DE2007495B2 - Ständerwicklung für einen elektrischen Dreiphasen-Induktions-Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ständerwicklung für einen elektrischen Dreiphasen-Induktions-Motor, die in Nuten verlegt und derart in Spulengruppen unterteilt ist, daß die Motordrehzahl durch Umpolung eines Teils der Spulengruppen in jeder Phase nach dem Prinzip der Po!-Amplituden-Moüulation in einem von 1 :2 verschiedenen Verhäicnis umschaltbar ist. Eine derartige Ständerwicklung ist beispielsweise aus der GB-PS 9 88 726 als Zweischichi-Schleifenwicklung bekannt.

Für die Serienfertigung von Induklionsmoloren mit nur einer Drehzahl, und zwar sowohl für Einphasenbetrieb als auch für Dreihnhasenhetrieb werden in letzter Zeit Einschichtwicklungen, insbesondere solche mit konzentrischen Spulen erneut bevorzugt. Ihre Fertigung wird von einigen Herstellern als wirtschaftlicher gegenüber Zweischichtwicklungen erachtet. Außerdem können sie vielfach auf automatischen Wickelmaschinen hergestellt werden. Es ist deshalb als erwünscht anzusehen, Einschichtwicklungen auch bei Dreiphasen-Induktionsmotoren mit Polumschaltung durch Pol-Amplituden-Modulation anzuwenden, um eine Alternative zu den bekannten Zweischichtwicklungen dieser Art zu haben.

Für gewöhnlich tritt jedoch eine Verschlechterung der Feldwellenform auf, wenn eine einschichtige Wicklung mit Pol-Amplituden-Modulation anstelle einer zweischichtigen Pol-Ampliluden-Modulalionswickiung verwendet wird. Die Schnung einer zweischichtigen Wicklung wirkt sich fast immer in einer Verminderung des Anteils der restlichen parasitären Oberwellen aus. Für polumschaltbar Motoren mit großer Leistung werden deshalb sicherlich die bekannten Zweischichtwicklungen mit Pol-Ämplituden-Modulation bevorzugt werden.

Bei sehr kleinen Motoren kann hingegen eine leichte Verschlechterung im Betriebsverhalten (Anfahrdrehmoment, Leistungsfaktor oder Wirkungsgrad) für gewöhnlich hingenommen werden, vorausgesetzt sie sind einfach im Aufbau und wenig aufwendig in der Herstellung.

Es ist bekannt (Sequenz »Die Wicklungen elektrischer Maschinen III«, 1954, S. 42 und 43), Zweischichtwicklungen in Einschichtwicklungen durch einfache Verwendung einer doppelten Nutenzahl im Ständer zu überführen- Auch steht der Anwendung dieses Verfahrens auf Windungen mit Pol-Amplituden-Modulation grundsätzlich nichts entgegen, jedoch ist in der Praxis häufig nicht der Platz für eine solche Verdopplung der Nutenzahl vorhanden.

Aus der DE-PS 3 69 125 ist eine Dahlander-Wicklung bekannt, die mittels einer konzentrischen Einschichtwicklung durch Verdoppelung der Polzahl einen Lauf mit halber Drehzahl ermöglicht Diese Druckschrift lehrt jedoch nicht, wie eine zweischichtige Schleifen- -./icklung in eine entsprechende Einschichtwicklung mit konzentrischen Spulen zu überführen ist.

Ferner stößt diese bekannte Dahlander-Wicklung weder auf noch löst sie das Problem der Bildung von konzentrischen Spulen mit Eignung zur Umschaltung durch Pol-Amplituden-Modulation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanordnung für eine nach dem Prinzip der Pol-Amplituden-Modulation in einem von 1 : 2 verschiedenen Verhältnis umschaltbare Ständerwicklung zu schaffen, die ihre Ausführung ohne großen Hersiellungsaufwand als Einschichtwicklung gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Ständerwicklung der eingangs genannten. Art dadurch gelöst, daß die Ständerwicklung als Einschichtwicklung ω in einer einer Zweischichtwicklung entsprechenden Anzahl von Nuten ausgeführt ist und jeweils die einen Spulenseiten einer Spule in einer geradzahligen und die anderen Spulenseiten derselben Spule in einer ungeradzahligen Nut angeordnet sind und zumindest teilweise Vy die Spulen mit unterschiedlicher Spulenweite zu mehreren konzentrisch angeordnet sind, wobei eine mögliche verbleibende Anzahl von Spulen als Einzclspulen ausgebildet sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und der

ίο Erleichterung ihrer praktischen Ausführung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Ständerwicklung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I das Wickelschema einer 4-Pol/6-Pol-Zwei-•*^r> schichtwicklung mit Pol-Ampliludcn-Modulation in 36 Nuten,

