DE1438562B2

DE1438562B2 - Polumschaltbar Dreiphasen-Induktionsmaschine

Info

Publication number: DE1438562B2
Application number: DE19611438562
Authority: DE
Inventors: Gordon Hindle; Fong William; Bristol Rawcliffe (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1960-07-05
Filing date: 1961-07-01
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR1300368A; DE1438562A1; CH410169A

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine polumschalt- ständige Modulationsperiode um den ganzen Maschi-

bare Dreiphasen-Induktionsmaschine mit Dreiphasen- nenumfang aufweist, ist die Differenz zwischen der

Wicklungen, die eine erste, nicht durch drei teilbare unmodulierten Polzahl und der modulierten Polzahl

Polzahl ergeben und innerhalb jeder Phasenwicklung ein Polpaar.

unter Änderung der Stromrichtung in den einzelnen 5 Jede Modulationswelle kann zwei, drei oder mehr

Wicklungsteilen derart umschaltbar sind, daß durch vollständige Modulationsperioden um den ganzen

Polamplitudenmodulation eine zweite und dritte Pol- Maschinenumfang herum haben, wobei sich zwischen

zahl erzeugt werden, wobei die Feldkomponente der der unmodulierten Polzahl und der modulierten

dritten Polzahl unterdrückt wird und das Verhältnis Polzahl eine Zahlendifferenz von zwei Polpaaren,

der ersten zur zweiten Polzahl sich vom Wert 2:1 io drei Polpaaren usw. ergibt. In einigen Fällen, so z. B.

unterscheidet. bei 16/20 Polen, entspricht diese Anordnung einer

Es ist bekannt, Drehstrominduktionsmotoren mit zweimaligen Wiederholung von 8/10 Polen um den

polumschaltbaren Wicklungen auszustatten, um Maschinenumfang herum. In anderen Fällen, so z. B.

durch Änderung der Polzahl verschiedene Drehzahlen bei 10/14 Polen, können die Modulationswellen nicht

zu erreichen. 15 in zwei identische Hälften geteilt werden, jedoch

Bei bekannten Motoren sind dabei entweder ge- enthält die Modulationswelle, bezogen auf den trennte Wicklungen mit unterschiedlichen Polzahlen Maschinenumfang, zwei vollständige Modulationsvorgesehen, oder der betreffende Motor weist einen perioden.

einzigen Satz von Phasenwicklungen auf, die so Es hat sich jedoch gezeigt, daß gerade die Vergeschaltet werden können, daß sie verschiedene Pol- 20 wendung einer Polamplitudenmodulation durch eine zahlen erzeugen. Die meisten derartigen Motoren Welle, die, bezogen auf den Maschinenumfang, drei haben unterschiedliche Polzahlen im Verhältnis 2:1 Modulationsperioden oder ein Vielfaches von drei und mithin unterschiedliche Drehzahlen im umge- Perioden aufweist, wertvolle praktische Vorteile kehrten Verhältnis. Dies ist bei der bekannten hat.

Dahlander-Maschine der Fall, die beispielsweise in 25 Eine Modulationswelle mit drei Perioden kann in

dem Buch von Sequenz, »Die Wicklungen elek- die Phasenwicklungen jeder normalen Maschine mit

irischer Maschinen«, Bd. 3, 1954, S. 17, sowie in der Ganzloch- oder Bruchlochwicklung so eingespeist

deutschen Patentschrift 98 417 beschrieben ist. werden, daß der Modulationseffekt für alle drei

Ferner ist ein Verfahren zur Erzeugung unter- Phasenwicklungen symmetrisch ist, vorausgesetzt, schiedlicher Polzahlen in elektrischen Maschinen mit 30 daß die erste Polzahl, für die die Phasenwicklungen einem einzigen Satz von Phasenwicklungen bekannt- gewickelt sind, nicht ein Mehrfaches von Drei ist.
geworden, welches als Polamplitudenmodulation be- Bei einer Dreiphasenmaschine, mit Ausnahme kannt und in der Zeitschrift »The Proceedings of einer solchen, bei der die erste Polzahl ein Mehrthe Institution of Electrical Engineers«, Vol. 105, faches von Drei ist, entspricht nämlich eine VerPart. A., Nr. 22 vom August 1958, S. 411 bis 419, 35 drehung um ein Drittel des Maschinenumfanges einer und Vol. 107, Part. A., Nr. 36 vom Dezember 1960, Verschiebung eines Punktes der einen Phasenwick-S. 513 bis 528, beschrieben ist. lung auf einen entsprechenden Punkt einer anderen

