DE279503C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES A

PATENTAMT.

Es sind mancherlei Verfahren zur Polumschaltung bei an Dreiphasennetze angeschlossenen Mehrphasenmotoren bekannt geworden, die sich jedoch meist auf die Erreichung eines bestimmten Polzahlverhältnisses z. B. ι: 2 oder 3 : 4 beschränken. Um z. B. die Polzahl eines Dreiphasenmotors im Verhältnis ι: 2 zu verändern, schaltet man die drei Phasen der Ständer- (bzw. der Läufer-) Wicklung in Dreieck und führt auch die Phasenmitten zu Klemmen (bzw. Schleifringen). Je nach dem man den Strom dann den Ecken oder den Seitenmitten des Dreiecks zuführt, erhält man die eine oder die andere Polzahl. Das so erreichbare Polzahlverhältnis ist 1: 2. Nach einem anderen Verfahren führt man die Mehrphasenwicklung als geschlossene Schleifenwicklung mit einem zwischen den gewünschten Polzahlen liegenden Schritt aus, und zapft sie sowohl für die eine Polzahl als auch für die andere Polzahl der Phasenzahl entsprechend an. Im ganzen ergibt sich dann die maximale Zahl von Anzapfungen = 2 (P₁ + P^) · m, wo m die Phasenzahlen, P₁ und p₂ die Polpaarzahlen bedeuten. Durch Zusamenlegen einzelner Anzapfungen kann ihre Zahl unter Umständen erheblich reduziert werden, so daß man, z. B. um eine Dreiphasenwicklung dieser Art von vier auf sechs Pole umzuschalten, mit zwölf Anzapfungen auskommt. Je höher aber die Polzahlen sind, um so mehr Anzapfungen sind minimal unbedingt erforderlich,. für sechs auf acht Pole sind es bereits 20. Bei diesem Verfahren ergibt sich aber vor allem der Übelstand, daß die Zahl der in Reihe geschalteten Drähte für die höhere Polzahl geringer wird, so daß zur Erzielung annähernd gleicher Zahnsättigung wie bei der kleinen Polzahl die Netzspannung etwa im Verhältnis

— I herabtransformiert werden muß. Ge-

schieht dies nicht, dann ist der Motor bei der kleinen Polzahl nur ungenügend ausgenutzt.

Schließlich kann man aber auch die Dreiphasenwicklung des Motors in eine Anzahl Teile zerlegen und diese Teile derart kombinieren, daß man entweder eine Dreiphasenwicklung der Polzahl P₁ oder eine solche der Polzahl p% erhält. Auch bei diesem Verfahren ist es empfehlenswert, den Schritt einer zwischenliegenden Polzahl anzupassen. Ein Nachteil hierbei ist die große Zahl der erforderlichen Herausführungen. Die Wicklung jeder Phase der Polzahl P₁ besteht hierbei aus sechs Teilen, die sich in folgender Weise ergeben:

Teil ι der Phase I (Polzahl P₁)

3
4 5 6

bleibt Phase wird

Für die anderen Phasen ergibt sich eine analoge Zerlegung der Wicklung in sechs Teile.

Die Gesamtzahl der Teile beträgt bei Dreiphasenwicklung demnach 3.6= 18 und die Zahl der Wicklungsenden ist daher 18 · 2 = 36. Eine wesentliche Vereinfachung dieser Polumschaltung wird nun aber in bekannter Weise dadurch erzielt, daß die Wicklung des Motors für beide Polzahlen zum Anschluß an das Dreiphasennetz nach Art einer Scottschaltung ausgeführt wird, d. h. daß die Wicklung zweiphasig gewickelt und das Wicklungsende der Phase II mit der Wicklungsmitte der Phase I verbunden wird.

