DE4032492A1

DE4032492A1 - Elektrische maschine fuer stromrichterbetrieb mit einer umschaltbaren, mehrphasigen staenderwicklung

Info

Publication number: DE4032492A1
Application number: DE19904032492
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Dr Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1992-04-16
Also published as: WO1992007406A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige an einen Stromrichter angeschlossene Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Maschine ist durch die DE-A-23 52 227 bekannt. Bei dieser Maschine können alle Zweige der einzelnen Phasen ent weder in Reihe oder parallel geschaltet werden. Durch die Reihen- bzw. Parallelschaltung der Zweige kann die Spannung der Maschine an die an der Stromrichterschaltung anliegende Gleich spannung im Verhältnis 1 : c angepaßt werden. Nachteilig ist, daß die Anzahl der Schaltbrücken die für eine solche Umschaltung der Zweige benötigt wird relativ hoch ist. Sie steigt sowohl mit der Anzahl der Zweige a als auch der Phasenzahl m der Maschine an. Bei einer m=3-phasigen Maschine in Sternschaltung benötigt man z. B. bereits für eine einfache Reihen-Parallel- Umschaltung mit c=2 Zweigen pro Strang s=5 Schaltbrücken. Für eine Umschaltung mit c=3 Zweigen werden s=10 Schaltbrücken benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß für die Umschaltung der Wicklung wesentlich weniger Schaltkontakte bzw. Schaltbrücken benötigt werden und daß ferner die dabei erzielte Anpassung der Spannung nicht nur im Verhältnis 1 : c, sondern auch in davon abweichenden, insbesondere entsprechenden kleineren Stufen möglich ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 1. Bei einer solchen Maschine ist die für eine Wicklungsumschaltung erforderliche Anzahl von Schaltkontaktpaaren bzw. Schaltbrücken s=a, d. h. höchstens gleich der Anzahl a der Wicklungsteilsysteme, vielfach jedoch geringer.

Die Anordnung von gegenseitig um jeweils 2π/a phasenver setzten Wicklungsteilsystemen gemäß Anspruch 2 führt im all gemeinen zu einer sehr geringen Welligkeit, sowohl bei der gleichgerichteten Spannung als auch im elektromagnetisch erzeugten Luftspalt-Drehmoment der Maschine. Für den Sonder fall m=a sind alle Teilsysteme gleichphasig.

Eine Umschaltung gemäß Anspruch 3 benötigt die kleinstmögliche Zahl von Umschalt-Anschluß-Punkten und -Kontaktbrücken. Von den einzelnen fest in Stern- oder Polygonschaltung verbundenen Wicklungsteilsystemen wird hier jeweils ein andersphasiger Anschlußpunkt an das Umschaltelement geführt und mittels diesem in einer Betriebsstufe zu einem gemeinsamen Systemmittelpunkt zusammengefaßt.

Bei insgesamt a Umschaltanschlüssen reichen dazu s=a-1 Schaltbrücken aus. Ist die Anzahl a der Wicklungsteilsysteme gemäß a=a′·t ganzzahlig teilbar, so läßt sich bei diesem Umschaltprinzip durch Unterteilung in t Subsysteme gemäß Anspruch 5 die Zahl notwendiger Schaltbrücken auf s=t·(a′-1) weiter vermindern.

Für eine Umschaltung gemäß Anspruch 4 sind von jedem Teilsystem zwei Anschlüsse, insgesamt also 2a Anschlußenden, an das Um schaltelement zu führen, welches hierbei s=a Kontaktbrücken benötigt. Bei in Stern geschalteten Wicklungsteilsystemen können gemäß Anspruch 6 auch die Sternpunkte als Umschalt anschlüsse benutzt werden, wodurch sich ein verkleinertes Umschaltverhältnis erzielen läßt.

Ein vergrößertes Umschaltverhältnis erhält man hingegen gemäß Anspruch 8 mit a=m+1 Wicklungsteilsystemen und einem Umschaltelement mit insgesamt 2m Anschlüssen und s=m=a-1 Kontaktbrücken.