Fig. 2 das Wickclschcma einer o-Pol/e-Pol-Zwcischichtwicklung mit Pol-Amplitiidcn-Modulation in gleichfalls 36 Nuten,

w F i g. 3 in schematischer Darstellung cine Abwicklung eines mit 36 Nuten (3.1) versehenen Ständers mit der phasenweisen Verteilung [3.A,3.C,3ö/der in den Nuten angeordneten Spulenseiten und deren Verbindung zu teils konzentrische:! Spulen und teils Einzclspulcn bei '·> einer einschichtigen 4-Pol/6-Pol-Wicklung entsprechend der Zweischichtwicklung nach Fig. I,

Fig. 4 eine entsprechende Darstellung wie in Fig.3 für eine einschichtige 6-P0I/8-P0I-Wicklung in 36 Nuten entsprechend der Zwcischichtwicklung nach F i g. 2,
w Fig. 5 das Wicklungsschema der einschichtigen 4-Pol/6-Poi-Wicklung nach F i g. 3 und

F i g. 6 das Wickelschema der einschichtigen 6-P0I/8-Pol-Wicklung nach F i g. 4.

Der grundsätzliche Weg zur Schaffung einer konzen- <>' frischen einschichtigen Wicklung mit Pol-Amplituden-Modulation (P.A.M.-Wicklung) verläuft nicht über die Auslegung einer Zweischichtwicklung für die Hälfte der tatsächlich zur Verfügung stehenden Nutenanzahl. Im

Gegenteil, der ersie Schrill besieht in der Auslegung einer Zweischicht-PAM-Wicklung mit von vornherein der endgültigen Nutenzahl.

Das Zweischicht-PAM-Wicklungsschema in der uligemeinen Form nach Fig. 1 liefert alle Nutenwicklungsangaben für eine solche Wicklung. F i g. 1 zeigt das Wicklungsschema für die eine Schicht einer zweischichtigen 4-Pol/6-Pol-PAM-Schleifenwicklung gleicher Weite in 36 Nuien, wie sie in F i g. 5 der GB-PS 9 88 726 vorgegeben ist (der Wickelschritt beträgt dort durchgehend 6 Nuten, d. h. also von Nut I nach Nut 7, von Nut 2 nach Nut 8 usw.). Die Spulen einer jeden Phase sind in zwei Abschnitte, beispielsweise A]-Ai und Ai-O unterteilt Für vierpoligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei Ai, B₂, Ci und
Verbindung von A\, B₁, G

geschaltet. Für6-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in »Serie-Stern« mit

Stromzuführung bei A], B\, C] und keiner
Stromzuführung bei Ai, B₂, C₂

geschaltet. Mit gleicher Phasenfolge der Stromzuführung ist die Drehrichtung des Feldes für beide Polzahlen die gleiche.

Fig. 1 zeigt nur das Schema einer Schicht; das Schema der anderen Schicht ist in der Form identisch und nur um den Wickelschritt von 6 Nuten vernetzt mit umgekehrtem Vorzeichen, d. h. umgekehrter Slromrichtung in den Spulenseiten.

Eine ähnliche Ausführungsform eines Zweischicht-PAM-Wicklungsschemas, jedoch für 6-Pol/8-Pol-Umschaltung in 36 Nuten ist in F i g. 2 dargestellt. Für diese Wicklung beträgt der Wickelschritt aller gleichweiten Spulen 5 Nuten (von Nut I nach Nut 6, von Nut 2 nach Nut 7 usw.). Auch hierbei sind die Spulen einer jeden Phase in zwei Abschnitte, beispielsweise A]-Ai und Ai- C] unterteilt. Für sechspoligen Betrieb werden die WickluMgsabschnittc in »Paraiiei-Stern« mit

Stromzuführung bei .42, Bi. C₂ und
Verbindung von A], B], G

geschaltet. Für 8-poIigeii Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in »Serie-Stern« mit

Stromzuführung bei Ai, B₁, G und keiner
Stromzuführung von A;, B₂. G

geschaltet. Bei gleicher Phasenfolge der Stromzufuhr ist die Drehrichtung des Feldes bei den beiden Polzahlcn entgegengesetzt.

FJnc Einschichtanordnung in derselben Anzahl von Nuten wie eine Zwcischichtwickliing kann auf einfache Weise durch Bestimmung der Spulenseiten der einen Schicht und entsprechende Zuordnung der zugehörigen Bezeichnungen und Umkehrzeichen zu diesen abgeleitet werden. Eine kurze Betrachtung veranschaulicht, wie diese Spulensciten miteinander zu verbinden sind, um eine weitgehend konzenirischc Einschichtwicklung zu schaffen.