Nun ist aber hierbei die Wicklung für den Dreiphasenstrom insofern eine unsymmetrische, als das Verhältnis der Drahtzahl der Phase II

zu der Drahtzahl der Phase I = J-!_ sein

I (Polzahl p₂) mit gleichem Vorzeichen,

I - - umgekehrtem

II - - gleichem -

II - - umgekehrtem -

III - - gleichem -

III - - - umgekehrtem

sollte, während es tätsächlich den Wert 1 besitzt. Dies ist in manchen Fällen, besonders bei Motoren großer Streuung, nicht besonders nachteilig. Wenn es aber darauf ankommt, diesen Fehler der Anordnung zu beseitigen, dann stehen dazu verschiedene Mittel zur Verfügung. So z. B. kann man die Spannung an den Klemmen der Phase I durch vorgeschaltete Drosselspulen, Widerstände oder Transformatoren so weit erniedrigen, daß die Feldstärke in jeder Phase der Zweiphasenwicklung die gleiche ist. Will man äußere Hilfsmittel vermeiden, dann kann das gewünschte Windungsverhältnis durch zusätzliche Wicklungen im Motor selbst erreicht werden. Um von der Polzahl P₁ ausgehend die Polzahl p₂ zu erzielen, teilt man die Wicklung jeder der beiden Phasen in nur vier Teile, welche sich in folgender Weise ergeben:

Teil ι der Phase I (Polzahl P₁) bleibt Phase I (Polzahl p₂) mit gleichem Vorzeichen,

- 2 - I - - wird - I - - - umgekehrtem

- 3--I- -- -II- -- gleichem

- 4--I- -- -II- -- umgekehrtem

Für die Phase II der Polzahl P₁ ergibt sich eine analoge Zerlegung der Wicklung in vier Teile. Die Gesamtzahl der Teile beträgt demnach 2-4=8, und die Zahl der Wicklungsenden ist daher 8 · 2 = 16 (gegenüber 36 bei der üblichen Ausführung der Dreiphasenmotoren). Bei den bisher bekannt gewordenen Polumschaltungen blieb beim Übergang auf die andere Polzahl die Zahl der in Reihe geschalteten Leiter pro Phase entweder konstant oder sie änderte sich in dem Sinne, daß der höheren Polzahl die niedere Drahtzahl pro Phase entsprach. Hierdurch wurde die Kraftlinieninduktion bei der größeren Polzahl zu groß, wenn sie für die kleinere Polzahl richtig gewählt war, so daß man, um rationell arbeiten zu können, Leistungstransformatoren zur Herab- bzw. Heraufsetzung der Spannung beim Übergang in die andere Polzahl verwenden mußte. Bei allen bisher bekannten Polumschaltungsweisen war man nicht in der Lage, der einen Polzahl die größere der anderen die kleinere Drahtzahl (in Reihe) willkürlich anzuordnen, sondern diese Zuordnung war durch das Prinzip der Umschaltung festgelegt. Auch bei der beschriebenen Polumschaltung der als Zweiphasenwicklung ausgeführten Ständerwicklung des Mehrphasenmotors

ergibt sich zunächst die gleiche Drahtzahl j für beide Polzahlen.

Es ist nun aber gerade bei der als Zweiphasenwicklung ausgeführten Wicklung eines Mehrphasenmotors die Umschaltung in eine andere Polzahl auch in der Weise möglich, daß sich eine größere bzw. kleinere Drahtzahl jeder der beiden Polzahlen beliebig zuordnen läßt, und es ist Gegenstand vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Polumschaltung von an Dreiphasennetze angeschlossenen Mehrphasenmotoren, bei welchem die für beide Polzahlen nach Art einer Zweiphasenwicklung ausgeführte Wicklung des Motors zum Betrieb mit Dreiphasenstrom in Scottschaltung oder in äquivalenter Weise geschaltet ist, nach welchem die Umschaltung von einer Polzahl in die andere durch Umschalten und Vertauschen von Wicklungsteilen der beiden Wicklungsphasen derart bewirkt wird, daß sich die Zahl der in Reihe befindlichen Drähte pro Phase im gleichen Sinne wie die Polzahl ändert, d. h. daß der höheren Polzahl die höhere Drahtzahl (in Reihe) pro Phase entspricht. Dabei wird außer dem Fortfall des Leistungstransformators aber noch der ganz besondere Vorteil erreicht, daß die Zahl der notwendigen Herausführungen kleiner ausfällt, als wenn die Drahtzahl für beide Polzahlen dieselbe bleibt. Läßt man nämlich in diesem Falle die Teile 1 und 2 für beide Polzahlen miteinander verbunden, so genügen für sie drei

