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Anordnung zur Polumschaltung von Vierphasenwicklungen. Wicklungen
für Mehrphasenmotoren mit veränderlicher Polzahl erfordern im allgemeinen eine sehr
große Zahl von Schaltern, um für jede Polzahl die Wicklungszweige derart aneinanderzuschalten,
daB der Stromdurchfluß durch die Wicklungen die gewünschte Zahl von Magnetpolen
ergibt.
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In Fig. i ist als Beispiel eine Ringankerwicklung in abgerolltem Zustande
schematisch dargestellt, die zur Speisung mit Zweiphasenstrom - oder auch Verphasenstrom
-geeignet ist und je nach der Schaltung der einzelnen Spulen ein zweipoliges oder
vierpoliges Magnetfeld ergibt. Sämtliche Enden der bezeichneten Spulen müssen zur
Erzielung von zwei Polen derart aneinandergeschlossen sein, daß die Phasenströme
A und B am Ankerumfange in der Reihenfolge der oberen Buchstabenzeile fließen. Zur
Erzeugung von vier Polen müssen die Spuieneriden jedoch derart miteinander verbunden
werden, daB die Spulen von den Phasenströmen a, b in der Reihenfolge der
unteren Buchstabenzeile durchflossen werden. Die unterschiedlichen Bezeichnungen
der Phasen durch große und kleine Buchstaben für die verschiedenen Polzahlen sind
dabei nur der Übersichtlichkeit halber vorgenommen. In Wirklichkeit könnten die
Phasen A und a einerseits, sowie B und b anderseits von denselben äußeren Phasenleitungen
entnommen werden.
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Für die Polumschaltung der Fig. i, die für jede der beiden Polzahlen
ein vollkommenes zweiphasiges Magnetfeld liefert, sind nun 8 getrennte Spulen erforderlich,
die beim Übergang von einer auf die andere Polzahl umgeschaltet werden müssen, und
zwar derart, daß zum Beispiel die Spule i für beide Polzahlen von Phasenstrom
A bzw. a durchflossen wird, die Spule 2 für das zweipolige Feld von Phase
A, für das vierpolige Feld von Phase b, die Spule 3 für das zweipolige Feld von
Phase B, für das vierpolige Feld von Phase -- a usw: Insgesamt müssen die 8 Spulen
beim Polwechsel also nach dem folgenden wohlgeordneten Schema umgeschaltet werden:
Aa Ab -Ad -Ab
Ba Bb -Ba -B b. Dabei ist zu beachten, daß es gleichgültig
ist, ob man hierbei die Vorzeichen der Phasen beider Polzahlen umkehrt oder nicht,
ob man z. B. in dem Schema schreibt - B - b oder B b, da ja jede der Spulen
zwei freie Enden besitzt, die man je nach Bedarf miteinander vertauschen kann.
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Diese 8 Spulen besitzen 16 Schaltenden, wozu noch 4 Zuleitungen vom
Netz her treten, so daß man , für die Polumschaltung der Wicklung insgesamt 2o Kontakte
in verschiedener Weise verbinden muß. Dazu braucht man für jede der Polzahlen io
zweipolige Schalter, insgesamt also für die ganze Polumschaltung 2o Schalter.
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Da in der obenstehenden Tabelle jede nur denkbare Verkettung zwischen
den verschiedenen Phasen enthalten ist, so genügt die Zahl von 8 Spulen mit verschiedenartigen
Umschaltungen durch 2o Schalter nicht nur
für die in Fig. i dargestellte
Polumschaltung im Verhältnis i : 2, sondern für jede belle -bige zweiphasige Polumschaltung.
Beispielsweise ist in Fig. 2 ein Wicklungsschema für eine Trommelwicklung dargestellt,
die von auf 6 Pole, also im Verhältnis 2 : 3 umschaltbar ist, indem man die Spulenden
entweder entsprechend den großen Buchstaben A B an die äußeren Phasen anschließt
oder entsprechend den kleinen Buchstaben a b. Im ersteren Falle ergibt sich
ein vierpoliges, im zweiten ein sechspoliges Magnetfeld, was durch die in die Wicklung
eingezeichneten Pfeile klar erkennbar ist.
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Die nach diesen Erläuterungen für jede derartige Polumschaltung benötigte
Zahl von 2o Schaltern ist für den Betrieb unerwünscht groß. Wünscht man die Wicklung
für beide Polzahlen in Sternschaltung zu verwenden, so ist eine wesentliche Verminderung
der Schalterzahl nicht möglich. -Der Erfindung gemäß kann man nun die Zahl der erforderlichen
Schalter erheblich vermindern, wenn man beim Übergang von einer Polzahl auf die
andere zugleich die Verkettung der Mehrphasenwicklung ändert, indem man in eine
Viereckschaltung übergeht. Im besonderen wird der Erfindung gemäß dieser Übergang
so vorgenommen, daß für beide Schaltungen die Verbindung je zweier solcher Spulen
bestehenbleibt, die in Sternschaltung Strom gleicher Phase in Reihe oder Parallele
führen, also demselben Sternstrahl angehören. Bei diesem Übergang von der einen
Polzahl auf die andere liegen gemäß der Erfindung immer zwei Spulen so, daß sie
bei richtiger Wahl der Anzapfungen für die äußeren Anschlüsse für beide Polzahlen
richtig aneinandergeschlossen sind. Man braucht somit keine Trennschalter zwischen
sie zu legen, es ist lediglich eine Anzapfleitung an die Verbin-Iungsstelle erforderlich.