Da in den vorstehenden Veröffentlichungen eine Phasenwicklung. Außerdem hat eine Modulationserschöpfende, vollständige Darstellung der allgemei- welle mit drei Perioden, wenn sie um ein Drittel nen Theorie der Polamplitudenmodulation gegeben 40 des Maschinenumfanges gegen ihre ursprüngliche ist, sei hier zum besseren Verständnis der Erfindung Stellung verdreht wird, offensichtlich denselben Vernur gesagt, daß eine Dreiphasen-Induktionsmaschine lauf und die gleiche Stellung.

mit einem einzigen Satz von Dreiphasenwicklungen Während nun bei den bekannten Maschinen das in einem Verhältnis von weniger als 2:1 pol- erreichbare Verhältnis zwischen den umschaltbaren umschaltbar ausgeführt werden kann, wenn eine 45 Polzahlen und damit auch die mögliche Drehzahl-Polamplitudenmodulationswelle jeder Phasenwick- änderung klein sind, soll die vorliegende Erfindung lung aufgeprägt wird, wobei die drei Modulations- eine Dreiphasen-Induktionsmaschine aufzeigen, bei wellen am Umfang der Maschine relativ zueinander der die Polzahländerungen so groß gewählt werden

2 π * ,. · j τν· τ. ι r_t j j w können, daß die Drehzahlen in weiten Grenzen ver-

um — versetzt sind. Die Polamplitudenmodulation änderbar sind

jeder Phasenwicklung erfolgt dadurch, daß aufein- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch

anderfolgende Teile der Phasenwicklung um den gelöst, daß die Polamplitudenmodulation durch eine

Umfang der Maschine herum so geschaltet werden, Welle erfolgt, die, bezogen auf den Maschinen-

daß bei der modulierten Schaltung für jede vollstän- umfang, drei Modulationsperioden oder ein Viel-

dige Periode der Modulationswelle ein Teil der Wick- 55 faches von drei Perioden aufweist, und eine jede

lung umgepolt wird. Zusätzlich werden weitere Hilfs- Phasenwicklung zur Unterdrückung der Feldkompo-

mittel angewandt, um zu erreichen, daß die Ampli- nente der dritten Polzahl als gesehnte Schleifenwick-

tuden der Pole in der modulierten Schaltung derart lung ausgeführt ist.

abgestuft sind, daß sich annähernd eine sinusartige Da im Gegensatz zu bekannten Maschinen die Amplitudenverteilung ergibt. Zu diesem Zweck kann 60 Polamplitudenmodulation bei der vorliegenden Erfinan einem Ende einer jeden ModulationshalbDeriode dung jeweils drei volle Modulationsperioden oder ein Pol ausgelassen werden, oder beide Endpole ein Mehrfaches von drei Perioden aufweist, unterkönnen in der Amplitude reduziert werden, oder die scheiden sich die erste und zweite Polzahl immer Maschine kann von vornherein als Maschine mit durch zwei Polpaare oder ein Vielfaches von drei Bruchlochwicklung ausgeführt sein, um eine sinus- 65 Polpaaren. Diese Tatsache wird möglicherweise bei artige Verteilung der Polamplituden sowohl für die einigen der nachstehend behandelten Ausführungsmodulierte als auch für die unmodulierte Schaltung beispiele nicht sofort ersichtlich, wenn man sich nicht zu erhalten. Wenn jede Modulationswelle eine voll- vergegenwärtigt, daß die zweite Polzahl eine negative

Zahl sein kann, während die erste Polzahl immer als positiv betrachtet wird.

Da die zweite Polzahl negativ sein kann, ist es auch möglich, ein Polzahlverhältnis von 2:1 zu erzielen. Zufriedenstellend arbeitende Maschinen mit einem Polzahlverhältnis von 2 :1 sind jedoch bereits in der eingangs erwähnten Dahlander-Maschine verwirklicht, so daß beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Polzahlverhältnis 2:1 außerhalb des Schutzbereiches liegen soll. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf Maschinen mit einem Polzahlverhältnis größer als 2 :1.