Sowohl bei Anspruch 4 als auch Anspruch 8 bilden die einzelnen Verbindungsstellen hinsichtlich ihrer jeweiligen Spannungs potentiale und Phasenlagen die Eckpunkte eines regelmäßigen Polygons - gemäß Anspruch 4 mit a als Eckenzahl und gemäß Anspruch 8 mit m=a-1 als Eckenzahl.

Beim Umschaltprinzip nach Anspruch 4 ändert sich durch eine Unterteilung in Subsysteme für a=t·a′ gemäß Anspruch 5 die Zahl notwendiger Schaltkontakte nicht. Hierbei verringert sich jedoch das Umschaltverhältnis.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Erfindungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Als erstes Beispiel für a=3 und m=3 in Ausführung gemäß Anspruch 3:

Fig. 1 ein vollständiges Schaltbild der Ständerwicklung einer elektrischen Maschine,

Fig. 2 das Spannungsdiagramm der Ständerwicklung nach Fig. 1 bei ausgeschaltetem Schaltelement und Sternschaltung der Zweige,

Fig. 3 den Gleichspannungsverlauf zum Spannungsdiagramm der Fig. 2,

Fig. 4 das Spannungsdiagramm der Ständerwicklung nach Fig. 1 bei eingeschaltetem Schaltelement und Sternschaltung der Zweige,

Fig. 5 den Spannungsverlauf zum Spannungsdiagramm der Fig. 4,

Fig. 6 in einem Liniendiagramm die Drehzahlabhängigkeit des Stromes bei den verschiedenen Schaltzuständen des Schaltelementes,

Fig. 7 das Spannungsdiagramm der Ständerwicklung nach Fig. 1 bei ausgeschaltetem Schaltelement und Dreieckschaltung der Zweige,

Fig. 8 das Spannungsdiagramm der Ständerwicklung nach Fig. 1 bei eingeschaltetem Schaltelement und Dreieckschaltung der Zweige, und in Abwandlung gemäß Anspruch 4:

Fig. 9 das Spannungsdiagramm einer Ständerwicklung mit in Stern geschalteten Teilwicklungssystemen, wenn mittels des Schaltelementes jeweils zwei Zweiganschlüsse der Teilwicklungssysteme miteinander verbunden sind,

Fig. 10 das Spannungsdiagramm einer Ständerwicklung mit im Dreieck geschalteten Teilwicklungssystemen, wenn mittels des Schaltelementes jeweils zwei Zweiganschlüsse der Teilwicklungssysteme miteinander verbunden sind, als zweites Beispiel für a=2 und m=3 in Ausführung gemäß Anspruch 3:

Fig. 11 das Spannungsdiagramm einer aus zwei in Stern geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwick lung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 12 das Spannungsdiagramm einer aus zwei in Stern geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei eingeschaltetem Schaltelement,

Fig. 13 den Gleichspannungsverlauf zum Spannungsdiagramm der Fig. 12, und in Abwandlung gemäß Anspruch 4:

Fig. 14 das Spannungsdiagramm einer aus zwei in Stern geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung, wenn mittels des Schaltelementes jeweils zwei Zweig anschlüsse der Teilwicklungssysteme miteinander ver bunden sind,

Fig. 15 den Gleichspannungsverlauf zum Spannungsdiagramm der Fig. 14,

Fig. 16 das Spannungsdiagramm einer aus zwei in Dreieck geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 17 das Spannungsdiagramm einer aus zwei in Dreieck geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung, wenn mittels des Schaltelementes zwei Zweiganschlüsse jedes Teilwicklungssystems miteinander verbunden sind,

Fig. 18 eine weitere Verbindungsvariante von zwei Zweigan schlüssen bei einer aus zwei in Stern geschalteten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung,

Fig. 19 den Gleichspannungsverlauf zu der Variante nach Fig. 18; als drittes Beispiel für a=4 und m=3 in Ausführung gemäß Anspruch 3 und 5:

Fig. 20 das Spannungsdiagramm einer aus vier in Stern geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 21 das Spannungsdiagramm einer aus vier in Stern geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei eingeschaltetem Schaltelement,

Fig. 22 den Gleichspannungsverlauf zum Spannungsdiagramm der Fig. 21,

Fig. 23 das Spannungsdiagramm einer aus vier in Dreieck geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 24 das Spannungsdiagramm einer aus vier in Dreieck geschal teten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei eingeschaltetem Schaltelement, und in Abwandlung nach Anspruch 8:

