DE2007495C3

DE2007495C3 - Ständerwicklung für einen elektrischen Dreiphasen-Induktions-Motor

Info

Publication number: DE2007495C3
Application number: DE2007495A
Authority: DE
Inventors: Alexander Richard William Broadway; William Fong; Gordon Hindle Rawcliffe
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-02-18
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US3673477A; CA918735A; CH504130A; DE2007495B2; GB1303992A; SE364410B; DE2007495A1; FR2035594A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ständerwicklurig für einen elektrischen Dreiphasen-Induktions-Motor. die in Nuten verlegt und derart in Spulengruppen unterteilt ist. daß a's Motordrehzahl durch Umpolupg eines Teils der Spulengruppen in jed-»¹- Phase nach dem Prinzip der Pol-Amplituden-Modulation in einem von 1 :2 verschiedenen Verhältnis umschaltbar ist. Eine derartige Ständerwicklung ist beispieisweise aus der GB-PS 9 88 726 als Zweischicht-Schleifenwicklung bekannt.

Für die Serienfertigung von Induktionsmotoren rrit nur einer Drehzahl, und zwar sov/ohl für Einphasenbetrieb als auch für Dreihphasenbetrieb 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-Induklionsmotoren 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-Amplituden-Modulations wicklung verwendet wird. Die Sehnung 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-Amplituden'Modtiiation bevorzugt werden.

Bei sehr kleinen Motoren kann hingegen eine leichte Verschlechterung im Betriebsverhalten (Anfahrdreh· moment, 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 !!!«, 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 aer 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-

!5 wicklung 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 Herstellungsaufwand als Einschichtwicklung gesta'tet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Ständerwicklung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ständerwicklung als Einschichtwicklung in einer einer Zwei^cchichtwicklung entsprechenden Anzahl von Nuten ausgeführt ist und jeweils die einen Spulenseiten einer Spule i: einer geradzahligen und die anderen Spulenseilen derselben Spule m einer ungeradzahligen Nut angeordnet sind und zumindest teilweise die Spulen mit unterschiedlicher Spulenweite zu mehreren konzentrisch angeordnet sind, wobei eine mögliche verbleibende An/ah! von Spulen als Einzelspulen ausgebildet sind.

Zum besseren Verständnis dsr ErS ,rdung und der

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

Fig. 1 das Wickelschema einer 4-Pol/6-Poi-Zweischichtwicklung mit Pol-Amplituden-Modulation in 36 Nuten.

F ι g. 2 das Wickelschema einer 6-Pol/8-Pol-Zweischichtwicklung mit Pol-Amplituden-Modulation in gleichfalls 36 Nuten.

F ι g. 3 in schematischer Darstellung eine Abwicklung eines mit 36 Nuten (3.1) versehenen Ständers mit der pha· anweisen Verteilung (3.4. l.C IBJoer in den Nuten angeordneten Spulenseiten und deren Verbindung zu teils konzentrischen Spulen und teils F.inzelspulen bei

M einer einschichtigen 4-Pol/6-Pol-Wicklung entspre chend der Zweischichtwicklung nach Fig. 1.

Fig. 4 eine entsprechende Darstellung wie in Fig. 3 für eine einschichtige 6 Pol/8-Pol-Wicklung in 36 Nuten entsprechend der Zweischichtwicklung nach F i g. 2.

F! g, 5 das Wicklungsschema der einschichtigen 4-Pol/6*PoNWicklung nach F i g. 3 und

Fig.6 das Wickelschema der einschichtigen 6-P0I/8-Pol-Wicklung nach F i g. 4.
Der grundsätzliche Weg zur Schaffung einer konzenirischen einschichtigen Wicklung mit Pol-Amplituden-Modulation (P.A.M.*Wicklung) verläuft nicht über die Auslegung einer Zweischichtwicklüng für die Hälfte der tatsächlich zur Verfugung stehenden Nutenanzahl, fm

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Gegenteil, der erste Schritt besteht in der Auslegung einer Zweischicht-PAM-Wicklung mit von vornherein der endgültigen Nutenzahl.

Das Zweischicht-PAM-Wicklungsschema in der allgemeinen Form nach F i g. 1 liefert alle Nutenwicklungsangaben für eine solche Wicklung. Fi g. 1 zeigt das Wicklungsschema für die eine Schicht einer zweischichtigen 4-Pol/6-PoI-PAM-SchIdfenwickIung gleicher Weite in 36 Nuten 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 1 nach Nut 7, von Nut 2 nach Nut 8 usw.). Die Spulen einer jeden Phase sind in zwei Abschnitte, beispielsweise At-Az und Az-O unterteilt Für vierpoligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei Az, Eh, Ct und
Verbindung von A\, B\, G

geschaltet Für 6-pofigen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in »Serie-Stern« mit

Stromzuführung bei Au Bt, Q und keiner
Stromzuführung bei A2, Bz, 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 versetzt mit umgekehrtem Vorzeichen, d. h. umgekehrter Stromrichtung in den Spulenseiten.

