DE3040471C2 - Polumschaltbare Dreiphasenwicklung nach dem Umgruppierungsprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach dem Oberbegriff des Ratentanspruchs 1.

Die aus der DE-AS 24 39443 und der DE-PS 29 642 bekannten Wicklungen nach dem Umgruppierungsprinzip mit einem in beiden Polpaarzahlstufen wirksameil Grundwicklungsteil und einem nur in der Erstpolpaarzahlstufe mit p\ = m± 1 wirksamen Nullwicklungsteil weisen in ihrer einfachsten Ausführungsform mit fest in DreifachstenWDreifachsternschaltung verbundenem Grundwicklungsteil seitens der Grundwicklung in beiden Polpaarzahlstufen p\ und pi gleiche Strangwindungszahlen w\ = wi auf. Durch Reihenschaltung von Nullwicklungszweigen läßt sich die wirksame Strangwindungszahl w\ nur in relativ engen Grenzen erhöhen.

Bei größerem Aufwand an Schaltmaßnahmen lassen sich durch Drifachstern-ZSechsfachstern- oder Dreieck'/Dreifachdreieck- bzw. SternVDreifachdrieck-Umschaltungen des Grundwicklungsteiles andererseits nur stark differierende Strangwindungszahlen mit Windungszahlverhältnissen

Wi : Wi 2: 2 : U > 3 :1 bzw. > 3 · y/3 :1

erzielen.

Ein wesentliches Merkmal der aus der DE-PS 29 642 bekannten Dreiphasenwicklung liegt in der dreizonigen Wicklungskonfiguration bei der Zweitpoipaarzahlstufe pi — 3/1. In der Erstpolpaarzahlstufe Pi = 3m ± 1 kann dagegen ohne weiteres eine sechszonige Wicklungskonfiguration vorgesehen werden, die hinsichtlich der Durchflutungsharmonischen günstiger

ist Bei einer dreizonigen Wicldungskonfiguration muß man hingegen zur Vermeidung unerwünschter geradzahliger Durchflutungsharmonischer eine Spulenweite mit Durchmesserschritt vorsehen. Wegen der Beschränkung in der Wahl der Spulenweite erfordert eine weitergehende Anpassung der effektiven Windungszahlen eine Strangverschachtelung, was einer »Quasisehnung« gleichkommt Eine solche Strangverschachtelung läßt sich zwar unabhängig voneinander in beiden Polpaarzahlstufen durchführen, kann jedoch u. a. kornplizierte Wicklungsanordnungen notwendig machen und kann insbesondere bei der Forderung nach sehr niedrigen Wicklungsfaktoren f zu einem deutlich erhöhten OberweUengehalt führen. Hinzu kommt, daß eine Anpassung der effektiven Strangwindungszahl is durch Verminderung des Wicklungsfaktors f unwirtschaftlich ist, da — bei gleichbleibendem Strombelag — gleichzeitig die Kupferverluste quadratisch mit dem Reziprokwert des Wicklungsfaktors ansteigen, was eine entsprechende Ausnutzungsminderung zur Folge hat

Die aus der DE-AS 24 39 443 bekannten komplizierten Dreiphasenwicklungen mit einem für Dreifachstern-/Sechsfachsternschaltung ausgebildeten Grundwicklungsteile lassen sich zwar in beiden Polzahlstufen sechszonig ausführen, wodurch die Nachteile einer nicht 2s frei wählbaren Spulenweite bzw. das Auftreten unerwünschter geradzahliger Durchflutungsharmonischer vermieden sind, jedoch ist diese spezielle Schaltung insbesondere wegen des relativ großen und nur auf komplizierte Weise bei mindestens fünfzehn notwendigen Anschlußklemmen (gemäß der dortigen F i g. 22) geringfügig veränderbaren Windungszahlverhältnisses

Wi. W₂ > 2 Λ

nicht allgemein einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in beiden Polzahlstufen sechszonig ausführbare Wicklungsanordnung mit dementsprechend frei wählbaren Spulenweiten unter Vermeidung unerwünschter geradzahliger Harmonischer in den Durchflutungskurven zu schaffen, bei der das Strangwindungszahlverhältnis für die beiden Polpaarzahlstufen vielfältig veränderbar und insbesondere im Bereich zwischen 1 :1 und 2:1 festlegbar ist, wobei auch Polzahlkombinationen, bei denen die Erstpolpaarzahl p\ kleiner als die Zweitpolpaarzahl pi ist und dementsprechend die Strangwindungszahl W₂ größer als w\ sein muß, ausführbar sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Bei der polumschaltbaren Wicklung nach der Erfindung läßt sich für eine Polpaarzahlkombination mit Pi > Pi, bei der die Strangwindungszahl W\ > w₂ sein muß, mit insgesamt zwölf Anschlußklemmen bei der Zweitpolpaarzahlstufe /% = 3/j für den Grundwicklungsteil eine Sechsfaeh-Sternschaltung und für die Erstpolpaarzahlstufe

Px = 3m±l

wahlweise eine Dreifachdreieck- oder Dreifachsternschaltung mit zusätzlichen parallelen oder in »innerer« oder »äußerer« Reihenschaltung angeschlossenen Nullwicklungszweigen erzielen. Die dabei erreichten Strangwindungszahlverhäitnisse betragen für parallel angeschlossene Nullwicklungszweige

W| : W₂ = 2 : j/3 = 1,155 bzw. W\ : W₂ = 2;
bei »innerer« Reihenschaltung erhöhen sich diese

Verhältniswerte auf das (1 +-^)fache, wobei -^ das

Aufteilungsverhältnis zwischen Nullwicklungs- und Grundwicklungsteil bedeutet Mit Rücksicht auf gleiche Strombelastung und angeglichene magnetische Verhältnisse sind bei einer solchen Reihenschaltung die Nullwicklungsspulen mit ein Drittel Wicklungszahl und dreifachem Drahtquerschnitt auszuführen.

