gruppen, zur Erzielung von Phasendifferenzen von 600 und 1200, Fig.
7 ein Ausführungsbeispiel einer
Schalteinrichtung zur Erzielung von Phasendifferenzen von 120 , Fig. 8 in schematisierter Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Maschine mit einem fünf Gruppen von Spulen aufweisenden Stator, Fig. 9 die Schaltung, nach welcher die fünf Spulengruppen des Stators vom Netz gespeist sind, um eine Phasendifferenz von 240 zu ergeben, Fig. 10 eine Ausführungsform einer Schalteinrichtung für fünf Spulengruppen zur Erzielung einer Phasendifferenz von 240 , Fig. 11 eine Abwandlung der Schalteinrichtung nach Fig. 10 für fünf Spulengruppen. zum Herbeiführen von Phasendifferenzen von 1200 und 2400, Fig. 11 eine Schalteinrichtung zum Herbeiführen von neun verschiedenen Phasendifferenzen, Fig.
13 eine Ausführungsform der Maschine mit zwei Statorblöcken, von denen jeder mit drei Gruppen von Spulen versehen ist, Fig. 14 die beiden Statorblöcke der Maschine nach Fig. 13 in abgewinkelter Form, Fig. 15 - 19 den Wellenverlauf des magnetischen Feldes, das unter verschiedenen Bedingungen in der Maschine nach Fig. 14 erzeugt wird, Fig. 20 eine Ausführungsform einer zusätzlichen Schalteinrichtung zur Phasenumkehrung der Ströme in den zwei Wicklungen der Maschine nach Fig. 14, Fig. 21 eine weitere Ausbildung eines Statorblockes, Fig. 22 in schematisierter Darstellung eine Ausführungsform eines gleichförmig verlaufenden Stators, Fig. 23 und 24 zwei verschiedene Formen der Statorwicklung, Fig. 25 schematisch die Anordnung der Spulen von drei Gruppen zur Ausbildung eines gleichförmigen Verlaufes der Statorwicklung, Fig. 26 die Wicklung nach Fig.
25 in ausgebreiteter Form, Fig. 27 eine Schalteinrichtung zur Verwendung mit der Wicklung nach Fig. 26, Fig. 28 in schematisierter Darstellung eine gleichförmig verlaufende Statorwicklung mit sechs Gruppen von Spulen, Fig. 29A, 29B bzw. 30A, 30B (die nach dem Schema 29A, 29B, 30A. 30B zusammengehören) die Wicklung nach Fig. 28 in ausgebreiteter Form, Fig. 31 eine Schalteinrichtung zum Gebrauch mit den Wicklungen nach den Fig. 29 und 30, Fig. 32A, 32B (die einander anschliessen) und 33 eine gegenüber Fig. 26 abgeänderte Anordnung der Wicklungen, Fig. 34 eine Wicklungsanordnung, bei welcher die bei den obigen Anordnungen auftretenden Harmonischen vermindert sind, Fig. 35A, 35B, 36A und 36B (die nach dem Schema 35A, 35B, 36A, 36B zusammengehören) die Wicklung der Fig. 34 in ausgebreiteter Form, Fig.
37 und 38 in abgewickelter Form je eine Wicklung mit gesehnten Spulen, Fig. 39 in abgewickelter Form eine Wicklung mit gesehnten Spulen und einer Leiterverteilung in den Nuten, welche von der in den vorhergehenden Wicklungen abweicht, Fig. 40 die gewünschte Stromverteilung in zwei Wicklungen, Fig. 41 in abgewickelter Form eine einzige Wicklung, welche die Stromverteilung nach Fig. 40 liefert, Fig. 42A - 42H Diagramme für die Auslegung von Maschinen mit zwei Drehzahlen, Fig. 44 eine mögliche Ausführungsform einer Schalteinrichtung für Maschinen mit zwei Drehzahlen und Fig. 45 bis 51 verschiedene Wicklungspläne für Maschinen mit zwei Drehzahlen.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsbeispiel einer Phasenmischmaschine besteht aus einem Primärwicklungskörper oder-block 10, der mit Nuten 11 versehen ist, in welchen die Primärwicklung untergebracht ist. Der Rotor 12 ist von dem üblichen Käfigläufertyp, von dem keine Details gezeigt sind. Er ist an einer Welle 13 montiert, die in Lagern an dem Maschinengestell drehbar gelagert ist (nicht gezeichnet). Die Primärwicklung besteht aus drei Gruppen von Spulen 14,15, 16, welche unmittelbar derart mit Strom versorgt sind, dass die Phase des Stromes, welcher durch die Spulen der Gruppe 14 fliesst,
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zwischen dem Strom in der oberen Spule der Gruppe 16 und der oberen Spule der Gruppe 15.
Gleiche Phasendifferenzen bestehen zwischen den andern Spulen der Gruppen, die Ströme in den mittleren Spulen sind Y, B,-R und in den unteren Spulen B, R und-Y. Man sieht, dass bei dieser Stellung der Schalter die Schaltung nach Fig. 3 herbeigeführt ist, die Phasenverschiebung 1200 beträgt, und die Schaltung bzw.
Speisung positiv ist.
Wenn die Drehschalter so gedreht werden, dass ihre Arme auf den Kontakten 3 aufliegen, und die Umschalter in der soeben erwähnten Stellung verbleiben, so entspricht die Anordnung dem Schaltbild der Fig. 4 ; die Phasenverschiebung beträgt noch 1200, aber die Schaltung oder Speisung ist negativ.
Wenn nun die Umschalter IRE-3RE in ihre Ausgangsstellung umgelegt werden und die Arme der Drehschalter auf den Kontakten 3 verbleiben, so sind die oberen Spulen der drei Gruppen 14,16 und 15 mit Strom aus den Phasen R, B und Y gespeist, die mittleren Spulen erhalten Strom von den Phasen Y, R und B und die unteren Spulen von den Phasen B, Y und R. Dies entspricht dem Schaltbild nach Fig. 5. Der Phasenunterschied zwischen den Strömen beträgt 1200 und die Phasenverschiebung 2400 im positiven Sinn.
Eine Phasenverschiebung von 1200 im negativen Sinn wird erreicht, wenn die Drehschalter auf den Kontakt 2 gedreht und die Umschalter in ihrer Ausgangsstellung belassen werden. Die oberen Spulen der drei Gruppen werden dann mit Strömen von den Phasen R, Y und. B, die mittleren Spulen von den Pha- sen Y, B und R und die unteren Spulen von den Phasen B, R, Y gespeist.
Wenn eine Phasendifferenz von 120 im positiven und negativen Sinn, aber keine Phasendifferenz von 600 erforderlich ist, so kann man ohne Umschalter auskommen, und die Schalteinrichtung vereinfacht sich in der in Fig. 7 dargestellten Weise. Wenn die Drehschalter 1RO und 2RO sich in der dort dargestellten Stellung befinden, so ist die Phasenverschiebung gleich Null. Liegen die Schaltarme auf den Kontakten 2 auf, so ergeben sich die in die Spulen der drei Gruppen fliessenden Ströme nach folgendem Schema :
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<tb>
<tb> 14 <SEP> 16 <SEP> 13
<tb> R <SEP> Y <SEP> B
<tb> Y <SEP> B <SEP> R
<tb> B <SEP> R <SEP> Y <SEP>
<tb>
Dies entspricht der negativen Speisung.
Liegen die Schaltarme auf den Kontakten 3,, so entspricht die Stromspeisung der Spulen dem nachstehenden Schema :
EMI4.2
<tb>
<tb> 14 <SEP> 16 <SEP> 15
<tb> R <SEP> B <SEP> Y
<tb> Y <SEP> R <SEP> B
<tb> B <SEP> Y <SEP> R
<tb>
Diese Schaltung ist positiv und entspricht Fig. 5.
Der Gesamtbetrag der Phasenverschiebung des magnetischen Wanderfeldes zwischen den beiden Enden der Primärwicklung kann vergrössert werden, wenn in die Primärwicklung gemäss Fig. 8 zwei weitere Spulengruppen eingeführt werden. Zur Bezeichnung derselben Teile sind in Fig. 1 und Fig. 8 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der in Fig. 8 veranschaulichten Wicklung sind die beiden zusätzlichen Spulengruppen mit 17 bzw. 18 bezeichnet.. Die Spulengruppen 14,16 und 17,18 sind gemäss der erwähnten brit.
Patentschrift Nr. 896,627 mit Strom aus gesonderten Phasenschiebereinrichtungen gespeist, u. zw. derart, dass die den Spulengruppen 17,18 zugeführten Ströme eine Phasenverschiebung von 2 6 il. bezug auf den Netzstrom und die den Spulen der Gruppe 14,16 zugeführten Ströme gegenüber den Netzströmen eine Phasenverschiebung EJ aufweisen. Wenn daher der Phasenunterschied zwischen Strom in den Spulengruppen 14 und 15 und den Spulengruppen 16 und 15 +ego bzw.-00 und zwischen den Strömen in den Spulengruppen 17 und 15 und den Spulengruppen 18 und 15 2 E) bzw.-2 0 beträgt, so wird die gesamte Phasenverschiebung des magnetischen Wanderfeldes 4 6 sein.
Dieses Prinzip kann auf die Erfindung angewendet werden, wie aus der folgenden Erläuterung in Verbindung mit Fig. 9 hervorgeht.
