DE138854C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In Induktionsmotoren für Ein- oder Mehrphasenstrom, deren induzierendes System nach Art des Grammeringes gewickelt ist, kann bekanntlich bei einer genügend großen Zahl von Windungen eine beliebige Zahl von Polpaaren dadurch hervorgebracht werden, daß die gesainte Windungszahl in eine Zahl von Abteilungen eingeteilt wird, gleich dem Produkt aus der Zahl der Phasen des zugeführten Stromes multipliziert mit der Zahl der Polpaare oder der Zahl der Pole. Die Abteilungen', welche die gleiche Phase in den verschiedenen Polteilungen bilden, werden entweder einander parallel oder zu einander in Serie geschaltet, die Gruppen aller Windungen einer Phase werden in bekannter Weise mit den Gruppen der übrigen Phasen in der sogen. Dreieck- oder Sternschaltung verbunden. Während nun im allgemeinen das gleiche Wicklungssystem auf diese Weise zur Erzeugung verschiedener Polzahlen gruppiert werden kann, ist bekanntlich die Klemmenspannung, für welche das gleiche Wicklungssystem bei den verschiedenen Polzahlen die für den Betrieb des Motors günstigsten Stromstärkeverhältnisse ergibt, im allgemeinen sehr verschieden. Indem wir diese Eigenschaften einer Grammeringwicklung als bekannt voraussetzen, stellen wir den Inhalt unserer Erfindung dar als eine Wicklungsanordnung, welche mit einem nach Art der Trommelwicklung angeordneten Windungssystem eine gleich einfache Umschaltung derselben Windungen für die verschiedenen Polzahlen ermöglicht.

In den deutschen Patentschriften 98417, 112094 und 102499 sind schon Mittel angegeben worden, um auch bei Trommelwicklungen durch geeignete Umschaltung zwei verschiedene Gruppierungen der einzelnen Spulenabteilungen zu erhalten, welche zur Erzeugung zweier verschiedener Polzahlen hinreichen, von denen die eine doppelt so groß als die andere ist. _:

Die Patentschrift 98417 beschreibt für eine Trommelwicklung eine Einteilung und Schaltungsweise von Spulengruppen, wie sie von der Maschinenfabrik Oerlikon schon im Jahre 1893 f^ur Ringwicklung in zahlreichen Ausführungen der Öffentlichkeit übergeben worden ist, deren Hauptmerkmal darin besteht, daß die Wicklung zu jeder Phase in zwei Hälften geteilt wird. Diese bekannte Schaltung ist nach der betreffenden Patentschrift zum ersten Male angewendet worden auf die allgemein übliche Trommelwicklung von Induktionsmotoren (Fig. 5, 6, 7 und 8). Diese Wicklung ist die sogen. Wicklung mit gekreuzten Spulen, deren W⁷ickelschritt für Dreiphasenstrom gleich 3 sein muß.

Die Patentschrift 112094 zeigt eine Einteilung der Wicklung in zwei getrennte, voneinander unabhängige Systeme, ohne eine bestimmte Wicklungsart vorauszusetzen, mit der charakteristischen Eigenschaft, daß bei einer Polzahl nur eines der beiden Systeme stromführend ist. Die Patentschrift 102499 ^ze>gt in den Fig. 8, 9 und 14 ebenfalls eine Polumschaltung von Dreiphasenstrommotoren mit Trommelwicklung, wobei ebenso wie in der Patentschrift 98417 eine Trommelwicklung mit

gekreuzten Spulen und dem Wicklungsschritt 3 gezeichnet ist. Diese Schaltungsweise ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung bei der einen Polzahl in Dreieck, bei der anderen in Sternschaltung verbunden ist, oder daß ein Teil der Wicklung bei der einen Polzahl ab geschaltet wird.

Alle drei Patentschriften setzen bei Trommel wicklung eine Anordnung der einzelnen Spulen voraus, welche den Wickelschritt 3 besitzt, der nur für die größere Polzahl günstig ist, und beschränken sich auf Schaltungen solcher Spulen zur Herstellung von zwei verschiedenen Polzahlen, die im Verhältnis von 1 zu 2 stehen.