Eine Maschine mit Polamplitudenmodulation mit einer Modulationswelle mit drei Perioden oder einem Vielfachen von drei Perioden erzeugt zwei verschiedene Polzahlen, von denen die eine höher ist als die ursprüngliche Polzahl und die andere niedriger als die ursprüngliche Polzahl. Eine der verschiedenen Polzahlen muß in irgendeiner Weise unterdrückt werden, so daß die andere Polzahl als die wirksame Polzahl verbleibt.

Gemäß den bekannten Methoden der Polamplitudenmodulation wird die unerwünschte, nicht benötigte Polzahl unterdrückt durch die Wahl des relativen Abstandes und die Folge der drei Modulationswellen um den Maschinenumfang herum.

Bei der erfindungsgemäßen Induktionsmaschine wird die unerwünschte Polzahl durch Wahl der Spulenweite unterdrückt.

Die Tabelle I zeigt einige der erzielbaren Pol-Zahlenkombinationen für eine erfindungsgemäß ausgelegte Maschine bei einer Modulationswelle mit drei Perioden und einem Mehrfachen davon, nämlich von 3 bis 18 Perioden, d. h. 3 η Perioden von η = 1 bis η = 6. Die Anzahl der Perioden der Modulationswelle ist jeweils über den Spalten der Tabelle I angegeben. Da die erste Polzahl niemals drei Polpaare umfaßt oder ein Vielfaches davon, ist die erste Polzahl durch den Ausdruck (6 m + 2) oder (6 m + 4) Pole gegeben, wobei m irgendeine ganze Zahl ist. Die entsprechende zweite Polzahl in der allgemeinen Form ist in der obersten Zeile jeder Spalte angegeben.

In den Spalten ist das Verhältnis zwischen der ersten und zweiten Polzahl angegeben. Bei den Verhältniszahlen oberhalb der Linie x-x ist die erste Polzahl, in Polpaaren ausgedrückt, größer als die Zahl der Perioden der Modulationswelle. Die in Klammern angegebenen Verhältniszahlen entsprechen einem gleichen, bereits für niedrigere Polzahlen in einer vorhergehenden Spalte aufgeführten Verhältniswert. Die Polzahlen mit einem Verhältnis von 2:1 unterhalb der Linie x-x in den Spalten für die Modulationsperioden 3, 6, 12 und 15 sind der Vollständigkeit halber angeführt, gehören jedoch nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die Tabelle I kann, wenn erforderlich, ergänzt werden, um höhere Mehrfache von drei Perioden zu umfassen; sie kann sich auch auf höhere Polzahlen erstrecken, d. h. auf höhere Werte der ganzen Zahl m oder auf negative Werte von m, da das Vorzeichen der Polzahl ohne Bedeutung ist.

Die Tabelle I umfaßt eine erhebliche Anzahl von praktisch wertvollen Polzahlverhältnissen. Die als besonders wichtig angesehenen Werte sind in der Tabelle II enthalten. Tabelle II zeigt in Spalte 1 besonders wichtige Polzahlkombinationen und in Spalte 3 die Anzahl der Perioden der Modulationswelle, die zur Erzielung dieser Kombinationen ver wendet wird. In der Spalte 2 sind die bevorzugten Phasenwicklungsverbindungen angegeben, wenn bei beiden Polzahlen eine möglichst gleichmäßige magnetische Flußdichte im Luftspalt erzielt werden soll.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. l(a) und l(b) eine Wicklungsausführung eines lOpoligen Dreiphasen-Induktionsmotors mit einer ganzzahligen Nutenzahl pro Pol und Phase, der durch Dreiperioden-Polamplitudenmodulation wahlweise als Vierpolmaschine betrieben werden kann,

F i g. 2 eine Reihe von Diagrammen, auf die bei der Erklärung der Betriebsweise des Motors mit einer Wicklung nach F i g. 1 Bezug genommen wird,

F i g. 3 (a) und 3 (b) eine Wicklungsausführung eines 8poligen Dreiphasen-Induktionsmotors mit einer gebrochenen Nutenzahl pro Pol und Phase, der durch Dreiperioden-Polamplitudenmodulation wahlweise als Zweipolmaschine betrieben werden kann,

