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Einrichtung zurVerhinderung ungleicher Belastung der drei Phasen von
Drehstrommaschinen, insbesondere Maschinen mit geteiltem Gehäuse. Bei Drehstrommaschinen,
deren Gehäuse zwecks leichterer Montage und besseren Transportes geteilt ist, ist
es häufig schwierig bzw. unmöglich, die Wickelköpfe der drei Phasen genau symmetrisch
anzuordnen. Eine Unsymmetrie in der Anordnung der Wickelköpfe führt aber bekanntlich
zu Ungleichheiten in der Strombelastung der Phasen und hieraus folgend zu ungleicher
Erwärmung, die schließlich zur Überhitzung einer Phase führen kann.
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Die Erscheinung zeigt sich besonders bei solchen Maschinen mit geteiltem
Gehäuse, deren Wicklung in bekannter Weise so ausgeführt ist, daß die Teilfugen
nicht durch Spulen überbrückt werden. Die Vermutung; daß diese Erscheinung auf Ungleichheiten
der Spulen der drei Phasen, insbesondere auf ungleichen Ohmschen Widerstand und
ungleiche Selbstinduktion derselben zurückzuführen sei, bestätigte sich nicht, denn
auch bei Maschinen, bei denen die Spulen der drei Phasen in Bezug auf diese elektrischen
Größen vollständig einander gleich sind, zeigte sich derselbe Nachteil. Die theoretische
Untersuchung dieser Frage führte zu dem Ergebnis, daß weniger Verschiedenheiten
von Widerstand und Selbstinduktion der drei Phasenwicklungen als vielmehr in erheblich
größerem Grade die gegenseitige Induktion der Phasenwicklungen die Ursache des Übels
sind, denn die Erscheinung trat auch bei Maschinen auf, deren Spulen in allen drei
Phasen bezüglich des Ohmschen Widerstandes und der Selbstinduktion vollkommen einander
gleich waren.
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An Hand der Zeichnung soll die Ursache des Übelstandes sowie Mittel
zu seiner Bekämpfung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert werden.
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Die Fig. i und 2 zeigen in schematischer Darstellung den Ständer einer
elektrischen Maschine mit zweiteiligem Gehäuse und achtpoliger Dreiphasenwicklung.
Die Teilfuge des Ständers liegt in der Linie A-B. Die Spulen der drei Phasen sind
mit I, III und II bezeichnet. Wie sich aus der in Fig. r- dargestellten Seitenansicht
ergibt, werden die Teilfugen des wirksamen Eisens nicht von Spulen überbrückt, so
daß die beiden Ständerhälften in fertig gewickeltem Zustand transportiert werden
können und bei der Montage die den Teilfugen beiderseits benachbarten Spulengruppen
nur durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden zu werden brauchen. Wie
ferner aus der in Fig. 2 dargestellten Abwicklung der einen Ständerhälfte folgt,
sind die Spulen der drei Phasen sämtlich in Form und Größe einander gleich, so daß
die auf der linken Stirnseite am wenigsten weit aus dem wirksamen Eisen herausragenden
Spulen auf der rechten Stirnseite am weitesten aus dem Eisen herausragen und umgekehrt.
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Die den drei Phasen zugehörenden Spulen müssen also sowohl bezüglich
ihres Ohmschen Widerstandes als auch bezüglich ihrer Selbstinduktion und damit ihres
induktiven Widerstandes einander vollkommen gleich sein, so daß hier die Ursache
des erwähnten Übelstandes nicht zu suchen ist. Untersucht man dagegen für die Spulen
der drei Phasen den Einfluß der gegenseitigen Induktion, so kommt man zu folgendem
Ergebnis.