Die neue Wicklungsanordnung soll nun einerseits die Nachteile beseitigen, welche die ,Verwendung der gewöhnlichen, nur für die größere Polzahl passenden Spulen mit dem Wicklungsschritt 3 für die Gruppierung in verschiedene Polzahlen mit sich bringt. Die neue Anordnung oder Form der einzelnen Spule ist aus der Theorie der Wicklung von Gleichstromankern unter der Bezeichnung der Schleifenwicklung mit verkürztem oder verlängertem Schritt bekannt und bietet für den Zweck der Polumschaltung besondere Vorteile, indem sie eine Schaltung der Spulen ermöglicht, welche mit der gleichen Wicklung für beliebige Polzahlen ausführbar ist.

Die gemäß den oben angeführten Patentschriften benutzte und allgemein bekannte Trommelwicklung von Induktionsmotoren gruppiert die einzelnen Spulen einer Phase so, daß der mittlere Abstand zwischen zwei Spulen-Seiten gleich ist der Polteilung des Umfanges, bezogen auf die größte Polzahl. Für diese Polzahl kann die Spulenweite als normal bezeichnet werden. Wenn nun derartige Spulen das magnetische Feld für eine halb so große Polzahl erzeugen sollen, so muß erstens der Magnetisierungsstrom viel größer werden, als mit der vorhandenen Leiterzahl bei einer der kleineren Polzahl entsprechenden größeren Spulenweite erreicht werden könnte; zweitens wird das magnetische Streufeld bei den im Verhältnis zu der Polteilung viel zu schmalen Spulen ebenfalls viel größer als bei Spulen, welche der kleinen Polzahl angepaßt sind. Infolge dieser Nachteile waren die Motoren im allgemeinen bei der kleineren Polzahl praktisch unbrauchbar.

Diese Nachteile werden beseitigt oder vermindert durch die neue Spulenform, welche einen größeren Abstand zwischen den Spulenseiten besitzt als der Polteilung für die größte Polzahl entspricht, so daß diese Spulen näher liegen der für die kleinste Polzahl passenden Teilung. Soll z. ß. der Motor eine für vier und acht Pole dienende Wicklung erhalten, so werden die Spulen geformt nach einer Teilung, die bei normaler Wicklung sechs Polen entsprechen würde. Um eine solche Wicklung anordnen zu können, werden die Spulen nach Art der Schleifenwicklung von Gleichstromankern gewickelt mit einem Wicklungsschritt, der von den Polzahlen unabhängig ist, aber im allgemeinen größer sein soll als der normale Wickelschritt für die größte Polzahl und kleiner als der normale Schritt für die kleinste Polzahl.

Bezeichnet S die Zahl der Spulen, 2 5 die Zahl der Spulenseiten, P₁ die größte Polzahl, P₂ die kleinste Polzahl, k und b ganze Zahlen, so ist der Wicklungsschritt gezählt nach Spulenseiten für die Schleifenwicklung auszuführen nach der Formel:

2S

■zS ±.b k~

— i.

Es ist hierbei k unabhängig von P₁ und P₂, soll aber im allgemeinen größer als P₂ und kleiner als P₁ sein.

Mit diesen Spulen können nun die bisher bekannten Polumschaltungen für Trommelwicklungen ausgeführt werden, der Magnetisierungsstrom wird für die verschiedenen PoI-zahlen um so naher an dem mit der gegebenen Leiterzahl erreichbaren normalen Wert liegen, je mehr die Polzahl P mit der Zahl k übereinstimmt, und zwar wird er für die Polzahlen kleiner als k größer, für die Polzahlen größer als k kleiner als normal ausfallen.

Die magnetische Streuung wird ebenfalls für die verschiedenen Polzahlen einen mittleren Wert annehmen, der viel kleiner sein kann als der extreme Wert, der bei den früher bekannten Polumschaitungen mit der alten Spulenform erhalten wurde.