Für den anderen Fall, nämlich einer Polpaarzahlkombination mit P₂ > p\ sind Strangwindungszahlen wz > Wt erforderlich. Bei ebenfalls insgesamt zwölf Anschlußklemmen wird hier beim Grundwicklungsteil für die Erstpolpaarzahlstufe p\ eine Sechsfaeh-Sternschaltung vorgesehen und es werden wenigstens an die Mittelanzapfungen einer Grundwicklungszweiggruppe parallelgeschaltete Nullwicklungszweige angeschlossen, wobei für die Zweitpolpaarzahlstufe pi eine Dreifachdreieck- oder Dreifachsternschaltung der Grundwicklungsstränge vorgesehen ist Die dabei erreichten Windungszahlverhältnisse betragen

ι : W₂

:2 = 0,866 bzw. W₁ : W₂ = 0,5.

Alternativ dazu können für die erste Polpaarzahlstufe mit pi = 3n±l auch in Reihe zwischen den einzelnen Mittelanzapfungen der Grundwicklungszweige und mit neun Anschlußklemmen für die Erstpolpaarzahlstufe p\ eingefügte Nullwicklungsteilzweige und wenigstens zu einer derartigen Wicklungszweiggruppe zusätzlich parallel angeschlossene Nullwicklungsteilzweige vorgesehen werden. Durch die in Reihenschaltung eingefügten Nullwicklungsteilzweige, die hier mit doppeltem Drahtquerschnitt und halber Windungszahl auszuführen sind, wird die Strangwindungszahl w\ entsprechend vergrößert

Die genannten Varianten und weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend für einige Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen die

F i g. 1 bis 5 verschiedene Wicklungsschaltungen für P\>pi mit in Dreieck oder Stern geschalteten Grundwicklungszweiggruppen sowie an diesen parallel oder in Reihe, bzw. bei der Dreieckschaltung in äußerer Reihenschaltung angeschlossenen Nullwicklungszweigen,

F i g. 6 eine Umschaltvorrichtung, bestehend aus vier handelsüblichen Dreiphasenschützen,

F i g. 7 eine sechszonige Unterteilung des Spulenseitensternes für die durch drei teilbare Zweitpolpaarzahlstufe P₂=Zm in Grundwicklungs- und Nullzweigsektoren,

Fig.8 bis 16 ein ausführliches Beispiel für eine im Polpaarzahlverhältnis pi :p2=4 :3 umschaltbare Dreiphasenwicklung, und zwar

Fig.8 die Zonenanordnung eines 2pi=8poligen Wicklungsstranges für 72 Nuten,

F i g. 9 den zugehörigen Nutenstern für 2pi = 8 und

Fig. 10 den Nutenstern für 2pz=6 für diesen Wicklungsstrang und die Zuordnung der Wicklungsspulen zu den einzelnen Zweigen bei einer Aufteilung in Grund- und Nullwicklungsteil gemäß G: N= 3,

F i g. 11 bis 15 die sechspoligen Görgespolygone einer solchen Wicklung für verschiedene Spulenschrittweiten 1 —9bis t —13,

Fig. 16 das detaillierte Schaltbild einer solchen entsprechend Fig.3 ausgeführten 16/12poligen Wicklungfür 144 Nuten,

Fig. 17 bis 20 verschiedene Wicklungsschaltungen

für pi>p\ mit in Stern oder Dreieck geschalteten Grundwicklungszweiggruppen sowie mit deren Mittelanzapfungen verbundenen parallel oder in Reihe angeschlossenen Nullwicklungszweigen,

Fig.21 bis 23 ein ausführliches Beispiel einer 8/12poligen Wicklung für 144 Nuten, und zwar

Fig.21 den Nutenstern eines 2p,=8poligen Wicklungsstranges,

F i g. 22 den zugehörigen Nutenstern für die Zweipolzahl 2/72=12 mit angegebener Spulenzuordnung bzw. Zonenaufteilung,

Fig.23 das detaillierte Schaltbild dieser entsprechend F i g. 17 ausgeführten Wicklung,

Fig.24 bis 36 als weiteres Beispiel eine 10/12polige Wicklung für 90 Nuten, und zwar

Fig. 24 den Nutenstern eines 2p\ - lOpoligen Wicklungsstranges,

F i g. 25 den zugehörigen Nutenstern für die Zweitpolpaarzahl 2pi = 12 mit angegebener Spulenzuordnung für eine Aufteilung gemäß G: N- 3:2,

Fig.26 das detaillierte Schaltbild dieser entsprechend F i g. 19 ausgeführten Wicklung,

Fig.27 bis 31 die zugehörigen Görgespolygone für die erste Poipaarzahlstufe 2p, ~10 und

F i g. 32 bis 36 die zugehörigen Görgespolygone für die zweite Poipaarzahlstufe 2/%-12, jeweils für verschiedene Spulenschrittweiten im Bereich von 1—6 bis 1-13.

Die ergänzenden Tabellen umfassen folgende Zusammenstellungen:

Tabelle I:

Spulenschrittweiten, Wicklungsfaktoren, Oberwellengehalte, Sehnungen und Luftspaltflußdichteverhältnisse für beide Polzahlen entsprechend den prinzipiellen Schaltungen nach F i g. 1 bis 4 und den ^3S Ausführungsbeispielen nach F i g. 8 bis 15.

Tabellell:

Spulenschrittweiten, Wicklungsfaktoren und Flußdichteverhältnisse für das Ausführungsbeispiel nach F ig. 21 bis 23.

Tabelle III:

Spulenschrittweiten, Luftspaltflußdichteverhältnisse, Sehnungen, Wicklungsfaktoren, Oberwellengehalte und Görgespolygone für beide Polzahlen entsprechend den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 18 und 24 bis 36.

