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Induzierte Wicklung für Ein-oder Nehrpnasenmaschinen mit zwei verschiedenpoligen Magnetfeldern.
In der Patentschrift Nr. 89566 sind Ein-oder Mehrphasenmasehinen mit zwei verschiedenpoligen Magnetfeldern beschrieben, bei denen in zwei getrennten Wicklungen oder in einer umschaltbaren Wicklung Wechsel-oder Mehrphasenströme höherer oder niederer Frequenz entnommen oder zugeführt werden können.
Die Wicklungen dieser Maschinen unterscheiden sich von älteren, bereits bekannten Anordnungen dadurch, dass bei letzteren die Wicklung für die geringere Frequenz mit einem derartigen Wickelschritt ausgeführt ist, dass letzterer ein gerades Vielfaches der Polteilung des Magnetfeldes für die höhere Frequenz beträgt, wogegen bei der neueren Anordnung ein beliebiger verkürzter oder verlängerter Wickelsehritt zur Verwendung kommen kann, aber jede Gruppe der pro Pol und Phase hintereinander geschalteten Spulenseiten der Wicklung für die niedere Frequenz einen Bruchteil der grossen Polteilung bedeckt, welcher ein gerades Vielfaches der kleinen Polteilung bildet, so dass die durch das Magnetfeld der grösseren Polzahl in jeder dieser Gruppen induzierten Spannungen sich aufheben.
Bei der Ausführung dieser Wicklung stösst man jedoch auf Schwierigkeiten, wenn man eine Umschaltung von Wicklungsteilen vermeiden und aus derselben Wicklung gleichzeitig beide Frequenzen entnehmen will, und zwar rührt dies daher, dass zu viele Spulenseiten pro Pol und Phase direkt hintereinander geschaltet werden müssen. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung solcher
Schwierigkeiten.
Bei der Betrachtung der in der Patentschrift Nr. 89566 dargestellten Wicklung ergibt sieh, dass bei der Schaltung für die niedere Frequenz die Aufhebung der unerwünschten induzierten
Spannungen höherer Frequenz dadurch erfolgt, dass die von einem Pol der grösseren Polzahlin einer Gruppe von hintereinander geschalteten Spulenseiten induzierte Spannung aufgehoben wird durch die von dem benachbarten und daher ungleichnamigen Pol in derselben Gruppe von Spulenseiten induzierte Spannung.
Dieselbe Wirkung kann nun offenbar dadurch erzielt werden, dass man zwei Gruppen von Spulenseiten hintereinander schaltet, von denen die erste in an sich bekannter Weise nur einen Bruchteil einer Pol- fläche der grösseren Polzahl bedeckt und die zweite den genau entsprechenden Bruchteil der benachbarten oder auch einer anderen ungleichnamigen Polfläche. Man kann somit eine Wicklung aufbauen, die dadurch den gewünschten Zweck erfüllt, dass sie sich aus Paaren solcher Gruppen von Spulenseiten zusammensetzt, von denen jede mit der zugeordneten Gruppe unmittelbar oder gegebenenfalls mittelbar über einen Transformator so verbunden ist, dass die von dem Felde der nicht erwünschten Frequenz induzierten Spannungen sich aufheben.
Diese Anordnung gibt dem Konstrukteur gegenüber der Anordnung nach dem Patent Nr. 89566 eine grössere Bewegungsfreiheit, da er nun nicht mehr an die Bedingung gebunden ist, dass die pro Pol und Phase hintereinander geschalteten Spulenseiten ein ganzes gerades Vielfaches der Polteilung für die höhere Frequenz bedecken müssen. Auch bei dieser Anordnung ist der Wickelschritt noch innerhalb gewisser Grenzen beliebig und man wird ihn aus bekannten Gründen vorzugsweise gegenüber dem vollen Wickelschritt für die kleinere Polzahl verkürzen.
