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Vorweg noch einige grundsätzliche Betrachtungen : Die allgemeine Spannungsgleichung der Wechselstrommaschine lautet in einer bekannten Form :
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f Frequenz w Windungszahl s Wicklungsfaktor í) magn. Fluss
Der Index "sin" weist auf Sinusschwingungen und Sinuswellen hin. Bei Drehstrom-Zweischicht- - Stabwicklungen wird mit N = Nutenzahl und a = Zahl der Parallelzweige je Strang
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wenn C eine Konstante, B L. die Amplitude der Grundwelle des Luftspaltes und 2p die Polzahl bedeutet.
Da man für die Betriebsarten mit beiden Polzahlen gleiche Spannung anstrebt, wird
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Man erkennt daraus, dass die Grössen f B L, sin und a aufeinander abgestimmt werden müssen und das erfordert aufwendige Untersuchungen, da die Wicklungen in beiden Fällen den Forderungen von idealen Drehstrom-Wicklungen genügen sollen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wicklung der eingangs zitierten Art zu schaffen, die einerseits die obigen Nachteile vermeidet und bei der anderseits auch unter Berücksichtigung der obigen theoretischen Ausführungen die Umschaltung von einer Polzahl auf die andere Polzahl bei einer einzigen Wicklung wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
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Phase der ersten Polpaarzahl, anderseits einer-gleichnamigen oder andersnamigen - Phase der zweiten Polpaarzahl zugehörenden Spulengruppen zusammengeschaltet sind, wobei zunächst jene Spulengruppen, bezüglich welcher Übereinstimmung oder Gegensatz hinsichtlich der Vorzeichen beider betrachteter Phasen besteht, unter Berücksichtigung der Stromrichtung unter Bildung symmetrischer Parallelzweige direkt verbunden sind (z.
B. U/V mit-U/-V ; sowie U/-V mit-U/V), von welchen Parallelzweigen der eine alle bei der Polumschaltung die Stromrichtung beibehaltenden (z. B. U/V und-U/-V) und der andere alle bei der Polumschaltung die Stromrichtung ändernden Spulengruppen (z. B. U/-V und-U/V) aufweist, und dass ferner jene Spulengruppen, bezüglich welcher Übereinstimmung hinsichtlich des Vorzeichens nur einer der beiden betrachteten Phasen besteht, unter Berücksichtigung der Stromrichtung unter Einfügung von Schaltern miteinander verbunden sind (z. B. U/V und -U/-V mit U/-V und-U/V). Der Vorteil der Erfindung tritt vor allem bei grossen Synchronmaschinen auf, bei denen es erforderlich ist, die Stromdurchflutung der einzelnen Nuten zu reduzieren.
Dies erfolgt durch die Parallelschaltung von Wicklungszweigen. Dieses Parallelschalten von Wicklungszweigen ist auch die Grundvoraussetzung dafür, dass eine wirtschaftliche Umschaltung erreicht wird. Diese Ausbildung der Wicklung bringt aber auch Probleme mit sich. So muss im Grossmaschinenbau bereits bei der Berechnung der Maschine die Anzahl der Etagen, in denen die Schaltverbindungen geführt werden, Berücksichtigung finden. Bei einer grossen Etagenzahl muss nämlich die Maschinenlänge entsprechend ausgelegt werden. Eine grössere Maschinenlänge wirkt sich aber auf den Aufwand enorm aus.
Die paarweise austauschbaren Spulengruppen entstehen, wenn die Wicklung gemäss der Erfindung ausgebildet wird. Die gerade Polpaarzahl hat zwei Urschemen am Umfang, die ungerade Polpaarzahl ein Urschema, deren Hälften gleich aufgebaut sind und sich nur durch die Vorzeichen,
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bzw. die Durchflussrichtung unterscheiden. Durch den Austausch von Spulengruppen werden die bei der Umschaltung von einer Polzahl auf die andere unterschiedlich zu schaltenden Spulengruppen reduziert. Daraus folgt aber, dass auch die Klemmenanzahl verringert wird. Durch diese Massnahme erhält man z. B. für Wicklungen mit zwei Parallelzweigen insgesamt 18 unterschiedlich zu schal- tende Spulengruppen und damit nur 36 Klemmen.