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Da, wie erwähnt, die Maschine achtpolig ist,
ist jedem
Polpaar die einen Quadranten des Ständerumfanges umfassende Wicklung, bestehend
aus den Phasen I, III, II, zugeordnet. Da die Wicklungen der einzelnen Quadranten
infolge der an den Teilfugen und an dem senkrecht hierzu gelegenen Durchmesser erfolgten
Abbiegung nach verschiedenen Seiten sich nicht gegenseitig übergreifen, wird Phase
I jedes Polpaares fast nur von der hinter ihr liegenden Phase III, Phase II überwiegend
von der vor ihr liegenden Phase III, letztere aber in gleichem Maße von den Phasen
I und II durch gegenseitige Induktion beeiüflußt. Hierzu kommt noch, daß die E.
M. K. der gegenseitigen Induktion in den drei Phasen einen verschiedenen Winkel
zur E. M. K. der Selbstinduktion bildet und so die resultierende Spannung in verschiedenem
Maße beeinflußt._. Die Folge davon ist, daß in der in der Mitte gelegenen Phase
III die elektromotorische Kraft der gegenseitigen Induktion größer ist als in den
beiden außenliegenden Phasen I und II.
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In den Fig. 3 bis 7 söll an Hand einiger Ausführungsbeispiele gezeigt
werden, mit welchen Mitteln man den erwähnten Nachteil beseitigen oder zum mindesten
erheblich vermindern kann. Da, wie erwähnt, der Übelstand seine Ursachen in der
ungleichen E. M. K. - der gegenseitigen Induktion in den drei Phasen hat, wäre es
das zweckmäßigste, ihn dadurch zu beseitigen, daß man die E. M. Ke. der gegenseitigen
Induktion in den drei Phasen einander gleich zu machen sucht. Dies stößt aber auf
technische Schwierig- :, @keiten verschiedener Art.
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Weitere Überlegungen zeigten, daß es nicht erforderlich ist, die E.
M. Ke. der gegenseitigen ! Induktion selbst einander gleich zu machen, sondern daß
es genügt, wenn. durch irgend geeigneteMittel die scheinbare Impedanz der drei Phasen
einander gleich gemacht wird, oder mit . anderen Worten, daß die scheinbare Impedanz
der beiden außenliegenden Phasen derartig erhöht wird, daß sie der scheinbaren Impedanz
i der mittleren Phase bei normaler Belastung angenähert gleich wird.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die scheinbare Impedanz
der außenliegenden Phasen I und II durch Vergrößerung der Selbstinduktion dieser
Phasen erhöht wird, indem die die Phasen I und II aufnehmenden Nuten einen in radialer
Richtung erheblich breiteren. Nutensteg haben als die die Phase III aufnehmende
Nut.
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Hierdurch wird in bekannter Weise dem um die Leiter der Phasen I und
1I verlaufenden Kraftlinienfluß ein geringerer magnetischer Widerstand entgegengesetzt
als dem durch Phase III erzeugten Kraftlinienfluß.
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Falls es aus fabrikatorischen Gründen nicht erwünscht ist, die Nuten
auf Teilkreisen von ' verschieden großem Durchmesser anzuordnen, wie es Fig. 3 zeigt,
kann man gemäß Fig. ¢ die Nuten sämtlich auf demselben Teilkreis dafür aber die
Spulen so ausbilden, daß sie die Nuten nicht voll ausfüllen, indem man die Spülen
der Phasen I und II möglichst nahe am Nutengrund anordnet, diejenige der Phase III
aber möglichst weit nach den Zahnköpfen hin verschiebt. Auch hierbei fällt die Selbstinduktion
der zu den Phasen I und II gehörenden Spulen höher aus als diejenige der Phase III,
so daB dieses Mittel _zur Ausgleichung der scheinbaren Impedanzen der drei Phasen
benutzt werden kann. Zur sicheren Lagerung der Spulen werden die leeren Räume der
Nuten mit zweckmäßig als Keile o. dgl, ausgebildeten Füllstücken ausgefüllt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Dort ist
sowohl die Lage der Nuten als auch die Breite der Nutenstege bei allen drei Phasen
die gleiche, dagegen ist der magnetische Widerstand des die einzelnen Phasenleiter
umschließenden Kraftflusses für PhaseIII gegenüber den Phasen I und dadurch erhöht,
daB der zu Phase III gehörige Nutensteg aufgeschlitzt ist, daB dort ein Luftspalt
von entsprechender Breite entsteht. Eine Weiterbildung dieses Gedankens für Maschinen,
die an und für sich halb offene Nuten haben, zeigt Fig. 6. Dort sind sämtliche Nutenstege
aufgeschlitzt, jedoch .ist der Luftspalt in dem zu Phase III gehörenden Nutensteg
breiter ausgeführt als die Luftspalten der Phasen I und II. Die Wirkung ist auch
hier wie bei allen vorher beschriebenen Figuren eine Vergrößerung der Selbstinduktion
der Phasen I und II gegenüber der Phase III.