F i g. 4 eine Reihe von Diagrammen, auf die bei der Erklärung der Betriebsweise des Motors mit einer Wicklung gemäß F i g. 3 Bezug genommen wird,

F i g. 5 (a) und 5 (b) wahlweise Serien-Stern- bzw. Parallel - Dreieck - Phasenwicklungsverbindungen für die Polumschaltung,

Fig. 6 ein Schaltersystem für die Herstellung der Phasenwicklungsverbindungen der F i g. 5 (a) und 5 (b),

F i g. 7 (a) und 7 (b) wahlweise Serien-Stern- bzw. Parallel-Dreieck-Phasenwicklungsverbindungen, ähnlich denjenigen der F i g. 5 (a) und 5 (b), wobei jedoch ein umgekehrter Drehsinn bei den Parallel-Dreieck-Verbindungen vorgesehen ist,

Fig. 8 ein Schaltersystem für die Herstellung der Phasenwicklungsverbindungen der F i g. 7 (a) und7(b),

F i g. 9 (a) und 9 (b) wahlweise Serien-Stern- bzw, Parallel-Stern-Phasenwicklungsverbindungen für die Polumschaltung,

Fig. 10 ein Schaltersystem für die Herstellung der Phasenwicklungsverbindungen der Fig. 9(a) und 9(b),

Fig. 11 (a) und ll(b) ein Diagramm und ein Schaltbild der Spulengruppenverbindungen des 8/2-poligen Motors gemäß F i g. 3 und 4 in vereinfachter Form und

Fig. 12(a) und 12(b) ein Diagramm und Schaltbild der Spulengruppenverbindungen eines lOpoligen Motors mit gebrochener Nutenzahl pro Pol und Phase, der durch Sechsperioden-Polamplitudenmodulation wahlweise als Zweipolmaschine betrieben werden kann.

In F i g. 1 (b) sind der Einfachheit halber nur die Spulen der ersten Phase (Phase A) vollständig dargestellt. Diese Figur soll daher zusammen mit Fig. l(a) und den Fig. 9(a) und 9(b) betrachtet werden.

Die Phase A besteht aus einem ersten Satz von Spulen 41, die an den Klemmen 1 und 2 angeschlossen sind, und einem zweiten Satz von Spulen 42, die an den Klemmen 2 und 7 in Reihe mit dem Spulensatz 41 geschaltet sind. Die Phase 8 ist identisch mit der Phase A und umfaßt einen Satz von Spulen 41', die an den Klemmen 3 und 4 angeschlossen sind, und einen Satz von Spulen 42', die an den Klemmen 4 und 7 angeschlossen sind. Die Phase C hat einen Satz von Spulen 41", die an den Klemmen 5 und 6

angeschlossen sind, und einen Satz von Spulen 42", 24 bzw. 25 mit den Leitungen 31, 32 bzw. 33 einer

die an den Klemmen 6 und 7 angeschlossen sind. Dreiphasenstromquelle verbunden, deren Phasen mit

Die Spulen sind in zwei Schichten gewickelt und L₁, L₂ und L₃ bezeichnet sind. Die Phasenfolge dieser

ihre Spulenseiten in der in Fig. l(a) gezeigten Weise Phasenwicklungsverbindung ist A, B, C.

auf den oberen und unteren Teil der dreißig Nuten 5 In der Parallel-Dreieck-Verbindung gemäß

eines Stators verteilt. F i g. 1 (a) zeigt außerdem die F i g. 5 (b) für Betrieb mit kleiner Polzahl sind die

Stromrichtung in den Leitern der Phasen A, B und C Klemmen 11, 12 und 17 miteinander und durch die

für lOpoligen Betrieb. Die viereckigen Umrahmungen Leitung 23 mit dem Leiter 31 verbunden. Die Klem-

zeigen die Leiter, die für 4poligen Betrieb umgepolt men 15 und 18 sind miteinander und durch die

werden. i° Leitung 24 mit dem Leiter 32 verbunden. Die Klem-

F i g. 2 zeigt im Diagramm (a) die von den Leitern men 13, 14 und 16 sind miteinander und durch die einer Phase in der Oberschicht der Nuten erzeugten Leitung 25 mit dem Leiter 33 verbunden. Die Phasen-Polungen. Das Diagramm (b) zeigt die durch die folge dieser Schaltung ist daher A, C, B. Leiter dieser Phase in der Unterschicht erzeugten F i g. 6 zeigt ein Schaltersystem für die unterschied-Polungen. Das Diagramm (c) zeigt die Resultante 15 liehen Phasenwicklungsverbindungen der Fig. 5(a) von (α) und (b). und 5(b). Das Schaltersystem enthält einen Einzel-

