DE2332769B2 - Für zwei Drehzahlen polumschaltbare Zweischicht-Drehstromwicklung für einen elektrischen Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine für zwei Drehzahlen polumschaltbare Zweischicht-Drehstromwicklung für einen elektrischen Motor gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche. Eine solche Wicklung ist aus dem

r> Buch »Die Asynchron-Maschine« von W. Nürnberg, Berlin 1952, Seiten 297-318, bekannt. Der dortigen Wicklung haftet jedoch der Mangel an, daß für die Umschaltung bei nicht im Verhältnis 1:2 stehenden Drehzahlverhältnissen verhältnismäßig viele

-'<> Wicklungsanschlüsse aus der Maschine herausgeführt und durch mehrpolige Schalter unterschiedlich miteinander verbunden werden müssen. So müssen beispielsweise bei dem in Abbildung 187 gezeigten Schaltschema zum Wechsel der Polzahl von 4 auf 6

-·"> sechs Verbindungen umgelegt werden, was bedeutet, daß zwölf Wicklungsanschlüsse zugänglich sein müssen.

Weitere, beispielsweise aus der DE-PS 963 084 und der DE-OS 2046779 bekannte polumschaltbare

in Drehstromwicklungen lassen nur verhältnismäßig einfache Drehzahlverhältnisse wie 1 · 2 oder 1:3 zu und benötigen darüber hinaus eine relativ hohe Zahl von herausgeführten Wicklungsanschlüssen und ebenfalls eine große Zahl von Schalterpolen, mit de-

ii nen die Verbindungsveränderungen in der Wicklung vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wicklung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche derart zu gestalten, daß Polzahlverhältnisse wie 4:6

in und 6:8 durch einfache Umschaltvorgänge von in der Wicklung gebildeten Hauptspulengruppen möglich sind, wozu nur sechs herausgeführte Spulenanschlüsse und folglich ein sehr einfaches Umschaltschema erforderlich sind.

r. Diese Aufgabe wird für das Polzahlenverhältnis 4:6 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Polzahlenvcrhältnis 6:8 mit den kennzeichnenden Merkmalendes Anspruchs 2 gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erreicht,

in daß nunmehr durch Polumschaltung Drehzahlverhältnissc von 4:6 oder 6:8 erhalten werden können, wozu nurmehr eine einzige Wicklung erforderlich ist, wogegen Motoren, die Polumschaltungen in dem obengenannten Verhältnis zuließen, bisher zwei ge-

Vi trennte Wicklungen haben mußten. Überdies ist die erfindungsgemäße Wicklung so gestaltet, daß für die Umschaltung lediglich ein dreipoliger Umschalter benötigt wird oder mit anderen Worten nur sechs Spulenanschlüsse aus der Maschine herausgeführt werden

Wi müssen und somit ein sehr einfaches Umschaltschema entsteht.

Mit der Tatsache, daß gemäß der Erfindung nur eine einzige Wicklung im Blechpaket untergebracht werden muß, können die Motoren mit einem besseren

h'i Ausnutzungsfaktor gebaut werden, so daß in einem gleichen Stator- und Kotor-Magncttcil nunmehr um etwa 20% mehr Leistung untergebracht werden kann, was, bezogen auf die cleiche Le ist uric, anders beirach-

tet eine Kosteneinsparung von etwa 15 bis 20% bedeutet.

Nachfolgend werden anhand schematicher Darstellungen die erfindungsgemäßen Wicklungen und ihr Umschaltschema erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltschema einer ersten Wicklung für eine Polzahl 2pj = 6,

Fig. 2 das Zeigerdiagramm der in den Teilspulen induzierten EMKe, nach Wicklungssträngen getrennt,

Fig. 3 ein Schaltschema der Spulen für eine zweite Wicklung für eine Polzahl 2p , = 8,

Fig. 4 eine Tabelle der Verteilung der Teilspulen auf die drei Wicklungsstränge bei Schaltung der Wicklung nach Fig. 3, wobei die Spulennumerierung in üblicher Weise nach den Spulenseiten der Oberschicht der Zweischichtwicklung vorgenommen ist,

Fig. 5 das Zeigerdiagramm der EMKe der Grundwelle, verteilt auf die drei Wicklungssträige und

Fig. 6 das Zeigerdiagramm der EMKe der dritten Harmonischen in der Wicklung gemäß Fig. 3.

