Dreiphasen-Polwechselmotor zum wahlweisen Betrieb mit einer vierpoligen Dreieckwicklung oder einer zwölfpoligen Sternwicklung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drei phasen-Polwechselmotor zum wahlweisen Betrieb mit einer vierpoligen Dreieckwicklung oder einer zwölf- poligen Sternwicklung mit drei je in drei Abschnitte unterteilten Phasenwicklungen, der gegenüber be kannten Motoren dieser Art verbesserte Leistungs- charakteristika aufweist.
Es sind Drehstrommotoren bekannt, bei denen durch Wechseln der Wicklungsanschlüsse die effek tive Polzahl veränderlich ist, so dass der Motor auf verschiedenen Drehzahlen laufen gelassen werden kann. Es sind zufriedenstellende Motoren für zwei im Verhältnis von 2: 1 stehende Drehzahlen bekannt und viel gebraucht. Bei Versuchen aber, Drehzahlen im Verhältnis von 3 : 1 züi erhalten, begegnete man vielen Schwierigkeiten. Nicht die letzte dieser Schwie rigkeiten besteht in der Konstruktion eines Motors, der beim Einschalten auf die eine oder andere Dreh zahl keine Tendenz zum Kriechen zeigt.
Ein Motor kriecht, wenn er auf einer Teilzahl seiner richtigen Drehzahl läuft, und dieser Umstand ergibt sich aus dem Gehalt an harmonischen Schwin gungen der magnetomotorischen Kraft. Diese Schwin gungen haben die gleiche Wirkung, wie wenn der Motor mit der grösseren der Kriech-Drehzahl entspre chenden Anzahl von Polen gewickelt wäre. Von den in der M. M. K. vorhandenen harmonischen Schwin gungen ist die siebente die schwerwiegendste für das Kriechen, da die von den drei Phasen erzeugten dritten Harmonischen zum gegenseitigen Neutralisie ren neigen, und die fünfte einem rückwärtsdrehenden Feld entspricht.
Ein polumschaltbarer Drehstrommotor ist bekannt mit drei Phasenwicklungen von je 120 elektrischem Umfang und je teilbar in drei 40 elektrischer Ab schnitte. Jede dieser Wicklungen kann entweder als eine Dreiphasen-Dreieckwicklung von 120 -Phasen- umfang oder als eine Dreiphasen-Sternwicklung von 120 -Phasenumfang eingeschaltet werden, wobei die Dreieckwicklung einen 40 -Abschnitt jeder Phasen wicklung auslässt. Ein solcher Motor erfordert 11 Steuerleitungen zum Ausführen der alternativen Wicklungsschaltungen.
Ferner ist auch ein polumschaltbarer Drehstrom motor bekannt für Drehzahlen im Verhältnis 3 : 1. Dieser Motor weist Dreiphasen-Wicklungen von je 60 elektrischem Umfang mit einer einzigen Lage und vollem Schritt. Bei der höheren Drehzahl sind bei einem Motor konstanter Leistung nur ein Drittel der Spulen, bei einem Motor von konstantem Dreh moment aber zwei Drittel der Spulen eingeschaltet. Die bei der höheren Drehzahl eingeschalteten Spulen sind für eine 300 m/o-Polteilung bei der niedrigeren Drehzahl gewickelt. Ein solcher Motor benötigt nur neun Steueranschlussleitungen zum Umschalten der Wicklungen, wenn er mit konstantem Drehmoment arbeitet.
Es hat sich jetzt gezeigt, auf Grund theoretischer Analysen und praktischer Versuche, dass Motoren mit einer Wicklung von vollem Schritt und<B>60 </B> Phasen umfang stark kriechen, wodurch der Vorteil der ein facheren Schaltverbindungen wieder aufgehoben wird.
Der polumschaltbare Drehstrommotor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum vier- poligen Betrieb nur je zwei von den Abschnitten jeder Phasenwicklung vorgesehen sind, die auf 8/9 der vol len bei vierpoligem Betrieb gültigen Polteilung gesehnt sind und die eine Phasenbreite von 60 elektrischen Graden einnehmen, von denen der Anteil des abge schalteten Abschnittes der Phasenwicklungen 20 elek trische Grade beträgt, wobei diese letzteren bei zwölf- poligem Betrieb zugeschalteten Wicklungsabschnitte auf 2/3 der vollen, bei zwölfpoligem Betrieb gültigen Polteilung gesehnt sind.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 ein Wicklungsschema eines Dreiphasen- Induktionsmotors mit Polumschaltung für Vier- oder Zwölfpolbetrieb, gewickelt auf einem Stator mit 36 Nuten, wobei die Vierpolwicklung auf 8/9 der vollen Polteilung von 9 Nuten als Sehne ausgebil det ist, Fig.2 ein der Wicklung nach Fig. 1 entspre chendes Schema, bei dem die Vierpolwicklung schraffiert ist, wobei ersichtlich ist, wie diese Vier polwicklung abgeändert werden kann,
um die Wick lung nach Fig. 3Z zu erhalten, Fig. 3Z ein Wicklungsschema einer abgeänderten Form einer Vierpolwicklung, Fig. 3Y ein Schema der nur für Zwölfpolbetrieb benützten Wicklungen, Fig. <I>4a</I> und<I>4b</I> je ein Schema mit Anschlüssen an die Wicklungsabschnitte entweder der Wicklung nach Fig. 1 oder derjenigen nach Fig. 3 für Vier- und Zwölfpolbetrieb.
