Wicklungsanordnung für Induktionsmaschinen mit veränderbarer Polzahl. Polumschaltbare Wicklungen für ein- oder mehrphasige Induktionsmaschinen erfordern im allgemeinen ausserordentlich viele Wick lungsenden, die zum Umschaltapparat aus der Maschine herausgeführt werden müssen, um denjenigen Verlauf der Wicklung zu er zielen, der zur Erzeugung magnetischer Fel der mit wahlweise verschiedener Polzahl not wendig ist. Bei den bisher meist gebräuch lichen Wicklungsarten braucht man zum Bei spiel für einen Dreiphasenmotor, der mit zwei verschiedenen Polzahlen arbeiten soll, allein für die Statorwicklung bis zu 36 verschiedene Wicklungsenden. die eineu entsprechend gro ssen Kontaktapparat zur Umschaltung er fordern.
Es sind verschiedentlich Vorschläge ge macht, die Zahl der Wicklungsenden zu ver ringern, besonders zu dem Zwecke, die Wick lungen mit mehrfacher Polzahl auch im Ro tor verwenden zu können, ohne eine unaus führbar grosse Zahl von Schleifringen zu er halten. Gegenstand der Erfindung ist eine Wicklungsanordnung, die sich sowohl für Ro- toren, als auch für Statoren zur Ersparung von Wicklungsanschlüssen und Kontakten im Schaltapparate besonders gut eignet, da sie für jede Polzahl nur eine der Phasenzahl ent sprechende Zahl von Anschlüssen besitzt.
Die Gesamtwicklung wird zu diesem Zweck in eine gewisse Zahl einzelner Zweige unterteilt und diese Zweige, die beim Arbeiten mit den verschiedenen Polzahlen veränderten Strom durchfluss besitzen, werden mehrfach anein ander geschlossen, wie die Seiten und Sehnen eines Fachwerkpolygons, dessen verschiedene Knoten- oder Eckpunkte die Anschlussstellen der Stromzuleitungen für die verschiedenen Polzahlen bilden. Die gegenseitige Verbindung der einzelnen Wicklungszweige braucht als dann nicht mehr geändert zu werden, man braucht vielmehr nur diejenigen Knotenpunkte, denen der Ein- oder Mehrphasenstrom zuge führt wird, zu wechseln. Man erbält also eine Anzahl von Wicklungsenden oder Anschluss punkten, die nur durch das Produkt aus Phasenzahl mal Stufenzahl der Pole gegeben ist; wobei Einphasenstrom und Zweiphasen- strom als Zwei- und Vierphasenstrom gelten.
Die angeführte Regel lässt sich für beliebige Phasenzahlen und für Umschaltung in jedem beliebigen Polzahlverhältnis anwenden, wie aus den nachfolgenden Erläuterungen und Beispielen hervorgeht.
Im Folgenden sind einige Ausführungs beispiele der neuen Wicklungsanordnung be schrieben.
In Fig. 1 ist die Abwicklung des Um fanges einer Dreiphasenwicklung einfachster Art. und zwar einer Ringwicklung, darge stellt, wobei die Kreise die wirksamen Nu tenleiter der drei Phasen darstellen. Die obere Zeile zeigt den Stromdurchfluss der drei Pha senströme A, B, C, der zur Entwicklung eines vierpoligen Magnetfeldes auf dem ge zeichneten Teile des Umfanges notwendig ist. Die doppelte Polteilung ist dabei durch 2 T angedeutet. Die untere Zeile stellt dagegen den Stromdurchfluss der drei Phasenströme a, b, c dar, der erforderlich ist, um ein sechs- poliges Magnetfeld auf demselben Teil des Umfanges zu entwickeln. Auch hier ist die doppelte Polteilung 2t eingetragen.
Man er kennt, dass bei einer derartigen Anordnung folgende Vertauschungen von Phasen der ver schiedenen Leiter erforderlich sind
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A-a <SEP> B-a <SEP> C-a
<tb> A-b <SEP> B-b <SEP> C-b
<tb> A-c <SEP> B-c <SEP> C-c Man erkennt aber ausserdem, dass immer je zwei Leiter in gleicher Weise vertauscht wer den, so dass man diese beiden Leiter je zu einem Stromzweige verbinden kann und so mit im ganzen neun verschiedene Stromzweige erhält, deren Ströme beim Übergang von der einen auf die andere Polzahl eine andere Phasengruppierung erhalten müssen.