Die in der Zeichnung verwendeten Symbole und Bezeichnungen haben jeweils folgende Bedeutung: Mit Kreis, Quadrat und Dreieck sind die Wicklungszweige des Grundwicklungsteiles G entsprechend ihrer Strangzugehörigkeit bei der durch drei teilbaren Zweitpolpaarzahl /J₂=3 bezeichnet Die schraffierten Symbole

•.■und Λ ^κ

bedeuten, daß in den betreffenden Zweighälften die Stromrichtung in beiden Polpaarzahlstufen gleich bleibt wogegen die nichtschraffierten Zuordnungssymbole

60

auf eine Stromrichtungsumkehr hinweisen. Zum NuII-wicklungsteil gehörige Spulen- bzw. 'Wicklungszweige sind mit Q gekennzeichnet Mit arabischen Ziffern sind die längs des Umfanges fortlaufend gezählten Nut- bzw. es Spulennummern der Zweischichtwicklung bezeichnet Negatives Vorzeichen bedeutet, daß die betreffenden Spulen mit umgekehrten Wickelsinn angeschlossen sind.

Die Anschlußklemmen sind mit römischen Ziffern numeriert, wobei die Klemmen I, II, III für die höhere Polpaarzahl und die Klemmen IV bis XII für die niedrigeren Polpaarzahlen gelten, bei welcher durchwegs eine sechsfach parallele Sternschaltung des Grundwicklungsteiles vorliegt.

Das äußere Anschlußschema ist für alle Schaltungsvarianten gleich. Es kann dieselbe Umschalteinrichtung gemäß F i g. 6 verwendet werden, die im Vergleich zu bekannten Schaltungen mit gleicher Klemmenzahl relativ einfach aus vier konventionellen dreiphasigen Schützen aufgebaut ist und damit nur ein Schütz mehr als die Dahlanderschaltung benötigt Das erste Schütz Sl stellt die Verbindungen zwischen den Anschlußklemmen I bis III der ersten Poipaarzahlstufe und den Netzzuleitungen Ll bis L 3 her. Die drei anderen gegenüber dem ersten Schütz verriegelten Schütze S 2 bis 54 arbeiten parallel und ermöglichen den Netzanschluß für die Klemmen IV bis XII der anderen Poipaarzahlstufe.

Für Polpaarzahlkombinationen mitp\>pi ergibt sich gemäß den F i g. 1 bis 5 für die an die neun Anschlußklemmen IV bis XII anschaltbare niedrigere Zweitpolpaarzahlstufe /J₂ eine sechsfach parallele Sternschaltung des Grundwicklungsteiles, wogegen für die an die drei Anschlußklemmen 1, II, III anschaltbare Erstpolpaarzahlstufe p\ eine Dreifachdreieckschaltung (F i g. 1,3,5) oder eine Dreifachsternschaltung (F i g. 2,4) der Grundwicklungszweiggruppen G vorliegt Die Nullzweige N können dabei den Grundwicklungszweiggruppen G gemäß F i g. 1 und 2 parallelgeschaltet oder gemäß Fig.3 und 4 ganz bzw. hälftig unterteilt den Grundwicklungszweiggruppen G unmittelbar in Reihe (»innere Reihenschaltung«) oder aber gemäß F i g. 5 der Dreifachdreieckschaltung der Grundwicklungszweiggruppen G in Reihe geschaltet sein (»äußere Reihenschaltung«).

Bei der Zweitpolpaarzahlstufe pz werden jeweils die drei Anschlußklemmen IV, XII, X bzw. V, VIII, Xl bzw. VI, IX, XII miteinander verbunden bzw. mit einer Umschaltungseinrichtung nach F i g. 6 jeweils gemeinsam an die Netzzuleitungen Li₁ L2 bzw. L3 angeschlossen.

Eine Verbindung der Anschlußklemmen I, II, III durch einen gesonderten Sternpunktleiter erübrigt sich dabei. Die anfangs- und endseitigen Verbindungspunkte der drei Grundwicklungszweiggruppen sind jeweils äquipotentiale Stellen und es ist daher ohne Bedeutung, ob diese zum Teil galvanisch getrennt bleiben (z. B. die Anschlußklemmen I, II, III bei F i g. 2 und 4) oder zum Teil unmittelbar miteinander verbunden sind (z. B. die Sternpunkte bei F i g. 2 und 4 bzw. die Dreieckpunkte I, II, III in F i g. 1) oder aber über die bei pz wirkungslosen Nullwicklungszweige in Verbindung stehen (F i g. 1, 2 und3>

Bei einer Sternschaltung der Grundwicklungszweiggruppen nach Fig.4 können die Nullwicklungszweige N nicht nur zwischen den anfangssei tigen Verbindungspunkten der Grundwicklungszweiggruppen G und den Anschlußklemmen I, II, III, sondern statt dessen auch zwischen deren endseitigen Verbindungspunkten und dem Sternpunkt eingefügt sein, wie es gestrichelt angedeutet ist Eine ähnliche Anordnung der Nullwicklungszweige ist, wie ebenfalls gestrichelt angedeutet auch bei der Schaltung nach Fig.3 möglich. In den beiden genannten Fällen könnten die Nullwicklungszweige N auch hälftig unterteilt und sowohl vor als auch hinter den Verbindungspunkten der Grundwicklungs-

zweiggruppen G in Reihe angeordnet sein, wobei die Unterteilung der Nullwicklungszweige N so vorzunehmen ist, daß sich in beiden Nullwicklungszweighälften bei Betrieb mit der Zweitpolpaarzahl /J₂ die in ihnen induzierten Spulenspannungen aufheben.