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In Fig. 3 ist dargestellt, in welcher Weise eine derartige Umschaltung
erfolgen kann. Hierbei zeigt Fig. 3a die Sternschaltung, Fig. 3b die Viereckschaltung
aller 8 Spulen. Der Übergang wird hier so vorgenommen, daß die Netzanschlüsse von
den äußeren Enden der aus je zwei in Reihe liegenden Spulen oder Spulengruppen bestehenden
Sternstrahlen an die bei der Umschaltung bestehenbleibenden Verbindungspunkte gelegt
werden, während die Sternseiten zu einem Viereck geschlossen werden. Die Lage der
jeweiligen Stromzuführungen ist durch einen Pfeil eingetragen, und es ist in beiden
Figuren an den Spulenenden angegeben, welche Phasenströme ein-b7-"v. austreten.
Durch Vergleich dieser Ströme in den homologen Spulen der Fig. 3a und 3b mit der
obenstehenden Tabelle erkennt man, daß bei dieser Umschaltung tatsächlich alle notwendigen
Kombinationen vorhanden sind. Bei der Viereckschaltung sind dabei die inneren Phasenströme
durch Buch--taben bezeichnet, die Außenströme, die sich aus jenen zusammensetzen,
jedoch durch römische Ziffern. In Fig: 3a ist außerdem mit arabischen Ziffern eingetragen,
welche Lage die verschiedenen Spulen der Polumschaltung i : 2 nach Fig. i am Ankerumfange
besitzen müssen. Durch Abzählen der verschiedenen Verbindungen zwischen den Spulen
und den Zuleitungen erkennt man, daß aus dem Motor insgesamt 12 Zapfleitungen herausgeführt
werden müssen, und daß zur Umschaltung 14 Schalter erforderlich sind, also eine
wesentlich kleinere Zahl als von vornherein notwendig schien.
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Noch günstigere Verhältnisse erhält man, wenn man nicht, wie eben,
von der Sternschaltung, sondern von der Viereckschaltung ausgeht und dieselbe auf
eine Sternschaltung mit zwei parallelen Zweigen umschaltet, wobei auch hier wieder
j e zwei Spulen verbunden bleiben. In Fig.4 ist diese Schaltung dargestellt. Hierbei
wird zum Übergang von Viereckschaltung in Sternschaltung das Viereck in einen Doppelstern
dadurch umgeschaltet, daß j e zwei an die Ecken der Wicklungen des Vierecks anstoßende
Spulen zu einem Sternstrahl nebeneinandergeschaltet werden.
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Es sind dort zur Verfolgung des Wicklungssinnes wieder die jeweils
vorhandenen Phasenströme mit ihren Buchstaben eingetragen. Man braucht hier den
Verbindungspunkt der Spulen 2 und 4 nicht zu öffnen, da er bei der Doppelsternschaltung
im Sternpunkt des Systems liegt und daher keine Ausgleichsströme zwischen ihm und
anderen-Phasen auftreten können. Außerdem ,braucht man hier nicht lauter zweipolige
einkontaktige Schalter, sondern kann eine weitere-Ersparnis dadurch erzielen, daß
man an den Stellen, wo bei Sternschaltung drei Wicklungspunkte miteinander verbunden
werden müssen, entsprechend vereinfachte Schalter verwendet. Außerdem kann man die
beiden linken äußeren Zuleitungen in Fig. 4 stets an der Wicklung liegen lassen.
Insgesamt sind bei dieser Umschaltung alsdann 5 gewöhnliche zweipolige und 4 dreipolige
Schalter erforderlich.
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Noch einfacher läßt sich die zuletzt beschriebene Umschaltung von
Viereck auf Doppelstern ausführen, wenn man die Verbindungen der Spulen und Zuleitungen
entsprechend Fig. 5 vornimmt. Um von einer Polzahl in Viereckschaltung zu der anderen
in Doppelsternschaltung überzugehen, braucht man nur die 4 Zuleitungen, die in der
Viereckschaltung nach Fig. 5a an die Ecken des Vierecks geführt sind, entsprechend
Fig.5b
in geeigneter Folge an die Seitenmitten zu verlegen und das
Viereck in einer Diagonale kurzzuschließen.
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Man erkennt aus den angeschriebenen Phasenbezeichnungen ohne weiteres,
daß alsdann einerseits der ihnen entsprechende Stromdurchfluß im Schaltbild 5b tatsächlich
erfolgt und daß anderseits sämtliche Phasenvertauschungen der Spulen vorhanden sind,
die nach der obenstehenden Tabelle für jede zweiphasige Polumschaltung erforderlich
sind. Die Polumschaltung nach Fig. 5, die wie die früheren für 'jedes beliebige
Wicklungsschema ausführbar ist, erfordert insgesamt nur $ Zapfleitungen, die aus
dem Motor herausgeführt werden müssen, und nur 9 zweipolige einkontaktige Schalter.
Die Schalterzahl ist demnach auf weniger als die Hälfte .der ursprünglich erforderlichen
herabgedrückt, und dabei ist gleichzeitig eine Umschaltung der Wicklungsverkettung
erfolgt, durch die die wirksame Windungszahl im Verhältnis z : j!2 geändert wird.
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Diese Änderung der Windungszahl ist für sehr viele Zwecke erwünscht.
Man hat durch sie z. B. die Möglichkeit, den Motor bei geringer Drehzahl mit einer
größeren wirksamen Winclungszahl arbeiten zu lassen wie bei hoher Geschwindigkeit.
Prinzipiell kann man die Zuordnung der beiden- Polzahlen zu den beiden beschriebenen
Schaltarten beliebig wählen. Die Zuordnung der Wicklung mit großer wirksamer Windungazahl,
also der Sternschaltung in Fig.3 und der Viereckschaltung in Fig. 4 und 5, zu der
höheren Polzahl ist jedoch deshalb zweckmäßig; weil man dann bei gleicher Netzspannung
möglichst gleiche Luftinduktionen im Motor erhält.