Das Diagramm (d) zeigt die Polamplitudenmodu- polschalter A 1, einen Dreipolschalter Bi bis B 3 und

lationswelle von drei Perioden, die den Leitern in einen Siebenpolschalter Cl bis C 7. Die Klemmen 11

der Oberschicht der Nuten aufgeprägt wird, und das bis 18 der Schalter A und C sind ständig mit den

Diagramm (c) zeigt die Modulationswelle, die den 20 entsprechend numerierten Phasenwicklungsklemmen

Leitern in der Unterschicht der Nuten aufgeprägt der F i g. 5 (a) und 5 (b) verbunden. Drei Klemmen

wird. der Schalter A und B sind durch die Leitungen 23, 24

Das Diagramm (/) schließlich zeigt die resultieren- und 25 mit der Dreiphasenstromquelle, nämlich mit

den Polungen, die von allen Leitern der einen den Leitern 31, 32 und 33 verbunden. Der dritte Pol

Phasenwicklung für den modulierten Zustand von 25 des Schalters ß bildet die Sternpunktsverbindung

vier Polen erzeugt werden. zwischen den Klemmen 12 und 16.

Fig. 3(a) zeigt die Verteilung der Dreiphasen- Für die Serien-Stern-Verbindung gemäß Fig. 5(a)

wicklungen auf die 36 Nuten des Stators eines sind die Schalter A und B geschlossen, und der

8/2poligen Motors. F i g. 3 (b) zeigt vollständig nur Schalter C ist geöffnet. Für die Parallel-Dreieck-

die Spulen der Phase/!. Diese Figur sollte deshalb 30 Verbindung gemäß Fig. 5(b) sind die Schalter.«4

zusammen mit F i g. 3 (a) und den F i g. 5 (a) und 5 (b) und C geschlossen, und der Schalter B ist geöffnet,

bzw. 7(a) und 7(b) betrachtet werden. Die Fig. 7(a) und 7(b) stimmen im wesentlichen

Die Phase A besteht aus einem ersten Satz von mit den Fig. 5(a) und 5(b) überein. In Fig. 7(b)

Spulen 28, die an den Klemmen 11 und 14 ange- ist lediglich die Phasenfolge umgekehrt,

schlossen sind, und einen zweiten Satz von Spulen 29, 35 F i g. 8 zeigt ein Schaltersystem für die unterschied-

die an den Klemmen 14 und 12 angeschlossen sind. liehen Phasenwicklungsverbindungen der Fig. 7(a)

Die Phase B umfaßt einen Satz von Spulen 28', die und 7 (b). Das Schaltersystem enthält einen Zweipol-

an den Klemmen 13 und 15 angeschlossen sind, und schalter A 1, A 2, einen Zweipolschalter Bi, B2 und

einen Satz von Spulen 29', die an den Klemmen 15 einen Sechspolschalter C1 bis CG. Die Klemmenil

und 12 angeschlossen sind. Die Phase C umfaßt 4° bis 18 der Schalter A und C sind mit den entsprechend

einen Satz von Spulen 28", die an den Klemmen 17 numerierten Phasenwicklungsklemmen der Fig. 7(a)

und 18 angeschlossen sind, und einen Satz von und 7(b) verbunden. Drei Klemmen der Schalter A

Spulen 29", die an den Klemmen 16 und 18 ange- und B vermitteln über die Leitungen 23, 24 und 25

schlossen sind. die Verbindung mit den Leitern 31, 32 und 33 der

F i g. 3 (a) zeigt die Stromrichtung in den Leitern 45 Stromquelle.

der drei Phasen A, B und C für 8poligen Betrieb. Für die Serien-Stern-Schaltung gemäß Fig. 7(a)

Die viereckigen Umrahmungen bezeichnen die Leiter, sind die Schalter A und B geschlossen, und der

die bei 2poligem Betrieb umgepolt werden. Schalter C ist geöffnet. Für die Parallel-Dreieck-

Fig. 4 zeigt in dem Diagramm (α) die von den Schaltung gemäß Fig. 7(b) sind die Schalter A undC

Leitern der Phasenwicklung A in der Oberschicht der 5° geschlossen, und der Schalter B ist geöffnet.