Wenn die fünf Spulengruppen in der Weise geschaltet sind, welche die Fig. 9 zeigt, so sieht man, dass die Phase der Ströme, die in den Spulen der Gruppen 14 und 15,16 fliessen, mit der in nach Fig. 5 erreichten übereinstimmt und daher, soweit es diese Gruppen betrifft, ein Phasenunterschied von 1200 im positiven Sinn vorhanden ist. Was die Gruppen 17 und 18 anbelangt, so ist die Phase der Ströme, welche in den Spulen der Gruppen 17 fliessen, um 2400 gegenüber der Phase der Ströme voreilend, welche in den
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Spulen der Gruppen 15 fliessen, wogegen die Phase der Ströme in den Spulen der Gruppe 18 um 2400 gegenüber der Phase der in den Spulen der Gruppe 15 fliessenden Ströme verzögert ist.
Die Phasenverschiebung in dem wandernden magnetischen Feld ist daher positiv und doppelt so gross als der Phasenunterschied zwischen den Strömen in den Spulen der Gruppen 17 und 18, d. h. 4800.
Eine Schalteinrichtung, mit deren Hilfe die in Fig. 9 gezeigten Schaltverbindungen herstellbar sind, ist in Fig. 10 dargestellt. Es werden zwei miteinander gekuppelte Drehschalter 3RO und 4RO verwendet, und wenn die Schalter die in der Figur gezeigte Stellung einnehmen, so ist die Phase der entsprechenden Spulen aller Gruppen zugeführten Ströme die gleiche. Liegen die Schaltarme an den Kontakten 2, dann
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Die Schalteinrichtung nach Fig. 10 kann durch Hinzufügen von Umschalter erweitert werden, um auch mögliche Phasenverschiebungen von 2400 oder 4800 sowohl im positiven als im negativen Sinne vorzusehen. Diese Anordnung ist in Fig. 11 veranschaulicht. Befinden sich die Drehschalter 3RO und 4RO in der gezeichneten Stellung, so werden entsprechende Spulen sämtlicher Gruppen durch Ströme der gleichen Phase gespeist. Liegen die Schaltarme auf den Kontakten 2 und die Umschalter in der gezeigten Stellung, so ergeben sich die Phasen der den Spulen zugeführten Strömen aus der folgenden Tabelle :
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<tb>
<tb> 14 <SEP> 18 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 15
<tb> R <SEP> R <SEP> B <SEP> B <SEP> Y
<tb> Y <SEP> Y <SEP> R <SEP> R <SEP> B
<tb> B <SEP> B <SEP> Y <SEP> Y <SEP> R
<tb>
Diese Schaltung entspricht Fig. 9 und liefert eine Phasenverschiebung um 4800 im positiven Sinn.
Befinden sich die Schaltarme auf den Kontakten 3, so ergibt sich eine Phasenverschiebung um 4800 in negativem Sinn. Werden nun die Umschalter 4RE - 6RE und 7RE - 9RE, die alle miteinander gekuppelt sein können, umgelegt, und die Drehschalter auf die Kontakte 2 gestellt, so sind die Verbindungen der
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EMI5.4
<tb>
<tb> 14 <SEP> 18 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 15
<tb> - <SEP> R <SEP> R-B <SEP> B <SEP> Y
<tb> - <SEP> Y <SEP> Y-R <SEP> R <SEP> B
<tb> - <SEP> B <SEP> B-Y <SEP> Y <SEP> R
<tb>
Eine Phasendifferenz von 600 tritt nun zwischen den Strömen in den Spulen der Gruppe 14 und den Spulen der Gruppe 15 und zwischen den Strömen in den Spulen der Gruppe 16 und den Spulen der Gruppe 15 auf, wogegen eine Phasendifferenz von 1200 zwischen den Spulen der Gruppen 17 und 15 und zwischen den Spulen der Gruppen 18 und 15 besteht, d. h. die Phasenverschiebung ist 2400.
Diese Schaltung ist negativ. Die positive Speisung, welche unten gegeben ist, erreicht man bei umgelegten Umschaltern und durch Drehen der Drehschalter auf die Kontakte ; sie erfolgt nach der folgenden Tabelle :
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<tb>
<tb> 14 <SEP> 18 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 15
<tb> - <SEP> R <SEP> R-Y <SEP> Y <SEP> B
<tb> - <SEP> y <SEP> Y-B <SEP> B <SEP> R
<tb> - <SEP> B <SEP> B-R <SEP> R <SEP> Y
<tb>
Es lassen sich noch weitere Schaltereinrichtungen entwickeln, welche andere Phasenverschiebungen ergeben. Es wird jedoch angenommen, dass die gegebenen Beispiele ausreichen, um das Prinzip der Erfindung verständlich zu machen. Bei den besprochenen Beispielen ist die Zahl der erreichbaren Phasenverschiebungen auf fünf beschränkt.
Zum Beispiel im Falle einer Primärwicklung mit drei Spulengruppen auf 00, 1200 und 2400, oder im Falle einer Primärwicklung mit fünf Spulengruppen auf 00, 240 und
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121 : 1200 und 240 . Sie erfordert allerdings die Anwendung eines Dreiphasentransformators, um die Anwendung einer Sterndreieckschaltung zu ermöglichen. Die für diese Phasenverschiebungen erforderlichen Stellungen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben, in welcher 0 = bedient, N = normal bedeutet, und
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1, 2 und 3 die Kontakte anzeigt, auf welche die Arme der Drehschalter 5RO und 6RO gestellt sind.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Phasen <SEP> - <SEP> Phasen <SEP> - <SEP> 5RO <SEP> 10RE-12RE <SEP> 6RO <SEP> 7RO <SEP> 13RE-15RE <SEP> 8RO <SEP>
<tb> unterschied <SEP> verschiebung
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> N <SEP> N <SEP> 1 <SEP> N <SEP> 1 <SEP>
<tb> - <SEP> 1200 <SEP> -2400 <SEP> 2 <SEP> N <SEP> N <SEP> 2 <SEP> N <SEP> 1
<tb> +1200 <SEP> +2400 <SEP> 3 <SEP> N <SEP> N <SEP> 3 <SEP> N <SEP> 1
<tb> + <SEP> 600 <SEP> +1200 <SEP> 2 <SEP> N <SEP> N <SEP> 2 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> - <SEP> 600 <SEP> -1200 <SEP> 3 <SEP> N <SEP> N <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> +30 <SEP> +60 <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 0 <SEP> 3
<tb> - <SEP> 300 <SEP> - <SEP> 600 <SEP> 2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 3
<tb> +90 <SEP> +180 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 0 <SEP> 2
<tb> - <SEP> 90 -180 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> N <SEP> 2 <SEP>
<tb>
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zahl voneinander
verschiedener Geschwindigkeiten einzuhalten sind, welche gleichzeitig die Charakteristika einer üblichen Induktionsmaschine aufweist. Bei einer Phasenmischmaschine, wie sie bisher vorgeschlagen wurde, und bei welcher die Drehzahl stufenlos veränderbar ist, umgreift die Primärwicklung nicht die gesamte Sekundärwicklung, sie ist nicht gleichförmig verteilt und jener Teil des Primärkörpers, welcher nicht bewickelt ist, war entweder völlig weggelassen oder mit einer Kurzschlusswicklung versehen, um die Rotor-oder Sekundärwicklung vom Eintreten eines Flusses zu bewahren, wenn sie sich von dem Ausgangs- zu dem Eintrittsende der Primärwicklung bewegt. Dies ist notwendig, um die Maschine zu befähigen, mit Drehzahlen zu laufen, welche nicht-ganzen Polzahlen entsprechen.
Solche Maschinen sind jedoch hinsichtlich der Polzahl gewissen Bedingungen unterworfen, was der Leistung und dem Wirkungsgrad eine Grenze setzt, und die Maschine zu einer Multipolarmaschine macht, so dass sie nur mit kleinen Drehzahlen laufen kann.
Experimentell wurde gefunden, dass ein hoher Wirkungsgrad und eine grosse Leistung erreichbar ist, wenn der unbewickelte, d. h. der unwirksame Bogen weder weggelassen noch mit ein er Kurzschlusswick- lung versehen ist, so dass der Rotorfluss von dem Austritts- zu dem Eintrittsende geführt werden kann, vorausgesetzt, dass der wirksame Teil der Primärwicklung einem Abschnitt einer üblichen Maschine entspricht, die eine gerade Anzahl von Polen aufweist. Als Beispiel für diese Bedingung sei erwähnt, dass bei einer sich auf einem Bogen von 2700 erstreckenden Primärwicklung diese zur Erzeugung von drei Polen eingerichtet sein sollte, denn sie würde dann einem Abschnitt der Primärwicklung einer üblichen vierpoligen Maschine entsprechen.
In einem solchen Fall ist das Verhalten einer Maschine mit ungleichförmig verteilter Primärwicklung im wesentlichen das gleiche wie das einer üblichen Maschine.
Diese Bedingung kann in folgender Form geschrieben werden :
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worin 01. in Graden den aktiven Bogen der Primärwicklung, n die Anzahl der von der Primärwicklung er-
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Stelle von n für diese Phasenverschiebungen (n : 11/3) bzw. (n : 2 2/3) zu setzen. Offensichtlich muss bei einer Änderung von n auch p geändert werden, so dass sich das folgende Gleichungssystem ergibt :
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genügt. Die kleinste Anzahl von Polen ist 2, liefert eine Drehzahl von 3000 Umdr/min und Gleichung 5 ist erfüllt. Daher ist
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Für eine Phasenverschiebung von 00 wird die Maschine als 2p-polige Maschine, d. h. als 6-Polmaschine, mit einer Geschwindigkeit von 1000 Umdr/min laufen.
