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Wechselstrom-Induktionsmotor.
Die vorliegende Erfindung betrifft Dynamomaschinen, bei welchen sowohl am Ständer wie am Läufer zwei Wicklungen angeordnet sind, während die für die Wicklungen nötige Leiterzahl dadurch verringert ist, dass Leiterpaare, die sich gegenseitig aufhebende Ströme führen, weggelassen sind und dass ein einzelner Leiter der einen Stromphase an die Stelle zweier Leiter der beiden anderen Stromphasen, die unter sich und gegen die Phase des verbleibenden einzelnen Leiters um 1200 verschoben sind, gesetzt wird.
Derartige Wicklungen sind bereits bekannt, wie auch Abweichungen hiervon, bei welchen womöglich zwei Leiter die Ströme von 60"gegenseitiger Verschiebung führen, durch einen einzelnen Leiter von grösserem Querschnitt ersetzt werden, der einen zusammengesetzten Strom, der 1-73 mal so gross ist als die Einzelströme. führt und dessen magnetische Wirkung dieselbe ist % Nie diejenige der beiden Einzelströme.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, derartige Läuferwicklungen in Verbindung mit Schleifringen zu bringen, die entweder miteinander verbunden oder offen gelassen werden können, um den Stromlauf in den Wicklungen zu ändern und zu veranlassen, dass der Läufer ein Feld von zwei oder mehr Polzahlen besitzt, so dass er mit zwei oder mehr Geschwindigkeiten laufen kann.
In der vorliegenden Beschreibung werden in den meisten Fällen Dreiphasen-Wicklungen beschrieben und erklärt, die Felder mit vier und zwei Polen erzeugen ; diese Polzahlen sind jedoch lediglich mit Rücksicht auf die Einfachheit der Beschreibung gewählt worden ; in der praktischen
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Um''ine befriedigende W irki ng und symmetrische Verteilung der Kräfte zu erzielen, müssen die beiden Polzahlen der Läuferwicklungen derart sein, dass, wenn sie durch ihren gemeinsamen grössten Faktor geteilt werden, die eine Teilungszahl ungerade und die andere gerade ist. während der gemeinsame Faktor selbst grösser als 2 sein muss.
Es ist klar, dass die hier allein beschriebenen Läuferwicklungen in Zusammenhang mit geeigneten Ständerwicklungen gebracht werden müssen, die entsprechende Polzahlen erzeugen. Eine solche, zwei verschiedene Polzahlen erzeugende, beispielsweise dreiphasige Ständerwicklung kann z. B. je zweiparallele Zweige für jede Phase besitzen, die durch Widerstände oder Kurzschluss-
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magnetischer Wirkung dahin verändert werden, dass die überflüssigen Wicklungsstäbe weggelassen und in gewissen Nuten Leiter angeordnet werden, welche Ströme führen, die sich aus zwei um 600 in Phase verschobenen Strömen zusammensetzen.
Fig. 7 zeigt die Wicklung nach Fig. 6 mit in den freien Nuten weiter linzugefügten Wicklungs- stäben und den mit diesen Leitern in Verbindung stehenden Schleifringen.
Fig. 8 ist ein Schaltungaschema, aus welchem der Stromverlauf in der in Fig. 7 dargestellten Wicklung, wenn die Schleifringe offen sind, ersichtlich ist.
Fig. 9 zeigt die Wicklung nach Fig. 7 mit gegenseitig verbundenen Schleifringen zur Erzeugung der erhöhten Umlaufgeschwindigkeit.
Fig. 10 ist ein der Fig. 9 entsprechendes Schaltungsschema.
Fig. 11 zeigt eine weiter vereinfachte Wicklungsform, die ein Feld mit 4 und 2 Polen bei Kaskadenschaltung erzeugt.
Fig. 12 ist ein dieser Wicklungsform entsprechendes Schaltungsschema und zeigt den Stromverlauf bei der Kaskadendrehzahl.
Fig. 13 zeigt die Wicklung nach Fig. 11 mit gegenseitig verbundenen Schleifringen zur Erzeugung der erhöhten Geschwindigkeit.
Fig. 14 ist ein der Fig. 13 entsprechendes Schaltungsschema.
Die Fig. 15 und 16 zeigen eine Wicklung von der in Fig. 11 und 14 dargestellten Art, die jedoch ein Feld von 8 und 4 Polen bei Kaskadenschaltung erzeugt. Die beiden Figuren zeigen Reihen-, bezw. Parallelschaltungen der beiden Wicklungsteile, wie im Nachstehenden erklärt ist.
In sämtlichen erläuterten Fällen handelt es sich um Dreiphasen-Wechselstrom. Selbstverständlich ist die Erfindung aber auch bei Motoren für Stromarten anderer Phasenzahl anwendbar.
