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Asynchronmotor mit Polumschaltung von 4n- auf 6n-Pole. Die Erfindung
betrifft Asynchronrnotoren, deren Polzahl durch Wicklungsumschaltung im Verhältnis
22:3 verändert werden kann. Es werden sowohl für den Ständer, der hier als
primärer Teil gedacht ist, als auch für den mit Schleifringen versehenen Läufer
polumschaltb;are Wicklungen angegeben.
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Da, das Wicklungskupfer möglichst gut ausgenutzt werden soll, rnuß
bei größeren Leistungen von dem Aushilfsmittel zweier getrennter Wicklungen, deren
jede nur für eine Polzahl Strom, führt, abgesehen werden; außerdem soll die Wicklung
für beide Polzählen, von s:inusförmigen Strömen durchflossen, ein möglichst sinusförmiges
Drehfeld ergeben. Diese Bedingung wird von der durch die Patentschrift 138854 bekannt
gewordenen, geschlossenen Schleifenwicklung, deren Anzapfpunkte in Abständen von
2/3 der großen sowie von 2/3 der kleinen Polteilung aufeinanderfolgen, und deren
Spulenweite zwischen beiden Polteilungen liegt, nicht erfüllt.
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. Es liegt nun nahe, zurr Erzielung einer sinusähnlichen Form die
Anzapfpunkte in Abständen von Y/3 der großen sowie von s%3 der kleinen Polteilung
aufeinanderfolgen zu lassen; dann ist es aber nicht mehr möglich, die geschlossene
Wicklung unmittelbar an das Dreiphasennetz anzuschließen, sondern man müßte einen
Transformator mit offener Sekundärwicklung zwecks Erzeugung einer Sechsphasenspannung
zwischenschalten. Ein anderer Weg wäre der, die Schleifenwicklung in Abständen von
'/3 der kleinen sowie der großen Polteilung aufzuschneiden und die Wicklungsteile
entsprechend zusammenzuschalten. Dazu müßten jedoch (bei Umschaltung von 4 auf 6
Pole) 48 Schaltenden zum Klemmbrett geführt werden.
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Wesentlich günstiger ist die Anordnung nach der Erfindung, die im.
folgenden an dem Beispiele eines von 4 auf 6 Pole umschaltbaren Asynchronmotors
beschrieben ist. Die Ständerwicklüng ist eine zweischichtige Gleichstromschleifen-,vicklung,
deren. Aufschnittpunkte im, Abstand von % der großen (=1/, der kleinen) Polteilung
aufeinanderfolgen;
die Spulenweite wird zwischen der kleinen und
großen Polteilung liegend gewählt. Abb. i zeigt eine derartige Schleifenwicklung
mit s = 72 wickeltechnischen Elementen (Stäben oder Spulenseiten) und 36 Nuten.
Die große Polteilung Tp beträgt g, die kleine tp 6 Nutteilungen. Die Spulenweite
ist zu 7 Nutteilungen gewählt und die Wicklung mit den Bezeichnungen nach E. Arnold
(Wechselstromtechnik, Bd. III, igi2, S. 9i f.) für die Wicklungskonstanten Wicklungsabschnitte
in Reihe und führt den Strom einmal einem ihrer äußeren Endpunkte, das andere Mal
ihrem Verbindungspunkte zu, so erfordern die zwei diannetralen Wicklungsabschnitte
statt q. nür 3 Schaltpunkte, so daß sich im ganzen 18 in der Zeichnung durch dicke
Punkte angedeutete Schaltpunkte ergeben.
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In Abb. 2a und 3a sind alle Spulen jeder Phase in zwei Gruppen parallel
geschaltet, doch können offenbar bei vierpoliger Schaltung auch alle Spulen in Reihe
geschaltet werden. Werden je zwei diametrale Spulen so in Reihe geschaltet, daß
Anfang Oberlage mit Anfang Oberlage oder Ende Unterlage mit Ende Unterlage verbunden
wird, so erhält man die Schaltungen Abb.2b und 3b mit ebenfalls 18 Schaltenden.
In Abb.2b sind alle Spulen einer Phase in zwei Gruppen parallel, in Abb.