Bei einer Phasenverschiebung von +2400 arbeitet die Maschine mit 2 (p+1) Polen, d. h. als 8-Polmaschine, mit einer Drehzahl von 750 Umdrehungen. Eine Phasenverschiebung von-2400 ergibt eine 4-Polmaschine mit 1500 Touren, wogegen eine Phasenverschiebung von +4800 eine 10-Polmaschine mit 600 Touren und eine Phasenverschiebung von-4800 eine 2-Polmaschine liefert, wie vorhin erwähnt.
Die erreichbaren Drehzahlen sind daher
3000,1500, 1000,750 und 600 Umdr/min.
Ein. anderer Drehzahlbereich lässt sich erreichen, wenn z. B. 2 (p-2) = 4 oder p = 4, n = 5 1/3 gewählt wird. Die erreichbaren Umdr/min liegen dann bei
1500,1000, 750,600, 500.
Es ist klar, dass andere Bereiche erreichbar sind, wenn für 2 (p-2) ein anderer Wert gewählt wird.
Wenn nur drei Spulengruppen vorgesehen sind, die Phasenverschiebungen um o herbeiführen, dann werden 2/3 oder 11/3 Pole der Grundpolzahl hinzugefügt, was zu dem Werte c gleich 1200 führt.
Dies ist ein unökonomischer Wert und in jedem Falle würde der Fluss verfallen, wenn er um den unwirksamen Bogen, der 2400 beträgt, herumgeführt wird. Die fünf Gleichungen können aber in folgender Weise geschrieben werden :
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In diesem Falle ist 2 (p-4) = 2 oder (p-4) = 1, so dass sich p = 5 und n = 6 2/3 ergibt. Die möglichen Umdrehungszahlen/min sind daher
3000,1000, 600,428, 333.
Wenn p-4 =2, p = 6 und n = 8 gesetzt wird, ergibt sich folgender Bereich für die Drehzahlen :
1000,600, 428,333, 273.
Induktionsmaschinen mit nur drei voneinander verschiedenen Drehzahlen sind möglich und können mit drei oder fünf Spulengruppen ausgelegt werden. Wenn nur drei Spulengruppen verwendet werden ( 6) und die Phasenverschiebung 120 beträgt, ergeben sich die Gleichungen :
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Diese Gleichungen ergeben Umdrehungszahlen von 3000,1000 und 600, für p = 3. Andere Drehzahlbereiche ergeben sich durch die Wahl von andern Werten für p. Zum Beispiel erhält man für p = 5 die Drehzahlen 1000,600 und 428. Wenn eine Phasenverschiebung von 1200 an Stelle von 600 erzeugt wird, so sind 3000,1500, 1000 und 1500,1000, 750 zwei mögliche Drehzahlenbereiche.
Wenn nur drei verschiedene Drehzahlen erforderlich sind, bringt die Verwendung von e und 26-Wicklungen keinen Vorteil, da die gleichen Drehzahlen bei etwas vermindertem Wirkungsgrad und mit einer komplizierteren Wicklung und Schaltung erzielt werden.
Es sei daran erinnert, dass bei der Betrachtung einer Anordnung mit drei Spulengruppen und einer möglichen Phasenverschiebung von : l festgestellt wurde, dass der sich ergebende Wert für os (1200) un- ökonomisch sei. Es-ist jedoch möglich, gemäss einem Merkmal der Erfindung zwei solche Anordnungen zu verwenden, wie in Fig. 13 gezeigt ist, in welcher die Bezugszeichen dieselbe Bedeutung haben wie in Fig. 1. Aus Fig. 13 ist zu entnehmen, dass zwei Primärwicklungen an getrennten Körpern 10, 10'vorgesehen sind, die sich über gleiche Abstände um die Rotorachse erstrecken. Die Phase der Ströme, welche den Spulen der Gruppen 14, 14'zugeführt werden, ist die gleiche. Dasselbe gilt für die Spulen der Gruppen 16,16'.
Die Spulengruppen 14, 14' ; 15, 15'und 16, 16'werden mit Strömen geeigneter Phase parallel gespeist. Diese Anordnung vermeidet einen unausgeglichenen magnetischen Zug bei Stillstand. Wei-
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des in einem bestimmten Zeitpunkt für eine Phasenverschiebung Null. Die Maschine weist 6 Grundpole auf. Wenn nun der Phasenunterschied der Ströme, mit welchen die Spulengruppen 14, 14'und 16,16' gespeist werden, so eingestellt ist, dass jede der Primärwicklungen 11/3 Pole erzeugt, so würde die Maschine anscheinend vier Pole aufweisen, aber es gäbe einen Phasensprung im Verlaufe des magnetischen Feldes, wie in Fig. 16 veranschaulicht ist.
Dieser Phasensprung entsteht, weil die Phase der den mittleren Spulen A und B zugeführten Ströme keiner Änderung unterworfen ist, weil diese nur Strom aus dem Netz führen.
Fig. 17 zeigt die Wellenform, wenn der Phasenunterschied zur Erzeugung von 8-Polen eingeregelt ist und wieder ein Phasensprung auftritt. Die Fig. 18 und 19 zeigen die Wellenformen, wenn der Phasenunterschied zur Erzeugung von 10-bzw. 2-Polen eingestellt ist, und man sieht, dass in diesen Fällen kein Sprung in der Phase entsteht.
Die Maschine kann- jedoch als 4-Pol und als 8-Polmaschine laufen, vorausgesetzt, dass eine der Primärwicklungen in bezug auf die andere phasenverkehrtgeschaltet wird. Eine Untersuchung der Fig. 16 und 17 zeigt, dass eine Umkehrung der Wellenform, die von einer Primärwicklung herrührt, die Vermeidung eines Phasensprunges sichert. Wenn daher gemäss Fig. 13 zwei Primärwicklungen verwendet werden und eine Maschine mit 6-Grundpolen vorausgesetzt wird, so ist es notwendig, eine entsprechende Schalteinrichtung vorzusehen, um es der Maschine zu ermöglichen, z. B. mit 2,4, 8 und 10-Polen zu laufen und auch eine zusätzliche Schalteinrichtung anzuordnen, welche die Phase einer Primärwicklung in bezug auf
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die andere umkehrt, wenn die Maschine als 4-oder 8-Polmaschine arbeiten soll.
Solche zusätzlichen Schalteinrichtungen sind in Fig. 20 gezeigt und mit 1psi, 2PI und 3PI bezeichnet. Sie sind miteinander gekuppelt. Die gezeigte Stellung der Schalter entspricht dem Falle einer 2-Pol-oder einer 10-Polmaschine. Die beiden Primärwicklungen sind mit PW1 und PW2 bezeichnet.
Es sei ausdrücklich erwähnt, dass die Erfindung nicht auf Werte von a beschränkt ist, die sich aus den Gleichungen 1 - 6 im Einklang mit den verschiedenen, oben besprochenen Bedingungen ergeben, sondern dass jeder a-Wert verwendet werden kann. Dies ergibt sich aus einer Betrachtung, der in abgewickelter Form in Fig. 21 dargestellten Primärwicklung. In diesem Falle gibt es keine Nut, welche nur phasenverschiebende Wicklungen enthält. Die Bogenlänge der ursprünglichen Wicklung, von welcher einzelne Leiter weggelassen sind, beträgt aO und die neue Bogenlänge 80. Wenn die Schalteinrichtung eingestellt ist, um einen Phasenunterschied von 1200 herbeizuführen, ist die Phase des Stromes in der ersten bewickelten
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gilt
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was genau mit Gleichung 1 übereinstimmt.
Die andern Gleichungen folgen ebenfalls unverändert.
Als Ergebnis dieses Sachverhaltes ist in Fig. 22 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben. Diese Maschine weist zwei Primärwicklungen auf, von denen jede fünf Gruppen
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chen Induktionsmaschine zu erreichen.
Im Vorhergehenden wurde von einer "Hauptgruppe" von Spulen, +#- und -#-Gruppen von Spulen und +2e- und -2e-Gruppen von Spulen gesprochen. Diese Spulengruppen sind zur Ausbildung einer Primärwicklung zusammengeschlossen, die in abgewickelter Form in Fig. 23 dargestellt ist, und aus welcher auch die Beziehung zwischen der Nutzahl SN und der Anzahl der Leiter der verschiedenen Gruppen in jeder Nut entnehmbar ist. Für eine gegebene Spulengruppe haben die Leiter in den Nuten eine dreieckförmige Verteilung, wobei die Gesamtzahl der Leiter in jeder Nut, welche allen Spulengruppen zugehören, die gleiche ist. Die Bezugsgruppe der Spule ist die "Hauptgruppe" M und die Phase der Ströme, die den andern vier Gruppen zugeführt werden, ist in bezug auf die Hauptgruppe eingestellt.