Nuten erzeugten Polungen. Das Diagramm (fc) zeigt Es kommt oft vor, daß die Größe des Stators und

die von den Leitern dieser Phase in der Unterschicht des Rotors durch die Forderung der niedrigeren

erzeugten Polungen. Das Diagramm (c) zeigt die Geschwindigkeit diktiert wird. In solchen Fällen ist

Kombination von (a) und (b). die Statorgröße mehr als genügend für die hohe

Das Diagramm (d) zeigt die Polamplitudenmodu- 55 Geschwindigkeit. Es kann dann die Flußdichte bei lationswelle von drei Perioden, die den Leitern in der niedrigeren Polzahl reduziert werden. Es ist dann der Oberschicht der Nuten aufgeprägt wird. Das möglich, eine Serien-Stern-/Parallel-Stern-Schaltung Diagramm (e) zeigt die Modulationswelle von drei zu wählen, wobei nur sechs Leitungen als Anschluß-Perioden, die den Leitern in der Unterschicht auf- leitungen für die Phasenwicklungen benötigt werden, geprägt wird. 60 In den F i g. 9 (a) und 9 (b) ist eine solche Schal-

Das Diagramm (/) zeigt die resultierenden Polun- tung gezeigt. Die Phase A umfaßt die Wicklungsteile

gen aller Spulen der Phase A nach der Modulation 41 und 42, die jeweils zwischen den Klemmen 1

und stellt die Polverteilung für 2poligen Betrieb dar. und 2 bzw. 2 und 7 angeschlossen sind. Die verblei- ,

F i g. 5 (a) zeigt eine Serien-Stern-Verbindung der benden beiden Phasenwicklungen B und C bestehen

Phasenwicklungen für Betrieb mit hoher Polzahl. 65 aus den Wicklungsteilen 41' bzw. 42', die zwischen

Für diese Serien-Stern-Verbindung ist die Klemme 16 den Klemmen 3, 4 bzw. 4, 7 angeschlossen sind, und

mit der Klemme 12 im Sternzentrum verbunden. Die den Wicklungsteilen 41" bzw. 42", die zwischen den

Klemmen 11, 13 und 17 sind durch die Leitungen 23, Klemmen 5, 6 bzw. 6, 7 angeschlossen sind.

In der Serien-Stern-Schaltung gemäß Fig. 9(a) sind die Klemmen 1, 3 und 5 durch die Leitungen 23, 24 bzw. 25 mit den Leitern 31, 32 bzw. 33 der Stromquelle (L₁, L₂ und L₃) verbunden.

In der Parallel-Stern-Schaltung der F i g. 9 (b) sind Klemmen 1, 3 und 5 miteinander verbunden. Die Klemmen 2, 4 und 6 sind durch die Leitungen 23, 24 bzw. 25 mit den Leitern 31, 32 bzw. 33 der Stromquelle (L₁, L₂ und L₃) verbunden. Die Phasenfolge ist A, B, C für beide Schaltungen.

Fig. 10 zeigt ein Schaltersystem für die unterschiedlichen Phasenwicklungsschaltungen gemäß den Fig. 9(a) und 9(b). Das Schaltersystem enthält einen Dreipolschalter A1 bis /13 und einen Fünfpolschalter B1 bis B 5. Die Klemmen des Schalters A sind durch Leitungen 23, 24 bzw. 25 mit den Leitungen 31, 32 bzw. 33 der Stromquelle verbunden. Drei Klemmen des Schalters B sind in der gleichen Weise mit der Stromquelle verbunden. Die verbleibenden Klemmen 1 bis 6 der zwei Schalter sind mit den entsprechend numerierten Klemmen der Phasenwicklungen gemäß den Fig. 9(a) und 9(b) verbunden.