Das Verfahren der Auswahl der Form der konzentrischen Stirnverbindungen für eine aus dem Wickelschema nach Fig. I abgeleitete 4Pol/6-Pol-Einschichtwicklung vermittelt Fig. 3, und das entsprechende Verfahren für eine aus Fig. 2 abgeleitete 6-Pol/8-Pol-Einschichiwicklung geht aus F i g. 4 hervor.

In Fig. 3 ist die 4-Pol-Schaliung dargestellt, bi.\ welcher die Phasenabschnitte in »Parallel-Stern« geschaltet sind. Für 6-poligen Betrieb mit »t.Serie-Stern-Schaltung« werden die gestrichelt umrahmten Spulengruppen umgepolt.

Fig.4 zeigt die 8-Pol-Schaltung mit Schaltung der Phasenabschnitte in »Serie-Dreieck«. Für 6-poligen Betrieb mit »Parallel-Stern-Schaltung« werden auch hier die gestrichelt umrahmten Spulengruppen umgepolt.

In Fig. 5 ist das Wickelschema einer einschichtigen konzentrischen 4-Pol/6-Pol-PAM-Wicklung für 36 Nuten dargestellt, die gemäß vorstehender Betrachtung aus der zweischichtigen 4-Pof/6-Pol-PAM-Wicklung nach Fig. 1 abgeleitet ist, nachdem diese nach der Nutensternmethode unter Verwendung einer zweipoligen Totalmodulation bestimmt worden ist. Für 4-poligen Betrieli werden die Phasenabschnitte der Wicklungen in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei Ai, B₂. G und Verbindung von A], B], G

geschaltet. Für 6-poligen Betrieb werden die Abschnitte der Ph« enwicklungen in »Serie-Stern« mit

Stromzuführung bei A], B], G und keiner Stromzuführung bei A₂, B₂, C₂

geschaltet.

jo In ähnlicher Weise zeigt F i g. 6 eine einschichtige konzentrische o-Pol/e-Pol-PAM-Wicklung. die auf dem gleichen Wege von einer zweischichtigen 6-P0I/8-P0I-PAM-Wicklung in 36 Nuten nach F i g. 2 abgeleitet ist. die zuvor nach dem Verfahren der Symmetrierung

s=, bestimmt worden ist. Die Abschnitte der Phasenwicklungen sind für 6-poligen Betrieb in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei A₂. B₂. C₂ und Verbindung von A]. B], G

geschähet. Für 6-poligen Betrieb werden die Phasenabschr.itte in »Serie-Dreieck« mit

Stromzuführung bei A]. B\. G und keiner Stromzuführung bei A_:. B₂, C₂

geschaltet.

Dieses ganze Verfahren liefert eine einschichtige PAM-Wicklung mit einem etwas höheren Wickelfaktor als bei einer entsprechenden zweischichtigen PAM-Wicklung. Für mindestens eine der Polzahlen besteht keine Verminderung durch einen Sehnungsfaktor. wie er bei einer Zweischichtwicklung notgedrungen auftritt

Im Prinzip wird jedoch die Feldwellenform verschlechtert, weil sich die bei Zweischichtwicklungen vorhandene Schnung stets in einer Verminderung der meisten (oder wenigstens einiger) Feldoberwellen im Verhältnis zur Grundwelle auswirkt. Trotzdem ist die Güte der Feldwellenform zumeist ausreichend, um auf die Vorteile der Sehnung verziehen zu können.

Dies trifft insbesondere für Motoren mit kleiner Nutenanzahl (beispielsweise 24, ;i0, 36, 42, 48) Nuten zu, wie sie bei kleinen Motoren vorkommt, weil nämüch die magnetische Leitfähigkeit der Nutungen die Bildung höherer Oberwellenflüsse verhindert oder vermindert, auch wenn diese an sich in der Feldwellenform vorhanden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   StämJerwicklung für einen elektrischen Dreiphasen-Induktions-Motor, die in Nuten verlegt und derart in Spulengruppen unterteilt ist, daß die Motordrehzahl durch Umpolung eines Teils der Spulengruppen in jeder Phase nach dem Prinzip der Pol-Amplituden-Modulation in einem von 1 :2 verschiedenen Verhältnis umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung (3A 3.C, 3.B) als Einschichtwicklung in einer einer Zweischichtwicklung entsprechenden Anzahl von Nuten (5.1) ausgeführt ist und jeweils die einen Spulenseiten einer Spule in einer geradzahligen (z. B. 4, 6, 14) und die anderen Spulenseiten derselben Spule in einer ungeradzahligen Nut (ζ. Β. 33, 13, 5) angeordnet sind und zumindest teilweise die Spulen (z.B. 5-14, 6-13 in Fig.3) mil unterschiedlicher Spulenweile zu mehreren konzentrisch angeordnet sind, wobei eine mögliche verbleibende Anzahl von Spulen (z.B. 33 — 4 in F i g. 3) als Einzelspulen ausgebildet sind.