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Zweischicht-Drehstromwicklungen sind für einen Blechschnitt mit 36 Nuten vorgesehen und weisen mithin 36 Teilspulen auf, die mit 1 bis 36 nach der Lage ihres einen Spulenschenkels h der Wicklungsoberschicht bezeichnet sind. Die Teilspulen sind in bestimmter Weise v\\ Spulen zusammengefaßt, welche mit A, bis C, bezc ,chnet sind und eine Reihenschaltung der nachfolgend angegebenen Teilspulen darstellen:

1, 2,3; /I₁: 11, 12, 19; A_}: 21, 28, 29; 35,36,7; B₂: 9,16,17; ß,: 25, 26, 27;
33, 4,5; C₂: 13, 14,15; C₁: 23, 24, 31.

Ferner sind weitere Teilspulen zu Spulen /I₄, ß₄, C₄ zusammengefaßt, welche in ihrer Gesamtheit als Zusatzspulen-Gruppe bezeichnet sind, diese Zusatzspulen haben folgende Teilspulen-Reihenschaltung: /I₄: 20, 8, 32; S₄: 18, 6, 30; C₄. 22, 10, 34.

Die Teilspulcn der Zusatzspulen-Gruppe unterscheiden sich von den übrigen Teilspulen dadurch, daß ihre Windungszahl nur ein Drittel beträgt, und daß die Leiterquerschnitte dreimal so stark sind.

Gemäß Fig. 1 bilden die Spulengruppen A₁, A-,, A ,; By B₁, B₂ und C₁, C, und C₁ drei parallele Sterne mit den Sternpunkten R, S, T der jeweils ersten Spulenende. Die zweiten Enden der Spulen der Hauptspulengruppen /I₁, A₂, A₃; ß,, ß,, R₂ und C₂, C₁, C₁ haben jeweils einen gemeinsamen festen Verbindungspunkt L, M bzw. N, an den jeweils eine Spule A₄, ß₄, C₄ einer ein dreiphasiges, symmetrisches System bildenden Zusatzspulen-Gruppe angeschlossen ist. Die zweiten Enden dieser Spulen der Zusatzspulen-Gruppe bilden für den sechspoligen Schaltzustand der Wicklung die Wicklungsspeisepunkte R', S', 1".

Für den vierpoligen Schaltzustand werden die Speisungsklemmen des Netzes an die drei Sternpunkte R, S, T gelegt, während die zweiten Enden der Spulen der Zusatzspulen-Gruppe /I₄, ß₄, C₄ zu einem gemeinsamen Sternpunkt zusammengefaßt werden.

Die in Fig. 2 dargestellten Zeigerdiagramme beziehen sich auf die Schaltung der Wicklung mit 2/;, = ft Polen und zeigen, daß die resultierenden HMKe der Spulengruppe, die an die speisenden Phasen R, S, 7 angeschlossen sind, in einem Winkel von —30". -150° bzw. +90° zueinander stehen und gleiche Amplituden aufweisen, also ein symmetrisches DrcipiiüSCitSyStciVi bilden, infolge iics besonderen Aüfbaues der Teilspulen der zusätzlichen Spulengruppe A₄, B₄, C₄ ist die Stromdichte in diesen Spulen gleich derjenigen in den übrigen Spulen. Der Wicklungsfaktor hat etwa einen Wert von G,933.

Bei Verwendung von zwei Dreipolschaltern können entweder die Klemmen R', S', T' oder die Klemmen R, S, T mit den Speisungsklemmen des Drehstromnetzec verbunden werden, wobei ein mit der Wicklung ausgestatteter Elektromotor dann Drehzahlen im Verhältnis von 3:2 aufweist, denen im wesentlichen gleiche Drehmomente entsprechen.

