Aus einer 6n-poligen Dreiphasenwicklung durch Polumschaltung hergestellte 2n-polige Dreiphasenwichlung. Eine Regelung der Drehzahl eines Dreh strominduktionsmotors ist mit Verlusten mög lich durch Einschalten von Widerstand in den Läuferstromkreis oder durch komplizierte Anordnungen wie Kaskadenschaltung usw. Man macht deshalb vielfach von der Polum schaltung bei Drehstrommotoren Gebrauch, um wenigstens bestimmte feste Drehzahlstu fen zu erreichen. Es sind hierfür verschiedene Wicklungen und Schaltungen bekannt, um ein bestimmtes Drehzahlverhältnis herzu stellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus einer 6n-poligen Dreiphasenwicklung durch Polumschaltung hergestellte 2n-polige Dreiphasenwicklung.
Zur Herstellung der Polzahl 2n bilden gemäss der Erfindung von den 9n-Wicklungs- teilen einer 6n-poligen Dreiphasenwicklung je zwei gegeneinander um 6 n verschobene Gruppen von je zwei nebeneinanderliegenden Wicklungsteilen und je zwei zwischen zwei Gruppen liegende, gegenüber beiden Gruppen um 3 n verschobene (gemessen von Gruppen- mitte zu Einzelteilmitte) Einzelwicklungs teile eine Phase;
die zwischen zwei Gruppen liegenden Einzelwicklungsteile sind dabei innerhalb der neuen Phasen gegenüber den übrigen Wicklungsteilen derselben Phase gegensinnig (durch Vertauschen des Anfan ges und des Endes) eingeschaltet. 2 n ist dabei der Winkel von 360 elektrischen Raum graden, bezogen auf die 6n-polige Ausgangs schaltung, und soll im nachfolgenden immer diese Bedeutung besitzen. n ist eine beliebige ganze Zahl und gleichzeitig der Quotient aus der maximalen Polzahl der Wicklung und der Zahl 6.
Das Diagramm nach Fig. 1 bezieht sich beispielsweise auf eine 12-polige Dreiphasen wicklung, die gemäss der Erfindung auf eine 4-polige Wicklung umgeschaltet wird (n = 2). Die Wicklung besitzt dementsprechend 18 Wicklungsteile. Die Strahlen 1 bis 18 des Diagrammes geben nun die räumliche Lage dieser Teile am Umfang der Wicklung an. Für die neue Polzahl 4 bilden die den Strah len 1, 5, 9 und 10, 14, 7.8 entsprechenden Teile die Phase I, die den Strahlen 4, 8, 12 und 13, 17, 3 entsprechenden Teile die Phase II und die den Strahlen 7, 11, 15 und 16, 2, 6 entsprechenden Teile die Phase III. Die in Fig. 1 eingezeichneten Winkel beziehen sich auf elektrische Raumgrade, die im vorliegen den Fall, da es sich um eine 4-polige Schal tung handelt, nur halb so gross sind als die wirklichen Raumgrade.
Wie ersichtlich, be sitzt der Strahl 5 der Phase I gegenüber der Resultierenden der beiden Strahlen 9 und 10 eine Phasenverschiebung von 180 elektrischen Graden. Sollen daher die den Strahlen 5, 9 und 10 in der räumlichen Lage entsprechen den Wicklungsteile eine Phase bilden, so muss der Wicklungsteil 5 infolge dieser 180 igen Phasenverschiebung gegenüber den Teilen 9 und 1 gegensinnig (durch Vertauschen des Anfanges und des Endes ) geschaltet sein.
Beispiele der neuen Schaltung werden an hand der Zeichnung (Fig. 2 und 4 bis 10) in der nachfolgenden Beschreibung an einer 12- poligen Dreiphasenwicklung (n infolgedessen 12 : 6 = 2) erläutert. Die Wicklung besitzt gemäss dem Schema der Fig. 2, die dann ge- ringstmögliche Zahl von 18 Wicklungsteilen bezw. Spulen, sie ist also eine Einlochwick lung. Selbstverständlich kann man aber die Erfindung ohne weiteres auch auf Mehrloch wicklungen anwenden, die dann eine ent sprechende grössere Zahl von Wicklungsteilen oder Spulen besitzen. Unter den im fol genden genannten Wicklungsteilen ist dann eine Gruppe von solchen zu verstehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 4 gezeigt. Fig. 2 stellt schema tisch eine normale 12-polige Dreiphasenwick lung dar, die Spulen sind mit den Zahlen 1 bis 18 bezeichnet und für die Polzahl 12 ge mäss Fig. 3. in Dreieck geschaltet. Fig. 4 zeigt die 4-polige Schaltung. Beispielsweise besteht die Phase I derselben aus zwei gegen einander um 6 n verschobenen Gruppen von je zwei nebeneinanderliegenden Wicklungs teilen 1, 18 und 9, 10 und aus zwei gegen über diesen Gruppen um je 9 n/3 = 3 n verscho benen (gemessen zwischen Gruppenmitte und Spulenmitte) Einzelteilen 5 und 14.