Es sei vorausgeschickt, dass in den Figuren die verschiedenen Linienarten folgende Bedeutung haben : Ausgezogene Linien deuten die mit a bezeichnete Phase an, in der der fliessende Strom in dem gewählten Augenblick gerade den maximalen Wert besitzt ; die beiden anderen mit bund c bezeichneten Phasen sind in den Figuren durch strichpunktierte (-.-.-.-.-.-) bezw. gestrichelte (---------) Linien dargestellt und es sei angenommen, dass die in diesen beiden Phasen in dem betrachteten Augenblick fliessenden Ströme von einer Grösse gleich dem halben maximalen Wert sind ; bei Sternschaltung der drei Phasen a. bund c fliesst also der Strom durch die Phase a ein und fliesst, sich gleichmässig auf die beiden Phasen b und c verteilend, durch diese aus.
Diejenigen Wicklungsteile, die bei gewissen Verbindungen stromlos
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bestehen, gekennzeichnet. Die in den Schaltungsschematas durch Doppellinien gekennzeichneten Phasen führen Ströme, die aus zwei Einzelströme resultieren.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht. sind die Enden der drei Phasen zu einem Sternpunkt 1U geführt, während die anderen Enden in Verbindung mit Schleifringen 11 steilen. Von diesen Schleifringen gehen Verbindungen aus zu Wicklungen, deren Stäbe in den durch das bereits bekannte Weglassen der überflüssigen Stäbe frei gewordenen Nuten liegen ; jede dieser Wicklungen endigt in je einem
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Punkte und Kreuze angedeutet.
Die Fig. 2 zeigt, dass die drei Schleifringe 11 über ausschaltbare Widerstände 13 miteinander in Verbindung stehen, so dass, wenn die Schleifringe 12 offen gelassen werden, in den zwischen den Schleifringen 11 und 12 liegenden zusätzlichen Wicklungsstäben kein Strom fliesst. Bei diesem Stromverlauf ist die Geschwindigkeit derjenigen eines für 4 und 2 Pole gewickelten Kaskadenmotors.
Diese Geschwindigkeit ist die niederste und ist diejenige eines einfachen sechspoligen Motors.
In der Fig. 3 ist die Verbindung der Schleifringe 11 aufgehoben, während die Schleifringe 12 durch ausschaltbare Widerstände 14 miteinander verbunden sind ; der Stromverlauf ist dabei der in Fig. 1 angedeutete, wobei das Läuferfeld nur 4 Pole besitzt. Die Geschwindigkeit hat sich deshalb im Vergleich zur Kaskadengeschwindigkeit im Verhältnis 3 : 2 erhöht.
Fig. 4 zeigt die Verbindungen zur Erzielung einer dritten Drehungsgeschwindigkeit. In diesem Fall sind die Schleifringe 12 direkt miteinander verbunden, während die ausschaltbaren Widerstände 1.) zwischen den Schleifringen 11 liegen. Die Verbindungen am Ständer sind in bekannter Weise gewechselt worden, und die Wicklungen des Läufers werden jetzt entsprechend den Pfeilen in dem Schaltungsschema Fig. 4 durchflossen und ein Feld von nur 2 Polen erzeugen ; die Drehungsgeschwindigkeit wird daher doppelt so gross sein als diejenige, die dem Schaltungschema der Fig. 3 entspricht und dreimal so gross als diejenige bei den Verbindungen nach Fig. 2.
Es ist ohne weiteres klar, dass in dem Falle, in welchem die Wicklung lediglich für 2 NormalGeschwindigkeiten bestimmt ist, an Stelle der drei Schaltringe 11 mit ihren Widerständen 13 pille feste Verbindung treten kann und dass nur die Schleifringe 12 mit ihren Widerständen J. 1 nötig sind, um die zweite Geschwindigkeit zu erhalten.
Obgleich die oben beschriebene Wicklung einfach und für die Praxis brauchbar ist, so stellt sie aus verschiedenen Gründen dennoch nicht die zweckmässigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, denn sie hat neben einer grossen magnetischen Streuung den Nachteil
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keiten kleiner ist als 2 : 1 und bei welchen die Ohmschen Verluste und die magnetische Streuung geringer sind, als sie bei der oben beschriebenen Wicklung sein würden.
Die Fig. 6-10 zeigen, wie diese zweckmässigere Wicklungsform hervorgebracht wird. Die Fig. 5 zeigt die Anordnung der Wicklungsstäbe zweier getrennter Dreiphasenwicklungen, die Felder mit 4 bezw. 2 Polen auf dem Läufer erzeugen (die, wie bekannt, in entgegengesetzten Richtungen umlaufen) ; die beiden oberen Stabreihen stellen das vierpolige und die untere Reihe stellt das zweipolige Feld dar. Fig. 6 zeigt die Wicklung, die sich ergibt, wenn diejenigen Leiterpaare der Fig. 5, deren Wirkung sich gegenseitig aufhebt, weggelassen sind, so dass in gewissen Nuten nur ein Wicklungsstab verbleibt.
