DE3029843C2 - Polumschaltbare Dreiphasenwicklung - Google Patents

Description

lungs- und die /V-Nullzweige gemäß der Beziehung

2/Ί

bei

gleich der für die Erstpolzahl (2pi) erforderlichen gleichwertigen Wicklungszweige je Wicklungsstrang erfolgt, wobei t ein ganzzahliger Teiler der Erstpolzahl ist und G durch die Zahl drei teilbar ist, nach Patent 26 29 642.

Solche polumschaltbaren Dreiphasenwicklungen nach dem Hauptpatent weisen in ihrer einfachsten Ausführung mit nur sechs Klemmen, parallelen Nullzweigen und Dreifachstern/Dreifachstern-Schaltung der Grundwicklungszweige gleiche Strangwindungszahlen für beide Polpaarzahlen auf (Strangwindungs-Zahlverhältnis 1:1). Diese Schaltungen sind daher insbesondere für Maschinen mit nahezu konstantem Drehmomentenverlauf und nur geringen Polpaarzahlverhältnissen bis etwa 1 :1,5 vorgesehen. Durch wahlweise Reihenschaltung von Nullzweigen bei der Zweitpolpaarzahl pi können zwar auch unterschiedliche Strangwindungszahlen erreicht werden, jedoch nur in relativ eng begrenztem Maß.

Bei anderen polumschaltbaren Dreiphasenwicklungen nach dem Hauptpatent mit neun bis zwölf Klemmen und Dreieck-Dreifachdreieck-Schaltung oder Stern/ Dreifachdreieck-Schaltung der Grundwicklungszweige ergeben sich unterschiedliche wirksame Strangwindungszahlen für beide Polpaarzahlen im Verhältnis von mindestens 1 :3, die sich somit nur für entsprechend hohe Polpaarzahlverhältnisse eignen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, polumschaltbare Dreiphasenwicklungen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen auch Strangwindungszahlverhältnisse größer als 1:1 und kleiner als 1:3 möglich sind, um dadurch insbesondere Maschinen mit Polpaarzahlverhältnissen zwischen 1 :1 und 3:1 für konstanten oder quadratischen Gegenmomentenverlauf — wobei letztere häufig mit Polpaarzahlverhältnissen nahe bei 1 auszuführen sind — optimal bemessen zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt zum einen bei elf Klemmen durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 oder zum anderen bei zwölf Klemmen durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 2.

Bei der erstgenannten Lösung mit elf Klemmen liegt eine Doppelstern/Dreifachstern-Schaltung mit einem Strangwindungszahlverhältnis w\ :W2 = 2:\ vor,beider bei der ersten Polpaarzahl pi=(3/n±l) für die Doppelsternschaltung die aus durchwegs gleichen Spulen aller Grundwicklungs- und Nullzweige gebildeten Stranghälften durch Ausgleichsleiter verbunden sind.

Bei der zweiten Polpaarzahl pi = 3n mit Dreifach-Sternschaltung bleiben die Nullzweige wirkungslos; sie sind durch die Verbindungen der drei Gruppen von Grundwicklungszweigen untereinander kurzgeschlossen.

Da für die besagte Doppelstern/Dreifachstern-Schaltung alle Spulen gleiche Ausführung hinsichtlich Windungszahl und Drahtquerschnitt haben müssen, ist diese Lösung nur für Polpaarzahlverhältnisse

Pi

Geradzahl

Bei der zweitgenannten Lösung mit zwölf Klemmen für die dort vorgesehene Vier- oder Mehrfachstern/ Dreifachdreieck-Schaltung mit einem Strangwindcingszahlverhältnis W\-.wi = 3:\ bestehen dagegen diese Einschränkungen nicht. Diese Lösung ist bei allen Polpaarzahlverhältnissen

65 P\ '■ Pi ⁼

3 m ± 1
3n

mit einem Aufteilungsverhältnis von Grundwicklung.szweigen CzuNullzwtigen A/gleich3 :1 möglich.

und dementsprechend wahlbaren Aufteilungsverhältnissen von Grundwicklungszweigen G zu Nullzweigen N ausführbar, wobei die Nullzweige im allgemeinen aus Spulen mit anderen Windungszahlen und Drahtquerschnitten als die Spulen der Grundwicklungszweige ausgeführt sind.

