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Es ist bekannt, dass sowohl in den Wicklungen von Asynchronmaschinen wie in der Ankerwicldung der Synchronmaschinen Ströme von dreifacher Periodenzahl entstehen, falls diese Wicklungen im Dreieck geschaltet sind. Während die Summe der Augenblickswerte der grundharmonischen elektromotorischen Kräfte für das geschlossene Dreieck zu jeder Zeit gleich Null ist und keine inneren S röme erzeugen kann, sind die elektromotorischen Kräfte dreifacher Periodenzahl in allen drei Phasen zeitlich in Phase, addieren sich algebraisch und rufen die inneren Ströme dreifacher Periodenzahl hervor.
Umgekehrt gilt : Schneidet man eine in Dreieck geschaltete Dreiphasenwicklung an irgendeiner Stelle auf und beschickt sie mit einphasigem Wechselstrom oder Gleichstrom, so muss ein Feld von dreifacher Polzahl entstehen. Auf diesem Gedanken beruht die vorliegende Erfindung einer Polumschaltung bei Wechselstrommaschinen.
Die Fig. 1 zeigt eine gewöhnliche vierpolige Dreiphasenwicklung. Führt man dieser Dreiphasenstrom zu, so entsteht die Stromverteilung A, also ein vierpoliges Feld, einerlei, ob die Wicklung im Stern oder im Dreieck geschaltet ist. Führt man hingegen der im Dreieck geschalteten Wicklung, z. B. nach der Fig. 2, zwischen den Punkten u und z oder auch, nach Entfernung der Verbindung, zwischen den Punkten x und v oder y und wEinphasenwechselstrom oder Gleichstrom zu, so entsteht in Fig. 1 die Stromverteilung B, das heisst ein zwölfpoliges Feld und die beiden Polzahlen verhalten sich wie 1 : 3.
Die Anwendung dieses Verfahrens auf die Asynchronmaschine führt zu einer Polumschaltung im Verhältnis 1 : 3. Während aber bei den bekannten Polumschaltungen die Wicklung jeder Phase in Gruppen unterteilt werden muss, was besonders bei dem Polzahlverhältnis 1 : 3 zu verwickelten Umschaltern führt, wird hier die ganz gewöhnliche Dreiphasenwicklung verwendet und der Polumsehalter ist einfach. Fig. 3 zeigt die Schalturg der Ständerwicklung eines Asynchronmotors beispielsweise in der gewöhnlichen Dreieckschaltung für die kleinere Polzahl, die Fig. 2 die Schaltung für die grössere Polzahl und die Fig. 4 den zugehörigen Umschalter. Die drei Neztzuleitungen in Fig. 3 R, 8 und T sind in Fig. 4 an die entsprechenden Drehpunkte der Schaltmesser 1-3 angeschlossen. Die oberen d ei Kontakte U, V, W des
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Verbindung.
Die Verbindung zwischen den Punkten x und v und y und w nach Fig. 3 ist in der Dreieck- wieldung selbst durchgeführt. Die Verbindung zwischen den Punkten u und z wird am Umschalter vorgenommen. Der Umschalter besitzt hiefür ein viertes Schaltmesser 4, dessen Drehpunkt mit dem oberen Kontakt U in Verbindung steht, während der dazugehörige obere Kontakt Z mit dem Punkte s in Fig. 3 verbunden ist. Beim Umlegen der Schaltmesser nach o ben ergibt sich daher das Schaltbild nach Fig. 3.
Die Verbindung zwischen u und z erfolgt über den Umschalter. Die beiden mittleren Schaltmesser 2 und 3 besitzen für die Umschaltung der Wicklung 2 untere Gegenkontakte U, Z. Diese stehen mit den Punkten u und z in der Dreieckwicklung in Verbindung. Beim Umlegen der Schaltmesser nach unten werden daher die drei Netzansehlüsse R, 8, T von der Dreieckwicklung zunächst abgetrennt und die Verbindung zwischen u und z wird gelöst, beim Anlegen der Schaltmesser 2 und 3 an die unteren Kontakte U und Z wird dann die Dreieckwicklung von 8 und T aus über u und z mit einphasigem Wechselstrom nach dem Schaltbild der Fig. 2 gespeist. Bei der grösseren Polzahl läuft die Maschine daher einphasig.
Die Luftinduktion der kleinen Polzahl verhält sich zur Luftinduktion der grösseren Polzahl wie 0-66 : 1, also ungefähr wie bei der Dahlanderschaltung mit dem Polzahlverhä1tnis l : 2.