In den übrigen Nuten führen zwei der Stäbe Ströme, die in der ursprünglichen Wicklung nach Fig. 5 um 600 gegeneinander verschoben sind (wie nachstehend weiter erklärt werden soll), und diese beiden Stäbe sind jeweils durch einen einzelnen Stab (Fig. 6 dadurch gekennzeichnet, dass die betreffenden beiden Stäbe durch Striche verbunden sind) ersetzt, der einen resultierenden Strom führt, der 1'73mal so gross ist als derjenige des Einzelstabes in der ursprünglichen Wicklung und dessen Wirkung in magnetischer Hinsicht dieselbe ist, wie diejenige der Ströme in den beiden Stäben, wie sie Fig. 5 zeigt. Die resultierende Wicklung gemäss Fig. 6 ist bereits bekannt.
Die in Fig. 6 unten gezeichneten Wicklungsleiter sind in Dreieck geschaltet, während die Wicklungen, die den resultierenden Strom (vom 1'73fachen Wert) führen, in Verbindung mit den Dreieckspunkten stehen und sich in einer Sternpunktverbindung 25 vereinigen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist diese Wicklung so verändert, dass sie in der nachstehenden
Weise zwei Normal-Geschwindigkeiten gibt. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, sind in alle diejenigen
Nuten, die nach Fig. 6 nur einen Stab enthalten, je zwei zusätzliche, nebeneinander liegende
Stäbe eingefügt worden, deren Querschnitt je halb so gross ist, als derjenige der anderen Wicklung- stäbe, und die gegeneinander isoliert sind. Diese Stäbe sind einerseits mit den Mittelpunkten der drei Teile der Dreieckswicklung der Fig. 6 verbunden, wie aus dem Schaltungsschema der Fig. 8 hervorgeht. Wenn nun die Schleifringe 15 nicht miteinander verbunden sind, so ist der Strom- verlauf in den Wicklungen wie in Fig. 7 und 8 angezeigt.
Die Leiter führen Ströme in derselben
Richtung und Phase wie in Fig. 6, so dass der Läufer mit der Kaskaden-Geschwindigkeit sich dreht, die 4 und 2 Polen entspricht.
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so führen die zusätzlichen Leiter Ströme, und die Wicklungen erzeugen auf dem Rotor ein Feld mit 4 Polen. Die Fig. 10 zeigt den Stromverlauf in diesem Falle.
Durch Vergleich der Figurenpaare 7, 8 und 9, 10 ergibt sich folgendes : Bei den Schaltungen gemäss Fig. 7 und 8 führen die mit je zwei Buchstaben bezeichneten Wicklungen, die in Stern geschaltet und durch Doppellinien dargestellt sind, Ströme, die sich als Resultierende von Strömen zweier um 600 verschobener Phasen ergeben.
Der Strom in Phase a, in irgend einem Stab auf den Beschauer zufliessend, wird um 1200 in Phase gegen die Ströme der Phasen b und c, die in einem parallelen Stab von dem Beschauer wegfliessen, verschoben sein, dagegen ist die Phasenver- schiebung gegen den Strom in einer der beiden Phasen b und c, der in derselben Richtung wie a fliesst, nur 600. Ähnlich sind Ströme, die in den Phasen b und c in entgegengesetzten Richtungen fliessen, nur 600 in Phase verschoben.
In Fig. 8 bezeichnen die neben den mit dem Sternpunkt verbundenen Leitern stehenden Buchstaben diejenigen beiden Phasen, die in dem betrachteten Augenblick in diesen Stäben fliessen ; ausserdem sind die Richtungen der Ströme in diesen beiden Phasen angezeigt, wutaus sich erkennen lässt, welch resultierender Strom in jeder der SternpunktVerbindungen fliesst. Die Werte dieser resultierenden Ströme sind, wie bereits erklärt. l'73mal so gross als diejenigen der Ströme in den anderen Leitern.
Bei den Schaltungen gemäss den Fig. 9 und 10 führt keiner der Stäbe diese Ströme, die sich aus zwei um 6C"Phase verschobenen Strömen zusammensetzen, sondern alle Stäbe sind von ein-
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Nuten befinden, doppelt so gross sein als diejenige in den gewöhnlichen Stäben.
