Polumschaltbare Bruchlochwicklung für elektrische Maschinen. Die Erfindung betrifft eine zweischichtige Mehrphasenbruchlochwicklung für elektri sche Maschinen, die mittels Vertauschung von Wicklungsteilen polumschaltbar ist. Solche Wicklungen sind an sich bekannt, doch sind sie in .den bisher vorgeschlagenen Ausführungsarten nicht für kompliziertere Polzahlverhältnisse geeignet. Sie ergeben ent weder keine symmetrischen Felderregerkur ven oder keine befriedigende und genügend oberwellenfreie Spannungskurve, was insbe sondere bei ihrer Verwendung für Wechsel stromerzeuger gefordert wird.
Nach der Erfindung können die erwähnten Nachteile dadurch behoben werden, dass die Wicklung einerseits sowohl Einzelspulen als auch Spulenfolgen, anderseits Spulen beider Wicklungsrichtungen und ausserdem aufge lockerte Wicklungszonen enthält. Die Auf lockerung der Wicklungszonen besteht darin, dass nicht alle Spulenseiten einer Wicklungs zone der gleichen Phase in benachbarten Nuten und bei beiden Wicklungsschichten in denselben Nuten liegen, sondern dass ent weder die Zonen auseinandergezogen sind und Lücken enthalten, wobei benachbarte Wick lungszonen durch Übergreifen ihrer äussern Spulen verschachtelt sein können, oder dass die der Oberschicht und der Unterschicht an gehörenden Teile der Wicklungszonen ,
ge geneinander versetzt sind, oder dass einlagige Wicklungszonenteile durch Vertauschen von Leitern der Ober- und Unterschicht auf beide Wicklungsschichten verteilt sind. Unter Bruchlochwicklungen im Sinne der Erfin dung Bind alle Wicklungen zu verstehen, die eine gebrochene Anzahl von Nuten je Pol und Phase aufweisen. Polumschaltbare Wick lungen gelten dann als Bruchlochwicklungen im Sinne der Erfindung, wenn sie wenigstens bei einer ihrer Polzahlen :eine gebrochene An zahl von Nuten je Pol und Phase haben.
Einzelspulen sind solche, welche gegen die im Wicklungszug benachbarten Spulen um mindestens zwei Nutteilungen versetzt sind, Spulenfolgen sind aus zwei oder mehr in Nachbarnuten aufeinanderfolgenden Spulen zusammenbesetzte Spulengruppen. Die Spu len können mehrere Windungen haben oder bei Stabwicklungen auch aus einer einzelnen Windung bestehen.
Das Auseinanderziehen oder Verschach teln von Wicklungszonen, das gegenseitige Versetzen der Wicklungsschichten oder Ver tauschen von Leitern der Ober- und. Unter schicht ist in einzelnen Fällen zur Ver- besserung der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften von Wicklungen bereits an gewendet worden, jedoch nicht in Verbin- dun- mit Einzelspulen und Spulenfolgen und mit Spulen beider Wicklungsrichtungen, das heisst mit im Uhrzeigersinne oder in ent gegengesetztem Sinne angeschlossenen Spulen.
Erst durch die erfindungsgemässe Anordnung erhält man die nötige Freiheit, um eine allen erwähnten Bedingungen entsprechende Wick lung entwerfen zu können. Vorteilhafter weise wird bei allen Polzahlen neben der Anwendung von Einzelspulen und Spulen folgen, sowie verschiedener Wicklungsrich tungen wenigstens eine der obenerwähnten Massnahmen (Zonenerweiterung- oder Ver schachtelung usw.) angewendet, aber min destens bei einer Polzahl die Kombination von zwei oder mehr solcher Massnahmen be nutzt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Er findung ist in der Zeichnung dargestellt. Dieses Beispiel zeigt eine von vier Polen auf sechs Pole umschaltbare dreiphasige Zwei schichtschleifenwicklung, die nach Fig. 1 in 18 Nuten untergebracht ist und einen Wick lungsschritt von drei Nuten hat. Ihre Nut zahl je Pol und Phase ist für die vierpolige Schaltung 1,5. Die Wicklung ist. hier daher eine Bruchlochwicklung. In der sechspoligen Schaltung ist eine Nut je Pol und Phase vor handen.