Ein zweiter Vorzug dieser Wicklungsanordnung besteht nun unabhängig von dem gewählten Wicklungsschritt in der vollkommenen Freiheit für die Wahl der Polzahlen. Die Schleifenwicklung kann in jeder Beziehung an die Stelle der Ringwicklung treten, und ebenso wie die fortlaufend zusammenhängende, geschlossene Ringwicklung für eine beliebige Polzahl und Phasenzahl in eine entsprechende Zahl gleicher Spulengruppen eingeteilt und mit den Zuleitungen verbunden werden kann, wird die fortlaufend zusammenhängende, geschlossene Schleifenwicklung mit gleicher Spulenzahl für die gewünschte Polzahl und Phasenzahl in derselben Weise in Spulengruppen eingeteilt und verbunden. ^1:L5

Als besonderes Merkmal gegenüber den bisher bekannten Einteilungen der Spulen von Trommelwicklungen tritt hierbei hervor, daß Spulenseiten, welche verschiedenen Phasen angehören, abwechselnd nebeneinander liegen, wodurch ein allmählicher Übergang der verschiedenen Phasen des Magnetfeldes erreicht

und die Bildung von sogen. Nebenpolen oder Pulsationen des Feldes vermieden wird.

Die Spulen der Wicklung werden allgemein eingeteilt in eine Zahl gleicher Gruppen, welche gleich ist der größten Zahl der Polpaare multipliziert mit der Zahl der eingeführten Stromphasen. Soll also mit der oben angenommenen Wicklung eine Zahl von p_x Polpaaren mit η Phasen erzeugt werden, deren Phasendifferenz 360°/?? ist, so sind die 2 S Spulenhälften einzuteilen in P₁ X η unter sich möglichst gleiche Abteilungen, und es sind die Abteilungen, welche auf den verschiedenen Polteilungen derselben Phase angehören, unter sich parallel oder nach einer anderen bekannten Schaltung in Reihe mit den Zuleitungen zu verbinden.

Soll das Windungssystem eine fortlaufend zusammenhängende, geschlossene Wicklung bilden mit p_xxn Abteilungen, von denen die der gleichen Phase zugehörigen Abteilungen einander parallel geschaltet werden, und soll die gleiche Wicklung einmal p_x Polpaare, ein anderes Mal p₂ Polpaare bilden, so sind die Klemmenspannungen, welche die günstigsten Betriebsverhältnisse ergeben, für die verschiedenen Polpaare annähernd im umgekehrten Verhältnis der ZahlenJJ₁ undp₂; denn für die Polpaarzahl p_x wird die jeder Phase zugeteilte Windungszahl p_x mal parallel geschaltet, für die Polpaarzahl p.₂ ist die Zahl der Parallelschaltungen p.₂. Es wird daher für die verschiedenen Polzahlen die Spannung des zugeführten Wechselstromes zunächst einer verschiedenen Transformation unterworfen in einem Transformator mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen. Dabei kann durch einen passenden Umschalter jeweils gleichzeitig mit der Polumschaltung die Verbindung der Wicklung mit den betreffenden Sekundärklemmen des Transformators hergestellt werden. Da sehr häufig Induktionsmotoren zum Anlassen mit derartigen Transformatoren ausgerüstet werden, dürfte die Zugabe eines solchen in der vorliegenden Anlage keine weiteren Umstände machen.

Wenn die PolzahlP₁ das Doppelte der Polzahl p₂ sein soll, vereinfacht sich die Schaltung der Wicklung erheblich dadurch, daß die einzelnen Abteilungen der kleineren Polzahl durch sogen. Ausgleichsleiter miteinander verbunden werden. Diese Ausgleichsleiter verbinden dann auch für die doppelte Polzahl Abteilungen gleicher Phase.