Eine ähnliche Ausführungsform eines Zweischicht-PAM-Wicklungsschemas, jedoch für o-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 At-A₂ und Ai - G unterteilt Für sechspoligen Betrieb werden die Wicklungsabsc.nitte in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei A2, Bz, Cz und
Verbindung von At, B\, G

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

Stromzuführung bei At, B\. C\ und keiner
Stromzuführung von A?, Bi, Gt

geschaltet. Bei gleicher Phasenfolge der Stromzufuhr ist die Drehrichtung des Felde-., bei den beiden Polzahlen entgegengesetzt.

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

Das Verfahren der Auswahl der Form der konzentrischen Stirnverbindungen für eine aus dem Wickelschc ma nach Fig. 1 abgeleitete4-Pol/6-PoUEinschichtwicklung vermittelt Fig.3, und das entsprechende Verfahren für eine aus Fig.2 abgeleitete 6-Pol/8-Pol-Einschichtwieklunggeht aus F i g. 4 hervor.

In Fig.3 ist die 4-Pol-Schaltimg dargestellt, bei welcher die Phasenabschnitte in »Parallel-Stern« geschaltet simd. Für 6-poligen Betrieb mit »Serie-Stern-

Schaltung« werden die gestrichelt umrahmten Spulengruppen umgepolt

Fig.4 zeigt die 8-PoI-Schaltung mit Schaltung der Phasenabschnitte in »Serie-Dreieck«. Für 6-poligen Betrieb mit »Parallel-Stern-Schaltung« werden auch

,ο hier die gesirichelt umrahmten Spulengruppen umgepolt.

In Fig.5 ist das Wickelschema einer einschichtigen konzentrischen 4-Pol/6-PoI-PAM-Wicklung für 36 Nuten dargestellt die gemäß vorstehender Betrachtung

_]5 aus der zweischichtigen 4-PoI/6-PoI-PAM-Wicklung nach F i g. 1 abgeleitet ist, nachdem diese nach der Nutensternmethode unter Verwendung einer zweipoligen Totalmodulation bestimmt worden ist Für 4-poligen Betrieb werden die Phasenabschnitte der Wicklun-

•,o gen in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei Az, Bz, Cz und
Verbindung von At, Bt, G

geschaltet. Für 6-poligein Betrieb werden die Abschnitte der Phasenwicklungen in »Serie-Stern« mit

Stromzuführung bei Ai, B_u Q und keiner
Stromzuführung bei Az, Bz, Cz

geschaltet.

In ähnlicher Weise zeigt Fig. 6 eine einschichtige konzentrische 6-Pol/8-Pol-PAM-WickIung, die auf dem gleichen Wege von einer zweischichtigen 6-P0I/8-P0I-PAM-Wicklung in 36 Muten nach Fig.2 abgeleitet ist, die zuvor nach dem Verfahren der Symmetrisierung bestimmt worden ist. Die Abschnitte der Phasenwicklungen sind für 6-poligen Betrieb in »Parallel-Stern« mit

Stromzuführung bei Az, Bz. Cz und
Verbindung von Ai. Bt, G

geschaltet. Für 6-poligen Betrieb werden die Phasenabschnif° in »Serie-Dreieck« mit

Stromzuführung bei A,, B_x, G und keiner
Stromzuführung bei Ai, Bz, Cz

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 21weischich;wicklung notgedrungen auftritt, im Prinzip wird jedoch die Feldwellenform verschlechtert, weil sich die bei Zweischichtwicklungen vorhandene Sehnung s'iets in einer Verminderung der meisten (oder wenigstens einiger) Feldobenvellen im Verhältnis zur Grundwelle auswirkt. Trotzdem ist die Güte der Feldwellenform zumeist ausreichend, um auf die Vorteile der Sehnung verzichten zu können.

Dies trifft insbes ndere für Motoren mit kleiner Nutenan/ahl (beispielsweise 24, 30, 36,42,48) Nuten zu, wie sie bei kleinen Motoren vorkommt, weil nämlich die magnetische Leitfähigkeit der Nutungen die Bildung höherer Obdrwellenflüsise verhindert oder vermindert, auch wenn diese an sich in der Feldwellenform vorhanden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

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 Pol-Amplituden-Modulation in einem von 1 :2 verschiedenen Verhältnis umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung {3Λ, 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 (z. B. 33, 13, 5) angeordnet sind und zumindest teilweise die Spulen (z.B. 5—14, 6-13 in Fig.3) mit unterschiedlicher Spulenweite 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.