Aus den Fig. 11 und 14 geht hervor, in welcher Weise die Wicklung weiter vereinfacht und wie auf die Verwendung der Stäbe von halbem Querschnitt ganz verzichtet werden kann. In
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dieselben Ströme führen, wie die entsprechenden Stäbe der Fig. 7 ; die Endverbindungen sind jedoch abgeändert, so dass jetzt lediglich ein Leiter jeder Nut mit den Schleifringen 16 in Verbindung steht. Die Wicklungen dieser Schleifringe sind wie vorher mit dem Mittelpunkt je einer
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Sind jedoch die Schleifringe 16 miteinander verbunden, wie die Fig. 13 und 14 zeigen, so ist der Verlauf der Ströme ein wesentlich anderer. In jeder Nut sind nur zwei Stäbe, und diese
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Falle beträchtlich verringert ; die sämtlichen Leiter besitzen einen Qerschnitt, der denjenigen Strömen entspricht, die sich'bei der Schaltung gemäss den Fig. 13 und 14, die der erhöhten Geschwindigkeit entspricht, ergeben.
Bei der praktischen Ausführung von Wicklungen für 8 und 4 Pole zum gleichen wie oben beschriebenen Zweck, wiederholt sich die Wicklung am Umfang des Läufers zwei-oder mehreremale entsprechend der gewählten Polzahl. Für die gegenseitige Verbindung dieser Wicklungsteile bestehen zwei Möglichkeiten, wie ohne weiteres klar ist ; sie können in Reihe oder parallel verbunden werden, was jeweils von besonderen Umständen abhängt.
Die Fig. 15 zeigt die Wicklung der Fig. 11 bis 14 zweimal am Umfang des Läufers angeordnet, wobei ein Feld von 8 bezw. 4 Polen entsteht. Die beiden Wicklungen sind dabei in Reihe geschaltet und zu Schleift ingen herausgeführt, bezw. mit den Punkten 17, 18 und 19 verbunden. Diese Schaltung eignet sich insbesondere für kleine Maschinen, bei welchen die Spannung zu gering wäre, wenn die Spulen parallel geschaltet würden.
Es ist jedoch ohne weiteres klar, dass dabei die Verbindungen sehr lang und schwierig sind ; bei glosseren Maschinen können die Verbindungen dadurch sehr vereinfacht werden, dass die doppelten Spulenreihen parallel geschaltet werden, wie in Fig. 16 dargestellt ist, wobei 23 eine Sternpunktverbindung bedeutet, zu welcher die einen Enden jeder Spule geführt sind, während die anderen Enden der Wicklungen jeder Phase zu je zwei Punkten 20, 21 und 22 herausgeleitet sind ; jedes dieser Punktpaare liegt auf einem Schleifring. Die Verwendung einer dieser Schaltungsarten hängt von den näheren Umständen und der Polzahl der zu bauenden Maschine ab und muss von Fall zu Fall entschieden werden.
In der obigen Beschreibung ist entsprechend den Figuren der Zeichnung nur immer von einem Wicklungsstab die Rede ; es ist jedoch selbstverständlich, dass an Stelle eines Stabes zwei oder mehrere treten können. so dass jedes Stabpaar oder ein Vielfaches von zwei Stäben pro Nut eine Spule darstellt. Ebenso ist es klar, dass in irgend einer der vorbeschriebenen Wicklungen, wenn nur von einem Satz Schleifringen, die, falls sie direkt miteinander verbunden sind, einen neutralen Punkt bilden, die Rede war, mindestens noch ein anderer solcher neutraler Punkt. im allgemeinen mehrere andere neutiale Punkte vorhanden sein können, die dauernd miteinander verbunden sind.
Diese Verbindungen können, wenn erwünscht ist, gelöst und zu Schleifringen hej aufgeführt werden, zwischen welchen Widerstände liegen, durch deren Ausschaltung eine weitere Regulierung der Unilaufsgeschwindigkeit möglich ist. Ausserdem ist es ohne weiteres verständlich, dass durch geeignete Anordung der Verbindungen die Wicklungen bei Kaskadenschaltung so geschaltet werden können, dass sich an Stelle der Summe der Polgrundzahlen die Differenz ergibt.
Eine Erklärung hierzu dürfte überflüssig sein, ausser darüber, dass bei dem Entwurf einer solchen Wicklung die beiden ursprünglichen Wicklungen des Läufers, in welchen die über- flüssigen Stäbe weggelassen werden. so angeordnet werden, dass ihre Felder sich in der gleichen Richtung dt (. hen : ferner werden die überflüssigen Leiter weggelassen, und in die Nuten, in welchen Raum frei wird. werden, wie bereits erklärt, Leiter eingefügt, die in Verbindung mit Schleifringen stehen und Ströme der geeigneten Phasen führen.
Endlich sei bemerkt, dans die vorliegende Erfindung, obwohl sie im vorstehenden in Ausführung an einem Läufer eines Wechselstrommotors beschrieben ist, in gleicher Weise für den stillstehenden Teil der Maschine, wenn aus irgend einem Grund die Funktionen von Läufer und Ständer veltauscht sind, anwendbar ist.
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