Die Bezugszeichen +6,-6, +26 und-26 bezeichnen den Betrag und das Vorzeichen der Phasenänderung. Es ist jedoch ohne weiteres einzusehen, dass die Bezugs- oder Hauptgruppe M keineswegs örtlich zwischen den andern Spulengruppen angeordnet zu sein braucht. Das einzige Erfordernis ist, dass die Phasenänderung, welche von den Spulengruppen in bezug auf die Hauptgruppe herbeigeführt wird, korrekt eingestellt ist. Aus Gründen der Zweckmässigkeit ist in den Schaltdiagrammen der Fig. 4-7 und 9-10 die Spulengruppe 14 als Bezugsgruppe gezeichnet.
Es ist aber zum klareren Verständnis der noch zu beschreibenden Ausführungsformen der Erfindung zweckmässig, eine andere Terminologie einzuführen, nach welcher die Spulengruppen
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ist und dass bei Einführung einer Phasendifferenz von 80 in bezug auf die 6-Gruppe in die 2 e-Gruppe, die in die 30-, 40-, 5e-, 60-Gruppen eingeführten Phasendifferenzen 280, 3ss0, 480 und 5ss betragen.
Bei der Beschreibung der verschiedenen Schalteinrichtungen ist angenommen worden, dass die Pri- mär-oder Siatorwicklung ungleichförmig ist, d. h. nicht die ganze Sekundärwicklung oder den Rotor um-
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gibt. Es ist jedoch bei Einhaltung gewisser Bedingungen möglich, eine Primärwicklung anzugeben, die gleichförmig verteilt ist. Die Wicklung kann gleichförmig sein, wenn der Phasenunterschied zwischen den Strömen in den beiden Endnuten gleich gross ist, wie der Phasenunterschied in irgend zwei benachbarten Nuten. Um dies zu erreichen, muss die gesamte Phasenverschiebung entlang der Wicklung 3600 oder ein Vielfaches davon betragen, was einer 2p-poligen Maschine entspricht (p = ganze Zahl).
Bei Verwendung eines Dreiphasennetzes zum Speisen der Wicklung ist die Anzahl der Spulengruppen, mit denen eine gleichförmig verteilte Wicklung erreichbar ist, gleich 3k, worin k eine ganze Zahl bedeutet. Wenn die Anzahl der Phasen im Versorgungsnetz von drei abweicht, z. B. bei zwei Phasen, ist die erforderliche Anzahl von Spulengruppen gleich 2k.
Die Wicklung für den Fall k = 1 ist in Fig. 25 und in abgewickelter Form in Fig. 26 wiedergegeben.
Die Primärwicklung ist auf 18 Nuten verteilt, eine Zahl, die lediglich aus Gründen der bequemeren Erklärung gewählt wurde und in der Praxis wahrscheinlich nicht angewendet werden dürfte. Der grundsätzliche Aufbau einer Wicklung wird jedoch in keiner Weise von der Anzahl der verwendeten Nuten beeinflusst. Die Zahlen in der obersten, mit SN bezeichneten Reihe der Fig. 26 geben die Nutenzahl an, wogegen in den mit CS bezeichneten Reihen die Zahl der Leiter pro Nut in der betreffenden Spulengruppe zu finden ist. Die mit CC bezeichneten Reihen geben die Zahl der Leiter in jeder Spule und die Buchstabenbezugszeichen beziehen sich auf die Phase der Ströme, die den Spulen zugeführt werden. Da k = 1 gilt, gibt es drei Spulengruppen, denen die Bezugszeichen 0, 2e und 30 zugeordnet sind.
Man sieht, dass bei einer Spulenanordnung in der dargestellten Weise die Gesamtzahl der Leiter in jeder Nut für alle Nuten die gleiche, u. zw. in diesem besonderen Fall gleich sechs ist, wie sich aus der mit TC bezeichneten Zahlenreihe ergibt. Wenn nun die mit E bezeichneten Spulen in den drei Gruppen aus Strom der Phase R gespeist werden, so sind die mit F bezeichneten aus der Phase B und die mit G bezeichneten mit Strom aus der Phase Y gespeist, wobei die Nutenströme so wie in der Reihe SC1 fliessen, wie es auch bei der Primärwicklung einer konventionellen Induktionsmaschine üblich ist. Die gesamte Phasenverschiebung über die achtzehn Nuten beträgt 10800, wie aus Zeile PH1 hervorgeht, so dass die Anzahl der polie 180 = 6 und 180 die Drehzahl 1000 beträgt.
Wenn nun die Phase der Ströme, welche der 6-Gruppe zugeführt werden, unverändert bleibt und die Phase der Ströme, welche der 26-bzw. der 38-Gruppe zugeführt werden, um 1200 bzw. 2400 gegen-
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R-Phase und diejenigen, welche früher aus der Y-Phase gespeist wurden, nun aus der B-Phase mit Strom versorgt. Für die Spulen der 3 e-Gruppe gilt : Jene, die früher Strom der Phase R erhielten, sind nun aus der B-Phase, jene, welche Strom aus der Phase B erhielten, nun aus der Y-Phase und diejenigen, welche Strom aus der Y-Phase erhielten, nun mit Strom aus der R-Phase gespeist. Die Nutenströme sind in der Reihe SC2 angegeben, wogegen die Phasendifferenzenzwischen den Strömen verschiedener Nuten in Zeile PH2 erscheinen.
Im vorliegenden Fall beträgt die gesamte Phasenverschiebung 1440 , die Anzahl der Pole -- = 8 und die Drehzahl 750 Umdr/min.
180
Wenn nun die Phase der den 2e- bzw. 3e-Gruppen zugeführten Ströme in bezug auf die e-Gruppe um 1800 bzw. 240 verzögert ist, so ergeben sich Nutenströme, die aus der Zeile SC3 der Fig. 24 entnehmbar sind. Die Phasenunterschiede zwischen den Strömen in den verschiedenen Nuten ist in Zeile PH gezeigt, aus welcher sich ergibt, dass die totale Phasenänderung 7200 beträgt und die Anzahl der Pole gleich vier ist. Die Drehzahl beläuft sich in diesem Fall daher auf 1500 Umdr/min.
Es sei bemerkt, dass die Phasenverschiebungen zwischen benachbarten Nuten einen ungefähren, die gesamte Phasenverschiebung jedoch einen genauen Wert darstellt.
Die Schalteinrichtung zur Einführung einer Phasenverschiebung von 120 ist in Fig. 27 dargestellt.
Aus dieser entnimmt man, dass bei einer Stellung der miteinander gekuppelten Drehschalter lRO und 2RO auf den Kontakt 1 die Phase der den Spulen der drei Gruppen zugeführten Ströme die gleiche ist und eine sechspolige Wicklung ergibt. Stehen die Drehschalter auf den Kontakten 2, so ergibt sich bei Speisung einer 0-Spule aus der Phase R, dass in Nuten mit 0-Spulen und 20-Spulen die 20-Spule Strom aus der Y-Phase erhält. Bei Nuten, welche 26-und 38-Spulen enthalten, ergibt sich bei Speisung der 2e-Spule aus der Phase Y eine Speisung der 30-Phase mit Strom aus der Phase B usw. Das vollständige Verbindungsschema lässt sich in der folgenden Tabelle darstellen.
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Tabelle 2
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<tb>
<tb> 0 <SEP> +120 <SEP> -120 <SEP>
<tb> E <SEP> R <SEP> R <SEP> R
<tb> e <SEP> B <SEP> B <SEP> B
<tb> G <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y <SEP>
<tb> E <SEP> R <SEP> Y <SEP> B
<tb> 2e <SEP> B <SEP> R <SEP> Y
<tb> G <SEP> Y <SEP> B <SEP> R
<tb> { <SEP> : <SEP> R <SEP> B <SEP> Y
<tb> 30 <SEP> F <SEP> B <SEP> y <SEP> R
<tb> ) <SEP> G <SEP> Y <SEP> R <SEP> B <SEP>
<tb>
Im folgenden sei der Fall k = 2 betrachtet. Die Primärwicklung weist nun sechs Gruppen von Spulen auf, die gemäss Fig. 28 angeordnet sind. Das Wicklungsdiagramm, das der Fig. 26 für den Fall k = 1 entspricht, ist in den Fig. 29 und 30 wiedergegeben. Diese Figuren sind so aneinanderzulegen, dass die Fig. 29 aneinanderschliessen und über den Fig. 30 liegen, wobei die Leitlinien 101 - 135 fluchten sollen.
Die in diesen Figuren dargestellte Primärwicklung ist auf eine grössere Anzahl, nämlich 36 Nuten aufgeteilt, als die nach Fig. 26, um eine grössere Anzahl von Spulen unterbringen zu können. Obwohl der Phasenunterschied zwischen benachbarten Nuten bei einer Stellung für die Phasenverschiebung Null der gleiche ist, wie nach Fig. 26, so ist doch die gesamte Phasenänderung grösser und ergibt eine grössere Anzahl von Po-
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Drehzahl daher 500 Umdr/min. Wenn, wie im vorliegenden Fall, die Primärwicklung aus sechs Spulengruppen besteht, so ist es möglich, eine Schalteinrichtung für fünf Drehzahlen, entsprechend Phasenänderungen von 00, 60 und : I : 1200 vorzusehen. Die Nutenströme für eine Phasenverschiebung von + 1200 sind in Zeile SC2 in Fig. 30 angegeben, die Phasendifferenzen in Zeile PH2.
Aus dieser entnimmt man, dass die gesamte Phasenverschiebung 28800 beträgt und die Anzahl der Pole gleich sechzehn ist, was eine Drehzahl von 375 Umdr/min ergibt. Für eine Phasenverschiebung von-1200 sind die entsprechenden Details aus den Zeilen SC3 und PH3 entnehmbar. Die gesamte Phasenverschiebung beträgt 14400, die Anzahl der Pole ist gleich acht und die Drehzahl 750 Umdr/min. Für Phasenverschiebungen von +600 bzw.