Beim Umschalten von der Erstpolpaarzahlstufe p\ auf die Zweitpolpaarzahlstufe pi findet außer einer symmetrischen Umgruppierung der Grundwicklungszweige auch eine Stromrichtungsumkehr in jeder Zweighälfte statt Die Zuordnung der Spulen zu den einzelnen ι ο Wicklungszweigen kann daher für jeden Strang anhand des Nutensternes für die Zweitpolpaarzahlstufe so vorgenommen werden, daß gemäß der in F i g. 7 angedeuteten Zonenverteilung eine symmetrische sechszonige Wicklungskonfiguration erhalten wird, worin die einzelnen Sektoren der Grundwicklungszweige entsprechend ihrer Strangzugehörigkeit bei der Zweitpolpaarzahlstufe pi gekennzeichnet sind.

Die zwischen den Sektoren der Grundwicklungszweige liegenden, durch das Symbol O gekennzeichneten Sektoren in F i g. 7 gehören zu dem bei der Zweitpolpaarzahlstufe pi wirkungslosen Nullwicklungsteil. Für die Zonenbreiten φ des Grundwicklungsteiles und die Zonenbreiten ψ des Nullzweigteiles gilt entsprechend dem Aufteilungsverhältnis

φ :ψ— G: Nmit φ+ψ —τ-

Wie F i g. 7 zeigt, ergibt die Vektorsumme der bei der Zweitpolpaarzahlstufe pi in den Spulen der Nullwicklungszweige induzierten Spannungen den Wert Null.

Da man in beiden Polpaarzahlstufen jeweils eine sechszonige symmetrische Wicklungsverteilung vorsehen kann, ist die Spulenweite auf die Durchflutungssymmetrie ohne Einfluß. Man ist daher nicht auf Durchmesserspulen angewiesen, sondern kann beliebig gesehnte Spulen verwenden und erhält trotzdem in beiden Polpaarzahlstufen stets sechsachsig symmetrische Görgespolygone. Die Spulenschrittweite steht damit als uneingeschränkter Variationsparameter zur Verfügung. Als zusätzliche Variationsmöglichkeit können auch analog zu DE-PS 26 29 642 ausgebildete, an sich bekannte strangverschachtelte und/oder zonenüberlappte Wicklungsanordnungen vorgesehen werden, was in beiden Polpaarzahlstufen unabhängig voneinander möglich ist.

Für eine 2pi :2/>2=8/6polige Dreiphasenwicklung mit 72 Nuten zeigt Fig.8 die in üblicher Weise vorgenommene Spulenverteilung eines Stranges bei der Erstpolzahlstufe 2pi=8. Fig.9 zeigt den zugehörigen Nutenstern. In Fig. 10 ist die geänderte Phasenlage so dieser Spulen bei der Zweitpolzahlstufe 2/%=6 dargestellt, wobei im Gegensatz zu Fig.9 alle Strahlen mit gleicher Orientierung eingezeichnet, d.h. durchwegs von innen nach außen gerichtet sind. Die entgegengesetzte Durchflutungsrichtung, z. B. bei den Spulen 10,11 und 12, ist hier durch ein Minus-Zeichen erkennbar.

Die Aufteilung der Wicklung in Grund- und Nullwicklungsteile beträgt G:N=-3. Die in den Fig.8 bis 10 eingetragene Zuordnung der Spulen zu den einzelnen Wicklungszweigen ist gemäß Fig.7 vorge- eo nommen. : ~

12
16

Die beiden nicht dargestellten anderen Stränge sind gegeneinander um ein Drittel des Umfangs, d. h. um 24 Nuten verschoben angeordnet und in gleicher Weise aufgebaut zu denken.

In der Tabelle I sind für verschiedene Spulenschrittweiten von 1 —9 bis 1 —13 für die beiden Polzahlen, die Sehnungen als Verhältnis aus Spulenweite W und der Polteilung r, die Wicklungsfaktoren ξ und die Oberwellengehalte

"0%

y+l

sowie für die verschiedenen Schaltungen nach den Fig. 1 bis 4 die jeweiligen Luftspaltflußdichteverhältnisse BfJBi angegeben.

In der ersten Polzahlstufe mit 2p, =8 liegt eine konventionelle, gesehnte Zweischichtwicklung vor. Im 2p2—6poligen Betrieb ergeben sich unabhängig von der Spulenweite W durchwegs sechsachsig symmetrische Görgespolygone (Polardiagramm der Felderregerkurven), die für die verschiedenen Spulenschrittweiten in den Fig. 11 bis 15 dargestellt sind. Den mit Kreisen bezeichneten Eckpunkten in den Fig. 11 und 15 entsprechen durchflutungsfreie Nuten. Die niedrigsten Werte für die Oberwellengehalte ο» ergeben sich bei den Spulenschrittweiten 1-10 und 1-11, vgl. Tabelle I, für welche die Görgespolygone am »rundesten« sind.

Das vollständige Schaltbild einer nach Fig.3 aufgebauten derartigen 2/>i :2p2 = 16/12poligen Dreiphasenwicklung für 144 Nuten ist in F i g. 16 gezeigt Sie ist aus zwei längs des Maschinenumfangs aneinandergefügten Wicklungsanordnungen gemäß den F i g. 8 bis 15 gebildet

Die einseitig in Reihe angeschlossenen Nullwicklungszweige N sind hier bei jeder der drei Grundwicklungszweiggruppen G aus zwei Parallelpfaden gebildet, wobei Spulen mit einer Windungzszahl

ww— - wc

erforderlich sind. Alternativ hierzu könnte auch eine reine Reihenschaltung mit hintereinandergeschalteten zwölf Nullzweigspulen vorgesehen sein, welche jeweils mit einer Windungszahl

WN- -WC

auszuführen wären, oder es könnte nach mittiger Unterteilung der zwei Parallelpfade auch eine Vierfachparallelschaltung von je drei Nullwicklungszweigspulen mit einer Windungszahl

vorgesehen werden.