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Statt die scheinbare Impedanz in den in Frage .kommenden Phasenwicklungen
selbst durch lderung ihrer Selbstinduktion mittels entsprechender Ausbildung des
sie umfassenden magnetischen Kreises zu verändern, kann man in die Stromkreise der
drei Phasen auch zusätzliche magnetische Kreise hinzufügen und diese so abgleichen,
daB die scheinbare Impedanz der. die drei Phasen enthaltenden Stromkreise einander
gleich werden. Hierbei kommen als zusätzliche magnetische Kreise der erwähnten Art
hauptsächlich Drosselspulen in Betracht, die innerhalb der vorkommenden Belastungen
keine Sättigungserscheinungen zeigen, damit die Abgleichung der scheinbaren Impedanzen
für alle Belastungen gleich gut ist. Es sind daher einzelne eisenlose, magnetisch
nicht gekuppelte Drosselspulen zu verwenden.
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In Fig. 7 und 8 sind dieselben wobei, gemäß der Anordnung der drei
Phasen der Wicklung in den Fig. z und 2, auch bei den Fig. 7 und 8 die drei Phasen
der Maschinenwicklung in der Reihenfolge I, III, II angegeben sind. Die Fig. 7 zeigt
den Fall, in welchem allen drei Phasen eisenlose, voneinander magnetisch
unabhängige
Reäktanzspulen R1, R3 und R2 vorgeschaltet sind, wobei aus den weiter oben auseinandergesetzten
Gründen die Reaktanz der der mittleren Phase III vorgeschalteten Spule R3 geringer
bemessen ist, als diejenige der den beiden Phasen I und II vorgeschalteten Spulen
R1 bzw. R2, was- in der Zeichnung dadurch zum Ausdruck gebracht ist, daß die Spule
R3 eine geringere Windungszahl aufweist als die Spulen R, und R2.
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Die Fig. 8 stellt den Fall dar, in welchem, da es nur darauf ankommt,
die scheinbare Impedanz der drei Phasenwicklungen relativ zueinander abzugleichen,
nur den beiden Außenphasen I und II je eine Reaktanzspule R1 bzw. R2 vorgeschaltet
ist, während die Phase III keine solche Spulen enthält.
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Die Erhöhung der scheinbaren Impedanz der Phasen I und II gegenüber
derjenigen der Phase III braucht natürlich nur eine relative zu sein und kann ebensogut
auch durch eine Verkleinerung der scheinbaren, Impedanz der Phase III gegenüber
den beiden anderen Phasen erreicht werden, wie dies besonders in Fig. 5 und 6 bereits
dargestellt ist. Die Mittel zur Erreichung dieses Zweckes beschränken sich nicht
auf die in der Zeichnung dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen, sondern
können auch durch andere zur Veränderung der Impedanz von Stromkreisen geeignete
Mittel ersetzt werden. Wo es zweckmäßig erscheint, können auch mehrere der erwähnten
Mittel zur Beeinflussung der scheinbaren Impedanz gleichzeitig zur Anwendung kommen.