31) in Reihe geschaltet.
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Es ist klar, daß die Anordnung der von vier auf sechs Pole umschaltbaren
Ständerwicklung für den Fall eines von q. n- auf 6 n-Pole umzuschaltenden Motors
verallgemeinert werden kann. Die Schleifenwicklung ist wieder in Abständen von j
e 1-f3 der größeren Polteilung in insgesamt 12 n-Punkten aufzuschneiden, es sind!
der 1., 13., 25. . . . bzw. 2., r4., 26. . . . schließlich der 12., 2q.., 36. .
. . Wicklungsabschnitt dauernd für beide Polzahlen in Reihen-, Parallel- oder Reihenparallelschaltung
zu je einem Wicklungszweige zusammenzufassen und die so entstehenden i2 Wicklungszweige
bei Veränderung der Polzahl in derselben Weise umzuschalten, wie in den Abb. 2,
2a, 2b, 3, 3a, 31) die zwölf Wicklungsabschnitte i, i' . . . 12, 12' jeweilig
geschaltet sind.
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Man erhält in dem den Abb. 2, 3 entsprechenden Falle wieder 24 herauszuführende
Wicklungsenden, in den den Abb. 2a, 2b, 3a, 3b entsprechenden Fällen aber 18 Wicklungsenden.
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Einen zweiphasig, 6npolig geschalteten Motor 1, 2 in Verbindung finit
einem Transformator in Scottscher Schaltung stellt Abb. q. dar; der Transformator
t, ist als Autotransformator geschaltet und wird verhältnisnlläßig klein. In dreiphasiger
Schaltung ist der Motor im allgemeinen unmittelbar an das Dreiphasennetz anzuschließen,
und zwar in Stern oder im Dreieck; in der Regel wird die Sternschaltung die günstigsten
Sättigungsverhältnisse ergeben.
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Soll das Verhältnis der Klemmenspannungen im Dreiphasen- und im Zweiphasensvstein
verändert werden, so ist auch für die Phase 2 des zweipolig geschalteten Motors
ein Autotransformator t2 erforderlich, wie Abb. 5 zeigt; t, und t2 erhalten dann
zweckmäßig einen gemeinsamen Eisenkern mit
| a=p-2, y,=15, y2 .= 13, |
| y=yI-y2=2 |
entworfen. Durch entsprechende Zusammenschaltung der 12 Aufschnittpunkte dieser
Wicklung wird nun eine Wicklung hergestellt, deren Ober- und Unterlage, für sich
betrachtet, bei vierpoliger Schaltung je eine syrnmletrische Dreiphasenwicklung,
bei sechspoliger Schaltung aber je eine symmetrische Zweiphasenwicklung ergeben.
Die Verschiebung zwischen Ober- und Unterlage beträgt im ersten Falle der Polteilung
ent-
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sprechend d0 elektrischen Graden, im zweiten Falle
der Polteilung entsprechend
30 elektrischen Graden. Diese Phasenverschiebungen
verringern die Ausnutzbarkeit der Wicklung nur wenig und verbessern die Form des
von zeitlich sinusförmigen Strömen im Ständer erzeugten Drehfeldes.
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Abb.2 zeigt die Ständerwicklung nach Abb. i in vierpoliger Dreiphasensternschaltung;
R, S, T sind die Anschlüsse an das Netz. Sämtliche Wicklungsteile einer Phase sind
in Reihe, die vom Strom der Phase R durchflossenen Wicklungsteile sind durch Schraffierung
angedeutet, auch ist die Stromrichtung eingezeichnet; mit i, i' bzw. 2, 2' usw.
sind immer die Oberlage und zugehörige Unterlage der einzelnen 12 Wicklungsabschnitte
bezeichnet. Abb. 3 zeigt die sechspolig zweiphasig geschaltete Wicklung;
A, A'
und B, B' sind die Enden beider Phasen; hier ist es erforderlich,
aus dein Dreiphasennetze irgendwie, etwa durch Scottsche Schaltung, eine Zweiphasenspannung
zu entnehmen.
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Die Schaltung nach Abb. 2 und 3 erfordert 24 Schaltenden. In Abb.