- 600 finden sich die entsprechenden Details in den Zeilen SC4 und PH4 bzw. SC5 und PH5. Die Anzahl der Pole ist vierzehn bzw. zehn und die entsprechenden Drehzahlen sind 428 bzw. 600 Umdr/min. Das vollständige Verbindungsschema für die Spulen der sechs Gruppen zum Erreichen der verschiedenen Pha- senverschiebungen kann aus der folgenden Tabelle entnommen werden.
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Tabelle 3
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<tb>
<tb> 0-120 -60 <SEP> +60 <SEP> +120 <SEP>
<tb> E <SEP> R <SEP> R <SEP> R <SEP> R <SEP> R
<tb> 13 <SEP> B <SEP> B <SEP> B <SEP> B <SEP> B
<tb> G <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y
<tb> E <SEP> R <SEP> B <SEP> Y <SEP> B <SEP> Y
<tb> 20 <SEP> F <SEP> B <SEP> Y <SEP> R <SEP> Y <SEP> R
<tb> G <SEP> Y <SEP> R <SEP> B <SEP> R <SEP> B
<tb> E <SEP> R <SEP> Y <SEP> B <SEP> Y <SEP> B
<tb> 313 <SEP> F <SEP> B <SEP> R <SEP> Y <SEP> R <SEP> Y <SEP>
<tb> G <SEP> Y <SEP> B <SEP> R <SEP> B <SEP> R
<tb> E <SEP> R <SEP> R <SEP> R <SEP> R <SEP> R
<tb> 40 <SEP> F <SEP> B <SEP> B <SEP> B <SEP> B <SEP> B
<tb> G <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y <SEP> Y
<tb> E <SEP> R <SEP> B <SEP> Y <SEP> B <SEP> Y
<tb> 56 <SEP> F <SEP> B <SEP> Y <SEP> R <SEP> Y <SEP> R
<tb> t <SEP> G <SEP> y <SEP> R <SEP> B <SEP> R <SEP> B
<tb> R <SEP> Y <SEP> B
<SEP> Y <SEP> B
<tb> 613 <SEP> B <SEP> R <SEP> Y <SEP> R <SEP> Y
<tb> y <SEP> B <SEP> R <SEP> B <SEP> R
<tb>
Die zur Herstellung dieser Verbindungen erforderliche Schalteinrichtung ist in Fig. 31 gezeigt. Es sei hervorgehoben, dass die Drehschalter 3RO - 8RO und auch die Umschalter 1RE - 9RE je miteinander gekuppelt sind. Die Bedingung für die Phasenverschiebung Null ist gegeben, wenn die Drehschalter sich in der Stellung 1 und die Umschalter sich in der in der Figur gezeigten Stellung, in der Normalstellung, befinden. Eine Phasenverschiebung von-1200 wird bei Drehung der Drehschalter in die Stellung 2, bei unveränderter Stellung der Umschalter, hervorgerufen.
Werden die Drehschalter in die Stellung 3 gedreht und die Umschalter umgelegt, so ergibt sich eine Phasenverschiebung von-600, bei Drehen der Drehschalter in die Stellung 4, bei unverändert umgeschalteten Umschaltern, eine Phasenverschiebung von +600. Schliesslich lässt sich eine Phasenverschiebung von +1200 erreichen, wenn die Drehschalter in die Stellung 5 und die Umschalter in ihre Ausgangsstellung gebracht werden. Die Zahl k kann allgemein irgendeine ganze Zahl sein. Die Anzahl der Pole der Primärwicklung beträgt dann bei Einführung keiner Phasenverschiebung 6k. In der Stellung für eine Phasenverschiebung von 60 ist die Anzahl der Pole 6k ik, wogegen bei eingeführter Phasenverschiebung von 120 die Anzahl der Pole gleich 6k 2k ist.
Die nachstehende Tabelle gibt die theoretische Anzahl der Pole einer Primärwicklung unter den verschiedenen Bedingungen für die Phasenverschiebung bei Maschinen, bei denen der Wert k von 1 bis 6 variiert.
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<tb>
<tb> k <SEP> -1200 <SEP> -600 <SEP> 0 <SEP> +600 <SEP> +1200
<tb> 1 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16
<tb> 3 <SEP> 12 <SEP> 15 <SEP> 18 <SEP> 21 <SEP> 24
<tb> 4 <SEP> 16 <SEP> 20 <SEP> 24 <SEP> 28 <SEP> 32
<tb> 5 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 30 <SEP> 35 <SEP> 40
<tb> 6 <SEP> 24 <SEP> 30 <SEP> 36 <SEP> 42 <SEP> 48
<tb>
Es sei jedoch bemerkt, dass eine ungerade Zahl von Polen nicht realisierbar ist und daher, z. B. für k = 3,12, 18 und 24 Pole vorhanden sind.
Es ist einzusehen, dass alle Spulen, welche die einzelnen Gruppen bilden, von gleicher Grösse sein sollen, um in Serienproduktion hergestellt zu werden und die erfindungsgemässe Maschine billig praktisch verwirklichen zu konnen. Um dieser Bedingung zu genügen, ist die Polteilung bei beiden soeben besprochenen Ausführungsformen gleich einem Viertel der gesamten Ausdehnung einer Spulengruppe gewählt.
Damit ist der Zahl der Pole der Primärwicklung eine Beschränkung auferlegt, von der man aber durch eine geringfügige Änderung des Wicklungsplanes leicht unabhängig werden kann.
Aus Fig. 26 ist zu entnehmen, dass die Anzahl der Leiter in den Spulen einer Gruppe, wenn diese der Reihe nach betrachtet werden, die Zahlenreihe 1, 2,3, 3,3, 3,2, 1 bildet, und wenn man die Spulenteilung zu einem Viertel der Ausdehnung der Gruppe macht, so bleibt die Dreiecksbeziehung zwischen der Nutzahl und der Gesamtzahl der Leiter in den Nuten erhalten. Wenn hingegen die Zahl der Leiter in den Spulen einer Gruppe der Folge 1, 2,3, 3,3, 3,4, 5,6, 6,6, 6,5, 4,3, 3,3, 3,2, 1, entspricht, bleibt die Dreiecksbeziehung aufrecht, wenn die Spulenteilung zu einem Achtel der Erstreckung der Gruppe gemacht ist.
Ein solcher Wicklungsplan ist in Fig. 32 dargestellt. Er bezieht sich auf eine Anzahl von 36 Nuten. Für die Phasenverschiebung Null sind die Phasenunterschiede zwischen den Nuten dieselben wie bei der Wicklung
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32 180Nutenströme und die Phasen der Ströme sind in Fig. 32 nicht angegeben. Die Zahl der Pole der Primärwicklung für eine Phasenänderung Null beträgt 12k, für eine Phasenänderung von 60 ergeben sich
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Pole für Maschinen mit einem Wert von k zwischen 1 und 4.
Tabelle 5
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<tb>
<tb> k <SEP> -1200 <SEP> -600 <SEP> 00 <SEP> +600 <SEP> +l200 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 24 <SEP> 26 <SEP> 28
<tb> 3 <SEP> 30 <SEP> 33 <SEP> 36 <SEP> 39 <SEP> 42
<tb> 4 <SEP> 40 <SEP> 44 <SEP> 48 <SEP> 52 <SEP> 56
<tb>
Wieder ist eine ungerade Zahl von Polen nicht realisierbar, so dass der Schaltplan nach Fig. 32 (d. h. k = 1) 10,12 und 14 als mögliche Polzahlen liefert. Es sei bemerkt, dass geeignete Schalteinrichtungen für k = 1 und k = 2 denen entsprechen, die in den Fig. 27 und 31 dargestellt sind.
Anderseits ist in Fig. 33 eine Möglichkeit zur Reduktion der Pole der Primärwicklung gezeigt. Hier entspricht die Zahl der Leiter in den Spulen einer Gruppe den Zahlen der Reihe 1, 2,3, 2, 1 und die Spulenteilung beträgt 2/3 der Erstreckung der Gruppe. In diesem Falle enthält jedoch jede Nut nur Leiter einer einzigen Spule derselben Gruppe, so dass die Dreiecksbeziehung zwischen der Zahl der Leiter in auf-
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einanderfolgenden Spulen jeder Gruppe erfüllt ist. Die Nutenströme für die Phasenverschiebungen 00 und
120 sind in den Zeilen SC1, SC2 und SC3, die entsprechenden Phasenverschiebungen in den Zeilen PH1, PH2 und PH3 angegeben.
Aus diesen ergibt sich für die Phasenverschiebung von zwischen einer und der zu dieser benachbarten Nut bei Phasenänderungen von 00 ein Wert von 600 und da eine Gesamtzahl von achtzehn Nuten vorgesehen ist, beträgt die Gesamtzahl der Pole der Primärwicklung 6. Für eine Phasenverschiebung von +1200 ist die Anzahl der Pole gleich 10 und für eine Phasenverschiebung von-1200 gleich 2. Die Wicklung kann um die Peripherie wiederholt werden, und liefert dann Polzahlfolgen 8,12, 20 ; 12, 18,40 usw.