Im nachfolgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In Fig. la sind die beiden Magnetfelder der Maschine in ihrem räumlichen Verlauf dargestellt. Die stark ausgezogene Kurve gibt den Verlauf des Magnetfeldes geringer Polzahl, die schwächer ausgezogene Kurve denjenigen des Magnetfeldes höherer Polzahl an. Das Verhältnis der Polzahlen ist, wie die Figur zeigt, des Beispiels halber als 1 : 3 angenommen, doch sind natürlich auch andere Polzahlverhältnisse möglich.
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In Fig. lb ist als Ausführungsbeispiel eine Wicklung gemäss der Erfindung dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind in den einzelnen Wicklungszügen nicht sämtliche Wicklungselemente zur 1 arstellung gebracht, die zu einer der ein Paar bildenden Gruppen gehören, sondern es ist immer eine Gruppe solcher Wicklungselemente durch einen einzigen Leiter verkörpert. In der Figur sind dies die Leiter 11, 21 und . Der Bruchteil der Polfläche der grösseren Polzahl, welchen die durch den Leiter verkörperte
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des Feldes höherer Frequenz bedeckt. Diese Polteilung des Feldes höherer Frequenz ist in den Fig. 1 a und lb mit a, die Polteilung des Feldes niederer Frequenz mit b bezeichnet. Der Wickelsehritt der Spulen ist ein beliebig verkürzter oder verlängerter.
In der Fig. lb ist des Beispiels halber ein gegen b ver-
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Verfolgt man unter Berücksichtigung der Fig. la und lb den Verlauf der in den Spulen- gruppein 1, 2 und 3 induzierten Spannungen, so ergibt sich zunächst, dass alle diese Spulengruppen von beiden Magnetfeldern gleichzeitig induziert werden. In den Figuren der Zeichnung sind die von dem Magnetfelde niederer Frequenz induzierten Spannungen durch starke einfache Pfeile, die von dem Magnetfeld höherer Frequenz induzierten Spannungen durch schwächere Doppelpfeile dargestellt. In der Spulen- gruppe . ist die vom Magnetfelde niederer Frequenz induzierte Spannung mit der vom Magnetfeld höherer Frequenz induzierten Spannung im gleichen Sinne gerichtet.
Dasselbe ist der Fall in der Spulen-
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Felde niederer Frequenz induzierte Spannung entgegengerichtet ist. Es gehört nun zu den Aufgaben der Erfindung, die Spulengruppen der Wicklung so zu schalten, dass diese verschieden frequenten SpanSpanungen sich gegenseitig nicht stören, sondern möglichst voll ausgenutzt werden können.
Gemäss Fig. lb geschieht dies in folgender Weise. Beginnt man den Verlauf des Wicklungszuges an dem mit jS"i bezeichneten Spulenanfang, so geht man von dort zunächst durch die Gruppe von Spulen- seitein 1 unter Durchlaufung auch der zugehörigen punktiert gezeichneten rechten Seiten dieser Spulen.
In diesen rechten Seiten, die überwiegend unter dem Einfluss eines ungleichnamigen Magnetpoles liegen, werden Spannungen induziert, die zwar den in der linken Gruppe von Spulenseiten induzierten nach Grösse und Phase nicht genau gleich sind, sich zu ihnen aber geometrisch addieren. Im weiteren Verlauf der Beschreibung soll daher auf diese Spannungen nicht besonders Rücksicht genommen, sondern stillschweigend vorausgesetzt werden, dass sie lediglich ein verstärkender Teil der in den links liegenden Gruppen von Spulenseiten induzierten Spannungen sind, so dass also prinzipiell nur diese letzteren in Betracht gezogen zu werden brauchen.