Die Wicklungsverbindungen für die bei den Polzahlen sind in Fig. 2 und Fig. 3 wie dergegeben. In beiden Schaltungen sind die Enden<I>x,</I> y, z der drei Wicklungsphasen zu einem Sternpunkt 0 vereinigt. Phasenanfänge u, u, 2r und Phasenenden :x, y, z behalten ihre Labe bei der Umschaltung dauernd bei. Die Anschlussrichtungen der Wicklungsspulen bleiben ebenfalls ungeändert, wie die in Fig. 1 einbetragenen, bei beiden Polzahlen gleichbleibenden Pfeile erkennen lassen.
Die Pfeile bedeuten nicht die Stromrichtungen in einem bestimmten Augenblick, sondern den Verlauf des Wicklungszuges in der Rich tung vom Phasenanfang zum Phasenende. Die Polumschaltung vollzieht sich somit durch reine Vertauschung von Wicklungs teilen ohne Umkehr ihrer Anschlussrichtungen.
In Fig. 4 sind die unmittelbar an den Phasenanfängen liebenden Spulengruppen der drei. Phasen einzeln dargestellt, und zwar in Fig. 4z die erste Spulengruppe der Phase ux, in Fit,. 41) die der Phase vy und in Fig. 4G die der Phase Die Wicklung enthält so mit sowohl einzelne Spulen (Fig. 4h und 4e), als auch Spulenfolgen von je zwei aufeinan derfolgenden Spulen (Fig. 4"). Ausserdem kommen in ihr Spulen beider Wicklungs richtungen vor. In Fig. 4g- ist die Spule 17-2 im Uhrzeigersinn und die Spule 6-3 im ent gegengesetzten Sinn in den Wicklungszug einbeschaltet. Das bleiche gilt für die Spu len 3-18 und 4-7 in Fig. 4e.
Die Fig. 5 und 6 zeigen für die beiden Polzahlen die Verteilung der Phasen und der Anschlussrichtungen auf Ober- und Unter schicht der 18 Nuten. Die Felder der vorn angeschlossenen, das heisst in Richtung von vorn nach hinten im Wicklungszug liegenden Nutenleiter sind in diesen Figuren durch Schraffen hervorgehoben. Solche- Leiter kom men in beiden Schichten vor. Vertauscht man in den Nuten 3, 6, 9, 1?, 15 und 18 die Lei ter der Ober- und Unterschicht, so liegen alle vorn angeschlossenen Leiter in der Oberschicht, ohne dass sich im übrigen an der Feldverteilung der Wicklung etwas ändert.
Zu24eich, entstehen in ihr geschlossene Wick- lunrszonen von je drei derselben Phase und Schicht angehörenden Nachbarleitern. Alle Spulen haben hierbei den gleichen Wiek- lunbssinn. Verschiebt man ausserdem die Oberschicht seitlich gegen die Unterschicht, so erhält man schliesslich eine gewöhnliche Dreizonenwicklung, das ist eine Wicklung, bei der in einer doppelten Polteilung drei geschlossene Phasenzonen aufeinanderfolgen. Die Wicklung nach Fig. 5 geht also aus einer solchen durch gegenseitige Versetzung :der Wicklungsschichten und gleichzeitiges.
Ver tauschen von Leitern der Ober- und Unter schicht hervor, wodurch man eine Sechs- zonenwieklung mit verschieden grossen Spu lengruppen und Spulen verschiedenen, Wick lungssinnes erhält, also eine Wicklung, die in einer doppelten Polteilung 6 aufeinander folgende Phasenzonen enthält, .die im vorlie genden Ausführungsbeispiel einander über greifen. In Fig. 6 sind die schraffierten Felder in gleicher Weise wie in Fig. 5 auf die beiden Wicklungsschichten verteilt. Auch hieraus erkennt man, dass die Anschluss richtungen der Spulen bei der Polumschal tung unverändert bleiben.