Entsprechend einer erfindungsgemässen Weiterbildung sind die Ausleitungen zu den Klemmen- oder Sammelleitungen bzw. die Schaltverbindungen einzelner Wicklungsteile der Wicklung an bei- den Maschinenseiten vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung ist es erstmals möglich, die Wicklung so im Ständer unterzubringen, dass beide Maschinenseiten für die Ausladung der Wicklung bzw. für die noch später beschriebenen Schaltverbindungen genutzt werden. Das Platzproblem wird daher gelöst. Ausserdem erhält man eine günstigere Leitungsführung bei Schaltverbindern. Die Ausleitun- gen zu den einzelnen Klemmen können daher optimal durchgeführt werden. Zum Ausgleich der Spu- len-bzw. Schaltschritte können bei Schleifen-Stab-Wicklungen schräge Lötverbindungen mit Z-Verbindern vorgesehen werden.
Es kann nämlich vorkommen, dass der Spulenschritt vom Schaltschritt verschieden ist, so dass bei einem Wechsel der Schaltseite, bei Verwendung von elektrisch gleichwertigen ineinandergeschachtelten Spulengruppen, die Schrittweiten ausgeglichen werden.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung sind die für die Änderung der Stromrichtung vorgesehenen Schalter in der Maschine angeordnet. Durch diese Weiterbildung wird die Zahl der aus der Maschine herauszuführenden Klemmen noch weiter reduziert. So wird in Fortsetzung des obigen Beispieles die Zahl der herauszuführenden Klemmen auf 12 vermindert, wobei die Zweige getrennt herausgeführt sind.
Die Schalter sind entweder Umschalter oder Trennschalter. Durch die Auswahl der Schalter kann schaltungstechnisch variiert werden. Es kann somit der günstigste Weg gewählt werden.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wickelschema, Fig. 2 ein Wickelschema in Symboldarstellung, Fig. 3 die notwendigen Umschaltungen, Fig. 4 und 5 Grundschaltungen für die Umschaltung.
Wie bereits erwähnt, wird bei grossen polumschaltbaren Maschinen auf die Symmetrie der Stränge und Parallelzweige besonders geachtet und auch die Oberwelligkeit in der Induktionsverteilung kleingehalten. Zur Anpassung der Nutstromdurchflutung und der Klemmenspannung sind parallele Zweige vorzusehen. Für die Umschaltung einer Ständerwicklung sind Umschalter oder Trennschalter anzuordnen.
Wicklungen über Polpaarzahlen, die in einem Fall eine gerade und im andern Fall eine ungerade Zahl sind und die im ersten Fall zwei Urschemen besitzen, im andern sich die Wicklung nach der Hälfte mit verkehrten Vorzeichen wiederholt und Paare von Parallelzweigen aufweisen, lassen sich durch Zusammenfassung von Spulengruppen auf einige Grundschaltungen bringen. Die Wicklungszweige sind am Umfang verteilt, nur die Wicklungsfaktoren für manche gebrochene Ordnungszahlen können verändert werden.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wicklungsschema für eine Umschaltung von 12 auf 14 Pole mit zwei parallelen Zweigen je Strang. Neben den kurzen Schaltverbindungen, die bei der Umschaltung unverändert bleiben, treten Schaltverbindergruppen der Strangzahl auf, die über eine grössere Distanz laufen und. in denen jeweils ein Umschalter eingebaut ist, der die Zugehörigkeit von Spulengruppen zu den Strängen verändert. Im vorliegenden Fall enthält die Wicklung je Zweig und Strang drei Wicklungsteile und die Maschine hätte 36 Klemmen, die durch Numerierung in Fig. 4 kenntlich gemacht wurden. Für den 12-poligen Betrieb sind alle Wicklungsteile gleich, u. zw. von den Klemmen U zu 12 zu X1, 12 durchflossen. Die Durchflussrichtung gemäss dem innen liegenden Pfeil ist für den 14-poligen Betrieb gedacht.
Die 3-poligen Umschalter sind innerhalb der Maschine oder in unmittelbarer Nähe angeordnet. Somit verbleiben nur noch 12 Maschinenklemmen, die teilweise In jeder Betriebsart eine andere Funktion annehmen, die durch einen weiteren Umschalter in einer chaltzelle erreicht werden.
Eine ähnliche Lösung, die jedoch eine weitere Symmetriebedingung für die Wicklung erfordert, wird z. B. bei der Umschaltung von 12 auf 16 Pole erreicht, deren Schema in Fig. 5 angegeben wird. Diese Schaltungsart hat gegenüber früher die Vorteile, dass an Stelle der aufwendigen Umschalter iur noch 3-polige Trennschalter vorkommen und die 18 Maschinenklemmen in gleicher Art zu be-
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handeln sind, als hätte man zwei getrennte Ständerwicklungen. Beide Schaltungsarten beschränken sich nicht auf die Beispiele, sondern sind unter Beachtung der Forderungen für Drehstrom-Wicklungen allgemein anzuwenden. Die Einschränkungen liegen in den vielseitigen Forderungen, die bei polumschaltbaren Maschinen für beide Polzahlen erfüllt sein müssen.