In Fig. 2,B ist nun veranschaulicht, wie die Verbindung dieser einzelnen Wicklungs zweige gemäss der Erfindung erfolgt. Die Wickungszweige, deren Leiter in Fig. 1 fort laufend numeriert sind, sind verbunden wie die Seiten und Sehnen eines Fachwerkpoly gons, dessen Knoten- und Eckpunkte abwech selnd die Anschlüsse für die verschiedenen Polzahlen bilden. Die Eck- bezw. Knoten- punkte sind mit den gleichen Buchstaben be zeichnet wie die Phasen der Fig. 1.
Wird dem mehrfach aneinander geschlossenen Wick- lungssystein an den Knotenpunkten _l, B, C' Spannung zugeführt, so ergibt sich die vier- polige Anordnung gemäss der oberen Zeile der Fig. 1, während beim Anschluss der Netz phasen an die Knotenpunkte a, b, c sich die untere Polzahl, nämlich die sechspolige An ordnung ergibt. In dem Fachwerkpolygon sind die einzelnen Sehnen und Seiten mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie die Leiter der Fig. 1. Dass man beim Aneinanderschalten der Wicklungszweige zu diesem Fachwerk polygon tatsächlich, je nachdem man die Netz phasen an die Knoten A B C oder a b c an schliesst, die vierpolige oder sechspolige An ordnung erhält, ist aus Fig. 2a zu ersehen.
Hier sind wiederum bei einem Ringanker als Ausführungsbeispiel 18 Spulen dargestellt, die mit den Ziffern 1 bis 18 bezeichnet sind. Oberhalb der einzelnen Spulen ist durch die grossen bezw. kleinen Buchstaben angegeben, von welchen Strömen der Leiter in der einen bezw. in der andern Schaltung durchflossen wird. Es sind also beispielsweise die Spulen A a mit ihren Enden an die Klemmen A a angeschlossen. Die Spulen A b mit ihren En den an die Klemmen A b und so weiter. In den einzelnen Zeilen der Figur, die links mit A B C bezw. a b c bezeichnet sind, ist die Stromrichtung in der einen bezw. der andern Schaltung durch Pfeile angegeben. Man er kennt, dass sich tatsächlich die gewünschte Stromverteilung ausbildet, die in der Schal tung A B C (Zeile A B C) die vierpolige, bei der Schaltung a b c (Zeile a b c) die achtpolige Anordnung ergibt.
Diese Stromverteilung be wegt sich bei der Speisung mit Drehstrom über den Anker hinweg.
Es ist weiter aus der Anordnung Fig.
zu erkennen, dass die einzelnen Stromzweige beim Anschlusse der Stromzuführungen an die Knotenpunkte zu je dreien parallel von Strö men durchflossen werden, Fig. 2 γ zeigt. Zur Herstellung der Wicklung gemäss der Erfin dung ist es somit nur erforderlich, die Knoten punkte für die Stromzuführungen der ver- schiedenen Polzahlen abwechselnd als Ecken eines Polygons aufzuzeichnen und die Poly gonseiten und Polygonsehen zu ziehen, die alsdann unmittelbar die verschiedenen Wick lungszweige und ihre Verbindungen zu Kno tenpunkten darstellen.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 B sind nur die drei Durchmessersehnen des Polygons dar gestellt Aa, Bb, Cc, die je zwei Knotenpunkte verbinden, die verschiedenen Schaltungen an gehören. Man kann aber auch die Sehnen ziehen, die der gleichen Schaltung angehörige Knotenpunkte verbinden, z. B. AB oder BC oder CA oder ab usw., und erhält dann Wick lungszweige, die beim Anschluss an das eine System von Knotenpunkten von Strömen durchflossen werden, während sich in ihnen die Spannungen aufheben, wenn das Wick lungssystem an die andern Knotenpunkte an geschlossen wird. Diese Anordnung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die Verbindungen zwischen Knotenpunkten, die dem gleichen System angehören, sind gestrichelt einge zeichnet. Es sind somit bei dieser Anordnung sämtliche Sehnen des Sechseckes als Wick lungszweige ausgeführt.