Die Teile 5 und 14 sind unter Vertauschung des Anfanges und des Endes im entgegengesetz ten Sinne wie die übrigen Teile geschaltet, was in der Zeichnung durch ein Minuszeichen an diesen Teilen angedeutet ist, während die an den Wicklungsteilen angebrachten Rich tungspfeile (Fig. 4) nicht umgekehrt werden. Nach denselben Regeln sind die beiden übri gen Phasen II und III in Fig. 4 geschaltet. Die einzelnen Phasen besitzen mit den ein ander entsprechenden Wicklungsteilen (zum Beispiel mit ihren Einzelwicklungsteilen) einen gegenseitigen Abstand von 2 n (elek trische Raumgrade). Auf eine Gruppe von zwei nebeneinanderliegenden Wicklungsteilen der einen Phase folgt also in Fig. 2 zunächst ein Einzelwicklungsteil einer zweiten und hierauf eine Gruppe von zwei Wicklungstei len einer dritten Phase.
Es gehören zum Bei spiel in Fig. 2 die nebeneinander liegenden Teile 3 und 4 der Phase II an, hierauf folgt als Einzelwicklungsteil der Phase I der Teil 5, und daran schliesst sich wieder eine Gruppe zweier nebeneinander liegender Teile 6 und 7 an, die der Phase III angehören. Hierauf folgt als der Phase II angehörig der Wick lungsteil 8. Die zwei verschiedenen Phasen angehörigen Einzelwicklungsteile 5 und 8 be sitzen dabei für die Polzahl 12 einen Abstand von 2 n.
Selbstverständlich kann man die nach der Erfindung gebildeten Phasen der 2n-poligen Schaltung in irgend einer bekannten Schal tung (Stern, Dreieck etc.) miteinander ver binden. Ebenso kann man die Wicklungsteile einer Phase hintereinander schalten oder auch zueinander parallel oder teils zueinan der parallel, teils in Reihe miteinander. Bei spielsweise zeigt Fig. 5 eine Schaltung, bei der die einzelnen Phasen der Fig. 4 in zwei Teile unterteilt und diese Teile zueinander parallel geschaltet sind. Die einzelnen Pha sen sind ausserdem in Stern geschaltet.
In den Fig. 7, 9 und 10 sind weitere be sonders zweckmässige Ausführungsformen der 4-poligen Schaltung dargestellt. Die einzel nen nach Fig. 4 (2n gleich 4-polige Schal tung) gebildeten Phasen<B>1</B> bis III sind hier mit ihren Wicklungsteilen auf die Dreieck seiten und die Sternstrahlen einer gemisch ten Sterndreieckschaltung aufgeteilt. Infolge dieser Aufteilung besitzt der Strom in den jenigen Wicklungsteilen einer Phase, die einer Dreieckseite angehören, eine andere seitliche Phasenlage als der Strom in den Teilen, die einem Sternstrahl angehören.
Die Aufteilung ist nun derart durchge führt, dass diese verschiedenen zeitlichen Phasenlagen der Ströme in den Wick lungsteilen einer Phase angenähert den gegen seitigen räumlichen Verschiebungen dieser Wicklungsteile innerhalb der neuen Poltei lung entsprechen.
Wie aus dem Diagramm der Fig. 1 zu entnehmen ist, weichen die beiden nebenein ander liegenden Wicklungsteile einer Phase (zum Beispiel die Teile 9 und 10 der Phase I) bei der 2n-poligen Schaltung von ihrer bei der Schaltung nach Fig. 4 gegenüber dem Einzelwicklungsteil (5) anzustrebenden räum lieben Verschiebung von 180 nach beiden Seiten um je 20 ab. Ihre gegenseitige Ver schiebung beträgt daher 40 .