Anhand der Darstellung der Fig. 3 bis 6 wird nun eine Wicklung betrachtet, die sich von der soeben beschriebenen lediglich durch die Aufteilung der 36 Teilspulen in Spulen sowie durch das Verbindungsschema dieser Spulen zu Spulengruppen unterscheidet, um im Motor 6 oder 8 Pole hervorzurufen. Die Spulen sind nach folgendem Schema durch Reihenschaltung der Teilspulen gebildet:

Al	2,	2,	33;	A2: 29,	24,	19;	β,:	is,	10,	11
B^	5,	36,	31;	ß,: 27,	22,	23;		13,	14,	9;
c	3,	34,	35;	C1": 26,	25,	21;	17,	12,	7.

Die drei Spulen der Zusatzspulengruppe /I₄, ß₄, C₄ sind durch Reihenschaltung der Teilspulen mit folgender Bezeichnung gebildet:
A₄: 6, 28, 20; ß₄: 18,14, 32; C₄: 17, 12, 7.

Gemäß Fig. 3 sind folgende Spulen jeweils in Stern geschaltet: A_}, R₂, C₁; A₁, ß„ C₂; A₂, B₁, C₁; A₄, B₄, C₄, wobei die' parallel liegenden Sterne an ihren äußeren Enden in drei ersten Anschlüssen R, S, T zusammengefaßt sind, die, wenn sie mit den Speisungsklemmen des Netzes in Verbindung gebracht werden, ein achtpoliges Drehfeld hervorrufen. Erfolgt dagegen die Einspeisung der drei Phasen des Drehstroms an den Sternpunkten 7", R', S' der oben bezeichneten Hauptspulengruppen, so wird mit der Wicklung ein sechspoliges Drehfeld erzeugt.

Die Tabelle der Nuten oder Teilspulenseiten der Fig. 4 zeigt die Verteilung der Phasen R, S, T auf die 36Teilspulender Wicklung für den Fall, daß die Speisung an den Klemmen R, S, T der Fig. 3 vorgenommen wird, d. h. im achtpoligen Betrieb. Das entsprechende Zeigerdiagramm für die Grundwelle ist in der Fig. 5 dargestellt, woraus ersichtlich wird, daß die jeweiligen resultierenden EMKe Richtungswinkel von -20°, -140° bzw. +100° haben, also bei absolut gleichen Amplituden ein symmetrisches Dreiphasensystem bilden. Die Zeigerdiagramme der einzelnen Phasen bei achtpoliger Schaltung der Wicklung für die dritte Harmonische,die in der Fig. 6 dargestellt sind, lassen deutlich erkennen, daß die resultierenden EMKe der dritten Oberwelle in den einzelnen Strängen R, S und T sich gegenseitig aufheben, also die dritte Oberwelle keinen Einfluß ausüben kann.

Auch im Falle des Wicklungsaufbaus gemäß Fig. 3 kann also mit sechs herausgeführten Wicklungsanschlüssen durch Umschalten der Speisung von den Klemmen R, S, T auf die Klemmen R', S', 7" eine Drehzahlumschaltung im Verhältnis 4:3 erzielt werden, welchen im wesentlichen gleiche Drehmomente entsp^rechen. Der Wicklungsfaktor ist in diesem Falle ungefähr 0,91.

Als Variante können die verschiedenen Spulen der Wicklung gemäß Fig. 3 nach dem Schaltplan der Fig. I miteinander verbunden werden. Auch in diesem Falle werden acht Pole gebildet, wenn die WickUl't-I Uli

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wenn die Wicklung über die Klemmen R, S, T versorgt mit N = 36 Nuten bzw. Teilspulen angegeben sind,

wird. Die Querschnitte und die Windungszahlen der können leicht auf eine Wicklung mit N = 36 η Teil-

Teilspulen, welche die Zusatzspulen A ₄, ß₄, C₄ bilden, spulen übertragen werden, wobei η eine beliebige

müssen in diesem Falle so gewählt werden, daß die ganze Zahl ist. Hierfür muß in jeder der verschiedenen