Bei 12poligem Betrieb ergibt sich eine Sechsfach-Sternschaltung, wobei der Nullwicklungsteil wirkungslos bleibt Bei 16poligem Betrieb ergibt sich eine Dreieckschaltung der Wicklungszweiggruppen. Bei einer Spulenschrittweite von »1 — 10« betragen die Wicklungsfaktoren fi₂« 0,903 und fi₆-0,960; das Luftspaltflußdichteverhältnis beträgt

und es ergibt sich in der 12poligen Stufe ein Görgespolygon gemäß Fig. 14.

9 10

Bei den Schaltungen nach F i g. 1 bis 5 liegt bei der Nullwicklungsteilzweige Nr gegenüber denen des

durch drei teilbaren Zweitpolpaarzahlstufe P₂ = 3n Grundwicklungsteiles mit halber Windungszahl und

jeweils eine Sechsfachsternschaltung vor, wodurch sich doppeltem Drahtquerschnitt auszuführen. Für die

hierfür eine kleinere Strangwindungszahl w₂ als für die restlichen, parallel angeschlossenen Nullwicklungsteil-

Erstpolpaarzahlstufe p\ ergibt, d.h. es ist w₂ <W|,sodaß 5 zweige N_p ist die Spulenwindungszahl so festzulegen,

sich solche Schaltungen - wie bereits erläutert — für daß sich hier die gleiche Strangwindungszahl wi wie für

Polpaarzahlkombinationen mit p\ > pi eignen. die mit den Nullwicklungsteilzweigen Nr ergänzten und

Die Erfindung ist aber ebensogut für eine umgekehrte ihrerseits parallel wirkenden Grundwicklungszweig-Polpaarzahlkombination mit pi > pi geeignet, wozu man hälften ergibt

bei der Zweitpolpaarzahl eine höhere Strangwindungs- 10 Die F i g. 21 bis 23 beziehen sich auf eine 8/12polig

zahl wt>w\ benötigt Dies wird bei den nachfolgend umschaltbare Dreiphasenwicklung (pi=4; p2=6) für

erläuterten Schaltungen gemäß den Fig. 17 bis 20 144 Nuten. Aus dem in F ig. 21 gezeigten Nutenstern für

dadurch erreicht, daß die aus wiederum neun gleicharti- den gesamten 8poligen Wicklungsstrang Lk und aus

gen Wicklungszweigen gebildeten Grundwicklungs- dem in Fig. 19 gezeigten Nutenstern desselben

zweiggruppen so zusammengefaßt und angeordnet sind, 15 Wicklungsstranges für die 12polige Zweitpolzahlstufe

daß sich in diesen Fällen beim Einspeisen ihrer neun geht die Zuordnung der einzelnen Spulen zu den

Mitteianzapfungen in Sechsfaehsternschaltung über die verschiedenen Wiekiungsabschnitten

neun Anschlußklemmen IV bis XII wiederum die O D Δ *■ A
Erstpolpaarstufe P₁ ergibt Zur Umschaltung kann dabei

die gleiche einfache Schaltvorrichtung gemäß Fig.6 20 des Grundwicklungsteils und des Nullwicklungsteils verwendet werden. Die anfangs- und endseitigen O hervor, wobei das Aufteilungsverhältnis G:N=3 Verbindungen der drei Grundwicklungszweiggruppen beträgt Mit den Bezugszeichen Λ, B, QD, E, F, G und H G sind ihrerseits fest in Stern- (Fig. 17 und 19) oder sind die von den Spulenseiten des besagten Wicklungs-Dreieckschaltung (F i g. 18 und 20) miteinander und mit stranges Lk belegten »Polbereiche« bei der Erstpolpaardrei Anschlußklemmen I, II, III für die Zweitpolpaarstu- 25 zahlstufe p\ in Umfangsrichtung fortlaufend bezeichnet fe pi verbunden. Bei der Erstpolpaarzahlstufe pi=4 liegt entsprechend

Die einzelnen Grundwicklungszweiggruppen G be- Fig. 21 eine übliche sechszonige Spulenverteilung mit

stehen hier aus Wicklungszweigen, die im Gegensatz zu _ iii«, g μ

den früher behandelten Schaltungsvarianten nach 3-8 ^Nmtn

Fig. 1 bis 5 für pi > pj bei der Zweitpolpaarzahlstufe P₂ 30 je Pol und Strang vor. Bei der Zweitpolpaarzahlstufe

jeweils den gleichen Wicklungssträngen pi ■«= 6 ist dagegen entsprechend F i g. 22 eine verschachtelte Spulenanordnung mit insgesamt resultierenden,

°· °·^Δ jeweils über nil erstreckten Grundwicklungszonen und

dazwischenliegenden, π/6 breiten Nullwicklungszonen

zugehören. Bei Betrieb mit der Erstpolpaarzahlstufe P₁ 35 vorhanden. Gegenüber F i g. 7 sind hier die Wicklungs-

bleibt in den mit schraffierten Symbolen zonen doppelt so breit und ineinanderverschachtelt

bzw. gegenseitig überlappt ausgeführt In jedem der

··■·* Polbereiche A bis //ändert sich dabei die Spulenzugehörigkeit zu den verschiedenen Wicklungszweigen von

bezeichneten Wicklungszweighälften die Stromrichtung 40 Nut zu Nut Jeweils gleichphasig induzierte Polbereiche,

unverändert; in den anderen Wicklungszweighälften z. B. die Polbereiche A und E, sind zur Erzielung einer

kehrt sie sich dagegen um. vollständigen Wicklungssymmetrie in sich unterschied-

Ein weiterer charakteristischer Unterschied zu den lieh strukturiert Fällen mit pi>p2 ist der Anschluß der mit CJ gekenn- Bei einer Schaltung gemäß Fig. 17 beträgt das

zeichneten Nullwicklungszweige N, der hier an die 45 wirksame Strangwindungszahlverhältnis W₁₂: W₈=2.