Fig. 25 das Spannungsdiagramm einer weiteren aus vier in Stern geschalteten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständer wicklung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 26 das Spannungsdiagramm einer weiteren aus vier in Stern geschalteten Teilwicklungssystemen bestehenden Ständer wicklung bei eingeschaltetem Schaltelement,

Fig. 27 den Gleichspannungsverlauf zum Spannungsdiagramm der Fig. 26; als viertes Beispiel für a=3 und m=4 in Ausführung nach Anspruch 4:

Fig. 28 das Spannungsdiagramm einer aus drei in Stern geschal teten vierphasigen Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 29 das Spannungsdiagramm einer aus drei in Stern geschal teten vierphasigen Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung, wenn mittels des Schaltelementes jeweils zwei Zweiganschlüsse miteinander verbunden sind,

Fig. 30 das Spannungsdiagramm einer aus drei in Polygon geschal teten vierphasigen Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung bei ausgeschaltetem Schaltelement,

Fig. 31 das Spannungsdiagramm einer aus drei in Polygon geschal teten vierphasigen Teilwicklungssystemen bestehenden Ständerwicklung, wenn mittels des Schaltelementes jeweils zwei Zweiganschlüsse der Teilwicklungssysteme miteinander verbunden sind.

Tabelle I und II Systematische Zusammenstellungen von Schaltungsmöglichkeiten nach den Ansprüchen 3 und 4 für m=3 und 4 jeweils für a=2-5 Teilsysteme.

Tabelle III Aufteilungsmöglichkeiten in Subsysteme nach Anspruch 5 für m=3 und a=6.

Mit 1 bis 3 sind in Fig. 1 drei dreiphasige Wicklungsteilsysteme bezeichnet. Die Wicklungsteilsysteme 1-3 sind gleichachsig angeordnet und ihre Zweige a sind in Stern geschaltet. Jedes Wicklungsteilsystem 1 bis 3 ist mit einer dreiphasigen Gleich richterbrücke 5 bzw. 6 bzw. 7 verbunden. Die Gleichrichterbrücken können aus gesteuerten oder ungesteuerten Halbleiterelementen bestehen. An die Gleichspannungspole +/- der Gleichrichter brücke 5 bis 7 ist beispielsweise eine Batterie 8 angeschlossen.

Eine Unterteilung in drei Wicklungsteilsysteme 1 bis 3 ist relativ einfach zu verwirklichen. Bei einer sechspoligen Maschine kann man z. B. jedem Wicklungsteilsystem die den Bereich eines Polpaares belegenden Spulen zuordnen.

Von jedem Wicklungsteilsystem 1 bis 3 ist in zueinander zyk lisch vertauschter Phasenfolge jeweils ein Zweiganschluß U3, V2, W1 an ein Schaltelement 9 geführt und so an dieses Schalt element 9 angeschlossen, daß beim Einschalten dieses Schalt elementes 9 die genannten Zweiganschlüsse miteinander verbunden werden. Das Schaltelement 9 kann aus einem mechanischen Schalter oder aus Halbleiter-Schaltelementen bestehen. Die Steuerung des Schaltelementes 9 erfolgt drehzahlabhängig.

Bei entsprechend hoher Drehzahl (Betriebsstufe I) ist das Schaltelement 9 ausgeschaltet. Damit sind die Wicklungsteil systeme 1 bis 3 voneinander getrennt. Es liegt phasengleicher Parallelbetrieb der drei Wicklungsteilsysteme 1 bis 3 mit der Spannung U_I gemäß dem zugehörigen Spannungsdiagramm in Fig. 2 vor. Auf der Gleichspannungsseite der Gleichrichterbrücken 5 bis 7 ergibt sich somit eine sechspulsige Gleichspannungs welligkeit wie die Fig. 3 zeigt.

Läuft die Maschine mit niedriger Drehzahl, dann wird das Schaltelement 9 eingeschaltet (Betriebsstufe II). Hierdurch werden die Phasenanschlüsse U3, V2, W1 zu einem gemeinsamen Systemmittelpunkt verbunden. Auf diese Weise bilden die drei Wicklungsteilsysteme 1 bis 3 eine sechsphasige Gabelschaltung. Die verketteten Spannungen U_II dieser Schaltung sind gegenüber den Spannungen in der Betriebsstufe I verdoppelt. Da diese Spannungen im Winkelabstand von 60° el. aufeinander folgen, ergibt sich wiederum eine sechspulsige Gleichspannungswellig keit (Fig. 5). Die Stromführung in den inneren Sternzweigen und den äußeren Gabelzweigen und auch die Kommutierungsverhältnisse sind jedoch unterschiedlich. Die mit den Phasenanschlüssen U3, V2 und W1 verbundenen Brückenzweige der Gleichrichterbrücken 5 bis 7 bleiben in der Betriebsstufe II stromlos.

Im Diagramm der Fig. 6 ist der Stromverlauf in den beiden Betriebsstufen I und II in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine dargestellt. Ein solcher Stromverlauf ergibt sich z. B. bei einem Generator mit konstanter Erregung (z. B. mittels Permanentmagneten) und drehzahlvariablem Antrieb (z. B. Wind kraftanlagen oder Kfz-Lichtmaschinen), der auf eine konstante Gegenspannung (Batterie 8) arbeitet. Aufgrund der Spannungs verdoppelung in der Betriebsstufe II kann ein solcher Generator bereits ab der halben Grunddrehzahl n/n0=1 Strom liefern. Die Betriebsstufe I ist erst oberhalb der Drehzahl n/n_o<2 günstiger.

Nach Überschreiten der Gegenspannung der Batterie 8 steigt der lieferbare Generatorstrom zunächst mit der Drehzahl steil an. Bei hohen Drehzahlen nähert er sich asymptotisch dem jeweiligen Kurzschlußstrom I_KII bzw.I_KI. Dieser verändert sich bei der Systemumschaltung reziprok zur wirksamen Spannung, wobei auch die räumliche Spulenverteilung der einzelnen Teilwicklungs systeme 1 bis 3 und die davon abhängige Streureaktanz von Einfluß ist.

Handelt es sich bei dem Generator um eine Kfz-Lichtmaschine, dann kann unter Anwendung der beschriebenen Umschaltung die Autobatterie bereits bei Leerlaufdrehzahl des Motors geladen werden. Auch für Windkraftanlagen, deren Leistungsfähig keit bei nicht verstellbarem Propeller etwa mit P proportional n³ ansteigt, wie es gestrichelt in Fig. 6 eingetragen ist, wird mit einer solchen Umschaltung eine vorteilhafte Anpassung an diesen Leistungsverlauf erzielt.

Gemäß Fig. 7 kann anstelle einer Sternschaltung auch eine Drei eckschaltung der Zweige der Wicklungsteilsysteme 1 bis 3 ge wählt werden. In der Betriebsstufe I (hohe Drehzahl) liegen alle Wicklungsteilsysteme parallel und es herrscht die Spannung U_I.

In der Betriebsstufe II (niedrige Drehzahl) wird in zyklischer Phasenfolge von jedem Wicklungsteilsystem ein Eckpunkt über das Schaltelement 9 miteinander verbunden. Damit ergibt sich das in Fig. 8 dargestellte Spannungsdiagramm. Die Spannung zwischen den diametral gegenüberliegenden Eckpunkten ist 2·U_I.

In Fig. 9 und 10 sind Schaltungsvarianten nach Anspruch 4 mit in Stern und in Dreieck geschalteten Wicklungsteilsystemen 1 bis 3 dargestellt. Mittels des Schaltelementes 9 werden jeweils zwei Phasenanschlüsse des einen Wicklungsteilsystems 1 bzw. 2 bzw. 3 mit jeweils einem entsprechenden Phasenanschluß der beiden anderen Wicklungsteilsysteme verbunden. Die an den miteinander verbundenen Phasenanschlüssen U2, V1; V3, W2 und W1, U3 auftretende Spannung ist in der Betriebsstufe II nur halb so groß wie die Spannung zwischen den Außenanschlüssen U1, V2, W3. Von den Zweigen der Gleichrichterbrücken 5 bis 7 führen daher nur die mit diesen Außenanschlüssen verbundenen einen Strom.

Die Fig. 11 bis 19 zeigen Schaltungsvarianten für eine Maschine, deren Ständerwicklung aus jeweils zwei m=3-phasigen Wicklungs teilsystemen 1 und 2 besteht (a=2).

In Fig. 11 ist das Spannungsdiagramm für zwei in Stern geschal tete Wicklungsteilsysteme für den Betrieb mit hoher Drehzahl (Betriebsstufe I) dargestellt. Eine Dreieckschaltung der Wicklungsteilsysteme 1 und 2 ist ebenfalls möglich. Bei niedriger Drehzahl werden mittels des Schaltelementes 9 zwei gegenüberliegende Phasenanschlüsse der beiden Wicklungsteil systeme 1 und 2 miteinander verbunden. Man erhält dadurch ein verkettetes System mit nur ein- bzw. zweiachsiger Symmetrie (Fig. 12). Gleichstromseitig führt dies zu einer relativ hohen asymmetrischen vierpulsigen Spannungswelligkeit mit Umax/Umin =2 : 1 (Fig. 13). Die Ventilöffnungszeiten der jeweils leiten den Ventile betragen 90°.

Bei der Schaltungsvariante nach Fig. 14 sind die beiden in Stern schaltung ausgeführten Wicklungsteilsysteme 1 und 2 in der Betriebsstufe II an zwei Phasenanschlüssen miteinander ver bunden. Im resultierenden zweiachsigen Spannungssystem ergeben sich zwei Spannungen im Verhältnis 3 : 1. Dies führt zu einer entsprechenden Welligkeit der Gleichspannung und unterschied lichen Ventilöffnungszeiten von ca. 127° und ca. 53°. Die Spannung in der Betriebsstufe II beträgt das 3-fache der Spannung in Betriebsstufe I.

Die gleichen Spannungsverhältnisse ergeben sich auch mit zwei in Dreieck geschalteten Wicklungsteilsystemen 1 und 2, wie aus den Fig. 16 und 17 ersichtlich ist.

Die in Fig. 18 gezeigte Schaltungsvariante nach Anspruch 6 läßt sich nur mit zwei in Stern geschalteten Wicklungsteilsystemen 1 und 2 ausführen. Mittels des Schaltelementes 9 werden jeweils diametrale Phasenanschlüsse des einen Wicklungsteilsystems 1 bzw.2 mit dem Sternpunkt des anderen Wicklungsteilsystems 1 bzw.2 verbunden. Dies ergibt ein vierphasiges Spannungssystem mit elektrischen Phasenwinkeln von ca. 98° und ca. 82° und damit im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbei spielen mit jeweils zwei Wicklungsteilsystemen 1 und 2 eine wesentlich verbesserte Welligkeit der Gleichspannung (Fig. 19). Die Spannungen der beiden Betriebsstufen I und II verhalten sich wie : 1 ungefähr 1,53.

Die Fig. 20 bis 24 zeigen Schaltungsvarianten für eine aus vier dreiphasigen Wicklungsteilsystemen 1 bis 4 bestehende Ständer wicklung. Die vier in Stern geschalteten Wicklungsteilsysteme 1 bis 4 sind gemäß Anspruch 2 jeweils um 90° el. gegeneinander versetzt angeordnet. Dies ergibt in der Betriebsstufe I das in Fig. 20 dargestellte Spannungsdiagramm und eine symmetrische 12-pulsige Gleichspannung. Dies gilt auch, wenn die Zweige der Wicklungsteilsysteme 1 bis 4 in Dreieck geschaltet sind (Fig. 23). In der Betriebsstufe II werden jeweils zwei spiegelbild lich zueinanderliegende Wicklungsteilsysteme 1 und 2 bzw. 3 und 4 an diametralen Phasenanschlüssen mittels des Schaltelementes 9 miteinander verbunden (Fig. 21 und 23). Auf diese Weise erhält man ein achtphasiges Spannungssystem mit elektrischen Phasen winkeln von 30° und 60° und eine entsprechend asymmetrische achtpulsige Welligkeit der Gleichspannung. Für das Umschalten in die Betriebsstufe II reichen zwei Kontaktpaare (s=2) des Schaltelementes 9 aus, da die Systempaare 1 und 2 sowie 3 und 4 gemäß Anspruch 5 voneinander getrennt bleiben können. Für einen gemeinsamen Verbindungspunkt aller Systeme waren drei Kontakt paare (s=3) erforderlich. Die Spannungen in den beiden Betriebsstufen I und II verhalten sich wie 1 : 2.

Bei der in Fig. 25 in Sternschaltung gezeigten, jedoch auch in Dreieckschaltung ausführbaren Schaltungsvariante nach Anspruch 8 sind von den vier Wicklungsteilsystemen 1 bis 4 die drei Wick lungsteilsysteme 2, 3 und 4 gleichphasig und das Wicklungsteil system 1 spiegelbildlich dazu geschaltet. In der Betriebsstufe I (Fig. 25) ergibt sich daher ein normaler sechspulsiger Parallelbetrieb der vier Wicklungsteilsysteme 1 bis 4.

In der Betriebsstufe II wird mittels des Schaltelementes 9 jeweils ein Phasenanschluß der drei gleichphasig geschalteten Wicklungsteilsysteme 2 bis 4 in zyklischer Folge mit einem Phasenanschluß des spiegelbildlich geschalteten Wicklungsteil systems 1 verbunden. Es entsteht eine sechsphasige Gabel schaltung (Fig. 26), deren verkettete Spannung den dreifachen Wert der verketteten Spannung der Wicklungsteilsysteme 1 bis 4 in der Betriebsstufe I hat. Die elektischen Phasenwinkel betragen etwa 38° und 22°. Damit ergibt sich eine asymmetrische zwölfpulsige Welligkeit der Gleichspannung (Fig. 27).

Bei den weiteren in den Fig. 28 bis 31 gezeigten Ausführungs beispielen weist die Ständerwicklung insgesamt jeweils zwölf Zweige auf, die um 30° elektrisch gegeneinander versetzt angeordnet sind. Gemäß Fig. 28 sind jeweils vier Zweige in Stern und gemäß Fig. 30 in Polygon zu je einem Wicklungsteilsystem 1 bzw. 2 bzw. 3 zusammengeschaltet. Es liegen somit drei symme trisch zueinander versetzte vierphasige Wicklungsteilsysteme 1 bis 3 vor. In der Betriebsstufe I (Fig. 28 und 30) ergibt sich bei beiden Schaltungen eine symmetrische zwölfpulsige Wellig keit der Gleichspannung.

Zur Bildung der Betriebsstufe II werden die drei Wicklungsteil systeme an jeweils zwei Phasenanschlüssen miteinander verbun den. Es entsteht dadurch ein sechsphasiges Spannungssystem mit elektrischen Phasenwinkeln von ca. 42° und 18°. Die Gleich spannung besitzt eine asymmetrische zwölfpulsige Welligkeit. In der Betriebsstufe II bleibt die Hälfte der Zweige der Gleichrichterbrücken 5 und 7 stromlos. Die Spannungen in den beiden Betriebsstufen I und II verhalten sich wie 1 : 1,93.

Für m=3 sind in Tabelle I und für m=4 in Tabelle II die prinzipiellen Schaltungsmöglichkeiten gemäß den Ansprüchen 3 und 4 jeweils für a=2 bis 5 Teilsysteme systematisch zusam mengestellt. Da die Einzelsysteme jeweils fest in Stern oder Polygon geschaltet sein können, sind hier abwechselnd Stern- und Polygonschaltungen dargestellt. Die für die dargestellte Betriebsstufe mittels des Schaltelementes 9 herzustellenden insgesamt jeweils s Verbindungen zwischen den Einzelsystemen sind durch o gekennzeichnet. Ferner sind Figurenhinweise auf die bereits ausführlich behandelten Einzelbeispiele einge tragen.

Wie die Beispiele für a=5 zeigen, können bei entsprechender Anzahl von Teilsystemen und einer Ausführung nach Anspruch 4 die einzelnen Teilsysteme auch im Sinne einer mehrgängigen Polygonschaltung miteinander verbunden werden (Anspruch 7), wodurch man ein verringertes Umschaltverhältnis erzielt.

Ohne eine größere Zahl von Schaltanschlüssen zu benötigen, lassen sich auch mehrstufige Umschaltungen dadurch erreichen, daß man die einzelnen Wicklungsteilsysteme mittels des Schalt elementes 9, z. B. in einer Stufe gemäß Anspruch 3 und in einer weiteren Stufe gemäß Anspruch 4 miteinander verbindet. Eine Schaltung gemäß Anspruch 4 ist im allgemeinen in mehreren Varianten mit jeweils unterschiedlichen Umschaltverhältnissen ausführbar, wodurch sich zusätzliche Schaltstufen bilden lassen.

Weitere Varianten lassen sich gemäß Anspruch 5 bei ganzzahlig teilbarer Anzahl von Wicklungsteilsystemen a=t·a′ durch Bildung von t Subsystemen erreichen, wie as in Tabelle III für a=6 jeweils in Stern geschaltete m=3-phasige Teilsysteme für t=1, t=2, und t=3 systematisch zusammengestellt ist. Siehe hierzu auch das anhand der Fig. 20 bis 24 beschriebene Beispiel für m=3 und a=4, welches sich ebenfalls mit t=2 getrennten Subsystemen ausführen läßt.

Die Anzahl der Schaltungsvarianten ist damit jedoch noch nicht erschöpft. Durch die dargestellte Systematik ist es dem Fach mann möglich, ohne erfinderisch tätig werden zu müssen, weitere Varianten auszuführen.

Claims

1. Elektrische Maschine für Stromrichterbetrieb mit einer umschaltbaren, mehrphasigen Ständerwicklung, welche in a gleichartige, jeweils m-phasige Wicklungsteilsysteme unter teilt und an insgesamt a·m gleichstromseitig parallel geschal tete Stromrichter-Brückenzweige angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsteilsysteme (1-3) galvanisch getrennt fest in Stern oder Polygon geschaltet sind, wobei zur Wicklungsumschal tung mindestens jeweils ein Anschlußpunkt aus jedem Teilsystem (1-3) mit einem hinsichtlich seiner Phasenlage möglichst dia metralen Anschlußpunkt eines anderen Teilsystems (1-3) mittels eines gesonderten Schaltelementes (9) verbindbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen m-phasigen Wicklungsteilsysteme (1-3) gegen seitig jeweils um einen elektrischen Winkel von 2/a phasen versetzt angeordnet sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsstufe mittels des Schaltelementes (9) aus insgesamt a verschiedenphasigen Umschalt-Anschlußpunkten ein gemeinsamer Systemmittelpunkt gebildet ist.

4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsstufe mittels des Schaltelementes (9) insgesamt 2a Umschalt-Anschlußpunkte zu a Verbindungsstellen zusammengefaßt sind, welche hinsichtlich ihrer jeweiligen Spannungspotentiale und Phasenlagen den Eckpunkten eines regulären a-seitigen Polygons entsprechen.

5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4 mit a=t·a′ Wicklungsteil systemen, mit t und a′ als ganzzahlige Teiler der Wicklungs- Teilsystem-Anzahl a, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsstufe mittels des Schaltelementes (9) t getrennte, jeweils a′ Anschluß- bzw. Verbindungspunkte auf weisende und gegenseitig um π/t phasenversetzte Subsysteme gebildet sind.

6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei fest in Stern geschalteten Wicklungsteilsystemen (1-3) in einer Betriebsstufe mittels des Schaltelementes (9) jeweils ein Phasenanschluß von einem Wicklungsteilsystem (1-3) mit dem Sternpunkt eines anderen Wicklungsteilsystems (1-3) verbunden ist.

7. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsstufe die einzelnen Wicklungsteilsysteme (1-3) mittels des Schaltelementes (9) im Sinne einer ein- oder mehrgängigen Polygonschaltung miteinander verbunden sind.

8. Maschine nach Anspruch 1 mit a=m+1 Wicklungsteil systemen, gekennzeichnet durch eine Unter teilung in m gleichphasige (2-4) und ein dazu polarsymmetrisch phasenversetztes Wicklungsteilsystem (1), wobei in einer Betriebsstufe mittels des Schaltelementes (9) alle m Phasen anschlüsse des phasenversetzten Wicklungsteilsystems (1) mit jeweils einem Phasenanschluß der gleichphasigen Wicklungs teilsysteme (2-4) verbunden sind.

9. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine mittels des Schalt elementes (9) vornehmbare mehrstufige Wicklungsumschaltung.