Man verbindet dann das Ende dieser Spulengruppe mittels der ausgezogenen kreisbogenförmigen Verbindung mit dem Anfang der nächsten Spulengruppe . und durchläuft diese Spulengruppe bis zu dem mit Bezeichneten Spulenende ; . und bilden so ein Gruppenpaar. In diesem gesamten Wicklungszug addieren sich die vom Magnetfelde geringerer Frequenz indu-
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höherer Frequenz induzierten durch die schwächeren Doppelpfeile dargestellten Spannungen sich aufheben. Durch diese Reihenschaltung der Spulengruppen und 2 ist man somit in der Lage, an den Klemmen Kl und K2 Wechselstrom niederer Frequenz zu entnehmen, wogegen der Wechselstrom höherer Frequenz an diesen Klemmen unwirksam ist.
Wünscht man aus der Wicklung nach Fig. lb Wechselstrom der höheren Frequenz zu entnehmen, so muss man von Klemme Kl beginnend, erst die Gruppe}. durchlaufen, darauf, wie die punktiert gezeichnete kreisbogenförmige Verbindung andeutet, nach Klemme K2 gehen, von dort die Gruppe 2 in umgekehrter Richtung wie vorher durchlaufen und den Anfang dieser Gruppe mit dem Anfang der Spulengruppe 31 verbinden, um letztere im gleichen Sinne zu durchlaufen wie die Gruppe 11, bis schliesslich die Klemme K3 als Ende des gesamten Wicklungszuges erreicht wird.
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höherer Frequenz gemäss den Doppelpfeilen, so wird man feststellen, dass diese in Bezug auf die Klemmen Kl und K2 in sämtlichen Spulengruppen gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und sich daher addieren.
Die von dem Magnetfeld niederer Frequenz induzierten Spannungen äussern dagegen an den Klemmen Kr und Kg keine Wirkung, denn aus Fig. la und lb ergibt sich, dass in bezug auf das Magnetfeld niederer Frequenz die Spulengruppen und 31 die drei Phasen einer Drehstromwickllmg darstellen. In einer solchen ist aber bekanntlich die Summe der in den drei Phasen induzierten Spannungen gleich Null.
Man wird also bei der zuletzt beschriebenen Schaltung an den Klemmen Zi und K3 unter Ausnutzung der vollständigen Wicklung nur Wechselstrom der höheren Frequenz entnehmen.
In den Fig. le und 1 sind der Übersichtlichkeit halber die beiden soeben an Hand von Fig. 1b beschriebenen Schaltungen schematisch dargestellt. In Fig. 1 c ist die Spulengruppe i mit zu so in Reihe
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geschaltet, dass die von dem Magnetfeld niederer Frequenz induzierten Spannungen, gemäss den starken einfachen Pfeilen, sich addieren, während die vom Magnetfeld höherer Frequenz induzierten Spannungen gemäss den schwächeren Doppelpfeilen sich aufheben. Die Spulengruppe 3 ist bei dieser Schaltung, wie schon bezüglich Fig. lb ausgeführt wurde, unbenutzt. Die Abnahme des Stromes niederer Frequenz erfolgt daher an den Klemmen und .
Fig. ld zeigt ein Schema für die Verwendung der Wicklung für die höhere Frequenz. Die Spulengruppen 1 und 3 liegen, wie die Pfeile zeigen, unverändert wie in Fig. le. Die Spulengruppe ist aber. wie die Pfeile andeuten, mit vertauschen Enden mit den beiden anderen Spulengruppen in Reihe geschaltet.
Die Abnahme oder Zuführung des Stromes erfolgt an den beiden äussersten Enden des Wicklungszuges, also an den Klemmen K, und K. Wie die schwächeren Doppelpfeile zeigen, sind die vom Felde höherer Frequenz induzierten Spannungen hiebei gleichsinnig in Reihe geschaltet, wogegen die durch das Magnetfeld niederer Frequenz in den Spulengruppen induzierten, durch die starken einfachen Pfeile dargestellten Spannungen sich, wie oben erwähnt, als Summe der drei Phasenspannungen eines Drehstromes zu Null ergänzen.