Herausführungen anstatt vier, desgleichen für die miteinander verbundenen Teile 3 und 4. Die Zahl der Herausführungen beträgt dann 16— 4 = 12 (gegenüber 27 bei einer analogen Schaltung an Motoren mit Dreiphasen wicklung). • Den direkt verbundenen Teilen wird der Strom für die kleinere Polzahl über die Mittelklemme zugeführt, so daß dann die direkt verbundenen Teile sich in Parallelschaltung befinden. Für die größere Polzahl dagegen bleiben die Mittelklemmen unbenutzt und alle vier Teile einer Phase sind in Reihe geschaltet.

Das Verfahren soll nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Fig. 1 und 2 ist der Fall dargestellt, daß es sich um eine Umschaltung von sechs auf acht Pole handelt. Das Schema der Fig. 3 gibt

Gruppe «/ für Po'

gleichzeitig -

Cl

Cl₁

hl

In Fig. 2 sind die Leiter des Ankers durch Stirnverbindungen verbunden und die zur gleichen Gruppe gehörenden Spulen sind durch die entsprechenden Gruppenbezeichnungen (ai, bj..., απ, δ//...) gekennzeichnet. Zu jeder Gruppe, z. B. «/, gehören drei Spulen, also mindestens sechs Leiter. Die Stirnverbindungen für Phase I der Polzahl p_x sind stark ausgezogen, die für Phase II dagegen gestrichelt.

Durch Fig. 3 a, b und c wird nun gezeigt,

wie durch verschiedenartige Verbindung und Gruppierung der Wicklungsteile die Polzahl P₁ und die Polzahl p₂ erhalten werden kann. In Fig. 3 a befinden sich für die größere Polzahl alle Wicklungsteile jeder Phase in Reihenschaltung. Außerdem ist das Ende der Phase II mit der Mitte der Phase I verbunden. An die Enden Aj, Ei und Au wird die Dreiphasenspannung gelegt.

Um auf die kleinere Polzahl überzugehen, könnte eine Umschaltung gemäß Fig. 3 b vorgenommen werden. Hierbei wird jedoch die Zahl der in Reihe geschalteten Leiter die gleiche bleiben wie in Fig. 3 a. Die Feldstärke der kleineren Polzahl wäre demnach 3gen ganz allgemein eine Umschaltung von P₁-. auf ^₂-PoIe nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung. In Fig. ι ist die Wicklung in 48 Nuten verlegt. Die Stromrichtung in den Leitern jeder Nut ist durch das Plus- oder Minuszeichen angedeutet, und zwar beziehen sich die Zeichen auf den beiden inneren Kreisen der Figur auf die Stromrichtunng in den beiden Phasen der Polzahl P₁₁ dagegen die Zeichen auf den beiden äußeren Kreisen auf die beiden Phasen der Polzahl p₂. Man erkennt, daß auf die Polzal P₁ (= 8) drei Nuten pro Pol und Phase entfallen, auf die Polzahl p₂ (= 6) dagegen vier Nuten pro Pol und Phase. Man kann nun acht verschiedene Leitergruppen auf dem Umfang des Ankers unterscheiden, welche sich folgendermaßen charakterisieren:

80 (bzw. —),

Px	Phase I
	I
p\	I
	I
h	J
	- II
p\	I
Pz	- II
Px	- II
Pz	- II
Px	- II
Pz	- II
Px	- II
Pz	.1
Px	- II
Pz	- I

+)■

die gleiche wie bei der größeren Polzahl, die Sättigung also erheblich kleiner. Günstiger werden diese Verhältnisse, wenn gemäß vorliegender Erfindung die Umschaltung auf die kleinere Polzahl nach Fig. 3 c erfolgt. In Fig. 3 c sind pro Phase nur sechs Klemmen erforderlich, da die Teile aj mit bi und c/ mit di für beide Polzahlen verbunden bleiben können. Wie aus Fig. 3 c ersichtlich, ist bei der Umschaltung auf die kleinere Polzahl die Zahl der in Reihe geschalteten Leiter auf die Hälfte reduziert. Im allgemeinen stimmt dieses Drahtzahlverhältnis nicht genau mit dem Polzahlverhältnis überein; man erreicht jedoch ein umso günstigeres Resultat, je mehr sich das Polzahlverhältnis ebenfalls dem Wert 1: 2 nähert. Bei der Umschaltung von sechs auf zehn Pole ist das Feld bei der höheren Polzahl etwa 10 Prozent schwächer, bei der niederen Polzahl um den· gleichen Prozentsatz stärker, als es bei einem mittleren Wert der Zahnsättigung sein würde.