Wenn weiter z. B. vier Polzahlen gebildet werden sollen, von denen je zwei im Verhältnis ι zu 2 stehen, so kann der Motor in dem gleichen Eisenkörper mit zwei getrennten Wicklungen ausgerüstet werden, von denen die eine Wicklung für das eine Paar der Polzahlen, z. B. 4 und 8, die andere für das andere Paar, z.B. 6 und 12, bestimmt ist. Derartige Motoren mit zwei getrennten Wicklungen, die in den gleichen Nuten des Eisens nebeneinander eingebettet werden und für zwei verschiedene Polsysteme passen, sind von der Maschinenfabrik Oerlikon schon seit mehreren Jahren eingeführt worden; es tritt nun als neu hinzu die Anordnung, daß jede einzelne Wicklung für zwei Polzahlen umschaltbar eingerichtet wird. Es kann dabei für die Umschaltung z. B. auch die bekannte, von der Maschinenfabrik Oerlikon seit 1893 für Motoren mit Ringwicklung benutzte Methode, die in der Patentschrift 98417 auf eine andere Wicklung angewendet worden ist, benutzt werden. Eine der Zahl der Stromphasen entsprechende Zahl von Ableitungen beider Wicklungen können daher miteinander dauernd verbunden werden.

Das induzierte System für derartige Motoren mit veränderlicher Polzahl kann ausgeführt werden mit einer sogen, pollosen Wicklung nach Art des sogen. Käfigankers, oder mit einer Schleifenwicklung derselben Wicklungsform wie der des induzierenden Systems, wo- bei aber jede Spule in sich selbst kurzgeschlossen wird.

Wenn Wert darauf zu legen ist, daß beim Anlassen des Motors oder zum Zwecke der Geschwindigkeitsregulierung zeitweise in das induzierte System Widerstände eingeschaltet werden können, so kann dieses gleichzeitig ausgerüstet werden mit verschiedenen voneinander unabhängigen Wicklungen, von denen die eine Wicklung der einen Polzahl, die anderen Wicklungen der anderen Polzahl entsprechen. Dabei dürfen aber die verschiedenen Wicklungen an ihren Endpunkten miteinander verbunden werden, so daß z. B. sämtliche Wicklungen mit denselben Schleifringen zur Stromabnahme vereinigt werden. Denn wenn die in diesen Wicklungen induzierten Spannungen für jede Polzahl annähernd gleich gewählt werden, wird die eine Wicklung mit der einen Polzahl in der mit ihr verbundenen Wicklung einer anderen Polzahl nur den dem normalen Magnetisierungs- oder Leerstrom entsprechenden Stromverlust hervorrufen.

Werden die induzierten Wicklungen für Dreiphasenstrom mit Sternschaltung ausgeführt, so kann auch folgende Anordnung getroffen werden. Je drei Enden aller Wicklungen mit den verschiedenen Polzahlen werden an die gleichen Schleifringe angeschlossen, die drei Enden jeder Wicklung, welche bei der Sternschaltung an dem neutralen Punkte vereinigt werden, bleiben getrennt und können abwechselnd für die Wicklung der einen oder anderen Polzahl mit einer Kurzschlußvorrichtung kurzgeschlossen werden.

Bei Annahme einer genügenden Zahl von Schleifringen kann selbstverständlich auch die

gleiche Wicklungsanordnung wie im induzierenden System für verschiedene Polzahlen in dem umlaufenden induzierten System ausgeführt werden.

Fig. ι stellt das Schema der abgerollten Wicklung eines Dreiphaseninduktionsmotors dar. Die Wicklung besteht aus 24 Leitern. Die Wicklungsschritte sind 4 und 3. Der Motor soll vier und acht Pole erhalten. Für vier Pole sind je die Leiter 1 und 13 als Zuleitungen der ersten Phase, 5 und 17 als Zuleitungen der zweiten Phase, 9 und 21 als Zuleitungen der dritten Phase miteinander parallel zu schalten und mit den Stromzuleitungen zu verbinden. Bei acht Polen sind je die Leiter 1, 7, 13 und ig für die erste Phase, 3, 9, 15 und 21 für die zweite Phase und 5, 11, 17 und 23 für die dritte Phase miteinander und mit den Stromzuleitungen zu ver-

ao binden. Es bleiben für beide Polzahlen die Verbindungen 1 mit 13, 3 mit 15, 5 mit 17, 7 mit 19, 9 mit 21, 11 mit 23 bestehen.