Von den gestrichelten Sehnen bilden je drei eine Dreieckswicklung, für je eine Polzahl, wodurch man bekannt lich Zweigströme einer Phase erhält, die zwi schen den Phasen der anliegenden Netzströme liegt, so dass sich mit Hilfe dieser Dreieck wicklungen ein gleichmässigeres Drehfeld her stellen lässt. In vielen Fällen wird man dar auf verzichten, diese Dreieckwicklungen her zustellen, weil sie, wie oben beschrieben, nur bei Schaltung auf die eine Polzahl strom durchflossen sind, während sie bei der andern Schaltung keine Ströme führen. Man erzielt dann bei Verzicht auf die Ausführung der Dreieckswicklung eine volle Ausnutzung der gesamten Wicklung.
In jedem Falle aber wird die Umschal tung von einer Polzahl auf die andere ledig lich dadurch vorgenommen, dass der Leitungs strang, der den Dreiphasenstrom zuführt, von den Knotenpunkten des einen Systems, z. B. A B C, auf die Knotenpunkte des andern Sy stems a ü c verlegt wird: Diese Unischaltung kann durch einen einfachen dreipoligen Um schalter erfolgen, ohne dass weitere Ausfüh rungen der Wicklungen oder sonstige kom plizierte Umschaltungen erforderlich wären.
Mit der Anordnung gemäss der Erfindung lässt sich nicht nur die Ständerwicklung des Asynchronmotors, sondern auch die Läufer wicklung umschalten, indem man den Läufer mit sechs Schleifringen versieht, von denen für jede Polzahl je drei benutzt werden.
Die beschriebene Methode der Zusammen schaltung der Zweige zu einem Wicklungs fachwerk hat noch einen besondern Vorteil, falls man die effektive Windungszahl aller Zweige zwischen zwei verschiedenen Knoten punkten gleich wählt. In Fig. 2 möge der Drehstrom durch die Klemmen A, B C zu geführt werden. Dann fliesst beispielsweise dem Knotenpunkt a dieser dreiphasige Strom durch drei Wicklungszweige Aa, Ba, Ca zu, so dass derselbe den Sternpunkt eines Dreiphasen systems bildet. Spannungen von der normalen Frequenz treten in ihm daher nicht auf, und das Gleiche gilt natürlich für die Knotenpunkte b und c. Man erhält also das Resultat, dass bei Zuführung des Drehstromes an die Kno tenpunkte für eine Polzahl alle Anschluss knotenpunkte für die andere Polzahl span nungsfrei sind.
Es kann also durch Berühren derselben kein Schaden entstehen, man kann sie sogar erforderlichenfalls kurzschliessen.
Die beschriebene Zusammenschaltung ver schiedener Wicklungszweige zu einem Fach werk ist nicht nur für drei, sondern für eine beliebige Zahl von Phasen möglich. In den Fig. 4 und 4a ist ein Wicklungsschema für eine vierphasige Anordnung dargestellt, und zwar für eine Umschaltung von vier Polen auf acht Pole. 'lhnlich wie bei der Anordnung der Fig. 2a ist in Fig. 4a eine Ringwicklung, bestehend aus 16 Spulen, dargestellt. Über jeder einzelnen Spule stehen die Bezeich nungen der Phasenströme, von denen die be treffende Spule in der einen und in der an dern Schaltung durchflossen wird.
Dabei ist zu beachten, dass ein Strom in der umge kehrten Richtung in Phase C dem Strom der Phase A gleichgerichtet ist, und ebenso ein Strom in der umgekehrten Richtung von D dem Strome der Phase B gleichgerichtet ist, also
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- <SEP> C <SEP> = <SEP> A
<tb> - <SEP> D <SEP> = <SEP> B
<tb> entsprechend <SEP> - <SEP> a <SEP> = <SEP> c
<tb> - <SEP> d <SEP> = <SEP> b In den einzelnen Zeilen ist für die verschie denen Phasenschaltungen, die links angegeben sind, durch Pfeile die Stromrichtung ange geben. Die Spulen selbst sind fortlaufend numeriert. Die gleichen Zahlen der Spulen finden sich au den Seiten und Sehnen des Fachwerkpolygons, zu dem die Wicklungs zweige zusammengeschlossen sind.