Als Vorteil bei diesem Verfahren zur Polumschaltung von an Dreiphasennetze angeschlossenen Mehrphasenmotoren ergibt sich also:

Claims (4)

1. ι. geringe Phasenzalil der Wicklung und daher geringe Zahl von Herausführungen,
2. 2. Gleichartigkeit der Schaltung für die beiden zu erreichenden Polzahlen,
   
3. 3. Gleichartigkeit der Schaltung für ein beliebiges Polzahlverhältnis und für beliebige Polzahlen,
4. 4. die Möglichkeit, die Zahl der in Reihe geschalteten Windungen in gleichem Sinne wie die Polzahl zu ändern, wobei sich sogar eine Reduktion der Herausführungen ergibt (12 anstatt 16).

   Die Polumschaltung kann nach diesem Verfahren sowohl am stehenden wie auch am rotierenden Teil des Motors erfolgen; es kann aber auch ein derart polumschaltbarer Ständer mit einem mit zwei Wicklungen für verschiedene Polzahl ausgerüsteten Läufer zusammengebaut werden.

   Soll das Drahtzahlverhältnis sich genau wie das Polzahlverhältnis ändern, dann kann man mit der polumschaltbaren Wicklung noch eine nicht umschaltbare Wicklung für die eine Polzahl in Reihe schalten, die für die andere Polzahl in Fortfall kommt. Diese zusätzliche Wicklung kann in die gleichen Nuten wie die Hauptwicklung verlegt sein.

   Durch Fig. 4 wird das Schema der Fig. 2 näher erläutert. Diese Fig. 4 zeigt die Wicklung der Fig. 2 in abgerolltem Schema, und es sind die festen Verbindungen auf beiden Stirnseiten der Maschine angegeben. Die Wicklungsteile sind in analoger Weise, wie in Fig. 2, mit ai, bj, c/.. . und an, in, cjj. ..

   bezeichnet, ferner sind die Wicklungsanfänge und Enden durch die Bezeichnungen A₁-E₁, A₂-E₂., . kenntlich gemacht. In Fig. 4 wird nun gezeigt, wie die Schaltung der freien Wicklungsenden für die Erzielung der Polzahlen 8 und 6 zu erfolgen hat, wobei gleichzeitig auch der Anschluß der Wicklung an das Netz unter Verwendung eines Autotransformators dargestellt ist. Diese Umschaltung entspricht dem Übergang von der Schaltung nach Fig. 3 a auf die Schaltung nach Fig. 3 c, so daß also hierbei die Zahl der in Reihe geschalteten Leiter sich im gleichen Sinne wie die Polzahlen ändert.

   Pate ν τ-Ansprüche:

   1. Verfahren zur Polumschaltung von an Dreiphasennetze angeschlossenen Motoren, bei welchem die für beide Polzahlen nach Art einer Zweiphasenwicklung ausgeführte Wicklung des Motors zum Betrieb mit Dreiphasenstrom in Scottschaltung oder in äquivalenter Weise geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von einer Polzahl in die andere durch Umschalten und Vertauschen von Wicklungsteilen der beiden Wicklungsphasen derart bewirkt wird, daß sich die Zahl der in Reihe befindlichen Drähte pro Phase im gleichen Sinne wie die Polzahl ändert, d. h. daß der höheren Polzahl die höhere Drahtzahl (in Reihe) pro Phase entspricht.

   2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung jeder Phase in vier Teile zerlegt wird, von denen je zwei Teile mit Leitern gleichbleibender Phase aber gegeneinander umzukehrender Stromrichtung zusammengeschaltet bleiben, so daß nur die Mitte und die beiden Enden dieser Gruppen herausgeführt zu werden brauchen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.