Fig. 2 stellt die Schaltungsanordnung dieser Wicklung dar. Dabei bedeutet u einen dreipoligen doppelarmigen Umschalter, dessen Schaltmesser drehbar sind um die mit den Zuleitungen verbundenen Drehpunkte I, II und III. In der einen Stellung verbinden sie I mit P₁, II mit j?₂, III mit j?₃, in der anderen Stellung I und ^₁, II und ^₂, III und ^₃. c bedeutet die Abwicklung einer Umschaltertrommel. Die Reihe ^₄, ^₅, ^₆, ^₁, ^₂, ^₃, 1, 3, 5, 7, 9, 11 stellen Schleifstücke dar, welche mit den entsprechend bezeichneten Ableitungen verbunden sind und auf der Umschaltertrommel schleifen, deren leitende Schleifsegmente durch die rechteckigen Abschnitte mit Verbindungsdrähten in üblicher Weise dargestellt sind. Für die vierpolige Wicklung soll die Stromzuleitung I, II und III durch den Umschalter U unmittelbar mit den Zuleitungsklemmen ^₁,^₂,^₃ des Umschalters c verbunden werden; in dem Schalter werden dann die Verbindungen ^₁ mit ι, ^₂ mit 5, ^₃ mit 9 ausgeführt. Für acht Pole wird die Stromzuleitung I, II und III durch den Umschalter u mit den primären Spulenenden Jj₁,p.₂ und p_& des Transformators t verbunden. Die sekundären Ableitungen ^₄, ^₅ und ^₆ sind mit den entsprechenden Schleifstücken des Schalters c verbunden; in der Stellung des Schalters für acht Pole werden die Ableitungen der Wicklung 1 und 7 an ^₄, 3 und 9 an ^₅, 5 und 11 an ^₆ angeschlossen.

Fig. 3 stellt die Schaltanordnung der induzierten Rotorvvicklung dar, welche ebenfalls nach dem Wicklungsschema der Fig. 1 angeordnet sein soll. Die Wicklung soll für einen Betrieb mit vier und mit acht Polen umgeschaltet werden und durch die drei Schleifringe J₁, s.₂. S₃ mit den Schleif bürsten b₁, b.₂, b_s auf einen regulierbaren dreiphasigen Widerstand r geschlossen werden. Die Zuleitungen i, 5, 9, 7, 11 und 15 bedeuten Verbindungen mit den entsprechenden Leitern nach dem Schema Fig. 1. k bedeutet den Hebel einer Kurzschlußvorrichtung, welche aus drei voneinander isolierten SchlußstUcken f_uf₂ und f₃ besteht, die für die achtpolige Schaltung die Enden C₁ mit C₇, C₅ mit C₁₁ und c_g mit C₁₅ miteinander verbinden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche :

   i. Wicklungsanordnung für Induktionsmotoren nach Art einer Trommelwicklung mit Umschaltung einzelner Spulengruppen für verschiedene Polzahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsschritt der einzelnen Spulenschleifen angeordnet wird nach der Formel:

   ■Ti =

   ■2.S+.L·

   _ zS + ii
   ^Xi ~ k ~ ^U

   wobei S die Zahl der Spulen, b eine ganze Zahl und k eine Zahl bedeutet, die zwischen der größten und der kleinsten Polzahl liegt, für welche die Motorwicklung umgeschaltet wird.

   Ausführungsform der Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Polzahlen entsprechenden Wicklungsenden an solche Klemmen eines Transformators angeschlossen sind, welche die für die betreffende Polzahl erforderliche Spannung abgeben.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.