Man er kennt auch hier ohne weiteres, dass durch Anchluss der Netzleitungen an die Knoten punkte A, B, C, D die vierpolige Anordnung, beim Anschluss der Netzleitungen an die Kno tenpunkte a, b, c, d die achtpolige Anordnung entsteht.
Bei der Anordnung der Fig. 4 a und 4 @ sind die Sehnen weggelassen, die Knoten punkte des gleichen Systems miteinander ver binden, also jene Sehnen, die den gestrichelten Linien der Fig. 3 entsprechen. Bei dieser An ordnung sind an jedem Knotenpunkt immer vier Wicklungszweige einander parallel geschal tet (Fig. 4γ).
Das Fachwerkpolygon für eine Fünfpha senanordnung, bestehend aus den Phasen A, B, C, D, E der einen Schaltung und den Phasen a, b, c, d, e der andern Schaltung, ist in Fig. 5 veranschaulicht. Auch hier lässt sich ohne weiteres jede beliebige Polzahl erzielen. Die Verteilung der Wicklung auf dem Um fange kann in ähnlicher Weise wie bei den Anordnungen der Fig. 2a und 4a abgeleitet werden.
Der Zusammenschluss von Wicklungs zweigen gemäss der Erfindung lässt sich auch dann herstellen, wenn es sich darum handelt, mehr als zwei Polzahlen zu erzielen. Fig. 6 zeigt beispielsweise die Verbindung von 12 Wicklungszweigen zu einem Fachwerke von sechs Knotenpunkten, das jedoch nunmehr dazu dienen soll, drei verschiedene Polzahlen durch umschaltbaren Einphasenstrom zu erzeugen. Dementsprechend tragen je 2 diametral gegen überliegende Knotenpunkte, die verschieden artig dargestellt sind, die Bezeichnungen A B, a b, a 3, und werden dementsprechend wahl weise an den einphasigen Leitungsstrang an geschlossen. Durch Umlegen der Anschlüsse erhält man verschiedene Stromrichtungen in den verschiedenen Zweigen, bezw. Stromlosig- keit, so dass sich drei Polzahlen erzeugen lassen.
Das ausführliche Wicklungsschema ist wiederum in Fig. 6a in dem Beispiel einer Ringwicklung dargestellt. Oberhalb der ein zelnen Spulen sind die Phasen angegeben, von denen die Spulen in den einzelnen Schal tungen durchflossen werden. Aus der An ordnung der Fig. 6 ist ersichtlich, dass wie derum die elektromotorischen Kräfte in ein zelnen Wicklungszweigen sich aufheben wer den, und zwar für ein System von Knoten punkten in den Wicklungszweigen, die sym metrisch zu den Knotenpunkten dieses Sy stems liegen und die Knotenpunkte des an dern Systems verbinden.
Also heben sich bei spielsweise beim Anschlusse der Netzleitungen an die Knotenpunkte A B die Spannungen in den Wicklungszweigen Pa und ib, sowie b α und a α auf, so dass, wie auch aus dem Wicklungsschema der Fig. 6a hervorgeht, diese Wicklungszweige in den jeweiligen Schaltungen stromlos bleiben. Würde man die Stromwege von den Sammelschienen A bezw. a α verfolgen, so würde sich ergeben, dass sich in den einzelnen Schaltungen somit auf hebende Ströme gleicher Phase ergeben.
Aus den eingezeichneten Pfeilen der wie derum fortlaufenden Leiter der Fig. 6a ist ersichtlich, dass sich allerdings mit gewissen Unregelmässigkeiten die Umschaltung der Pol zahlen von zwei auf vier auf sechs Pole ergibt.
Ein Wicklungsschema für drei dreiphasig erregte Polzahlen, das demgemäss 9 Anschluss knotenpunkte A B C, a b c, α c γ besitzt, zeigt Fig. 7. Es enthält 27 verschiedenartige Zweige, die je nach Wahl der Anschlüsse und der Polzahl in verschiedener Weise von den mehr- phasigen Strömen durchflossen werden. Fig. zeigt weiterhin ein Schema für vier verschiedene Polzahlen, die durch Anschliessen eines ein- phasigen Leitungsstranges an acht verschiedene Knotenpunkte A B, a b, α g, $ 0 erzielt wer den können. Auch bei allen diesen Wicklungs anordnungen sind stets die nichtbenutzten Knotenpunkte spannungsfrei, wenn man, wie es gewöhnlich möglich ist, alle einzelnen Wicklungszweige mit gleicher effektiver Win dungszahl herstellt.