Für beide Lösungen nach der Erfindung ist jeweils ein allgemeines und für die erstgenannte Lösung zusätzlich ein detailliertes spezielles Ausführungsbeispiel nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 schematisch die "Vicklungsschaltungen in beiden Polpaarzahlen für eine D;>prse!stern/Dreifachstern-Schaltung,

Fig.3 und 4 die zugehörigen Schaltverbindungen zwischen den elf Klemmen,

Fig.5 den Wicklungsaufbau einer 12/16poligen Dreiphasenwicklung für 144 Nuten,

Fig. 6 den Aufbau und Leitungsanschluß des zugehörigen Polumschalters,

F i g. 7 und 8 die Görgespolygone dieser Wicklung für beide Polzahlen bei einem Wicklungsschritt 1 bis 13,

F i g. 9 und 10 schematisch die Wicklungsschaltungen in beiden Polpaarzahlen für eine Vierfachstern/Dreifachdreieck-Schaltung,

Fig. Π und 12 die zugehörigen Schaltverbindungen zwischen den zwölf Klemmen.

Im folgenden sind die Grundwicklungszweige mit O, Δ, Π und die Nullzweige mit O gekennzeichnet. Drei gleiche Wick'.ungszweige, deren Anfänge mi! A (C¹), B (O), C(A) und D(D) und deren Enden jeweils mit A', B', C'und !»'bezeichnet sind, bilden jeweils in bekannter vVeise eine Gruppe.

Bei der elf Klemmen Γ bis Ii' benötigenden und in Zweifachstern/Dreifachstern-Schaltung ^ach F i g. 1 bis 8 ausgeführten polumschaltbaren Dreiphasenwicklung sind bei der Erstpolpaarzahl p\ die drei äußeren Anschlußleiter LX, L 2, L 3 an die Klemmen Γ, 2' und 3' angeschlossen. Diese sind ihrerseits jeweils fest mit den Anfängen A der Nullzweige O und mit den Anfängen B der Grundwicklungszweige O verbunden. Die Enden A' der Nullzweige O sind fest mit den fest untereinander verbundenen Anfängen C und D der beiden anderen Gruppen der Grundwicklungszweige Δ und D verbundr·"., deren Enden C" und D' jeweils fest in Stern verbunden und an die Klemmen 10' bzw. 11' geführt sind. Für die Erstpolpaarzahl p\ sind die mit den Anfängen Cund D verbundenen Klemmen 4', 5', 6' über Schaltbrücken mit den Klemmen 7', 8', 9' verbunden, die ihrerseits fest mit den Enden B' der Grundwicklungs· zweige O verbunden sind.

In Fig_s3 sind diese Schaitverbindungen am Klemmenbrett nochmals gezeigt.

Bei Betrieb mit der Zweitpolpaarzanl P₂ in Dreifachstern-Schaltung werden gemäß F i g. 2 und 4 der Anschlußleiter L1 an die untereinander verbundenen Klemmen 7', 8', Ψ sowie die Anschlußleiter L 2 bzw. L 3 an die Klemmen 10' bzw. II' angeschlossen unter gleichzeitiger Änderung der Schaltverbindungen zwi-

sehen den Klemmen von 4' und T, 5' und 8', 6' und 9' auf I und 4', 2' und 5' sowie 3' und 6'.

In F i g. 5 ist als spezielles Ausführungsbeispiel die Schaltung einer 16/12polig umschaltbaren Dreiphasenwicklung mit 144 Nuten und einem Wicklungsschritt I bis i3 dargestellt. Die in den Kästchen angegebenen Ziffern beziehen sich jeweils auf die in den betreffenden Nuten angeordneten Spulen. Negatives Vorzeichen bedeutet, daß die betreffenden Spulen entgegengesetzt durchflutet sind.