Die bisher beschriebenen Wicklungen erzeugen einige harmonische Drehmomente, welche bei manchen Maschinen unerwünscht sind. Diese harmonischen Drehmomente können jedoch erheblich herabgemindert werden, wenn, gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung, die Spulengruppen von weiteren Gruppen von Spulen umgeben werden, welche gegenüber den ersten Gruppen versetzt sind und deren Spulen mit Strömen umgekehrter Richtung gespeist werden.
Eine solche Anordnung ist in Fig. 34 und in abgewickelter Form in den Fig. 35 und 36 gezeigt. Die Fig. 35 sind über den Fig. 36 anzuordnen und die Leitlinien 201-218 der Fig. 35 sollen mit den gleichezeichneten Linien. in Fig. 36 fluchten. Die anderen Bezeichnungen in den Fig. 35 und 36 haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 26. Die Nutenströme sind in Zeile SC1 für die Phasenverschiebung Null und die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Nuten ist in Zeile PH1 gezeigt. Aus der letzteren entnimmt man eine gesamte Phasenverschiebung von 1080 , welche natürlich der nach Fig. 26 gleich ist ; die Anzahl der Pole der Primärwicklung beträgt daher 6. In gleicher Weise entnimmt man für Phasenverschiebungen von 1200 bzw.-1200 Polzahlen von 8 bzw. 4.
Die Schalteinrichtungen zum Gebrauche mit den Wicklungen nach den Fig. 35 und 36 können dieselben sein, wie die in Fig. 27 gezeigten, wenn die entsprechenden Spulen der inneren und äusseren Gruppe in Serie geschaltet und die Spulen der äusseren Gruppe denen der inneren Gruppe entgegengeschaltet sind.
Bei allen bisher beschriebenen Ausführungstormen ist eine ausgeprägte Spulenteilung verwendet worden. Solche Spulen zeigen aber den Nachteil einer nicht-sinusförmigen Verteilung des magnetischen Wanderfeldes wegen des Auftretens von Harmonischen. Der Einfluss solcher Harmonischer kann jedoch durch die Verwendung gesehnter Spulen herabgedrückt werden. Im folgenden werden Ausführungsformen behandelt, bei denen dies der Fall ist.
Betrachtet man zuerst die Wicklung nach Fig. 26, so sieht man, dass die Spulenteilung über ein Viertel der Ausdehnung einer Spulengruppe erstreckt ist, und dass eine Spulengruppe bei Einhaltung der Phasenverschiebung Null 4-Pole aufweist. Wenn gesehnte Spulen verwendet werden, mit einem Verhältnis ss der Spulenteilung zur Polteilung, dann ist die Polteilungszahl in einer Gruppe von Spulen unter der Bedingung für die Phasendifferenz Null gleich 48. In diesem Falle ist die Anzahl der Pole rund um die Ma-
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werden, da Maschinen mit einer ungeraden Anzahl von Polen impraktikabel sind, so dass für k = 1 nur Phasenunterschiede von : ! : 1200 ins Auge zu fassen sind. Bei Verwendung einer 3 6-Anordnung muss 38 eine ganze Zahl sein.
Infolgedessen kann ss die Werte 1/3,2/3, l, 4/3 und 5/3 annehmen. Die folgende Tabelle gibt die Werte für die Polzahlen, welche bei gesehnten Spulen für k = 1 zur Verfügung stehen.
Tabelle 6
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<tb>
<tb> ss <SEP> 1/3 <SEP> 2/3 <SEP> 1 <SEP> 4/3 <SEP> 5/3
<tb> kss <SEP> 1/3 <SEP> 2/3 <SEP> 1 <SEP> 4/3 <SEP> 5/3
<tb> - <SEP> 66M-2k <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12
<tb> 00 <SEP> 6kas <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10
<tb> +120 <SEP> 6kss+2k <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8
<tb>
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Für k = 2, d. i. bei einer 6 6-Anordnung muss 6 e eine ganze Zahl sein und die zur Verfügung stehenden Polzahlen lassen sich in der folgenden Tabelle zusammenfassen :
Tabelle 7
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<tb>
<tb> ss <SEP> 2/6 <SEP> 3/6 <SEP> 4/6 <SEP> 5/6 <SEP> 1 <SEP> 7/6 <SEP> 8/6 <SEP> 9/6 <SEP> 10/6
<tb> kss <SEP> 4/6 <SEP> 6/6 <SEP> 8/6 <SEP> 10/6 <SEP> 12/6 <SEP> 14/6 <SEP> 16/6 <SEP> 18/6 <SEP> 20/6 <SEP>
<tb> - <SEP> 1200 <SEP> 6kss-2k <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16
<tb> - <SEP> 600 <SEP> 6kB-k <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16 <SEP> 18
<tb> 0 <SEP> 6kss <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16 <SEP> 18 <SEP> 20
<tb> + <SEP> 600 <SEP> 6kss+k <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16 <SEP> 18 <SEP> 20 <SEP> 22
<tb> +1200 <SEP> 6kss+2k <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16 <SEP> 18 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 24
<tb>
Ähnliche Tabellen lassen sich für andere Werte von aufstellen.
Fig. 37 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Wicklung, bei welcher k = 2 und 8 = 1/2 gewahlt ist. Aus der Wahl ss = 1/2 entspringt die Notwendigkeit, pro Pol pro Phase zwei Nuten zu verwenden.
Aus der obigen Tabelle lassen sich als mögliche Polzahlen die Werte 2,4, 6,8 oder 10 entnehmen.
Ein weiteres Beispiel zeigt Fig. 38, bei welcher k = 2 und 6 = 2/3 angenommen ist. Bei dieser Wicklung ist pro Pol und Phase eine Nut verwendet und die möglichen Polzahlen sind 2,4, 6,10 und 12. Da bei der mittleren Drehzahl die Wicklung acht Pole aufweist, müssen 24 Nuten vorgesehen sein. Die Wicklung ist schematisch in den Fig. 38B bzw. 38C veranschaulicht.
Die obigen Erörterungen sind auf die in den Fig. 26 und 29 dargestellten Ausführungsformen basiert, und sind besondere Beispiele einer allgemeinen Sehnung. Ähnliche Betrachtungen können hinsichtlich des Ausführungsbeispieles nach Fig. 32 angestellt werden, bei welchem die Anzahl der Pole bei Phasenunterschied Null für jede Spulengruppe 8 beträgt. Wenn an Stelle der in Fig. 32 gezeigten, ausgeprägt geteilten Spulen gesehnte Spulen verwendet werden, so wird die Polteilungszahl gleich 88 und die Zahl der Po-
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ze Zahl und 6kss eine ganze Zahl sein. Die erreichbaren Polzahlen können ebenso berechnet werden, wie es oben beschrieben und in Tabellen angegeben wurde.
Es sei festgehalten, dass bei allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen zwischen der Anzahl der Leiter in einer Nut, welche einer Spule zugehören und der Nutzahl eine Dreiecksbeziehung bestand. Es sind jedoch auch andere Beziehungen möglich. Allgemein ist die Beziehung nur durch die Tatsache beschränkt, dass die Zahl der Leiter eine einwertige Funktion der Nutzahl sein muss. Eine spezielle Beziehung wird durch ein Dreieck mit abgeschnittener Spitze dargestellt, und eine Wicklung, die auf einer solchen Beziehung aufgebaut ist, zeigt Fig. 39. Diese ist aus der in Fig. 38A dargestellten Wicklung abzuleiten, u. zw. durch Einschieben zweier zusätzlicher Spulen mit der maximalen Anzahl von Leitern bei jeder Spulengruppe.
Für jede Spulengruppe sind daher zwei zusätzliche Nuten erforderlich, d. s. im ganzen zwölf zusätzliche Nuten, so dass sich eine Gesamtzahl von 24 + 12 = 36 Nuten ergibt. Die Spulen sind wieder mit einem Sehnungsfaktor von 2/3 gewickelt, aber eine ähnliche Verteilung lässt sich auch mit Hilfe von ausgeprägt ausgeteilten Spulen erreichen.
Jede Spulengruppe erstreckt sich über zehn Nuten und eine Polteilung über drei Nuten, so dass jede Spulengruppe bei Phasendifferenz Null 10/3 = 3 1/3 Pole
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man für ss = 2/3 bei Phasenunterschied Null eine Polzahl von 8, so dass bei Änderung der Zahl der Nuten, welche die gleiche Anzahl von Leitern aufweisen, d. h. bei Änderung der Länge des abgeschnittenen Dreieckes, die Anzahl der Pole rund um die Maschine für denselben Sehnungsfaktor und infolgedessen auch die mittlere Drehzahl der Maschine geändert ist, in diesem besonderen Fall von 800 auf 720 Umdr/min.
Es ist wohl bekannt, dass, soweit es übliche Induktionsmaschinen betrifft, die Einführung gesehnter Wicklungen mit einem geeigneten Sehnungsfaktor zur Herabminderung der Harmonischen in dem erzeugten Magnetfeld wirksam ist. Bei den Maschinen, mit welchen sich die Erfindung befasst, trifft dies nur teilweise zu, weil die Form der Wicklung Anlass zur Entstehung von Subharmonischen gibt, welche durch
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die Verwendung gesehnter Spulen nicht ausgeschaltet werden. Dies ergibt sich aus dem Auftreten von Strömen von mehr als einer Phase in vielen der Nuten. Das Magnetfeld setzt sich aus einer stehenden und einer fortschreitenden Welle zusammen, die von der ersteren amplitudenmoduliert ist.