Bei den zuletzt beschriebenen Wicklungs anordnungen mit mehr als zwei Polzahlen wer den beim Ausführen aller gezeichneten Strom zweige nicht alle Sehnen Wicklungszweige zwischen den verschiedenpoligen Knotenpunk ten vom Strome jeder Polzahl durchflossen. In Fig. 9 ist das Wicklungsschema zum Bei spiel der Fig. 7 nochmals dargestellt, wobei nur diejenigen Wicklungszweige voll gezeich net sind, die beim Anschlusse der Drehstrom leitungen an die Knotenpunkte A, B, C vom Strome durchflossen werden. Man erkennt, dass von den 27 vorhandenen Wicklungszweigen neun Zweige stromfrei sind, sie sind gestrichelt dargestellt. Das Gleiche ist mit neun andern Stromzweigen beim Anschlusse der Leitungen an andere Knotenpunkte der Fall. Die ge samte Wicklung ist also in jedem Falle nur zu 2/3 ausgenutzt.
In vielen Fällen ist nun die Leistung, die von der Wicklung erfordert wird, bei einer Polzahl überwiegend gross und bei den andern Polzahlen nur geringer. Es ist alsdann zweckmässig, diejenigen Zweige, die bei dieser Hauptpolzahl stromfrei sind, ganz fortzulassen, so dass dabei alle überhaupt vorhandenen Wicklungen stromführend und daher voll ausgenutzt sind. Bei den andern Polzahlen werden dann immer nur einige der Wicklungszweige Strom führen, was aber hier der nur geringen Leistung wegen weiter nichts schadet. Man erhält hierdurch insgesamt eine besser ausgenutzte Maschine.
Während in Fig. 1, die nur zur Erläute rung der möglichen Verteilung der Ströme auf dem Wicklungsumfange dienen soll, eine Einschichtenwicklung dargestellt ist, bei der der mehrphasige Strom auf jeder doppelten Polteilung nur dreimal seine Phase wechselt, ist es natürlich auch möglich, irgend eine der bekannten Zweischichtenwicklungen, oder eine mit sechsmaligem Phasenwechsel auf die dop pelte Polteilung, oder eine beliebige der sonst noch möglichen Kombinationen anzuwenden.
Es kann sogar vorteilhaft sein, Dreischichten wicklungen zu verwenden, bei denen man die Möglichkeit hat, etwa durch getrenntes Durch leiten jedes Dreiphasenstromes durch je eine Schicht, eine häufigere Überlappung der ver- schiedenphasigen Wicklungszonen am Umfange zu erzielen und dadurch die bei Wicklungen für Polumschaltung häufig auftretenden schäd lichen Oberfelder möglichst zu vermindern. Ob die den verschiedenen Polzahlen entspre chenden Drehfelder im gleichen oder entgegen gesetzten Sinne umlaufen, ist im Prinzip gleich gültig; beides lässt sich stets durch passende Zuordnung der verschiedenen Leiter erreichen.
Die beschriebenen Wicklungen lassen sich auch mit grossem Vorteil für polumschaltbare Generatoren verwenden. Bei diesen Genera toren braucht darin die Arbeitswicklung nicht umgeschaltet zu werden, lediglich werden die Erregerpole in der üblichen Art umgeschaltet. Durch Umschaltung der Erregerpole entstehen dann je nach der Schaltung an dem einen System oder andern System von Knoten punkten Spannungen, während die andern Knotenpunkte spannungslos bleiben. Führt man nun Generatoren mit der gleichen Pol umschaltung aus und verbindet die einander zugehörigen Knotenpunkte von Generator und Motor durch Leitungsstränge, so sind in den Starkstromkreisen Schalteinrichtungen über haupt nicht erforderlich.