Bei der Serien-Stern-Schaltung gemäß F i g. 9 (a) ist der Schalter A geschlossen und der Schalter B geöffnet. Für die Parallel-Stern-Schaltung gemäß F i g. 9 (b) ist der Schalter B geschlossen und Schalter Λ geöffnet.

Die Spulenverteilung in jeder Phase soll vorzugsweise sinusförmig sein. Dies kann dadurch geschehen, daß eine sinusartige Modulationswelle aufgeprägt wird an Stelle der rechteckigen Modulationswelle oder dadurch, daß eine entsprechende Verteilung der Spulengruppen gewählt wird. Vorzugsweise werden die Spulengruppen so angeordnet, wie sie Ursprunglieh auf der Maschine gewickelt sind, so daß eine sinusartige Verteilung bei der niedrigeren modulierten Polzahl erfolgt.

Eine exakte sinusartige Verteilung kann praktisch nicht realisiert werden. Der hier benutzte Ausdruck »sinusartig« bezeichnet eine Wellenform von im allgemeinen sinusartigem Aussehen, wie sie z. B. an Hand der Fig. 11 (a), 11 (b), 12(a) und 12(b) beschrieben wird.

Die Fig. ll(a) und 11 (b) beziehen sich auf die 8/2polige Maschine, die mit Bezugnahme auf die F i g. 3 (a), 3 (b) und 4 beschrieben worden ist, bei welcher die Phasenwicklungen mit einer Spulenweite von 15 Nuten gewickelt sind. Die Spulengruppen der PhasenwicklungA sind mit Al bis A8 bezeichnet.

Fig. 11 (b) zeigt die Verbindungen der Spulengruppen der Phasenwicklung A. Die Spulengruppen sind in Reihe geschaltet in der Reihenfolge, die zwischen den Klemmen 54, 55 und 55, 56 dargestellt ist. Die anderen zwei Phasenwicklungen sind ähnlich aufgebaut.

Für einen 8poligen Betrieb sind die Spulengruppen zwischen den Klemmen 54 und 56 in Reihe erregt. Für 2poligen Betrieb sind die Klemmen 54 und 56 miteinander verbunden, und die Wicklungen werden zwischen den Klemmen 54 und 55 erregt.

Als Alternative zu der sinusartigen Anordnung gemäß Fig. 11 (a) und 11 (b) kann man eine

kosinusartige Spulengruppe 2-1-1-2 2-1-1-2

verwenden. Diese Anordnung entspricht einer Ver-Schiebung der Modulationswelle um zwei Spulen- -.-gruppen. Die Spulenweite beträgt in beiden Fällen ι ** 15 Nuten.

Die unmodulierte 8polige Wellenform ist in beiden Fällen die gleiche. Die modulierte 2polige Wellenform ist in beiden Fällen verschieden, jedoch sind die fünfte und siebente Harmonische der 2poligen Wellenform durch die Spulenweite von 15 Nuten unterdrückt.

Der Grund, diese zweite Anordnung in manchen Fällen vorzuziehen, liegt darin, daß der Wicklungsfaktor durch diese Umgruppierung wesentlich reduziert wird. So kann die einfachste Schaltungsart, nämlich Serien-Stern- oder Parallel-Stern-Schaltung angewandt werden, während man immer noch eine volle Kraftliniendichte bei der höheren Geschwindigkeit hat.

Fig. 12(a) zeigt das Diagramm einer 10/2poligen Wicklung mit einer 6-Perioden-Modulation für einen Stator und 72 Nuten. Die Spulenweite beträgt 22 Nuten. In der Figur zeigen die gestrichelten Linien A, B, C die Symmetriephasenachsen. Der Kreis D stellt den Maschinenumfang und die Umhüllende E die Modulationswelle dar. Die Zahlen außerhalb des Kreises D und der Abschnitte E bezeichnen die Zahl der Spulen je Gruppe. In Fig. 12(a) sind die Spulengruppen der Phasenwicklung A mit den Bezugsziffern A1 bis A 10 bezeichnet. Die Spulengruppen für die andern zwei Phasenwicklungen sind in der Figur nicht bezeichnet, entsprechen jedoch denen der Phasenwicklung, von der entsprechenden Symmetriephasenachse aus betrachtet.