Wenn die von einer Spulengruppe erzeugte Polzahl gleich 8 ist, so hat die stehende Welle die Polzahl 6, so dass die Am-
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Seitenbänder ziehen die Schwierigkeiten nach sich. Es gibt auch eine Beschränkung für die Verwendung gesehnter Spulen bei erfindungsgemässen Maschinen insoferne, als der Sehnungsfaktor ss die gesamte An- zahl der Pole bei Phasendifferenz Null bestimmt, wenn nicht das Windungsschema nach Fig. 38 verwen- det wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung, welche die eben erwähnte Beschränkung auszuschalten gestattet, liegt in einer Weiterentwicklung der in den Fig. 34,35 und 36 gezeigten Ausführungsform. Bei dieser ist de ! harmonische Gehalt des magnetischen Feldes herabgedrückt, u. zw. durch Anordnung zweier gesonder- ter Wicklungen, in welchen korrespondierende Spulengruppen der beiden Wicklungen gegeneinander ver- setzt und der Stromfluss in diesen korrespondierenden Wicklungen entgegengesetzt ist. Die Notwendigkeit der Anordnung zweier getrennter Wicklungen kann vermieden werden, wenn eine spezielle Wicklungsart angewendet wird.
Es sei vorausgesetzt, dass jede der beiden Wicklungen bei Phasenverschiebung Null eine
4-polige Wicklung ist, dass die Spulen ausgeprägt geteilt sind, dass k = 1 sei und dass zwischen der Anzahl der Leiter in einer Nut und der Nutzahl eine Dreiecksbeziehung bestehe. Wenn jede Wicklung mit einer
Nut pro Pol pro Phase gewickelt ist, beträgt die Gesamtzahl der Nuten 12 und wenn die Versetzung zwi- schen zwei Wicklungen 3 Nuten beträgt, so ist eine Stromverteilung erforderlich, die in Fig. 40 für die zwei Wicklungen I und II gezeigt ist. Aus dieser Figur ist zu entnehmen, dass die Nut 2 einen Leiter der
E-Phase aus der Windung I enthält, wogegen in der Nut 5 ein Leiter der E-Phase der Wicklung II unterge- bracht ist.
Der einzige Leiter in Nut 1 kann daher durch den einzigen Leiter in der Nut 5 zurückgeführt werden, und dies ist für die Leiter in den andern Nuten in gleicher Weise möglich. Hieraus ergibt sich eine einzige Windung, wie in Fig. 41 gezeigt ist, welche drei Spulengruppen aufweist. Es sei erwähnt, dass die in Fig. 40 gezeigte Stromverteilung für jede Wicklung bei der Verwendung von Spulen nicht möglich ist, weil der Strom der E-Phase für die 8-Gruppe der Wicklung I z. B. einen Wert von + 1 in der Nut 2, von-4 in der Nut 5 und von +1 in der Nut 8 aufweist, woraus sich ein resultierender Strom von-2 ergibt.
Die einzige Weise, in welcher eine solche Verteilung realisiert werden kann, ist die unerwünschte Verwendung von ringgewickelten Spulen.
Es ist möglich, die Maschinen für nur zwei Drehzahlen einzurichten, in welchem Falle die Schalteinrichtungen erheblich vereinfacht werden und sich überdies besonders vorteilhaft verwendbare Maschinen ergeben. Bei diesen wird der Stromfluss in einige Spulengruppen in bezug auf den Stromfluss in den übrigen Spulengruppen lediglich umgekehrt, um die Polzahl zu verändern.
Ein diesbezügliches Beispiel kann von einer 60-Maschine abgeleitet werden. Fig. 42A zeigt die Spulen einer 60-Maschine, die mit der Phase des Stromes bezeichnet sind, welcher bei einer Phasenverschiebung von 600 fliessen muss, wenn der Grundpolzahl zwei Pole hinzugefügt werden. In gleicher Weise zeigt Fig. 42B die Spulen mit Angabe der Phasen des Stromes, die bei einer Phasenverschiebung von-1200 notwendig sind, wenn von der Grundpolzahl vier Pole abgezogen werden sollen. Aus diesen Diagrammen ergibt sich, dass die Ströme, welche in der 0-, 30-, und 56-Gruppe fliessen, beim Umschalten der Maschine von einer Phase von 60 auf-120 ungeändert bleiben, wogegen die Ströme in der 26-, 46-und 66-Gruppe lediglich umgekehrt werden.
Infolgedessen können die 0-, 36-und 56-Gruppen ebenso wie die 26-, 4 6-und 6 6-Gruppen dauernd zusammengeschlossen werden, wie Fig. 42C zeigt. Die Maschine kann nun als in jeder Phase zwei Gruppen miteinander verbundener Spulen enthaltend angesehen werden, wie in Fig. 42D veranschaulicht ist, in welcher die erste Gruppe A, aus der Spule I der 6-Gruppe, Spule II der 3 e-Gruppe und Spule III der 56-Gruppe besteht, und die Gruppen B, C, A', B'und C'ähnlich aufgebaut sind. Die Umschaltung von einer Drehzahl auf die andere erfordert die gleiche Massnahme wie bei den üblichen, für Drehzahlen im Verhältnis 2 : 1 umschaltbaren Maschinen und dementsprechend können auch die gleichen Einrichtungen benutzt werden.
Dies ist in Fig. 43 gezeigt, in welcher die grundsätzliche Schaltung für eine Phasengruppe von Spulen wiedergegeben ist.
Die Fig. 43A und 43B zeigen, in welcher Weise die Spulen A und A'in Serie geschaltet werden können, um die Bedingungen zu erfüllen, wogegen die Fig. 43C und 43D die entsprechende Parallelschaltung zeigt. Das Verhältnis der Flussdichten bei den beiden Geschwindigkeiten steht zu der Spannung in Beziehung, welche an eine Gruppe von Spulen angelegt wird und hängt auch von der Polzahl ab. Es ist daher möglich, die Unterschiede in der Flussdichte, welche durch die Verschiedenheit der Polzahl hervorgerufen sind, durch eine geeignete Wahl der Schalteinrichtung auszugleichen. Eine solche Schalteinrichtung
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kann z. B. als Umschalter für eine Serienkreis-Dreieck- in eine Parallelkreis-Stern- oder einer Serienkreis-Stern in eine Parallelkreis-Sternschaltung ausgebildet sein.
Der erstere Fall ist in den Fig. 43E und 43F, der zweite in den Fig. 43G und 43A gezeigt. In diesen Schaltbildern sind die drei Phasenleiter mit LI, L2 und L3 bezeichnet, jedoch die tatsächlichen Schalter nicht gezeigt.
Es sei bemerkt, dass bei Verwendung der Anordnung nach den Fig. 43 nur sechs Leiter von der Maschine notwendig sind. Es sind jedoch Konstruktionen möglich, bei denen die Spulen in beiden Schaltstellungen in Reihe geschaltet sind. Es sind dann nur drei Leiter vorverlegt. Eine geeignete Schalteinrichtung ist in Fig. 44 gezeigt.
Man sieht, dass eine ähnliche Anordnung für die Ausgangsstellungen von 1200 und -600, d. h. für eine Hinzufügung von vier oder eine Wegnahme von zwei Polen von der Grundpolzahl, aufgebaut werden könnte. Wenn nur zwei Drehzahlen erforderlich sind, so braucht die Anzahl der 6-Blöcke nicht notwendig ein Vielfaches von drei zu sein, wie sich aus einer Betrachtung der Fig. 45 entnehmen lässt.
Die Wicklung ist über fünfzehn Nuten erstreckt und die Polteilung beträgt drei Nuten, so dass die
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die +120 -Bedingung eingehalten ist, werden daher'zu der ursprünglichen Polzahl l-Pole hinzugefügt, so dass die Maschine sechs Pole aufweist. Die Zeilen V und VI zeigen die Stromverteilung, wenn Z in der Phase um 600 verzögert und X um 600 voreilend gemacht ist. Entsprechend den früheren Definitionen bedeutet dies die-60 ()-Bedingung, so dass 2/3 Pole von der ursprünglichen Polzahl abzuziehen sind. Bei der-60 -Bedingung hat die Maschine vier Pole. Eine Betrachtung der Zeilen III und VI zeigt, dass eine einfache Umkehrung der X- und Z-Abschnitte in bezug auf den Y-Abschnitt die erforderliche Änderung der Polzahl ergibt.
Man bemerkt auch, dass die Abschnitte Z und Y eine ununterbrochene Wicklung in beiden Schaltstellungen bilden und daher als einzige Wicklung betrachtet werden können. Die Wicklung kann daher als ein 20-System angesehen werden, das aus zwei ähnlichen 6-Blöcken gebildet ist.
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geben, und es wäre wieder eine von vier auf sechs Polen umschaltbare Maschine entstanden. Allgemein kann daher gesagt werden, dass bei n-Grundpolen eine Maschine mit zwei Drehzahlen konstruiert werden kann, deren Polzahlen entweder gleich n-1/3 und n +1/3 (A) oder gleich n-1" und n + 2/3 (B) sind. Die 3 Tabelle 8 bezieht sich auf einige mögliche Maschinen mit zwei Drehzahlen, welche auf diese Weise konstruiert werden können.