Je nach der Schal tung der Erregerpole wird Spannung an dem einen System der Knotenpunkte des Genera- tors erzeugt und durch die Leitungsstränge dem entsprechenden System von Knoten punkten in dem Fachwerkpolygon der Motor wicklungen zugeführt.
Winding arrangement for induction machines with variable number of poles. Pole-changing windings for single or multi-phase induction machines generally require an extraordinarily large number of winding ends that have to be led out of the machine to the switching apparatus in order to target that course of the winding that is not manoeuvrable for generating magnetic fields with a different number of poles. With the winding types most commonly used up to now, you need up to 36 different winding ends for the stator winding alone, for example for a three-phase motor that is supposed to work with two different numbers of poles. which require a correspondingly large contact apparatus for switching.
There are various proposals ge makes to reduce the number of winding ends, especially for the purpose of being able to use the windings with a multiple number of poles in the Ro tor without having to keep an inexecutable large number of slip rings. The invention relates to a winding arrangement which is particularly suitable for both rotors and stators to save winding connections and contacts in switchgear, since it has only one number of connections corresponding to the number of phases for each number of poles.
For this purpose, the overall winding is divided into a certain number of individual branches and these branches, which have changed current flow when working with the different numbers of poles, are connected to one another several times, such as the sides and chords of a truss polygon, its various nodes or corner points Form connection points of the power supply lines for the various numbers of poles. The mutual connection of the individual winding branches then no longer needs to be changed; rather, one only needs to change those nodes to which the single or multi-phase current is supplied. So you get a number of winding ends or connection points that is only given by the product of the number of phases times the number of poles; where single-phase and two-phase currents count as two- and four-phase currents.
The rule can be used for any number of phases and for switching in any number of poles ratio, as can be seen from the following explanations and examples.
The following are some execution examples of the new winding arrangement be written.
In Fig. 1, the development of the order of a three-phase winding of the simplest kind. A ring winding, Darge provides, the circles represent the effective Nu tenleiter of the three phases. The top line shows the current flow of the three phase currents A, B, C, which is necessary for the development of a four-pole magnetic field on the parts of the circumference drawn. The double pole pitch is indicated by 2 T. The lower line, on the other hand, shows the current flow of the three phase currents a, b, c, which is required to develop a six-pole magnetic field on the same part of the circumference. The double pole pitch 2t is also entered here.
It is known that with such an arrangement the following interchanges of phases of the various conductors are required
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A-a <SEP> B-a <SEP> C-a
<tb> A-b <SEP> B-b <SEP> C-b
<tb> Ac <SEP> Bc <SEP> Cc You can also see that two conductors are always interchanged in the same way, so that these two conductors can each be connected to one branch and thus have a total of nine different branches whose currents must be given a different phase grouping when transitioning from one to the other number of poles.
In Fig. 2, B is now illustrated how the connection of these individual winding branches is carried out according to the invention. The winding branches, the conductors of which are continuously numbered in Fig. 1, are connected like the sides and tendons of a Fachwerkpoly gons whose nodes and corners alternately form the connections for the various numbers of poles. The corner resp. Node points are denoted by the same letters as the phases in FIG. 1.
If voltage is supplied to the winding system, which is connected to one another several times, at the nodes _1, B, C ', the four-pole arrangement results according to the top line of FIG. 1, while when the network is connected to the nodes a, b, c is the lower number of poles, namely the six-pole arrangement. In the truss polygon, the individual chords and sides are denoted by the same numbers as the ladder in Fig. 1. That you actually polygon when connecting the winding branches to this truss, depending on whether you connect the network phases to the nodes ABC or abc four-pole or six-pole arrangement is obtained from Fig. 2a.
Here again, in the case of a ring armature, 18 coils are shown as an exemplary embodiment, which are designated by the numbers 1 to 18. Above the individual coils is due to the large or. small letters indicated, of which currents the conductor in the one respectively. is traversed in the other circuit. For example, the ends of the coils A a are connected to the terminals A a. The coils A b with their ends to the terminals A b and so on. In the individual lines of the figure, the left with A B C respectively. a b c are designated, the current direction is in the one BEZW. the other circuit indicated by arrows. He knows that the desired current distribution actually develops, which results in the four-pole arrangement in the circuit A B C (line A B C) and the eight-pole arrangement in the circuit a b c (line a b c).