Der mit der Wicklung nach Fig. 1 versehene Mo tor soll Drehzahlen im Verhältnis 3 : 1 liefern. Der Stator weist 36 Nuten auf, so dass die volle Polteilung neun Nuten beträgt für Vierpolbetrieb. Für eine grö ssere Maschine könnte ein Stator mit 72 Nuten ver wendet werden.
Die Wicklung des vorliegenden ersten Beispiels ist eine Zweilagenwicklung und ist auf 8/9 der vollen Vierpolteilung von 9 Nuten als Sehne ausgebildet, so dass die Spulenteilung acht Nuten der Neunnuten- Polteilung beträgt. Die Phasenbreite beträgt 60 .
In Fig. 1 ist die Lage der Spulenseiten in der üblichen Art und Weise angegeben, wobei die Buchstaben<I> T </I> und<I> B </I> den obern bzw. untern Teil einer Nut bezeichnen. Die den Bezugsbuchstaben <I> B </I> und<I> T </I> folgenden Zahlen bezeichnen die Nu ten, die aufeinanderfolgend numeriert sind. Die bei P angegebenen Anschlüsse sind nach aussen füh rende Leiter, die mit Q bezeichneten sind Verbin dungen der Spulenleiter innerhalb der Spulen und diejenigen bei R sind Verbindungen zwischen den Spulen.
Die Kreise am linken und rechten Rand be zeichnen die Enden der verschiedenen Wicklungs abschnitte, und deren Markierung entspricht derjeni gen in Fig. <I>4a</I> und<I>4b.</I> Die +- und --Zeichen be deuten jeweils die Eingangs- und Ausgangsspulen seiten, wie dies üblich ist.
Wie ersichtlich, sind in diesem Beispiel alle Spulen gleich weit. Bei Vierpolbetrieb ist die Wicklung in Dreieck und bei Zwölfpolbetrieb in Stern geschaltet.
In der Fig. 2 sind die entsprechenden Phasen (A, B, C) in bezug auf jede Spule gekennzeichnet. Die schraffierten Felder stellen die Dreiphasen-Vierpol- wicklung dar. Die Phase A ist durch senkrechte Striche, die Phase B durch rechtsgeneigte Striche und die Phase C durch linksgeneigte Striche dargestellt. Die Phasenwicklungen sind jeweils in drei Abschnitte unterteilt. Bei vierpoligem Betrieb werden jeweils zwei Abschnitte jeder Phasenwicklung benutzt, die auf 8/9 der vollen bei vierpoligem Betrieb gültigen Pol teilung gesehnt sind und die eine Phasenbreite von 60 elektrischen Graden einnehmen.
Der Anteil des abgeschalteten Abschnittes der Phasenwicklungen be trägt 20 elektrische Grade der Vierpolteilung, wobei diese letzteren bei zwölfpoligem Betrieb zugeschal teten Wicklungsabschnitte auf '/3 der vollen, bei zwölfpoligem Betrieb gültigen Polteilung gesehnt wer den. Die Buchstaben<I> T </I> und<I> B </I> bezeichnen wie in Fig. 1 den Ober- bzw. Unterteil der Nuten. Die nicht schraffierten Teile bezeichnen die bei Vierpolbetrieb ausgelassenen Spulen.
Aus dieser Fig. 2 geht hervor, dass das zentrale Drittel der aufeinanderfolgenden Nutengruppen ganz von den Vierpolwicklungen be setzt ist, während die äussern zwei Drittel der Gruppe halb gefüllt sind. Bei Vierpolbetrieb ist die Wicklung in Dreieck und bei Zwölfpolbetrieb in Stern geschaltet.
Der Unterschied zwischen den Ausführungsfor men nach Fig. 2 und Fig. 3Z besteht darin, dass Teile der Vierpolwicklung, welche in Fig.2 mit Pfeilen angegeben sind, auf den Grund der entsprechenden Nuten in der Fig. 3Z verlegt sind. Die nicht schraf fierten Teile bezeichnen die bei Vierpolbetrieb ausge lassenen Spulen.