Diese für einen Lüfterantrieb mit quadratischem Momentenverlauf dienende Wicklung weist bei einem Windungs/.ahlverhältnis H;_f : Hi> = 2 : I durchwegs gleiche Spülen und ein Aufteilungsverhältnis von Grundwicklungszweigen G zu Nullzweigen Λ^ gleich 5 : I auf. Das Polpaarzahlverhältnis beträgt

/)· (ieriul/ahl 8 4

P: 3 ti h 3

und es eruiht sich ein Ikil.Ulichteverhaltnis im Luftspalt \on

Ii._: Ii"

0.903 4

Beim 1 2pohgen Betrieb sind q> = 4 Nuten pro Pol und Strang — von denen jeweils eine stromlos bleibt (Nullzweig) — und beim löpoligen Betrieb (71 =3 Nuten pro Pol und Strang wirksam. Bei einem Wicklungsschritt 1 bis 13. d.h. ungesehnt für 2/T₂= 12 bzw. 4/3-gesehni für 2p- = 16. betragen die Wicklungsfaktoren für die Grundwelle |i: = 0.903 und cit = 0,831, und es ergeben sich die in F i g. 7 für 2p?=12 und Fig. 8 für 2p- = 'i6 gezeigten Görgespolygone. Die Oberwellenstreufaktoren betragen beim 12poligen Betrieb rir = 0.89% und beim I öpoligen Betrieb 00= 1,41 %.

Für die Polumschaltung kann vorteilhaft ein Umschalter gemäß F i g. 6 mit neun Umschaltkontakten verwendet werden, mit dessen festen bzw. umschaltbaren Anschlüssen die Klemmen Γ bis II' in der dargestellten Weise verbunden sind. Die gezeigte Schalterstellung gilt für den hochpoligen Betrieb mit der Erstpolzahl 2p\ = 16. Nach Umlegen der Scli.iltkontakte nach rechts ergibt sich die Zweitpolzahl 2/>.> = 12.

F.ine beliebige Polpaarzahlkombituition gemäß p\/pi = {3m± I) : 3n hei dementsprechend frei wählbarem Aufteilungsverhältnis von Grundwickliingszweigen G zu Nullzweigen /V und mit im ,illgemeinen unterschiedlichen Spulen hinsichtlich Windungszahl und Drahtquerschnitt läßt sich mit einer Vier- bzw. Mehrfachstern/Dreifachdreieckumschaltung erhalten. In diesem Fall benötigt man zwölf Klemmen und eine etwas komplizierte Umsehalteinrichtung.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel j'emäß den F i g. 9 bis 12 nut ebenfalls G : ,V= 3:1 ist enenfalls nur eine Gruppe von Nullzweigen vorgesehen, deren Anfänge A fest mit den Anfängen B der Grundwicklungszweige O verbunden ist. Sämtliche Wiekliingv zweige ■'.'., O, Δ, Π sind mit ihren Finden A . B'. (". I) gruppenweise jeweils in Stern geschaltet und die Sternpunkte der Grundwicklungs/weige ein/ein an die

l/l„~„.„„ in« 11· u-.... ·->· f..k_. iv„ α ..t~„ /> /

<*.1.IMlMW₁ .« , .. V..... .*. (IMHIII. . , It ,.MIIIIIg... ,,. K ,

B der Grundwicklungszweige D. Δ. O sind jeweils mit Klemmen 1*. 2*, 3* bzw. 4*. 5*, 6* b/w. 7', 8*. 9* fest verbunden.

Bei Betrieb mit der F.rstpolpaarzahl p\ gemäß Fig. 9 und IO sind die Anschluülciter /. I. /. 2. /. 3 mit den über entsprechende Schaltverbindungen zwischen den Klemmen 1·-4·-7*. 2*-5*-8* und 3*-6*-9* parallelgeschalteten Anfängen D, C. B, A der einzelnen Wick) v.-.gszweige D, Δ. O. ^r: verbunden.

Bei Betrieb mit der Zweitpolpa.irzahl p₂ sind gemäß Fig. 10 und 12 die Klemmen !*,2*,3· sowie 4*, 5*, 6* und 7*, 8*, 9* jeweils unmittelbar miteinander und in zyklischer Folge mit den Klei?.men II* bzw. 12* bzw. 10* leitend verbunden. Es ergibt sich damit eine Dreifachdreieckschaltung der Grundwicklungszweige O. Δ. D wobei die Anschlußleiter L 1. L 2. L 3 dann an die Klemmen 11*, 12*, 10* gelegt sind. Bei dieser Wicklungsausführung ergibt sich ein Strangwindungszahlverhältnis von W\ : w₂ — \3 : I.