Stromdichte in den Zusatzspulen und in den Haupt- > Spulen jede Teilspule mit der Nummer α bei N = 36

spulen gleich ist. durch die Teilspulen (a — 1) · η + 1 bis a ■ η in Reihe

Alle Bedingungen, die vorstehend für Wicklungen ersetzt werden.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Für zwei Drehzahlen polumschaltbare Zweischicht-Drehstromwicklung für einen elektrischen Motor, deren Spulen aus jeweils gleich vielen, hintereinander geschalteten Teilspulen bestehen, wobei die Spulenden zur Bildung von drei Wicklungssträngen miteinander und mit den Speisungsklemmen des Netzes derart verbindbar sind, daß für jede der beiden Drehzahlen jeweils eine symmetrische Sternschaltung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im Polzahlverhältnis 4:6 umschaltbaren Wicklung im 6poligen Schaltzustand die ersten Enden von Spulen (A,, A₁, A₃; ß,, B₁, B₂; C₇, C₃, C₁)verschiedener Hauptspulengruppen von insgesamt drei Hauptspulengruppen, wobei je ein dreiphasiges symmetrisches System bildende Spulen als Hauptspulengruppen bezeichnet sind, in drei voneinander getrennten Sternpunkten (R, S, T) miteinander verbunden sind und dadurch drei parallele Sterne bilden, daß die einander entsprechenden zweiten Enden der Spulen (A₁, B_r C₂; A₂, B₁, C₃; /I₃, ß₂, C₁) der Hauptspulengruppen jeweils einen gemeinsamen festen Verbindungspunkt (L, Af, N) aufweisen, daß an die festen Verbindungspunkte (L, M, N) jeweils eine Spule (A ₄, ß₄, C₄) einer ein dreiphasiges, symmetrisches System bildenden Zusatzspulengruppe angeschlossen ist, deren zweite Enden an die Speisungsklemmen des Netzes geführt sind, daß für den vierpoligen Schaltzustand die Speisungsklemmcn des Netzes an den Sternpunkten (R, S, T) der drei parallelen Sterne liegen und die zweiten Enden der Spulen der Zusatzspulengruppen (/I₄, B₄, C₄) einen gemeinsamen Sternpunkt bilden und daß die Spulen der Zusatzspulengruppe (A₄, ß₄, C₄) in der Windungszahl im Verhältnis 1:3 und im L.citerquerschnitt im Verhältnis 3:1 vom Aufbau der Spulen der Hauptspulengruppe abweichen.

2. Für zwei Drehzahlen polumschaltbare Zweischicht-Drehstromwicklungfür einen elektrischen Motor, deren Spulen aus jeweils gleich vielen, hintereinander geschalteten Teilspulen bestehen, wobei die Spulenenden zur Bildung von drei Wicklungssträngen miteinander und mit den Speisungsklemmen des Netzes derart verbindbar sind, daß für jede der beiden Drehzahlen jeweils eine symmetrische Sternschaltung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im Polzahlverhältnis 6:8 umschaltbaren Wicklung die ersten Enden von Spulen (A _χ, B₃, C₂; A₁, B₁, C₃₁A₃, B₂, C₁) von drei verschiedenen Hauptspulengruppen, wobei je ein dreiphasiges symmetrisches System bildende Spulen als Hauptspulengruppen bezeichnet sind, in drei voneinander getrennten Sternpunkten (R', S', T) miteinander verbunden sind und dadurch drei parallele Sterne bilden, daß die einander entsprechenden zweiten Enden der Spulen (A,, A₇, A₃; ßp B₂, B₃; C₁, C₂, C,) jeweils einen gemeinsamen festen Verbindungspunkt (R, S, T) aufweisen, daß an die festen Verbindungspunkte (R, S, T) jeweils eine Spule (/I₄, Ii₄, C₄) einer ein dreiphasiges symmetrisches System bildenden Zusatzspulengruppe angeschlossen ist, dessen zweite Enden in einem gemeinsamen festen SternrVimUt 7,H-,mmnnnnfoRl i-irwl mir) ,|.,R ,Ii.< Cn₁,1 sungsklemmen des Netzes für den achtpoligen Schaltzustand an die festen Verbindungspunkte (R, S, T) und für den sechspoligen Schaltzustand an die Sternpunkte (R', S', 1") der drei parallelen Sterne geführt sind.