Man kann nun, wie unten erläutert wird, die beiden neben einanderliegenden Wicklungsteile und den Einzelwicklungsteil derart auf die Strahlen und Seiten einer gemischten Sterndreieck schaltung aufteilen, dass die Ströme in den drei Wicklungsteilen einen solchen zeitlichen Phasenunterschied besitzen, dass der Strom in dem einen der nebeneinander liegenden Wick lungsteile dem Strom im Einzelwicklungs teil je nach der Drehfeldrichtung um 30 vor- oder nacheilt, während der Strom in dem zweiten Teil gegenüber dem Einzelteil um 150 vor- oder nacheilt. Man erreicht dadurch, dass die bei der Aufteilung auftretenden zeit lichen Phasenverschiebungen der Ströme in den einzelnen Teilen sich den räumlichen Ver schiebungen der Teile annähern.
Dadurch wird der Wicklungsfaktor der Anordnung verbessert.
In Fig. 6 ist eine derartige Aufteilung an einem Beispiel veranschaulicht. Es wer den dabei die Wicklungsteile 1, 5, 9, 10, 14 und 18 der Fig. 2, die in Fig. 4 die Phase I bilden, verwendet. Die beiden nebeneinander liegenden Wicklungsteile dieser Platte, näm lich die Teile 1 und 18 bezw. 9 und 10, sind hier auf zwei Sternstrahlen der gemischten Sterndreieckschaltung aufgeteilt. Die beiden gegensinnig in den Wicklungszug 10 bis 9 eingeschalteten Einzelwicklungsteile 5 und 14 gehören hingegen der zwischen den beiden Sternstrahlen liegenden Dreiecksehe an.
Da mit die EMKK in den nebeneinanderliegen den Teilen und in dem Einzelteil annähernd die obengenannten Winkel der Ströme ein schliessen, sind die Wicklungsteile bezüglich des Sternpunktes in den einen Sternstrahl in entgegengesetztem Sinne eingeschaltet als in den andern, so dass zum Beispiel die Teile 1 und 10 mit ihren Anfängen, die Teile 9 und 18 hingegen mit ihren Enden zum Sternpunkt hinführen. Diese gegensinnige Einschaltung ist in der Zeichnung durch den Richtungssinn der Pfeile an den Wicklungsteilen ange deutet.
Fig. 7 zeigt das gesamte Schaltbild einer 2n-poligen Schaltung, wenn die gemäss Fig. 4 gebildeten Phasen I bis III gemäss Fig. 6 auf die Sternstrahlen und Dreieckseiten der ge mischten Sterndreieckschaltung aufgeteilt sind. Die Phase I wird durch die Wicklungs teile 1, 10, 5, 14, 9 und 18 gebildet, die Phase II durch die Teile 4, 13, 8, 17, 3 und 12, die Phase III durch die Teile 16, 7, 11, 2, 6 und 15. Wie ersichtlich, setzen sich die einzelnen Sternstrahlen aus gegensinnig zueinander ein geschalteten Teilen zweier Phasen zusammen (durch die entgegengesetzte Richtung der Pfeile angedeutet). Die gegensinnige Ein schaltung der Einzelwicklungsteile in den Wicklungszug einer Phase ist wieder durch Minuszeichen angedeutet.
Fig. 8 zeigt eine weitere Art der Auftei lung der Wicklungsteile 1, 5, 9, 10, 14 und 18 der Phase I der Fig. 4, auf die Seiten und Sternstrahlen einer gemischten Sterndreieck schaltung. In Fig. 8 sind die nebeneinander liegenden Wicklungsteile der Phase I, 1 und 18 bezw. 9 und 10 auf zwei Dreiecksehen der Sterndreieckschaltung aufgeteilt, und die Einzelwicklungsteile 5 und 14 bilden den von dem Eckpunkt dieser Dreieckseite ausgehen den Sternstrahl.
Damit die Phasenlagen der Ströme und der EMKK wieder annähernd übereinstimmen, sind die nebeneinanderliegen den Wicklungsteile in die eine Dreieckseite im entgegengesetzten Sinne eingeschaltet als in die andere, so dass sowohl die Teile 9 und 18 als auch die Teile 1 und 10 mit ihren An fängen zum Eckpunkt der Dreieckseiten hin führen (durch die Richtung der Pfeile an gedeutet). Die dem Sternstrahl angehörigen Einzelwicklungsteile 5 und 14 führen infolge der 2n-poligen Schaltung mit ihren Anfängen zum Eckpunkte des Dreieckes hin (Fig. 8). Dies ist durch die Minuszeichen vor den Tei len 5 und 14 zum Ausdruck gebracht.