Aus den Fig. H, l e und l < ! folgt, dass die Wicklung bei dieser Anordnung immer nur Strom der einen oder der anderen Frequenz abgeben oder aufnehmen kann, nicht aber Ströme beider Frequenzen gleich- zeitig. Unter Umständen ist es aber erforderlich, entweder gleichzeitig zwei verschiedene Frequenzen aus der Maschine zu entnehmen, oder aber die Maschine als Frequenzformer zu benutzen, indem Strom der einen Frequenz in die Maschine hineingeleitet und Strom der anderen Frequenz aus ihr entnommen wird. Um diesen Zweck zu erfüllen, muss die Wicklung offenbar so angeordnet werden, dass in bezug auf die Anschlusspunkte für den Strom niederer Frequenz die Spulengruppe 2 mit'hintereinander geschaltet ist, während sie in bezug auf die Anschlusspunkte für den Strom höherer Frequenz und entgegengeschaltet ist.
Eine Anordnung dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser ist, ähnlich wie in Fig. 1 d, die Spulengruppe i mit 2 und 3 in Reihe geschaltet, wobei wiederum Gruppe wie in Fig. ld mit vertauschten Enden angeschlossen ist. Die Entnahme des Stromes höherer Frequenz erfolgt daher an
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beschrieben.
Um nun ohne Umschaltung der Spulengruppe und gleichzeitig mit der Entnahme von Strom höherer Frequenz auch solchen niederer Frequenz entnehmen zu können, wird die Umschaltung der
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sondern transformatorisch bewirkt, indem an die Enden der Wicklung 2 die Primärwicklung eines Transformators t angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung in geeigneter Weise mit der Spulengruppe i in Reihe geschaltet ist.
Die Entnahme des Stromes niederer Frequenz erfolgt nunmehr zwischen der freien Klemme der Transformator-Sekundärwicklung und der Klemme TL. Wie die starken einfachen Pfeile in Fig. 2 zeigen, addieren sich dann die den Spulengruppen und entsprechenden Spannungen niederer Frequenz, während, wie aus den Doppelpfeilen folgt, sich die Spannungen höherer Frequenz in diesen Spulengruppen aufheben.
Die Fig. 3a und 3b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ebenfalls die gleichzeitige Abgabe oder Aufnahme von Wechselströmen verschiedener Frequenz ohne Umschaltung von Wicklungsteilen möglich ist. Der Übersichtlichkeit halber möge das Prinzip der Anordnung zunächst an Hand der Fig. 3b erläutert werden. Es ist bekannt, dass man bei einer Brückenschaltung an zwei Diagonalpunkten Strom einer bestimmten Art und gleichzeitig an den beiden anderen Diagonalpunkten Strom einer anderen Art zuführen oder abnehmen kann, ohne dass diese beiden Ströme sich im geringsten stölen. Von diesem Prinzip wird bei der Anordnung nach den Fig. 3a und 3b Gebrauch gemacht. Wie bei der Anordnung nach den Fig. lb, lc und 1 werden für die Entnahme des Stromes niederer Frequenz
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auch die Spulengruppe mitbenutzt wird.
Da in der Brüekenschaltung je zwei Zweige einander gleich sein müssen, wird abweichend von Fig. 1 b jeder Bruchteil einer Polfläche des Feldes höherer Frequenz zweimal von einer gleichartigen Gruppe von Spulenseiten bedeckt, wie in Fig. 3a angedeutet. Der zweite Zweig kann aber auch einem anderen Polpaar zugeordnet sein. Im ersteren Falle können die die beiden gleichen Zweige bildenden Spulenseiten in denselben Nuten entweder übereinander oder nebeneinander liegen.
Verfolgt man in Fig. 3a den Verlauf der induzierten Spannungen von Punkt A beginnend, so gehen von diesem zwei parallel geschaltete Stromzweige aus, nämlich :
1. durch die Spulenseitengruppe i und die zugehörige punktiert gezeichnete rechte Seite derselben nach dem Punkt 0 ; von dort durch die kreisbogenförmige Verbindung nach der Spulengruppe ; zum Punkt B.