Die Wicklung lässt sich auch bei :dieser Polzahl durch Ver tauschen der Ober- und Unterschichtleiter in den bereits genannten Nuten 3, 6 usw. in eine Normalwicklung zurückverwandeln. Diese ist hier eine Sechszonenwicklung, mit sechs einander nicht übergreifenden Phasenzonen in jeder doppelten Polteilung, während bei der kleineren Polzahl die normale Wicklung, wie erwähnt, eine Dreizonenwicklung würde. Eine solche ergibt eine unsymmetrische Feld erregerkurve und Feldverteilung, was bei der Wicklung nach der Erfindung vermieden ist.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit halber für ein ein facheres Polzahlverhältnis (4 :6) gewählt. Es können aber auch andere Polzahlverhält nisse gewählt werden.
Die Erfindung lässt sich unter anderem auf polumschaltbare Wicklungen von belie biger Phasenzahl m anwenden, die aus m2 zur Polumschaltung umzuordnenden Wicklungs teilen bestehen. Der Entwurf solcher Wick lungen macht Schwierigkeiten, wenn ihre Nutzahl je Pol und Phase bei der einen oder bei beiden Polzahlen eine gebrochene Zahl ist, die Wicklungen also eine Bruchlochwick- lung darstellen. Es wird .deren Entwurf er leichtert und eine günstige Feldkurve er halten, wenn die Wicklung aus Spulen gruppen mit allen möglichen ganzen Spulen zahlen, von 1 bis x oder ganzzahligen Viel fachen davon zusammengesetzt ist, wobei x ,die auf die nächste ganze Zahl aufgerundete Kennzahl der Bruchlochwicklung bedeutet.
Ist die Wicklung bei beiden Polzahlen eine Bruchlochwicklung, so, ist die eine oder an dere Kennzahl aufzurunden, sofern nicht beide Kennzahlen die gleiche Aufrundung ergeben.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 6 ist, wie erwähnt, in der vierpoligen Schal tung eine Bruchlochwicklung mit 11/2 Nuten je Pol und. Phase. Die aufgerundete Kenn zahl der Bruchlochwicklung ist 2; die mög lichen ganzen Spulenzahlen sind hierdurch 1 und 2, die Wicklung enthält daher Einzel spulen und Doppelspulen. Ein Teil der Wick lungsteile besteht deshalb je aus einer ge schlossenen.
Spulenfolge, ein anderer Teil je aus mehreren (hier zwei) räumlich getrennten Spulen. Bei ;grösseren Nutzahlen kann wieder eine Vervielfältigung eintreten, so dass an Steile der Einzelspule Spulenfolgen und an Stelle der Doppelspulen grössere Spulenfolgen verwendet werden. Wie Fig. 4a bis 4c zeigen, bestehen einige Wicklungsteile nur aus einer Doppelspule, die andern Wicklungsteile aus je zwei räumlich getrennten Einzelspulen.
Bei der Erweiterung der Wicklung für grössere Nutzahlen oder Polzahlen können die einen Wicklungsteile auch aus mehreren Doppelspulen, die andern aus mehreren Paaren von je zwei räumlich getrennten Ein- zelspulen bestehen. Die räumlich getrenn ten Elemente (Spulen oder Spulenfolgen) desselben Wicklungsteils haben entgegen gesetzten Wicklungssinn.
Zum Beispiel sind die beiden Einzelspulen des in Fig. 4b dar gestellten Wicklungsteils im Uhrzeigersinn, die des Wicklungsteils nach Fig. 4c ent gegengesetzt angeschlossen.
In den Fig. 7 bis, 9 der Zeichnung ist ein weiteres Ausführungsbeispiel im Schaltbild wiedergegeben. Fig. 7 zeigt die Anordnung der Wicklungsspulen, Fig. 8 die Schaltver bindungen für die eine Polzahl und Fig. 9 die für die andere Polzahl. Die Wicklung ist eine Zweischichtschleifenwicklung, die in 36 Nuten untergebracht ist. Sie hat je nach der Schaltung 6 oder 8 Pole, ist also im Pol zahlverhältnis 3 : 4 umschaltbar. Sie besteht <I>aus</I> in<I>=</I> 3 Phasen und hat nag <I>= 9</I> Wick lungsteile, deren Schaltung in den Fig. 10 und 11 für die beiden Polzahlen wieder gegeben ist.