Mittelpunktsanzapfungen bei mindestens einer der Das detaillierte Schaltbild für die gesamte Wicklung mit Grundwicklungszweigggruppen G erfolgt Die Fig. 17 einer Achtfachstern/Dreifachstern-Umschaltung bei

und 18 zeigen dies für eine bzw. zwei parallel zu einer durchwegs gleich ausgeführten Wicklungsspuien zeigt

bzw. zwei Grundwicklungszweiggruppen angeschlosse- F i g. 23. Die sich bei verschiedenen Spulenschrittweiten

nen Nullwicklungszweiggruppe, welche ihrerseits ana- 50 ergebenden Wicklungsfaktoren f* |₎₂ und die dabei

log wie die Grundwicklungszweige ebenfalls aus vorhandenen Luftspaltflußdichteverhältnisse
gleichartigen Wicklungszweigen mit Mittelanzapfungen

gebildet sind Die Spulen solcher parallel angeschlosse- w · E 8
ner Nullwicklungszweige sind u. a. identisch mit denen B_t/B_n = — ■ —
des Grundwicklungsteiles ausgeführt F ig. 17 gilt für ein 55 "Ί * ei 12
Aufteilungsverhältnis von G: N— 3 :1 von Grundwicklungs- zu Nullwicklungsteil; F i g. 18 für ein G: N—3 :2. für dieses Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 23 sind in

Wie die F i g. 19 und 20 zeigen, können zwischen den . Tabelle II aufgeführt Mittelanzapfungen der ihrerseits fest in Stern- oder Als abschließendes Beispiel wird im folgenden der Dreieckschaltung verbundenen Grundwicklungszweig- 60 Entwurf einer 10/12poligen Dreiphasenwicklung für 90

gruppen G und den Anschlußklemmen IV bis XII für die Nuten für einen Lüfterantriebsmotor aufgezeigt, bei

Erstpolpaarzahlstufe pt Nullwicklungsteilzweige Nr in dem sich die Drehmoment« (M_]0/M\₂= 1,44) quadratisch Reihenschaltung eingefügt und wenigstens bei einer und die Leistungen (PtofPu~i,73) mit der dritten

derartig ergänzten Wicklungszweiggruppe zusätzliche Potenz der Drehzahl ändern.

Nullwicklungsteilzweige Np parallel angeschlossen wer- es Im Hinblick auf das Drehmomentverhältnis ist ein

den. Mit Rücksicht auf eine ausgeglichene Strombela- Luftspahflußdichteverhältnis Si₁ZSi₂VOn etwa 1,1 bis 1,2

stung und eine vollständige Durchflutungssymmetrie anzustreben. Entsprechend dem Leistungsbedarf bietet

sind die Spulen der in Reihenschaltung eingefügten sich gemäß Fig. 18 ein Aufteilungsverhältnis von

Grund- zu Nullwicklungsteil im Verhältnis G: /V=3 :2 an, wobei alle Spulen gleich ausgeführt sein können und in der schwach belasteten Zweitpolpaarzahlstufe p2=6 nur dreifünftel der Wicklung stromführend sind. In der lOpoligen Erstpolzahlstufe (Erstpolpaarzahl pi=5) ergibt sich eine Zehnfachsternschaltung, wogegen in der 12poligen Zweitpolzahlstufe (Zweitpolpaarzahl P2 = 6) neben der gezeigten Dreifachdreieckschaltung auch eine Dreifachsternschaltung möglich wäre.

Ausgehend von einem in üblicher Weise sechszonig gruppierten unverschachtelten lOpoligen Wicklungsstrang ergeben sich für die beiden Polpaarzahlstufen die Nutensterne nach Fig.24 und 25, in denen die Zuordnung der Spulen zu den einzelnen Zweigen des Grundwicklungsteiles angegeben ist Die nicht gekennzeichneten Spulen gehören zum Nullwicklungsteil.

Abhängig von der Spulenschrittweite und der für die Zweitpolpaarzahlstufe /72=6 vorgesehenen Dreifachdreieck- oder Dreifachsternschaltung ergeben sich die im linken Teil der Tabelle III aufgeführten unterschiedlichen Luftspaltflußdichteverhältnisse B,o/B_i2. Im rechten Teil der Tabelle sind die jeweils vorhandenen Sehnungen win, Wicklungsfaktoren ξ, Oberwellenstreufaktoren

und Figurenhinweise auf die gesondert dargestellten Görgespolygone für beide Polpaarzahlen zusammengestellt

Wie in der Tabelle III hervorgehoben ist, zeigt sich, daß die angestrebten Luftspaltflußdichten nur bei relativ starken Sehnungen erreicht werden können (Spulenweiten W= 5 oder 6 bei Y¹⁰/zP-Umschaltung, bzw. W= 12 (übersehnt) bei Y'o/YS-Umschaltung), was zumindest in einer Polpaarzahlstufe mit einem unerwünscht niedrigen Wicklungsfaktor und einer den Oberwellengehalt σο vergrößernden ungünstigen Felderregerkurve verbunden ist und damit eine Verschlechterung der Maschinenausnutzung zur Folge hat

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird eine gemäß Fig. 19 modifizierte Schaltung des Nullwicklungsteiles bei unveränderter Dreifachsternschaltung der Grundwicklungszweiggruppen für die Zweitpolpaarzahlstufe /»2=6 vorgesehen. Das detaillierte Wicklungsschaltbild hierfür ist in Fig.26 gezeigt Für die Erstpolpaarzahlstufe (pi= 5) sind an die Mittelanzapfungen aller Grundwicklungszweige G jeweils Nullzweigteilspulengruppen Nr mit halber Windungszahl und doppeltem Querschnitt wie die Spulen der Grundwicklung angeschlossen. Eine vierte Nullzweigteilspulengruppe Np mit eineinhalbfacher Windungszahl ist parallel an eine der NuUzweigteilspuIengruppen Nr angeschlossen. Dadurch erhöht sich die bei der Erstpolpaarzahlstufe pi=5 wirksame Windungszahl auf den eineinhalbfachen Wert, so daß sich damit die in der vierten Spalte der Tabelle III angegebenen dementsprechend veränderten günstigen Luftspaltflußdichteverhältnisse erzielen lassen.