Fig. 9 zeigt das vollständige Schaltbild der gemäss Fig. 8 auf die Seiten und Strah len der gemischten Sterndreieckschaltung auf geteilten Phasen, wobei diese Phasen wieder aus denselben Wicklungsteilen gebildet sind, wie die Phasen der Fig. 4. In Fig. 9 setzen sich die einzelnen Dreieckseiten aus Wick lungsteilen zusammen, die verschiedenen, in der oben geschilderten Weise gebildeten Pha sen angehören. Beispielsweise besteht die ho rizontale Dreieckseite in Fig. 9 aus den Tei len 16 und 7, die bei der Anordnung nach Fig. 4 der Phase III angehören, und aus den Teilen 3 und 12, die bei der Anordnung nach Fig. 4 der Phase II angehören. Dieser Um stand kommt auch durch die Umkehr der Pfeilrichtungen in den einzelnen Dreiecksei ten zum Ausdruck. Die Phase I wird in Fig.
9 ebenso wie in Fig. 4 durch die Wicklungs teile 1, 10, 9, 18, 5 und 14 gebildet, die Phase II durch die Teile 3, 12, 13, 4, 8 und 17, die Phase III durch die Teile 16, 7, 15, 6, 11 und 2.
Die gemischten Sterndreieckschaltungen nach den Fig. 7 und 9 haben noch den Nach teil, dass der Strom in den Sternstrahlen den V3-fachen Wert des Stromes in den Drei eckseiten besitzt, so dass die Wicklung mit verschiedenem Querschnitt ausgeführt wer den muss, wenn man eine ungleichmässige Er wärmung vermeiden will. Diesen Nachteil kann man in ausreichendem Masse durch Parallel- und Hintereinanderschaltung der Wicklungs teile beseitigen. Beispielsweise zeigt Fig. 10 eine der Fig. 7 entsprechende Anordnung, bei der die vier Wicklungsteile eines Sternstrahls teils zueinander parallel, teils hintereinander geschaltet sind. Die Anordnung ist derart, dass die beiden einer Phase angehörigen Wick lungsteile hintereinandergeschaltet sind, wäh rend die verschiedenen Phasen angehörigen Teile zueinander parallel geschaltet sind.
Selbstverständlich könnte man aber auch eine andere Schaltung wählen.
Die vorstehend beschriebenen Polumschal tungen können ebenso vorgenommen werden, ob es sich nun um eine Wicklung mit Spulen gleicher oder verschiedener Weite, um eine Einschicht-, Zweischichtwicklung oder andere handelt. Durch die verschiedenen Wicklungen ändern sich die Wicklungsfaktoren bei den verschiedenen Polzahlen und damit gegebe nenfalls die magnetische Induktion.
Die magnetische Induktion für eine der oben beschriebenen Schaltungen hängt, wie bekannt, hauptsächlich von der angelegten Spannung, der Polzahl, dem Wicklungsfak tor, dem Verkettungsfaktor (Verhältnis der Spannungen oder Ströme bei verschiedener Verkettung der Phasen), und von der Zahl der in Reihe geschalteten Windungen ab.
Beispielsweise kann, wenn mit gleichblei bender Spannung gerechnet wird (um Trans formatoren zu vermeiden), und die Polzahl für eine gegebene Schaltung festliegt, die magnetische Induktion und damit das Dreh moment und die Leistung des Motors für einen bestimmten Fall durch Veränderung von Wicklungsfaktor, Verkettungsfaktor und der Zahl der in Reihe geschalteten Windun gen variiert werden.
Der Wicklungsfaktor ist bei den angege benen Schaltungen an und für sich meistens verschieden und ändert sich weiterhin noch mit der Wahl der Wicklungsart. Der Verket- tungsfaktor ändert sich je nachdem die Wick lung in Stern oder Dreieck geschaltet wird.
Es ergibt sich so eine grosse Mannigfaltig keit von Wegen, um für einen bestimmten Fall die magnetische Induktion und damit das Drehmoment des Motors festzulegen.