Unterstellt man eine Wicklungsanordnung für 144 Nuten und einem Polverhältnis 16:12. deren Wicklungszweige entsprechend Fig. 5 angeordnet, jedoch nach F i g. 9 und 10 geschaltet sind, so ergibt sich ein Flußdichte verhältnis

0.831
0.903

T = ^uo

Statt der gezeigten einen Gruppe von Nullzweigen können bei einer Mehrfachstern/Dreifachdreieck-

Schaltung auch Tiehrere Gruppen von Nullzweigen in fester Verbindung mit mindestens einem der Grundwicklungszweige vorgesehen werden, wobei das Polpaarzahlverhältnis gemäß

beliebig sein kann, das Aufteilungsverhältnis von Grundwickiungszweigen G zu Nullzweigen ;Vdementsprechend frei wahlbar ist und für die Nullzweige im allgemeinen Spulen mit abweichenden Windungszahlen und Drahtquerschnitten vorzusehen sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung mit Wicklungssträngen, jeweils bestehend aus gleich- ί wertigen Wicklungszweigen, von denen eine Anzahl als Grundwicklungszweige sowohl bei der einen Polpaarzahl als auch bei der anderen Polpaarzahl stromführend ist und die restliche Anzahl der Wicklungszweige als Nullzweige bei einer der Polpaarzahlen wirkungslos ist, wobei die Grundwicklungszweige für die Polpaarzahl, bei der die Nullzweige wirkungslos sind, zu je einem Drittel allen drei Wicklungssträngen zugeordnet sind, so daß bei einer polumschaltbaren Dreiphasenwicklung ' für ein gebrochenes Polpaarzahlverhältnis von Erst- (p_t) und Zweitpolpaarzahlen (pi) gemäß p, :p2=(3m±\) :3n, wobei m und η positive ganze Zahlen sind, die Aufteilung in die G-Grundwicklungs- und die N-Nullzweige gemäß der Beziehung

bei

gleich der für die Erstpolzahl (2pi) erforderlichen 2> gleichwertigen Wicklurigszweige je Wicklungsstrang erfolgt, wobei t ein ,»anzzahliger Teiler der Erstpolzahl ist und G durch die Zahl drei teilbar ist, nach Patent 2629642, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Polpaarzahlverhältnis jn

P\ -Pi

Geradzahl
Yn

und einem Aufteilungsverhs'tnis der Grundwicklungszweige (O, Δ, D) zu den Nullzweigen (O) gleich 3 :1, bei durchwegs gleichen Spulen für alle Wicklungszweige, die mit drei Klemmen (Y, 2', 3') für die Erstpolpaarzahl (p\) fest verbundenen Anfänge (A) der Nullzweige (O) außerdem fest mit den Anfängen (B) von Grundwicklungszweigen (O) einer ersten Gruppe und die Enden (A') der Nullzweige (O) mit den parallel verbundenen Anfängen (C, D)der Grundwicklungszweige (Δ, D) zweier anderer Gruppen fest verbunden sind, deren jeweils in Stern geschaltete Enden (C, D') an jeweils eine Klemme (10', 11') für die Zweitpolpaarzahl (pi) geführt sind, wobei bei der Erstpolpaarzahl (p\) die Enden (B') der Grundv/icklungszweige (O) der ersten Gruppe mit den parallelgeschalteten Anfängen (C, D) der Grundwicklungszweige (Δ, D) der beiden anderen Gruppen verbunden sind und die äußeren Anschlußleitungen (Li, L2, L3) an die Klemmen (V, 2', 3') angeschlossen sind, wogegen bei der Zweitpolpaarzahl (pi) die Grundwicklungszweige (O) der ersten Gruppe mit ihren Anfängen (B) über die Klemmen (V bis 6') mit den parallel verbundenen Anfängen (C, D) der Grundwicklungszweige (Δ, D) der beiden anderen Gruppen verbunden und die Enden (T, 3', 9') der Grundwicklungszweige (O) der ersten Gruppe zu einem Sternpunkt verbunden und die Anschlußleitung (L 2) an diesen Sternpunkt sowie die anderen Anschlußleitungen (L 2, L 3) jeweils an die Klemmen (1Γ, 10') gelegt sind (F ig. 1 bis 6).

2. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung mit Wicklungssträngen, jeweils bestehend aus gleichwertigen Wicklungszweigen, von denen eine Anzahl

40 als Grundwicklungszweige sowohl bei der einen Polpaarzahl als auch bei der anderen Polpaarzahl stromführend ist und die restliche Anzahl der Wicklungszweige als Nullzweige bei einer der Polpaarzahlen wirkungslos ist, wobei die Grundwicklungszweige für die Poipaarzahl, bei der die Nullzweige wirkungslos sind, zu je einem Drittel allen drei Wicklungssträngen zugeordnet sind, so daß bei einer polumschaltbaren Dreiphaspnwicklung für ein gebrochenes Polpaarzahlverhältnis von Erst- (pi) und Zweitpolpaarzahlen (p₂) gemäß Pi :p3=(3m±l) :3/7, wobei m und η positive ganze Zahlen sind, die Aufteilung in die G-Grundwicklungs- und die N-Nullzweige gemäß der Beziehung

bei

gleich der für die Erstpolzahl (2p{) erforderlichen gleichwertigen Wicklungszweige je Wicklungsstrang erfolgt, wobei i ein ganzzahiiger Teiler der Erstpolzahl ist und G durch die Zahl drei teilbar ist, nach Patent 26 29 64-2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Gruppen von Grundwicklungszweigen (O, Δ, D) mit ihren jeweils fest in Stern verbundenen Enden (B', C, D') an die Klemmen (12*, 11·, 10·) für die Zweitpolpaarzahl (pi) geführt sind und daß die Anfänge (B) wenigstens einer Gruppe von Grundwicklungszweigen (O) mit den Anfängen f/*.,! wenigstens einer Gruppe von an ihren Enden f/4'jfest sternverbundenen Nullzweigen (O) fest parallelgeschaltet sind und daß bei der Erstpolpaarzahl (p{) die Anfänge (B, Q D) der Grundwicklungszweige (O, Δ, D) aller Gruppen an die mit den Anschlußleitern (L 1, L2, L3) verbundenen Klemmen (1*. 2*, 3*) angeschlossen sind, wogegen bei der Zweitpolpaarzahl (pi) die Anfänge (B, C₁ D) der einzelnen Gnindwicklungszweige (O, Δ, D) jeweils gruppenweise unmittelbar in Stern geschaltet und in zyklischer Folge mit den Klemmen (10*, 12*, 11*) der fest sternverbundenen Enden (D', B', C) von jeweils einer der anderen Gruppen von Grundwicklungszweigen (D, O, Δ ) zusammengeschaltet sind und die Anschlußleiter (L 1, L 2, L 3) an diese Klemmen (11·, 12*, 10*) angeschlossen sind (F ig. 9 bis 12).

Die Erfindung betrifft eine polumschaltbar Dreiphasenwicklung mit Wicklungssträngen, jeweils bestehend aus gleichwertigen Wicklungszweigen, von denen eine Anzahl als Gnindwicklungszweige sowohl bei der einen Polpaarzahl als auch bei der anderen Polpaarzahl stromführend ist und die restliche Anzahl der Wicklungszweige als Nullzweige bei einer der Polpaarzahlen wirkungslos ist, wobei die Grundwicklungszwetge für die Polpaarzahl, bei der die Nullzweige wirkungslos sind, zu je einem Drittel allen drei Wicklungssträngen zugeordnet sind, so daß bei einer polumschaltbaren Dreiphasenwicklung für ein gebrochenes Polpaarzahlverhältnis von Erst- (p\) und Zweitpolpaarzahlen (pi) gemäß pi :/>2 = (3m±l) :3n, wobei m und η positive ganze Zahlen sind, die Aufteilung in die G-Grundwick·