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Elektromotor mit einer im Verhältnis I : 2 Die Erfindung bezieht sich
auf Elektromotoren, polumschaltbaren Drehstromwicklung deren Drehstromwicklung im
Verhältnis 1:2 entsprechend zweier gewünschter Drehzahlen umschaltbar ist. In den
Nuten des Ständerblechpakets sind dabei zwei getrennte Einschichtwicklungen untergebracht.
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Es ist schon eine im Verhältnis 1:2 polumschaltbare Wicklung für Asynchronmotoren
bekanntgeworden, welche aus zwei Einschichtwicklungen aufgebaut ist. Die mittlere
Spulenweite aller Spulengruppen dieser bekannten Wicklung ist kleiner als die kleinste
Polteilung, und die Wicklung weist somit sowohl bei der hohen als auch bei der niedrigen
Polzahl eine hohe Sehnung auf, welche durch den dabei zwangläufig auftretenden hohen
Oberwellengehalt in der elektrischen Felderregerkurve für den Motor eine Zunahme
der Geräusche und ein schlechtes Moment bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs
geschilderten Art anzugeben, bei welchem die Geräusche vermindert und das Moment
gegenüber der bekannten Ausführung verbessert sind. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß
der Erfindung dadurch, daß die Einschichtwicklungen derart ausgebildet sind, daß
ihre elektrischen Spulengruppenachsen sich bei der niedrigen Polzahl decken und
daß bei der niedrigen Polzahl beide Einschichtwicklungen zusammengeschaltet sind,
während bei der hohen Polzahl nur eine Einschichtwicklung an Spannung liegt. Es
wirken also bei der niedrigen Polzahl beide Einschichtwicklungen als eine dreiphasige
Zweischichtwicklung zusammen. Der auftretende Wicklungsfaktor liegt dabei zwischen
0,81 und 0,85 je nach dem Leiterzahlverhältnis der beiden Einschichtwicklungen zueinander.
Dieses Verhältnis kann man in bestimmten Grenzen stufenlos ändern, ohne den Oberwellengehalt
in der elektrischen Felderregerkurve bei der niedrigen Polzahl unzulässig zu erhöhen.
Bei der hohen Polzahl wird dagegen nur die eine Einschichtwicklung und damit in
den meisten Fällen nur etwa 40 bis 60"/o der Gesamtwicklung mit einem Wicklungsfaktor
von etwa 0,96 ausgenutzt. Die Wicklung gemäß dem Motor nach der Erfindung ist also
so günstig aufgebaut, daß bei beiden Polzahlen ein hoher Wicklungsfaktor auftritt,
wodurch der Oberwellengehalt in den Felderregerkurven beider Polzahlen sehr gering
wird und dadurch einerseits die Geräusche des Motors stark herabgesetzt werden und
andererseits das Moment des Motors wesentlich verbessert wird.
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In der folgenden Tabelle sind einige Leiterzahlverhältnisse der beiden
Einschichtwicklungen mit den sich ergebenden magnetischen und elektrischen Werten
aufgeführt. Dabei gelten folgende Definitionen zQ; z,, = Gesalntleiterzahl je Phase
bei niedertourigem bzw. hochtourigem Betrieb, zä; z' = Leiterzahlen je Spule der
niedertourigen bzw. der hochtourigen Einschichtwicklung, e.; ei, = auftretende Wicklungsfaktoren
bei der hohen bzw. der kleinen Polzahl, y" = Nutfüllung der niedertourigen
Einschichtwicklung in Prozent der Gesamtnutfläche.
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Es gilt folgende Transformatorgleichung: U=k'z'f'0'e, wobei die einzelnen
Faktoren folgende Bedeutung haben: k = Konstante, 0 = Magnetischer Fluß [M], U =
Phasenspannung M, f = Frequenz [Hz], z = Gesamtleiterzahlen pro Phase, ; = Wicklungsfaktor.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert.
Dabei gelten der Index »a« für die hohe und der Index »b« für die niedrige Polzahl.
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F i g. 1 zeigt bei einer Reihenschaltung beider Teilwicklungen die
Zusammenschaltung derselben im Stern, während in F i g. 4 die Zusammenschaltung
im Dreieck wiedergegeben ist.
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In den F i g. 2 und 3 ist der äußere Anschluß des Motors bei sechspoliger
Klemmenplatte dargestellt, wobei F i g. 2 eine Y-Schaltung für die hohe Polzahl
und F i g. 3 eine Y-Schaltung für die niedrige Polzahl zeigen. Die Sternbrücke liegt
im Innern der Maschine.