This current distribution moves across the armature when the three-phase current is supplied.
It is further from the arrangement Fig.
It can be seen that the individual current branches are traversed by three currents in parallel when the power supply lines are connected to the nodes, Fig. 2 γ. shows. To produce the winding according to the inven tion, it is therefore only necessary to alternately record the nodes for the power supply lines of the different numbers of poles as corners of a polygon and to draw the polygon sides and polygons which then directly define the various branches of the winding and their connections at nodes.
In the arrangement of FIG. 2 B, only the three diameter chords of the polygon are provided Aa, Bb, Cc, which each connect two nodes that belong to different circuits. But you can also pull the tendons that connect nodes belonging to the same circuit, e.g. B. AB or BC or CA or ab, etc., and then receives winding branches that are traversed by currents when connected to the one system of nodes, while the voltages in them are canceled when the winding system is closed to the other nodes becomes. This arrangement is illustrated in FIG. The connections between nodes that belong to the same system are shown in dashed lines. In this arrangement, all the tendons of the hexagon are therefore designed as winding branches.
Three of the dotted chords each form a triangular winding, for one number of poles each, which is known to produce branch currents of one phase that lies between the phases of the connected mains currents, so that a more uniform rotating field can be established with the help of these triangular windings. In many cases, you will refrain from making these triangular windings, because, as described above, current only flows through them when switching to one number of poles, while they do not carry any currents in the other circuit. If the triangular winding is not implemented, full utilization of the entire winding is achieved.
In any case, however, the switching device is made from one number of poles to the other single Lich that the line strand, which supplies the three-phase current, from the nodes of a system, z. B. A B C, is relocated to the nodes of the other Sy stems a ü c: This unconnection can be done by a simple three-pole changeover switch without further execution of the windings or other complicated switchings would be required.
With the arrangement according to the invention, not only the stator winding of the asynchronous motor, but also the rotor winding can be switched by providing the rotor with six slip rings, three of which are used for each number of poles.
The described method of interconnecting the branches to form a winding framework has a particular advantage if the effective number of turns of all branches between two different nodes is chosen to be the same. In Fig. 2 the three-phase current may be passed through the terminals A, B C to. This three-phase current then flows to node a, for example, through three winding branches Aa, Ba, Ca, so that it forms the star point of a three-phase system. Tensions of the normal frequency therefore do not appear in it, and the same is of course true for nodes b and c. The result is that when the three-phase current is supplied to the nodes for one number of poles, all connection nodes for the other number of poles are voltage-free.
So there can be no damage by touching them, you can even short-circuit them if necessary.
The interconnection of various winding branches described to form a framework is not only possible for three, but for any number of phases. 4 and 4a show a winding diagram for a four-phase arrangement, specifically for switching from four poles to eight poles. Similar to the arrangement of FIG. 2a, FIG. 4a shows a ring winding consisting of 16 coils. Above each individual coil are the designations of the phase currents, of which the coil in question is flown through in one circuit and in the other.
It should be noted that a current in the opposite direction in phase C is rectified to the current of phase A, and a current in the opposite direction of D is rectified to the current of phase B, that is
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- <SEP> C <SEP> = <SEP> A
<tb> - <SEP> D <SEP> = <SEP> B
<tb> according to <SEP> - <SEP> a <SEP> = <SEP> c
<tb> - <SEP> d <SEP> = <SEP> b In the individual lines, the current direction is indicated by arrows for the various phase circuits indicated on the left. The coils themselves are numbered consecutively. The same numbers of coils can be found on the sides and chords of the truss polygon to which the winding branches are connected.
Here, too, it is easy to see that connecting the power lines to nodes A, B, C, D creates the four-pole arrangement, and connecting the power lines to nodes a, b, c, d creates the eight-pole arrangement.
In the arrangement of FIGS. 4 a and 4 @, the tendons are omitted, the nodes of the same system connect ver with each other, that is, those tendons that correspond to the dashed lines in FIG. In this arrangement, four winding branches are always connected in parallel to each other at each node (Fig. 4 γ).
The truss polygon for a five-phase arrangement, consisting of phases A, B, C, D, E of one circuit and phases a, b, c, d, e of the other circuit, is illustrated in FIG. Any number of poles can easily be achieved here as well. The distribution of the winding on the order can be derived in a similar manner to the arrangements of FIGS. 2a and 4a.