In Fig. 7 sind die Anfänge dieser 9 Wicklungsteile mit .den Zahlen I bis IX und deren Enden mit I' bis IX' bezeichnet. Die Wicklung hat eine einheitliche Spulen weite von 6 Nutteilungen und bildet in der achtpoligen Schaltung eine Bruchlochwick lung mit 11i- Nuten je Pol und Phase. Ihre auf die nächst höhere Zahl aufgerundete Nennzahl ist 2.
Ihre Wicklungsteile bestehen aus Spulen folgen von zwei aufeinanderfolgenden Spulen (Doppelspulen) und aus Einzelspulen. Je drei solcher Elementwind zu einem Wicklungs teil zusammengeschaltet. In Fig. 12, 13 und 14 sind die an den Phasenanfängen 2u, v, IL' liegenden Wicklungsteile einzeln dargestellt; sie enthalten je zwei Abschnitte gleicher Windungszahl und einen solchen doppelter Windungszahl, nämlich zwei Einzelspulen und eine Doppelspule. Bei höherer Nutzahl können statt dessen auch zwei Doppelspulen und eine Vierfachspule verwendet werden.
Bei sehr grossen Nutzahlen kann die Verviel fachung der Wicklungselemente fortgesetzt werden. Eine Spulengruppe der Wicklungs teile hat umgekehrten Wicklungssinn wie die beiden andern Spulengruppen. Beispiels weise ist bei dem Wicklungsteil 1 1' die Doppelspule 1-7-2-8 und die Einzelspule 28-34 im Uhrzeigersinn, die Einzelspule 33-3 entgegen dem Uhrzeigersinn ange schlossen. Das gleiche gilt für alle übrigen Wicklungsteile, bei denen sieh die in Fig. 12 bis 14 dargestellten Formen wiederholen. Die drei Spulengruppen dieser Wicklungsteile umfassen je drei aufeinanderfolgende Pol teilungen der kleinen Polzahl. Bei einem Teil davon liegt die Spulengruppe doppelter Win- dungszahl in der mittleren der drei um fassten Polteilungen, wie beispielsweise nach Fig. 13.
Bei einem andern Teil liegt die Spulengruppe doppelter Windungszahl in einer der seitlichen Polteilungen, z. B. nach Fig. 12 in der rechten, nach Fig. 14 in der linken Polteilung. Vorzugsweise enthält jede Phase (jeder Wicklungsstrang) Wicklungs teile beider Arten. Die Wicklung lässt sich vollkommen symmetrisch aufbauen, wobei jeder Phasenstrang alle: drei Formen von Wicklungsteilen (Fig. 12 bis 14) enthält, in denen also die Spule doppelter Windungs zahl alle drei möglichen Lagen, nämlich ent weder zwischen zwei Spulen einfacher Win dungszahl oder rechts oder links von zwei solchen einnimmt.
Die Wicklungszonen sind hier in folgen der Weise aufgelockert: Wie sich durch Ver folgen des Wicklungsverlaufes von den Phasenanfängen u, v, u, zu den Phasenenden x, y, z nach Fig. 7 und 8 ergibt, entstehen in der Phase ux gleichphasige Wicklungs zonen der Form o-o-u-o und u-u-o-u, worin o Stäbe der obern und 2c Stäbe der untern Wicklungsschicht bedeuten. Der dritte Stab jeder Zone ist jeweils in die andere Schicht verlegt, also mit, dem entsprechenden Stab dieser Schicht vertauscht. Die Phase vy enthält Zonen von der Form o-u-u-o und 11>-0-0-9,c, die in die Lücken der zur Phase ux gehörenden Zonen eingreifen, mit, diesen Zonen daher verschachtelt sind.
Ebenso übergreift die Phase wz mit ihren Zonen von der Form o-u-o-o und u-o-u-u die Nachbarzonen. Die Wicklung hat somit die eingangs Hervorgehobenen wesentlichen Merk male.