2a (vierpolig, dreiphasig) und 3a (sechspolig, zweiphasig) ist die Schaltung so
abgeändert, daß nur 18 Schaltenden nötig sind. Zwei einander am Ankerumfange diametral
gegenüberliegende Wicklungsabschnitte, z. B. i, i' und 7, 7' oder d., d.' und io,
iö , gehören gemäß Abb.2 und 3 sowohl in der vierpoligen wie in der sechspoligen
Anordnung zu derselben Phase. Die Ströme sind im ersten Fall gleichgerichtet, im
zweiten Fall entgegengesetzt gerichtet. Schaltet man nun zwei diametrale
einem
dritten unbewickelten Schenkel. Ist die Spannung des Dreiphasennetzes an sich zu
hoch für das in Betracht kommende 1VIotormodell, so wird zweckmäßig ein Transforinator
mit drei Schenkeln verwendet, der für den zweiphasigen wie für den dreiphasigen
Betrieb verwendbar ist. Die Schaltungen sind aus Abb. 6a und 6b ersichtlich.
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Soll der polumschaltbare Motor einen Schleifringanker erhalten, so
muß dieser ebenfalls eine- polumschaltbare Wicklung tragen.
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Gegenstand der Erfindung ist somit auch eine Ankerwicklung für Polumschaltung
von 4m- auf 6n-Pole, die bei 4,n-Polen ein Sechsphasensystem, und bei 6n-Polen ein
Zweiphasensystem bildet. Zur leichteren Darstellung wird wieder das Beispiel einer
von vier auf sechs Pole umschaltbaren Wicklung gewählt.
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Die Ankerwicklung (Abb. 7) ist eine aufgeschnittene zweischichtige
Gleichstromschleifenwicklung; deren Aufschnittpunkte im Abstand von '-/g der größeren
Polteilung aufein@anderfolgen. Die Spulenweite liegt zweckmäßig zwischen der kleineren
und der größeren Polteilung. Die Wicklung hat i2o wickeltechnische Leiter (Stäbe
oder Spulenseiten) und ist hier für a - P - 2, yr - 25, y2 - 23,y - yi - y2 - 2
entworfen. Abb. 8 zeigt die Verbindung der aufgeschnittenen Wicklungsenden mit den
8 Schleifringen a, b...1.
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Wird der Ständer vierpolig geschaltet, und sind die Schleifringe c,
d, e, f, g, h über Widerstände miteinander verbunden, so werden in der Läuferwicklung
die Ströme eines symmetrischen Sechsphasensystems induziert, dessen Schaltbild Abb.
9 zeigt. Die Schleifringe a und b können hier verbunden sein. Für
die Tlmsrhaltung auf sechs Pole ist die Verbindung zwischen den Schleifringen a
und b zu trennen und sind Widerstände zwischen die gemeinsame Verbindung der Schleifringe
c, d, e, f; g, 1a einerseits und a
bzw. b anderseits zu legen. Das,
Schaltbild des durch ein sechspoliges Ständerdrehfeld im Läufer erzeugten Zweiphasensystems
zeigt Abb. i o.
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Bei der vierpoligen Schaltung bilden Oberlage wie Unterlage für sich
je eine gewöhnliche Dreiphasenwicklung, die beide um 36° gegeneinander verschoben
sind.
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Bei der sechspoligen Schaltung bilden Ober- und Unterlage zwei um
36° gegeneinander verschobene Zweiphasenwicklungen. Die resultierenden Ankerfelder
kommen infolge dieser Verschiebung um 36° in beiden Fällen der Sinusform sehr nahe.
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Bei -Umschaltung von q. n- auf 6 n-Pole wird die Ankerwicklung in
r2 n-Punkten aufgeschnitten und jeder der so für jede Gruppe von vier aufeinanderfolgenden
(großen) Polteilungen entstehenden 12 Wicklungsabschnitte mit den entsprechenden
Wicklungsabschnitten der ia-i anderen Gruppen parallel oder in Reihe oder in Reihenparallelschaltung
verbunden und in der beschriebenen Weise an die acht Schleifringe angeschlossen.