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2. Von A durch die kreisbogenförmige Verbindung durch die Spulengruppe ) nach Punkt D ; von dort durch die kreisbogenförmige Verbindung nach der Spulengruppe und durch diese nach Punkt B.
Dieser Teil des Wicklungszuges ist schematisch durch das die Brückenschaltung darstellende
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die entsprechenden Gruppen von Spulenseiten der Fig. 3a dar. Wie sich aus dem Schema Fig. 3b ergibt, addieren sich die vom Magnetfeld niederer Frequenz induzierten durch die starken einfachen Pfeile gekennzeichneten Spannungen in bezug auf die Punkte A B, während sich die von dem Magnetfeld höherer Frequenz in der Wicklung induzierten Spannungen aufheben. In bezug auf die Punkte C und D addieren sich hingegen die vom Magnetfeld höherer Frequenz induzierten Spannungen. Die Entnahme des niederfrequenten Stromes erfolgt somit an den Punkten A und B der Fig. 3a und 3b. In ganz ähnlicher
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von D nach der rechts gelegenen punktiert gezeichneten Spulenseitengruppe, so dass schliesslich der.
Punkt E das eine Ende des gesamten Widdungszuges bildet. Der Anschluss der Gruppen 3I und ist auch in Fig. 3b dargestellt und die Punkte C und E als Anschlusspunkte für den Strom der höheren
Frequenz gekennzeichnet.
Die eingezeichneten Pfeile ergeben nach dem oben Gesagten sowohl für die höhere als auch für die niedere Frequenz ohne weiteres den Stromverlauf.
Die Fig. 3b zeigt der Vereinfachung wegen das Schaltungsschema für nur eine Phase des höher- frequenten Stromes entsprechend der in den Fig. la 1b und 3a zur Darstellung gebrachten Besetzung nur der ersten mit I bezeichneten Phase jeder Polteilung der höheren Frequenz. Zweckmässig wird man natürlich alle drei Phasen bewickeln und kann dann sowohl Dreiphasenstrom höherer Frequenz, als auch
Einphasenstrom niederer Frequenz entnehmen.
Für die Entnahme des letzteren wird man zweckmässig die Addition der drei Spannungen der niederen Frequenz, die jeweils an den Punkten A und B der drei
Hochfrequenzphasen entstehen, dadurch vornehmen, dass man mit ihnen drei gesonderte Primärspule eines Einphasentransformators speist, in dessen Sekundäiwicklung sich dann die drei transformierten
Spannungen zu einer Einphasenspannung der gewünschten Höhe und Frequenz vereinigen.
Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten Anordnungen stellen nur Ausführungsbeispiele dar, die mannigfache Abänderungen zulassen. Obgleich in den Fig. lb und 3a die Wicklung als Schleifen- wicklung dargestellt ist, kann man natürlich bei sinngemässer Abänderung auch eine Wellenwicklung oder eine andere der gebräuchlichen Wicklungsarten verwenden, sofern diese nur die in der Einleitung der Patentbeschreibung angegebenen Bedingungen erfüllt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Induzierte Wicklung für Ein-oder Mehrphasenmaschinen mit zwei verschiedenpoligen Magnet- feldern, wobei jede der für die Induktion der Spannung niederer Frequenz hintereinander geschalteten Gruppen von Spulenseiti : pio Pol und Phase nur einen Bruchteil einer Polfläche des Feldes höherer
Frequenz bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass jede dieser Gruppen von Spulenseiten durch direkte
Verbindung oder über einen Transformator (t) mit einer zweiten solchen Gruppe () hintereinander geschaltet ist, welch letztere den entsprechenden Bruchteil der Polfläche eines ungleichnamigen Poles des Feldes höherer Frequenz bedeckt, derart, dass die durch das Magnetfeld für die höhere Frequenz in jedem derartigen Gruppenpaar induzierten Spannungen sich aufheben.