The connection of winding branches according to the invention can also be established when it is a question of achieving more than two numbers of poles. FIG. 6 shows, for example, the connection of 12 winding branches to a framework of six nodes, which, however, is now intended to serve to generate three different numbers of poles by switchable single-phase current. Accordingly, each 2 diametrically opposite nodes, which are shown in different ways, the designations A B, a b, a 3, and are accordingly optionally connected to the single-phase wiring harness. By moving the connections you get different current directions in the different branches, respectively. No current, so that three numbers of poles can be generated.
The detailed winding scheme is again shown in Fig. 6a in the example of a ring winding. The phases through which the coils in the individual circuits flow through are indicated above the individual coils. From the arrangement of Fig. 6 it can be seen that, in turn, the electromotive forces in individual winding branches cancel each other out, namely for a system of nodes in the winding branches that are symmetrical to the nodes of this system and the Connect nodes of the other system.
Thus, for example, when the power lines are connected to the nodes A B, the voltages in the winding branches Pa and ib, as well as b? and a? so that, as can also be seen from the winding diagram of FIG. 6a, these winding branches remain currentless in the respective circuits. If you would bezw the current paths from the busbars A. a? follow, it would appear that there would be currents of the same phase in the individual circuits.
It can be seen from the arrows drawn in the conductors in FIG. 6a, which are in turn continuous, that with certain irregularities, however, the switching of the pole numbers from two to four to six poles results.
A winding scheme for three three-phase excited numbers of poles, which accordingly has 9 connection nodes A B C, a b c,? c? 7. It contains 27 branches of different types through which the multiphase currents flow in different ways, depending on the choice of connections and the number of poles. Fig. Also shows a scheme for four different numbers of poles, which can be obtained by connecting a single-phase line strand to eight different nodes A B, a b,? g, $ 0 can be achieved. Even with all these winding arrangements, the unused nodes are always voltage-free if, as is usually possible, all individual winding branches are made with the same effective number of turns.
In the winding arrangements described last with more than two numbers of poles who, when running all the current branches drawn, not all tendons of the winding branches between the different-pole nodal points are traversed by the current of each number of poles. In Fig. 9, the winding scheme for the example of Fig. 7 is shown again, with only those winding branches are fully signed net that are flowed through when connecting the three-phase lines to the nodes A, B, C of the current. It can be seen that nine of the 27 existing winding branches are current-free; they are shown in dashed lines. The same is the case with nine other branches when connecting the lines to other nodes. The entire winding is therefore only 2/3 used in each case.
In many cases the power required by the winding is predominantly large with one number of poles and only lower with the other numbers of poles. It is then advisable to completely omit those branches which are de-energized with this number of main poles, so that all windings that are present are live and therefore fully utilized. With the other numbers of poles, only some of the winding branches will then carry current, but this does not harm anything because of the low power. Overall, this results in a better utilized machine.
While in Fig. 1, which is only intended to explain the possible distribution of the currents on the winding circumference, a single-layer winding is shown in which the polyphase current changes its phase only three times on each double pole pitch, it is of course also possible to use any one the known two-layer windings, or one with a six-time phase change on the doubled pole pitch, or any of the other possible combinations.
It can even be advantageous to use three-layer windings, in which one has the possibility, for example by passing each three-phase current through one layer, to achieve a more frequent overlap of the different-phase winding zones around the circumference and thus often the same with windings for pole changing to reduce any harmful upper fields as much as possible. Whether the rotating fields corresponding to the different numbers of poles rotate in the same or opposite sense is in principle the same; Both can always be achieved by appropriately assigning the various conductors.
The windings described can also be used with great advantage for pole-changing generators. With these generators, the working winding does not need to be switched over, only the exciter poles are switched in the usual way. By switching over the exciter poles, voltages arise depending on the circuit in one system or another system of nodes, while the other nodes remain de-energized. If you now run generators with the same pole switching and connect the associated nodes of the generator and motor by cable runs, switching devices are not required at all in the power circuits.
Depending on the circuit of the exciter poles, voltage is generated at one system of the nodes of the generator and fed through the cable strands to the corresponding system of nodes in the truss polygon of the motor windings.