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Die F i g. 5 und 6 zeigen den äußeren Anschluß des Motors bei neunpoliger
Klemmenplatte, wobei F i g. 5 eine Y-Schaltung für die hohe Polzahl und F i g. 6
eine el-Schaltung für die niedrige Polzahl wiedergeben.
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In F i g. 7 ist die innere Lage der Wicklungen für einen 2- bis 4poligen
Motor gezeigt, und F i g. 8 stellt die einzelnen Stränge mit dem die Wicklung durchfließenden
Strom dar, wobei die beiden Teilwicklungen in Reihe zueinander liegen. Sie könnten
jedoch auch parallel zueinander geschaltet sein.
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Je nachdem, für welche Arbeitsmaschine der erfindungsgemäße Motor
als Antrieb verwendet wird, werden die Wicklungen in Stern- oder Dreieckschaltung
verschaltet und ein günstiges Leiterzahlverhältnis gewählt. Beispielsweise kann
der Motor für Arbeitsmaschinen mit linear oder quadratisch mit der Drehzahl ansteigenden
Gegenmomenten benutzt werden (s. Tabelle, Zeile 1 oder 2 und Y-.1-Schaltung). Derartige
Geräte sind beispielsweise Ventilatoren. Bei diesen Motoren ist die Teilausnutzung
der Wicklung bei der hohen Polzahl, d. h. also bei der kleinen Drehzahl, unerheblich,
da der Leistungsbedarf für diese kleine Drehzahl wegen der vorliegenden Momentencharakteristik
so gering ist, daß die tatsächlich vorhandeneAntriebsleistungjederzeit über diesem
Leistungsbedarf liegt. Der Motortyp wird also durch die Antriebsleistung bei der
niedrigen Polzahl bestimmt. Die innere Schaltung und der äußere Anschluß der Wicklungen
sind aus den F i g. 5 und 6 ersichtlich. Die sich dabei ergebende erhöhte Anzahl
von neun Anschlußklemmen wird durch den Gewinn an Leistung wieder aufgewogen. Statt
neun Klemmen ist auch eine Schaltung mit nur acht Klemmen möglich, wenn die Reihenfolge
der Spulengruppen in einer Phase vertauscht wird.
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Wird der Motor für Arbeitsmaschinen mit konstantem Moment bei beiden
Drehzahlen verwendet (s. Tabelle, Zeile 2, Y-Y-Schaltung), so ist die Wicklung nach
F i g. 2 oder 3 zu schalten und anzuschließen, wobei dann nur sechs Klemmen erforderlich
sind. Der bei dieser Wicklungsauslegung auftretende Wicklungsfaktor beträgt 0,81
bei der niedrigen Polzahl. Die Leistung des Motors bei der hohen Polzahl muß gesenkt
werden, da von der Gesamtwicklung ungefähr nur 60% mit einem Wicklungsfaktor von
0,96 ausgenutzt werden. Diese Leistungsreduzierung bei der hohen Polzahl für Arbeitsmaschinen
mit konstantem Moment (benötigtes Leistungsverhältnis 1 :2) ist jedoch kein Nachteil,
da die Leistung auch dann noch über der von vergleichbaren Maschinen, beispielsweise
einer solchen mit einer Dahlander-Wicklung, liegt. Die Leistungsreduzierung wäre
nur fürArbeitsmaschinen mit konstanter Leistung bei beiden Polzahlen von Nachteil.
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Das gleiche Flußverhältnis wie für die Stern-Sicrn-Schaltung ergibt
sich auch dann, wenn die Wicklungen bei beiden Drehzahlen in Dreieck geschaltet
sind. Hieraus ergibt sich ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors, da
bei beiden Drehzahlen Stern-Dreieck-Einschaltung mittels nur neun ` Anschlußklemmen
möglich ist. Dadurch wird es auch möglich, den Motor fürzwei Spannungen im Verhältnis
1: r3 (z. B. 200 bis 380 V) herzustellen. Ein weitere Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß die neue Wicklung für die magnetischen Flußverhältnisse beider Wicklungen
von etwa 0,8 bis 3,0 stufenlos auslegbar ist. Es wird dadurch bei beiden Polzahlen
eine optimale magnetische Ausnutzung des Motors erzielt. Da die erfindungsgemäße
Wicklung relativ hohe Wickelfaktoren aufweist, sind auch die Momentenkurven" bei
beiden Polzahlen relativ hoch, so daß die zeitweilige Uberlastbarkeit des Motors
erhöht wird.