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Wird der Läufer nicht als Kurzschluss-, sondern als Schleifring anker ausgeführt, so kann, wie an der Synchronmaschine im folgenden erläutert ist, jede Umschaltung darin vermieden werden, indem man ihn für die niedrige Polzahl zweiphasig ausführt oder bei dreiphasiger Ausführung die räumliche Verschiebung der drei Phasen abweichend von 120 und 140'macht. Man kann den Motor für die kleinere Polzahl, also für die höhere Drehzahl, mit einem gewöhnlichen dreiphasigen Anlasser versehen. Soll der Motor mit der niedrigen Drehzahl laufen, dann lässt man ihn mit demselben dreiphasigen Anlasser an und schaltet die Ständerwicklung beim Erreichen der niedrigen Drehzahl für den einphasigen Lauf, also für den Lauf mit der grösseren Polzahl um, so dass ein besonderer Anlasser für die niedere Drehzahl nicht erforderlich ist.
Das Umschalten kann über eine Widerstandsstufe oder bei entsprechender Ausbildung des Umschalters so geschehen, dass keine Feldunterbrechung eintritt.
Bei einer Synchronmaschine kann man die Erfindung dazu benutzen, die Erregerwicklung im Polzahlverhältnis 1 : 3 umzuschalten. Die Erregerwicklung wird dabei für die kleinere Polzahl als ge- ähnliche Dreiphasenwicklung in Sternschaltung oder als Dreieckwicklung mit einer umgedrehten Phase ausgeführt und in bekannter Weise mit Gleichstrom gespeist. Die Fig. 5 und 6 zeigen die Schaltung der Dreiphasenerregerwicklung für die kleinere Polzahl. Durch Pfeile ist der Verlauf des Erregergleichstromes in der Wicklung angedeutet. Die Phase y und v in Fig. 6 ist innerhalb der Dreieckwicklung mit verkehrtem Wieklungssinn eingeschaltet. Für die höhere Polzahl wird die Erregerwicklung nach dem Schaltungsschema in Fig. 2 mit Gleichstrom gespeist. Die Fig. 1 veranschaulicht auch die Stromverteilung in der Erregerwicklung vor und nach der Umschaltung.
Die Ständerwicklung bei einer derartigen polumschaltbaren Synchronmaschine besitzt eine normale Dreiphasenwicklung. Für die kleinere Polzahl ist diese Dreiphasenwicldung in der bisher üblichen Weise, z. B. in Dreieck oder in Stern, geschaltet. Für die höhere Polzahl wird die Dreiphasenwicklung im Ständer nach Fig. 2 geschaltet. Bei u und s kann dann aus der Maschine Einphasenstrom entnommen werden, da beim Lauf mit der grossen Polzahl die elektromotorischen Kräfte in den drei Ankerphasen zeitlich in Phase sind. Beim Lauf mit der kleineren Polzahl liefert die Ankerwicklung normalen Dreiphasenstrom.
Bildet man die Wicklung im Ständer der Synchronmaschine als Zweiphasenwielrlung aus, dann ist eine Umschaltung der Ständerwicklung für die beiden im Verhältnis 1 : 3 stehenden Polzahlen nicht notwendig. Die Maschine liefert für beide Polzahlen Zweiphasenstrom. Für die niedrige Polzahl sind nämlich die beiden Wicklungsteile der Zweiphasenwicklung um 90 in der Phase verschoben. Für die höhere Polzahl sind sie um 3x90 das ist zu gegeneinander in Phase verschoben. In bezug auf die Spannungsverhältnisse sind die beiden Wicklungsteile daher wiederum um zein der Phase verschoben, nur dass der eine Wieklungsteil jetzt die Richtung seiner Spannung um 1800 ändert.
Ebenso liegen die beiden Leiter einer Ankerwindung, die bei der niedrigen Polzahl unter einem Nord-und einem Südpol lagen, auch für die höhere Polzahl unter einem Nord-und unter einem Südpol, nur umspannt die Ankerwindung jetzt nicht mehr die einfache, sondern die dreifache Polteilung.
Bei gleicher Drehzahl der Antriebsmaschine verhalten sich die Periodenzahlen wie 1 : 3.
Nimmt man bei der Asynchron-wie bei der Synchronmaschine an Stelle der gewöhnlichen Wicklungen irgendwelche bekannte polumschaltbare Wicklungen, so lassen sich unter Anwendung der oben angegebenen Polumschaltung vier und mehr verschiedene Polzahlen herstellen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Änderung der Polzahl bei Wechselstrommaschinen im Verhältnis 1 : 3, dadurch gekennzeichnet, dass die umzusehaltende Anker-oder Erregerwicklung bei der kleinen Polzahl im Stern (Fig. 5), im regelrecht geschlossenen Dreieck (Fig. 3), oder im offenen Dreieck mit einer umgedrehten
Phase (Fig. 6) geschaltet ist und mit Drehstrom oder Gleichstrom gespeist wird, bei der grossen Polzahl jedoch im regelrechten Dreieck mit einer offenen Ecke (Fig. 2) geschaltet ist und mit einphasigem Wechselstrom oder Gleichstrom gespeist wird.