Um die obige Wicklung zu erhalten, wird der wesentliche Schritt der Zusammenschaltung an Hand der Fig. 2 und 3 erklärt. Gemäss Fig. 2 ist eine polumschaltbare Drehstromwicklung, die in beiden Betriebsarten Sternschaltung mit zwei parallelen Zweigen und eine Sechszonenwicklung aufweist, schematisch dargestellt. Die Polpaarzahl ist in einem Fall gerade, im andern Fall ungerade, wobei Vervielfachungen hier ohne Beachtung bleiben. Als Beispiel ist die Umschaltung von 12 auf 14 Pole gewählt.
Die Oberschicht der 12-und 14-poligen Schaltung ist für die erste und zweite Maschinenhälfte untereinander dargestellt, so dass diametral liegende Punkte am Maschinenständer in dieser Anordnung untereinander liegen.
Die Symbole. und x bedeuten positiven bzw. negativen Zählsinn. Die dazugehörigen Unterstäbe, die um die Spulenweiten versetzt sind und die verkehrte Zählrichtung besitzen, wurden in der Darstellung weggelassen. Die verschiedenen Zeichen (Kreis, Quadrat, Dreieck) kennzeichnen die Phasenzugehörigkeit. Die Strangzugehörigkeit ist mit römischen Zahlen angegeben.
In Fig. 3 sind die für die beiden Maschinenhälften notwendigen Umschaltungen aufgezeigt.
Man erkennt, dass in diesem Fall 33 verschiedene Umschaltungen auf jeder Maschinenhälfte auftreten, die bei Zweifach-Parallelschaltung 46 Umschaltungen und damit 92 Klemmen ergeben würden, vorausgesetzt man teilt jeden Zweig einer Maschinenhälfte zu, und die gleichen Spulengruppen einer Maschinenhälfte sind, wie strichpunktiert angedeutet, zusammengeschaltet.
Als erster Schritt werden nun in den einzelnen Maschinenhälften die Wicklungsteile zusam-
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Stromrichtung erhalten bleibt.
Gemäss Fig. 3 wurde diese Zusammenschaltung mit dünnen, nicht unterbrochenen Linien angedeutet. Sind diese Zusammenschaltungen durchgeführt, so wären immer noch in jeder Maschinenhälfte 13 Umschaltungen nötig, d. h. 52 Klemmen für die komplette Wicklung.
Gemäss dem Kern der Erfindung kann diese Klemmenzahl jedoch weiter verringert werden.
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Schritt mit dem eingangs erwähnten Wicklungsteil in Serie schalten.
In Fig. 3 wurde die Vertauschbarkeit mit Pfeilen und die weitere Zusammenschaltung mit strichlierten Linien angedeutet.
Auf diese Art werden pro Zweig in diesem Beispiel weitere 8 Klemmen eingespart. Die Gesamtklemmenanzahl wurde somit von 92 auf 36 reduziert.
Ausserdem ist dann gegeben, dass alle Umwandlungen mit Vorzeichengleichheit dem einen Parallelzweig und die Umwandlung mit Vorzeichenwechsel dem andern Parallelzweig zugeordnet sind.
Darüber hinaus wurde durch die Klemmenreduzierung Platz für die Umschalter in der Maschine geschaffen und man braucht nur eine geringe Zahl von Maschinenklemmen aus der Maschine herausführen.
Zur besseren Verständlichkeit wird noch ein weiteres Beispiel aufgezeigt. Das Symbol 0 soll die Phase U, das Symbol 0 die Phase V und das Symbol A die Phase W darstellen. Bei der Umschaltung einer Wicklung von 12 auf 14 Pole mit zwei parallelen Zweigen je Strang wäre eine bestimmte Spulengruppe des Zweiges I des Stranges U im 12-poligen Betrieb in eine Spulengruppe des Zweiges I des Stranges V für 14-poligen Betrieb umzuwandeln. In einer abgekürzten Schreibweise könnte dies wie folgt ausgedrückt werden :
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Unter dem Aspekt, dass durch Vertauschen der Wicklungsteile der eine parallele Zweig alle Spulengruppen bzw.
Wicklungsteile beinhalten soll, bei denen bei der Umschaltung von der einen Polpaarzahl auf die andere Polpaarzahl die Durchflussrichtung erhalten bleibt und der andere
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verbunden werden. Es werden also auch in diesem Fall 4 Klemmen eingespart.
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