Die hierbei erforderlichen Spulenweiten W weichen in beiden Polzahlstufen nur geringfügig von den Polteilungen r ab, so daß jeweils hohe Wicklungsfaktoren I erhalten werden, die eine gute Maschinenausnutzung erlauben. Auch liegen hierbei die Oberwellenstreufaktoren bei beiden Polzahlen günstigerweise jeweils im Bereich der niedrigsten Werte.

Bei der Beurteilung der Felderregerkurve für den 12poligen Betrieb gemäß d^n in den Fig.32 bis 35 gezeigten Görgespolygonen ist zu berücksichtigen, daß eine Bruchlochwicklung mit q=2$ Nuten je Pol und Strang vorliegt, die entsprechend dem Aufteilungsverhältnis in Grund- und Nullwicklungsteil G: N= 3 :2 nur zu dreifünftel stromführend ist Die mit Kreisen bezeichneten Eckpunkte der betreffenden Görgespolygone bedeuten jeweils durchflutungsfreie Nuten.
Mit den verschiedenen Schaltungvarianten der Erfindung gemäß F i g. 1 bis 5 für p\>pi und Fig. 17 bis 20 für ρϊ>ρ\ lassen sich in einem weiten Bereich varriierbare Windungszahlverhältnisse erreichen, so daß eine die Maschinenausnutzung verschlechternde und die Durchflutungsoberwelligkeit vergrößernde Anpassung der effektiven Strangwindungszahlen durch Verringerung des Wicklungsfaktors vermieden wird und die Erfindung vorteilhafterweise universell einsetzbar ist In allen Fällen bleibt die äußere Umschaltung dieselbe und kann bei insgesamt zwölf Klemmen jeweils durch eine aus vier handelsüblichen Dreiphasenschützen gebildete Umschalteinrichtung nach F i g. 6 getätigt werden. Es wird dabei nur ein Schütz mehr als bei der Dahlanderschaltung benötigt
Da sich in beiden Polzahlstufen sechszonige Wicklungsanordnungen ausführen lassen, werden störende geradzahlige Durchflutungsoberwellen von vornherein vermieden und die Spulenschrittweite ist frei wählbar. Aufgrund ihrer günstigen technischen Eigenschaften ist die erfindungsgemäße Wicklungsausführung insbesondere auch für Maschinen größerer Leistung geeignet bei denen der geringfügig erhöhte Aufwand für die Umschalteinrichtung sowieso unerheblich ist

Die Aufteilung in den für beide Polpaarzahlen aktiven Grundwicklungsteil G und den nur für die nicht durch

♦0 drei teilbare Erstpolpaarzahlstufe p\ =3m±l stromführenden Nullwicklungsteil N erfolgt gemäß den aus DE-PS 26 29 642 bekannten Gesetzmäßigkeiten. Die Zuordnung der Wicklungsspulen zu den einzelnen Wicklungsteilen

O. D.Δ bzw. ·.■·▲

des Grund- und Nullwicklungsteiles findet man jeweils ausgehend von der Spulenverteilung eines vollständigen Wicklungsstranges für die Erstpolpaarzahlstufe p\ anhand des Nutensternes für die durch drei teilbare Zweitpolpaarzahlstufe pz=Zn, wie es in F i g. 7 schematisch und anhand der Fi g. 8,9,10; 21, 22 und 24, 25 für drei Ausführungsbeispiele dargelegt ist Die beiden anderen Wicklungsstränge für die Erstpolpaarzahlstufe pi sind jeweils in gleicher Weise aufgebaut und gegeneinander um jeweils ein Drittel des Umfanges versetzt angeordnet Wie bereits erwähnt wurde, können außer den in den Beispielen behandelten Ausführungsformen auch strangverschachtelte Wicklungsanordnungen vorgegeben werden, die analog zu den in der DE-PS 26 29 642 erläuterten Möglichkeiten in beiden Polpaarzahlstufen unabhängig voneinander ausführbar sind

Tabelle I

13

Spulefi schria	2Λ-8	WA,	h	Ml	2ft-<	WA6	0377	2M	G&tes- (MM]T(OtI	*/4	Fig.1	FiS. 3	Fi*. 2	Fif.4
1-13	4/3	0,831	Ul	12/12	03»	MO	Fig. 11	0,737	0,982	1,276	1,701
1-12	11/9	0,902	U5	11/12	03*4	0J4	Fig. 12	0306	1,075	1,396	1362
1-11	10/9	0,945	1,41	10/12	0303	039	Fig. 13	0367	1,156	1402	2,002
1-10	1	0,960	1,15	9/12	0346	2JK	Fig. M	0,921	1,228	1,595	2,126
1- 9	8/9	0,945	8/12		Fig. 15	0,967	1,290	1,676	2^34

Tabellen

Spulen- Schritt	0,82»	03028	Pi I-23
1-13	0J666	Ο3952	1,459
1-14	0,89S5	O372I	1,377
1-15	0,9236	03342	1^94
1-16	03416	0,7819	1^04
1-17	0,9525	0,7163	1,107
1-18	03561	0^6384	1,003
1-19		0390