Tabelle 8
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<tb>
<tb> A <SEP> B <SEP>
<tb> n-2/3 <SEP> n <SEP> n+4/3 <SEP> n-4/3 <SEP> n <SEP> n+2/3
<tb> 2 <SEP> 22/3 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 31/3 <SEP> 5
<tb> 4 <SEP> 42/3 <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> 51/3 <SEP> 6
<tb> 6 <SEP> 62/3 <SEP> 8 <SEP> 6 <SEP> 71/3 <SEP> 8
<tb> 8 <SEP> 8 <SEP> 2/3 <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 1/3 <SEP> 10
<tb> 10 <SEP> 10 <SEP> 2/3 <SEP> 12 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 1/3 <SEP> 12
<tb>
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Bei Betrachtung einer 3 6-Maschine findet man, dass eine Phasenverschiebung von 600 eine Änderung der Polzahl um 1 bewirkt, wogegen eine Phasenverschiebung von 1200 eine Änderung der Polzahl um 2 herbeiführt.
Wenn daher nur eine einfache Umkehrung zugelassen wird, d. h. eine Phasenänderung von - 600 auf +1200 oder-120 auf +600, so ergibt sich eine Änderung der Polzahl um 3, und wenn einer dieser Fälle eine gerade Anzahl von Polen liefert, so werden in dem andern eine ungerade Anzahl von Polen erzeugt, was nicht zulässig ist.
Fig. 46 zeigt, wie die e-Blöcke einer 59-Wicklung angeordnet werden können, um eine Maschine zu ergeben, welche mit zwei Drehzahlen arbeiten kann. Die Zeilen I und II beziehen sich auf die äusserste Lage einer Wicklung, die bei Phasenverschiebung Null zur Erzeugung von 3 1/3 Polen eingerichtet ist. Als Bezugsblock wird der Block Q angenommen. Die Zeilen III und IV zeigen die Stromverteilung für eine Phasenverschiebung von +1200. Bei dieser Ausführungsform werden bei einer Phasenverschiebung von 120 der ursprünglichen Polzahl 2 1/3 Pole hinzugefügt, so dass die Maschine unter dieser Bedingung 6 Pole aufweist. In ähnlicher Weise zeigen die Zeilen V und VI die Stromverteilung für eine Phasenverschiebung von-600, bei welcher die Polzahl gleich 2 ist.
Wieder bilden T und P in beiden Schaltstellungen eine ununterbrochene Wicklung, und können als ein e-Block angesehen werden. Die Maschine ist daher eine 4 6-Maschine. Um von einer Polzahl auf die andere überzugehen, werden P, R und T gegenüber Q und S umgekehrt oder, um die 0-Bezeichnung zu verwenden, die 26-und die 4e-Gruppe werden umgekehrt in bezug auf die e-und die 3 e-Gruppe.
Eine ähnliche Maschine mit zwei und sechs Polen könnte mit einer Wicklung ausgelegt werden, die
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dern-4/3, n, n + 8/3, oder n-8/3, n, n + 4/3.
Dies führt zu Maschinen nach folgender Tabelle.
Tabelle 9
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<tb>
<tb> A <SEP> B <SEP>
<tb> n-4/3 <SEP> n <SEP> n+8/3 <SEP> n-8/3 <SEP> n <SEP> n+4/3
<tb> 2 <SEP> 31/3 <SEP> 6 <SEP> 2 <SEP> 42/3 <SEP> 6
<tb> 4 <SEP> 51/3 <SEP> 8 <SEP> 4 <SEP> 62/3 <SEP> 8
<tb> 6 <SEP> 71/3 <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 2/3 <SEP> 10
<tb> 8 <SEP> 9 <SEP> 1/3 <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 2/3 <SEP> 12
<tb> 10 <SEP> 11 <SEP> 1/3 <SEP> 14 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 2/3 <SEP> 14
<tb>
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rade Zahl sein, da der Unterschied in den beiden Polzahlen der gleiche ist, wie in der Zahl der 8- Blöcke. Wenn die Zahl der #-Blöcke gleich 2αist (α
eine ganze Zahl), dann ergeben sich für Phasenverschiebungen von 60 bzw. 120 Unterschiede in der Polzahl von 2/sex bzw. 4/3α. Allgemein hat man die Wahl zwisehen den Fällen
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<tb>
<tb> n-2/3o, <SEP> n <SEP> + <SEP> l/3ot, <SEP> (A) <SEP> oder
<tb> n <SEP> - <SEP> ll/3cx, <SEP> n+ <SEP> 2/3cx, <SEP> (B)
<tb>
Bei den bisher beschriebenen Massnahmen ergeben sich für die Wicklungen in den beiden Schaltstellungen verschiedene Effektiv-Stromdichten, da in der einen Schaltstellung Ströme in einigen Nuten mit einer Phasendifferenz von 1200 vektoriell addiert werden, wogegen in der andern Schaltstellung die vektorielle Addition bei einem Phasenunterschied von 600 erfolgt.
Infolgedessen lässt sich bei Anwendung dieser Massnahme eine ausgezeichnete Auslegung und eine von mittlerer Qualität erreichen. Ein besseres mittleres Ergebnis lässt sich mit virtuellen Phasenverschiebungen von 90 erreichen.
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den Zeilen I und II angegebenen Phasen (bei Phasenverschiebung Null) haben, dann lässt sich für den zweiten Block eine virtuelle Phasenverschiebung von 90 erreichen, wenn dieser mit um eine halbe Pol- teilung verschobenen Phasengruppen bewickelt ist. Die Polteilung beträgt in diesem Falle drei Nuten. Dies ist in den Zeilen III und IV veranschaulicht. Eine Umkehrung des in diese Wicklung eingespeisten Stromes bewirkt eine virtuelle Phasenverschiebung um-900, wie aus den Zeilen V und VI hervorgeht.
An einer 2e-Maschine ruft eine Phasenverschiebung um 90 eine Polzahl von n + 1 hervor, wobei n die Anzahl der Pole ist, die man bei der Phasenverschiebung Null erhält, wogegen eine Phasenverschie- bung um -90on -1 Pole erzeugt. Allgemeinist daher bei einer 2ecO-Maschine der Polzahlunterschied zwi- sehen den beiden Drehzahlen gleich 2a, wobei Ci eine ganze Zahl bedeutet. Auf diese Weise lassen sich wieder zwei beliebige Polzahlen erreichen. Zwei diesbezügliche Beispiele sind in den Fig. 4S und 49 ver- anschaulicht. Fig. 48 zeigt die oberste Lage einer 86-Maschine, die von sechs Polen ausgeht und durch die Umkehrung der 20-, 46-, 6 6-und 86-Gruppen in bezug auf die e-, 36-, 5 6-und 7 6-Gruppen zwei oder zehn Pole ergibt.
Fig. 49 veranschaulicht die oberste Lage einer Wicklung einer Maschine für vier oder sechs Pole, bei der ein 20-System verwendet ist. Die vollständigen Wicklungspläne, welche den Fig. 45 und 48 entsprechen, sind in den Fig. 50 und 51 dargestellt. In Fig. 50 ist die Wicklung für die
Erzeugung von sechs Polen dargestellt und die Bedingung, unter welcher vier Pole erzielt werden, wird durch Umschalten des Stromflusses in den 26-Spulen erreicht. In Fig. 51 ist die Wicklung unter jener Bedingung gezeigt, bei der sie zehn Pole erzeugt. Zwei Pole lassen sich erreichen, wenn der Stromfluss in den 26-, 46-, 66-und 86-Gruppen umgekehrt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Blöcke nach den Fig. 48,49 und 51 eine abgetreppte Form aufweisen und der Dreiecksform, die in den meisten andern Figuren gezeigt ist, nur annähernd entsprechen. Die in den drei erwähnten Figuren veranschaulichte Form ist jedoch durchaus entsprechend und ist gezeigt, um den oben erwähnten Punkt zu unterstreichen, dass das einzige Erfordernis hinsichtlich der Gestalt der Blöcke in der Bedingung liegt, die Zahl der Leiter in einer Nut solle eine einwertige Funktion der Nutzahl sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Induktionsmaschine änderbarer Drehzahl, mit einem Stator, in dessen Nuten zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes eine Primärwicklung aus einer Anzahl von mit Strömen aus einem Mehrphasennetz gespeisten Spulengruppen untergebracht ist, und mit einer Schalteinrichtung zum Umschalten der den Spulengruppen zugeführten Ströme, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetomotorischen Kräfte in wenigstens einigen Nuten (1-5,7-11, 13-17) aus den von Strömen in Leitern von Spulen wenigstens zweier Spulengruppen (0 und 36 für die Nuten 1-5) hervorgerufenen, überlagerten magnetomotorischen Kräfte zusammengesetzt sind, zufolge der Anordnung jeder Spulengruppe die Grösse des Stromflusses in den Leitern der Nuten, die von den Spulen einer Spulengruppe herrührt,
zu einer eindeutigen Funktion des Winkels in jenem Winkelbereich des Stators gemacht ist, den diese Spulengruppe einnimmt, und die Schalteinrichtung zum Speisen korrespondierender Spulen der Gruppen von Phasen des Netzes in verschiedenen Kombinationen eingerichtet ist, um verschiedene vorgegebene Werte der mittleren Phasendifferenz der Ströme in benachbarten Nuten herbeizuführen, wodurch die Drehzahl auf jeweils einen von einer gleichen Anzahl voneinander verschiedener Werte einstellbar ist (Fig. 26).
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