Die Buchstaben T bezeichnen in Fig. 3Y, wie schon vorher, den Oberteil der Nuten. Die in Fig. 3 Y gezeigte Wicklung ist in der obern Hälfte der äussern Nuten jedes Nutentripels gemäss Fig. 3Z gewickelt, so dass die Wicklungen 3Z und 3 Y als übereinander gelagert betrachtet werden können. Wie ersichtlich, ist die Spulenteilung der Wicklung 3 Y von der Nut 1 bis Nut 3 usw., das heisst zwei Nuten, so dass die Wicklung 3 Y nachstehend als die Wicklung mit kur zer Teilung bezeichnet ist und eine Teilung von 2/3 einer vollen Polteilung für den Zwölfpolbetrieb auf weist.
Das kleine Schema P links unten in Fig. 3 Y bezeichnet die Mittellinie von Polen der einzelnen Phasen.
Die Fig.4a zeigt die Wicklungsanordnung für einen Vierpol-, dreieckgeschalteten Betrieb mit hoher Drehzahl. Bei dieser Arbeitsweise ist die Wicklung <I>+</I> A2, <I>+</I> B2, <I>+</I> C2 der abgeänderten Wicklung nach Fig. 3Z, nebst einem Drittel der ganzen Wicklung nach Fig. 1 ausser Gebrauch.
Die Fig. 4b zeigt die Wicklungsanordnung für den Zwölfpol-, sterngeschalteten Betrieb bei niedriger Drehzahl. Bei dieser Arbeitsweise werden alle Wick lungen benützt.
In den Fig. 4a und 4b sind die vollausgezogenen Verbindungen permanenter Natur, während die ge strichelt gezeichneten Verbindungen von einem nicht gezeigten Polumschalter errichtet werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind entsprechende Leistungszahlen angeführt für<I>zwei</I> Drehstrommotoren mit Polumschaltung für ein Drehzahlverhältnis von 3 : 1. Der Motor A ist der in der Einleitung zuerst angeführte bekannte Vollteilungsmotor mit drei Pha- senwicklungen von je 120 elektrischem Umfang. Der Motor B weist eine Wicklung nach Fig. 2 auf. Der Motor C weist die Wicklung nach Fig. 3Z und 3 Y auf.
EMI0003.0005
Motor <SEP> A <SEP> B <SEP> C
<tb> Betriebsspannung <SEP> 440 <SEP> 474 <SEP> 475
<tb> Vierpol-Ausgangsleistung <SEP> 4 <SEP> PS <SEP> 4,1 <SEP> PS <SEP> 4,2 <SEP> PS
<tb> Schlupf <SEP> bei <SEP> Vollast <SEP> <B>6,7,1/0</B> <SEP> 6,7 <SEP> % <SEP> 7 <SEP> 0/0
<tb> Wirkungsgrad <SEP> bei <SEP> Vollast <SEP> <B>80,1/0</B> <SEP> 80,5% <SEP> <B>81,5,1/0</B>
<tb> Leistungsfaktor <SEP> 0,88 <SEP> 0,88 <SEP> 0,88
<tb> Zwölfpol-Ausgangsleistung <SEP> 0,81 <SEP> PS <SEP> 0,82 <SEP> PS <SEP> 0,9 <SEP> PS
<tb> Schlupf <SEP> bei <SEP> Vollast <SEP> <B>10,1/0</B> <SEP> 8,5% <SEP> 9 <SEP> 0/0
<tb> Wirkungsgrad <SEP> bei <SEP> Vollast <SEP> 57%, <SEP> <B>57,50/0 <SEP> 58,50/0,</B>
<tb> Leistungsfaktor <SEP> 0,58 <SEP> 0,54 <SEP> 0,56 Der M.
M. K.-Gehalt an der siebten Harmonischen bei der einen wie andern Arbeitsdrehzahl für beide Wicklungen nach Fig. 1 und 3 ergibt sich als be trächtlich kleiner als in einer gewöhnlichen Voll teilungswicklung. Es tritt kein Kriechen auf, selbst wenn die Motore gegen ein grosses Drehmoment in Betrieb gesetzt werden.
Die Wicklung nach Fig. 1 kann für eine Massen produktion verwendet werden, da die Spulen iden tisch sind und somit keine besondere Geschicklichkeit beim Wickeln erforderlich ist. Die abgeänderte Wick lung nach Fig. 3 ergibt jedoch die bessere Leistung, und diese Verbesserung wird nicht wieder durch andere Nachteile im Betrieb aufgehoben.