TabeUe UI

Spulen schritt	Fig. 18	V10Zy3	1,728	(NR) Fig. 26	2Λ-10	W/t\q	0,7352	«910%	Görfes polygon	2ft - 12	WA12	0,8534	7,07	Görgei- polygon
1- 6	1,117 I 1,935	1,627	1,29	5/9	Ο3312	1,43	Fig. 27	2/3	0,9372	2,66	Fig. 34
1- 7	1,085 I 1,879	1,505	1,25	2/3	O3OI9	1,41	Fig. 28	4/5	0,9800	4,03	Fig. 35
1- 8	1,345 j 1,811	1,353 I 1,161 I	Ui	7/9	03452	1,11	Fig. 29	14/15	0,9800	4,03	Fig. 36
1- 9	0,998	1,152	V9	03598	1,15	Fig. 30	16/15	0,9372	2,66	Fig. 36
1-10	0340	1,085	1	Ο3452	1,41	Fig. 31	6/5	Ο3534	7,07	Fig. 35
1-11	0,8«9	1,003	10/9	03U9	1,15	Fig. 30	4/3	0,7323	9,06	Fig. 34
1-12	0,781	0,902	11/9	0,1312	1.11	Fig. 29	22/15	0,5792	835	Fig. 33
1-13	0,671	0,774	4/3	1,41	Fig. 28	8/5		Fig. 32

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach dem Umgruppierungsprinzip für Polpaarzahlverhältnisse

Pi :pz — (3/n±l):3n

(m und π als ganze positive Zahlen) mit einem in beiden Polpaarzahlstufen wirksamen Grundwicklungsteil und einem nur in der Erstpolpaarzahlstufc pi wirksamen Nullwicklungsteil, wobei der Grundwicklungsteil aus insgesamt neun gleichartigen Wicklungszweigen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß herausgeführte Mittelanzapfungen (IV bis XH) an den neun gleichartigen Wicklungszweigen als Anschlußstellen für eine sechsfach parallele Sternschaltung des Grundwicklungsteiles bei der kleineren Polpaarzahl dienen, daß jeweils drei bei der größeren Polpaarzahl demselben Strang zugehörige Grundwicklungszweige anfangs- und endseitig unmittelbar fest miteinander verbunden sind und die auf diese Weise gebildeten Wicklungszweiggruppen des Grundwicklungsteiles sowohl untereinander als auch mit Wicklungszweigen des Nullwicklungsteiles fest verbunden und an drei Anschlußklemmen (I bis III) für die größere Polpaarzahl geführt sind.

2. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach Anspruch 1 für p\ > p% dadurch gekennzeichnet, daß den drei Grundwicklungszweiggruppen (G) jedes Stranges für die Erstpolpaarzahlstufe p\ jeweils ein Nullwicklungszweig (N) fest parallel geschaltet ist und die derart vervollständigten Wicklungsstränge in Dreieck· oder Sternschaltung an die drei Anschlußklemmen (I, H, III) für die Erstpolpaarzahlstufe p\ geführt sind und die neun unmittelbar mit den Anschlußklemmen (IV bis XII) verbundenen Mittelanzapfungen die Anschlußstellen für die Zweipolpaarzahlstuf 2 pi bilden (F i g. 1,2).

3. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach Anspruch 1 für p\ > fn, dadurch gekennzeichnet, daß den drei Grundwicklungszweiggruppen (G) jedes Stranges für die Erstpolpaarzahlstufe p\ jeweils mindestens ein Nullwicklungszweig (N) in Reihe geschaltet ist und die derart vervollständigten Stränge in Dreieck- oder Sternschaltung an die drei Anschlußklemmen (I, II, III) für die Erstpolzahlstufe p\ geführt sind und die neun unmittelbar mit den Anschlußklemmen (IV bis XII) verbundenen Mittelanzapfungen die Anschlußstellen für die Zweitpolpaarzahlstufe pi bilden (F i g. 3,4,16).

4. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach Anspruch 1 für p\ > p%, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Grundwicklungszweiggruppen (G) jedes Stranges für die Erstpolpaarzahlstufe p_t unmittelbar in Dreieckschaltung verbunden sind, deren Dreieckpunkte über je einen zwischengefügten Nullwicklungszweig (N) an die Anschlußklemmen (I, II, III) für die Erstpolpaarzahlstufe p\ geführt sind und die mit den Anschlußklemmen (IV bis XII) verbundenen neun Mittelanzapfungen unmittelbar die Anschlußstellen für die Zweitpoipaarzahlstufe pi bilden (F ig. 5).

5. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach Anspruch 1 für pi > p\, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der in Dreieck- oder Sternschaltung untereinander verbundenen Grundwicklungszweiggruppen (G) an ihren Mittelpunktsanzapfungen Nullwicklungszweige (N) parallel geschaltet sind, wobei die unmittelbar mit den Grundwicklungszweigen (G) verbundenen drei Anschlußklemmen (I, II, III) die Anschlüsse für die Zweitpoipaarzahlstufe pi bilden und die mit den Mittelanzapfungen verbundenen neun Anschlußklemmen (IV bis XII) als Anschlußstellen für die Erstpolpaarzahlstufe pt dienen (F i g. 17,18,23).

6. Polumschaltbar Dreiphasen wicklung nach Anspruch 1 für p* > pt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mittelanzapfungen der ihrerseits für die Zweitpoipaarzahlstufe pi fest in Dreieckoder Sternschaltung verbundenen und unmittelbar an die entsprechenden Anschlußklemmen (I bis III) geführten Grundwicklungszweiggruppen (G) und den Anschlußklemmen (IV bis XII) für die Erstpolpaarzahlstufe p\ jeweils ein Nullwicklungsteilzweig (Nr) in Reihenschaltung eingefügt ist und daß mindestens an einer derart ergänzten! Wicklungszweiggruppe zusätzlich drei in Stern geschaltete NuUwicklungszweige (N_p) parallel angeschlossen sind (F ig. 19,20,26).

7. Polumschaltbar Dreiphasenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine aus vier konventionellen Dreiphasenschützen bestehende Umschalteinrichtung, wobei ein Schütz die Verbindungen zwischen den Anschlußklemmen (I bis I¹I) für die eine Polpaarzahlstufe und den Netzzuleitungen (Li bis L 3) herstellt und drei parallel arbeitende, gegenüber dem ersteren verriegelte Schütze die netzseitigen Verbindungen zu den Anschlußklemmen (IV bis XIl) für die andere Polpaarzahlstufe ergeben (F i g. 6).