Fig. 12(b) zeigt die Zwischenverbindungen der Spulengruppen der Phasenwicklung A. Die Spulengruppen sind in Reihe geschaltet in der Reihenfolge, wie sie zwischen den Klemmen 51, 52 und 52,53 gezeigt ist. Die Anordnung der anderen beiden Phasenwicklungen ist identisch.

Wie in Fig. 12(a) dargestellt, ist die bevorzugte

Spulengruppierung 1-3-4-3-1 1-3-4-3-1.

Dies ist annähernd sinusartig im Hinblick auf zwei Pole. Die drei Symmetriephasenachsen A, B und C in Fig. 12(a) teilen jede Phasenwicklung in zwei Hälften und schneiden die Wicklung in der Mitte zwischen den Spulengruppen mit den wenigsten Spulen.

Wie Fig. 12(b) zeigt, sind sechs Spulengruppen 1-4-1 1-4-1 und vier Spulengruppen

3-3 3-3

in Reihe geschaltet. Es kann gezeigt werden, daß diese beiden Spulengruppenkombinationen, wenn sie parallel geschaltet werden, im wesentlichen die gleiche elektromotorische Kraft erzeugen.

Bei bestimmten Maschinen mit Polzahlkombinationen gemäß der Erfindung kann die sinusartige Verteilung auch Phantomspulengruppen mit der Windungszahl Null enthalten. Das hat den praktischen Vorteil, daß eine beträchtliche Reduzierung der Nutmindestzahl erreicht werden kann.

Zum Beispiel ist eine Wicklung für 10/2 Pole in 42 Nuten, die gruppiert ist

0-2-3-2-0 0-2-3-2-0,

ersichtlich leistungsstärker als eine 10/2-Polwicklung in 72 Nuten, die gruppiert ist

I.3.4.3-I---I-3.4-3-I.

009 515/88

Ein weiteres Beispiel ist eine Wicklung für 14/2 Pole, die gruppiert ist

0-1-3-4-3-1-0 0-1-3-4-3-1-0

in 72 Nuten. Dies ist der Gruppierung

1-2-4-5-4-2-1—-1-2-4-5-4-2-1

in 114 Nuten vorzuziehen. Im allgemeinen sind die Möglichkeiten beträchtlich, die sich bei der Verwendung von Phantomspulengruppen für die Polamplitudenmodulation mit großen Polzahlenverhältnissen ergeben.

In allen Fällen der Polamplitudenmodulation gemäß Tabelle I ist die unmodulierte Polzahl nicht Drei oder ein Mehrfaches von Drei. Da die Zahl der Modulationsperioden stets Drei oder ein Mehrfaches von Drei ist, kann auch die modulierte Polzahl nicht Drei oder ein Mehrfaches von Drei sein.

Man kann aber jede Polkombination in Tabelle I vervielfachen. Daher entspricht der Kombination 8/2 z. B. die Kombination 24/6; die Kombination 10/4 entspricht der Kombination 30/12.

Claims

Patentansprüche:

1. Polumschaltbare Dreiphasen-Induktionsmaschine mit Dreiphasenwicklungen, die eine erste, nicht durch drei teilbare Polzahl ergeben und innerhalb jeder Phasenwicklung unter Änderung der Stromrichtung in den einzelnen Wicklungsteilen derart umschaltbar sind, daß durch Polamplitudenmodulation eine zweite und dritte Polzahl erzeugt werden, wobei die Feldkomponente der dritten Polzahl unterdrückt wird und das Verhältnis der ersten zur zweiten Polzahl sich vom Wert 2:1 unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Polamplitudenmodulation durch eine Welle erfolgt, die, bezogen auf den Maschinenumfang, drei Modulationsperioden oder ein Vielfaches von drei Perioden aufweist, und eine jede Phasenwicklung zur Unterdrückung der Feldkomponente der dritten Polzahl als gesehnte Schleifenwicklung ausgeführt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phasenwicklung in sechs oder ein Vielfaches von sechs gleichen Wicklungsteilen unterteilt ist und jedes zweite Wicklungsteil durch Umpolen umschaltbar ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung zur Abstufung der Feldamplituden als Bruchlochwicklung ausgeführt ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen