DE508979C - Dreiphasenwicklung, an der durch Polumschaltung aus einer 6n-poligen Wicklung eine 2n-polige hergestellt ist - Google Patents

Description

Eine Regelung der Drehzahl eines Drehstrominduktionsmotors ist nur mit Verlusten möglich durch Einschalten von Widerstand in den Läuferstromkreis oder durch komplizierte Anordnungen, wie Kaskadenschaltung usw. Man macht deshalb vielfach von der Polumschaltung bei Drehstrommotoren Gebrauch, um wenigstens bestimmte feste Drehzahlstufen zu erreichen. Es sind hierfür

ίο verschiedene Wicklungen und Schaltungen bekannt, um ein bestimmtes Drehzahlverhältnis herzustellen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polumschaltung im Verhältnis 6: 2, die durch Kombination mit bekannten Umschaltungen auf die Drehzahlverhältnisse 6:4 und 6 : 3 noch erweitert werden kann, wobei bei jeder Polzahl sämtliche Spulen benutzt werden und so eine verhältnismäßig gute Ausnutzung der

so Wicklung erreicht wird.

Die Umschaltung ist in der Zeichnung und in der dazugehörigen Beschreibung an einer I2poligen Dreiphasenwicklung erläutert. Die Wicklung besitzt gemäß dem Schema der

as Abb. ι die dann geringstmögliche Zahl von 18 Wicklungsteilen bzw. Spulen, sie ist also eine Einlochwicklung. Selbstverständlich kann man aber die Erfindung ohne weiteres auch auf Mehrlochwicklungen anwenden, die dann eine entsprechend größere Zahl von Wicklungsteilen oder Spulen besitzen. Unter den im folgenden genannten Wicklungsteilen ist dann eine Gruppe von solchen zu verstehen. Ebenso ergibt sich die sinngemäße Anwendung der Erfindung auf 6n-polige Dreiphasenwicklungen (n eine beliebige ganze Zahl).

Zur Herstellung der Polzahl 2 η bilden gemäß der Erfindung von den ο,η-Wicklungsteilen einer 6n-poligen Wicklung die gegeneinander um 6 π verschobenen Gruppen zweier nebeneinanderliegender Wicklungsteile und die zwischen zwei Gruppen liegenden, gegenüber beiden Gruppen um 8/3 π verschobenen Einzel wicklungsteile eine Phase; die zwischen zwei Gruppen liegenden Einzelwicklungsteile sind dabei innerhalb einer Phase gegensinnig (durch Vertauschen des Anfanges und Endes) eingeschaltet. 2 π ist dabei der Winkel von 360 elektrischen Raumgraden, bezogen auf die Ausgangsschaltung (in Abb. 1 eine i2polige Schaltung).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abb. 1, 2 und 3 gezeigt, und zwar ist hier eine I2polige Wicklung (n gleich 2) angenommen. Abb. 1 stellt schematisch eine normale I2polige Dreiphasenwicklung dar; die Spulen sind mit den Zahlen 1 bis 18 bezeichnet und für die Polzahl 12 gemäß Abb. 2 in Dreieck geschaltet. Abb. 3 zeigt die neue 4polige Schaltung. Beispielsweise besteht die Phase I der neuen Schaltung aus zwei gegeneinander um 6 π verschobenen Gruppen von je zwei nebeneinanderliegenden Wicklungs-

teilen ι, 18 und 9> IO und aus zwei gegenüber diesen Gruppen um je 8/3 π verschobenen Einzelteilen 5 und 14. Die Teile 5 und 14 sind unter Vertauschung des Anfanges und des Endes im entgegengesetzten Sinne wie die übrigen Teile geschaltet, was in der Zeichnung durch ein Minuszeichen an diesen Teilen angedeutet ist, während die an den Wicklungsteilen angebrachten Richtungspfeile nicht umgekehrt werden. Nach denselben Regeln sind die beiden übrigen Phasen II und III in Abb. 3 geschaltet. Die einzelnen Phasen besitzen mit den einander entsprechenden Wicklungsteilen (z. B. mit ihren Einzelwicklungsteilen) einen gegenseitigen Abstand von 2 π (elektrische Raumgrade). Auf eine Gruppe von zwei nebeneinanderliegenden Wicklungsteilen der einen Phase folgt also in Abb. 1 zunächst ein Einzelwicklungsteil der zweiten und hierauf eine Gruppe von zwei Wicklungsteilen der dritten Phase. Es gehören z. B. in Abb. τ die nebeneinanderliegenden Teile 3 und 4 der Phase II an, hierauf folgt als Einzelwicklungsteil der Phase I der Teil 5, und daran schließt sich wieder eine Gruppe zweier nebeneinanderliegender Teile 6 und 7 an, die der Phase III angehören. Hierauf folgt als der Phase II angehörig der Einzelwicklungsteil 8. Die zwei verschiedenen Phasen angehörigen Wicklungsteile 5 und 8 besitzen dabei für die Polzahl 12 einen Abstand von 2 π.

In dem Vektordiagramm der Abb. 4 ist die Wirkungsweise der neuen Polumschaltung näher veranschaulicht. Die Vektoren 1 bis 9 stellen darin die neun Wicklungsteile einer 6poligen Wicklung (n gleich 1) in ihrer räumlichen Lage dar. Entsprechend der Anordnung nach Abb. 3 bilden für die Polzahl 2 die Vektoren 1, 9 und 5 die Phase I, die Vektoren 3, 4 und 8 die Phase II und die Vektoren 6, 7 und 2 die Phase III. Für die neue Polzahl 2 besitzt nun z. B. der Vektor 5 der Phase I gegenüber der Resultierenden der beiden Vektoren 9 und 1 eine räumliche Phasenverschiebung von 180°. Sollen daher die den Vektoren 5, 9 und 1 auch in der räumlichen Lage entsprechenden Wicklungsteile eine Phase bilden, so muß der Wicklungsteil 5 infolge dieser räumlichen Phasenverschiebung von i8o° gegenüber den Teilen 9 und ι gegensinnig (durch Vertauschen des Anfanges und des Endes) eingeschaltet sein.

Selbstverständlich kann man die nach der Erfindung gebildeten Phasen der 2n-poligen Schaltung in irgendeiner bekannten Schaltung miteinander verbinden. Ebenso kann man die Wicklungsteile einer Phase hintereinanderschalten oder auch zueinander parallel oder teils zueinander parallel, teils in Reihe miteinander. Beispielsweise zeigt Abb. 5 eine Schaltung, bei der die einzelnen Phasen der Abb. 3 in zwei Teile unterteilt und diese Teile zueinander parallel geschaltet sind. Die einzelnen Phasen sind außerdem in Stern geschaltet. In den Abb. 7, 9 und 10 sind weitere, besonders zweckmäßige Ausführungsformen der Polumschaltung nach der Erfindung dargestellt. Die einzelnen, erfindungsgemäß gebildeten Phasen I bis III sind hier mit ihren Wicklungsteilen auf die Dreieckseiten und die Sternstrahlen einer gemischten Sterndreieckschaltung aufgeteilt. Infolge dieser Aufteilung besitzt der Strom in denjenigen Wicklungsteilen einer Phase, die einer Dreieckseite angehören, eine andere zeitliche Phasenlage als der Strom in den Teilen, die einem Sternstrahl angehören. Die Aufteilung ist erfindungsgemäß derart durchgeführt, daß diese verschiedenen zeitlichen Phasenlagen der Ströme in den Wicklungsteilen einer Phase den gegenseitigen räumlichen Verschiebungen dieser Wicklungsteile innerhalb der neuen Polteilung und der Drehfeldrichtung entsprechen.

Wie aus dem Vektordiagramm der Abb. 4 zu entnehmen ist, weichen die beiden nebeneinanderliegenden Wicklungsteile einer Phase (z. B. die Teile 1 und 9 der Phase I) bei der 2n-poligen Schaltung von ihrer gegenüber dem Einzelwicklungsteil 5 anzustrebenden räumlichen Verschiebung von i8o° nach beiden Seiten um je 20° ab. Ihre gegenseitige Verschiebung beträgt daher 40 °. Man kann nun die beiden nebeneinanderliegenden Wicklungsteile und den Einzelwicklungsteil derart auf die Strahlen und Seiten einer gemischten Sterndreieckschaltung aufteilen, daß die Ströme in den drei Wicklungsteilen einen zeitlichen Phasenunterschied von je 30⁰ besitzen, wobei der Strom in dem einen der nebeneinanderliegenden Wicklungsteile dem Strom im Einzel wicklungsteil um 30 ° voreilt, während der Strom in dem zweiten Teil gegenüber dem Einzelteil um 30 ° nacheilt. Bei richtiger Wahl der Drehfeldrichtung erreicht man also, daß die bei der Aufteilung auftretenden zeitlichen Phasenverschiebungen der Ströme in den einzelnen Teilen sich den räumlichen Phasenverschiebungen der Teile annähern. Dadurch wird der Wicklungsfaktor der Anordnung verbessert.

Die Abb. 6 zeigt den Aufbau einer Phase mit einer derartigen Aufteilung der AVicklungsteile. Es werden dabei die Wicklungsteile i, 5, 9, io, 14 und i8 der Abb. r, die in Abb. 3 die Phase I bilden, verwendet. Die beiden nebeneinanderliegenden Wicklungsteile dieser Phase, nämlich die Teile 1 und 18 bzw. 9 und 10, sind hier auf zwei Sternstrahlen der gemischten Sterndreieckschaltung

aufgeteilt. Die beiden gegensinnig eingeschalteten Einzelwicklungsteile 5 und 14 gehören hingegen der zwischen den beiden Sternstrahlen liegenden Dreieckseite an. Damit die Ströme in den nebeneinanderliegenden Teilen gegeneinander um 60 ° und gegenüber dem Einzelteil um 30⁰ in der Phase abweichen, sind die Wicklungsteile in den einen Sternstrahl in entgegengesetztem Sinne ein-

to geschaltet als in den anderen, so daß z. B. die Teile 1 und 10 mit ihren Anfängen, die Teile 9 und 18 hingegen mit ihren Enden zum Sternpunkt hinführen. Diese gegensinnige Einschaltung ist in der Zeichnung durch den Richtungssinn der Pfeile an den Wicklungsteilen angedeutet. Für die 2n-polige Schaltung gemäß Abb. 6, bei der die Sternstrahlen mit den Dreieckseiten hintereinandergeschaltet sind, ergibt sich, daß beim Durchgang durch die Wicklungsfolge Sternstrahl-Dreieckseite-Sternstrahl alle Wicklungsteile, wie auch an den eingezeichneten Pfeilen zu ersehen ist, hintereinandergeschaltet sind. Die Teile 5 und 14 sind dabei in dieser

as Hintereinanderschaltung gegensinnig eingeschaltet, was durch Minuszeichen zum Ausdruck gebracht ist.

Abb. 7 zeigt das gesamte Schaltbild einer 211-poligen Schaltung, wenn die gemäß Abb. 3 gebildeten Phasen I bis III gemäß Abb. 6 auf die Sternstrahlen und Dreieckseiten der gemischten Sterndreieckschaltung aufgeteilt sind. Die Phase I wird durch die Wicklungsteile 10, 1, 5, 14, 18 und 9 gebildet, die Phasell durch die Teile 13, 4, 17, 8, 3 und 12, die Phase III durch die Teile 7, 16, 2, ix, 6 und 15. Wie ersichtlich, setzen sich die einzelnen Sternstrahlen aus Teilen zweier Phasen zusammen (durch die entgegengesetzte Richtung der Pfeile angedeutet). Die gegensinnige Einschaltung der Einzelwicklungsteile ist wieder durch Minuszeichen angedeutet.

Abb. 8 zeigt eine weitere Art der Aufteilung der Wicklungsteile 1, 5, 9, 10, 14 und 18 der Phase I der Abb. 1 auf die Seiten und Sternstrahlen einer gemischten Sterndreieckschaltung, wobei ebenso wie bei der Aufteilung nach Abb. 6 erreicht wird, daß die durch die Aufteilung bedingten verschiedenen zeitlichen Phasenlagen der Ströme in den Wicklungsteilen einer Phase den gegenseitigen räumlichen Verschiebungen dieser Wicklungsteile innerhalb der neuen PoI-teilung und der Dreh fei drichtung entsprechen. In Abb. 8 sind die nebeneinanderliegenden Wicklungsteile der Phase I 1 und 18 bzw. 9 und 10 auf zwei Dreieckseiten der Sterndreieckschaltung aufgeteilt, und die Einzelwicklungsteile 5 und 14 bilden den von dem Eckpunkt dieser Dreieckseite ausgehenden Sternstrahl. Damit die Phasenlagen der Ströme in den nebeneinanderliegenden Wicklungsteilen wiederum gegeneinander um 60 ° abweichen, sind diese Wicklungsteile in die eine Dreieckseite im entgegengesetzten Sinne eingeschaltet als in die andere, so daß sowohl die Teile 9 und 18 als auch die Teile 1 und 10 mit ihren Anfängen zum Eckpunkt der Dreieckseiten hinführen (durch die Richtung der Pfeile angedeutet). Die dem Sternstrahl angehörigen Einzelwicklungsteile 5 und 14 führen infolge der 2n-poligen Schaltung mit ihren Anfängen zum Eckpunkte des Dreiecks hin (Abb. 8), sofern die Dreieckseiten und die Sternstrahlen hintereinandergeschaltet sind. Dies ist durch die Minuszeichen vor den Teilen 5 und 14 zum Ausdruck gebracht. Die Phase des Stromes in den Einzelwicklungsteilen liegt dann wieder zwischen den Phasen der Ströme in den nebeneinanderliegenden Wicklungsteilen und besitzt gegenüber diesen Teilen je eine Phasenverschiebung von 30⁰. Sie paßt sich also den räumlichen Verschiebungen der Wicklungsteile einer Phase innerhalb der Polteilungen an.

Abb. 9 zeigt das vollständige Schaltbild der gemäß Abb. 8 auf die Seiten und Strahlen der gemischten Sterndreieckschaltung aufgeteilten Phasen, wobei diese Phasen wieder aus denselben Wicklungsteilen gebildet sind wie die Phasen der Abb. 3. In Abb. 9 setzen sich die einzelnen Dreieckseiten aus Wicklungsteilen zusammen, die verschiedenen, in der oben geschilderten Weise gebildeten Phasen angehören. Beispielsweise besteht die horizontal gezeichnete Dreieckseite in Abb. 9 aus den Teilen 16 und 7, die bei der Anordnung nach Abb. 1 und 3 der Phase III angehören, und aus den Teilen 3 und 12, die bei der Anordnung nach Abb. ι und 3 der Phase II angehören. Dieser Umstand kommt auch durch die Umkehr der Pfeilrichtungen in den einzelnen Dreieckseiten zum Ausdruck. Die Phase I wird in Abb. 9 ebenso wie in Abb. 3 durch die Wicklungsteile i, 10, 9, 18, 5 und 14 gebildet, die Phasell durch die Teile3, 12, 13, 4, 8 und 17, die Phase III durch die Teile 16, 7, 15, 6, 11 und 2.

Die gemischten Sterndreieckschaltungen nach den Abb. 7 und 9 haben noch den Nachteil, daß der Strom in den Sternstrahlen den ]/lj fachen Wert des Stromes in den Dreieckseiten besitzt, so daß die Wicklung mit ,verschiedenem Querschnitt ausgeführt werden muß, wenn man eine ungleichmäßige Erwärmung vermeiden will. Diesen Nachteil kann man in ausreichendem Maße durch Parallel- und Hintereinanderschaltung der Wicklungsteile beseitigen. Beispielsweise zeigt Abb. 10 eine der Abb. 7 entsprechende

Anordnung, bei der die vier Wicklungsteile eines Sternstrahles teils zueinander parallel, teils hintereinandergeschaltet sind. Die Anordnung ist derart, daß die beiden einer Phase angehörigen Wicklungsteile hintereinandergeschaltet sind, während die verschiedenen Phasen angehörigen Teile zueinander parallel geschaltet sind. Selbstverständlich könnte man aber auch eine ίο andere Schaltung wählen.

Die vorstehend beschriebenen Polumschaltungen können ebenso vorgenommen werden, ob es sich nun um eine Wicklung mit Spulen gleicher oder verschiedener Weite, um eine Einschicht-, Zweischichtwicklung oder andere handelt. Durch die verschiedenen Wicklungen ändern sich die Wicklungsfaktoren bei den verschiedenen Polzahlen und damit gegebenenfalls die magnetische Induktion. Die magnetische Induktion für eine der oben beschriebenen Schaltungen hängt, wie bekannt, hauptsächlich von der angelegten Spannung, der Polzahl, dem Wicklungsfaktor, dem Verkettungsfaktor (Verhältnis der Spannungen oder Ströme bei verschiedener Verkettung der Phasen) und von der Zahl der in Reihe geschalteten Windungen ab. Beispielsweise kann, wenn mit gleichbleibender Spannung gerechnet wird (um Transformatoren zu vermeiden) und die Polzahl für eine gegebene Schaltung festliegt, die magnetische Induktion und damit das Drehmoment und die Leistung des Motors für einen bestimmten Fall durch Veränderung von Wicklungsfaktor, Verkettungsfaktor und der Zahl der in Reihe geschalteten Windungen verändert werden.

Der Wicklungsfaktor ist bei den angegebenen Schaltungen an und für sich meistens verschieden und ändert sich weiterhin noch mit der Wahl der Wicklungsart.

Der Verkettungsfaktor ändert sich je nachdem die Wicklung in Stern oder Dreieck geschaltet wird.

Es 'ergibt sich so eine große Mannigfaltigkeit von Wegen, um für einer} bestimmten Fall die magnetische Induktion und damit das Drehmoment des Motors festzulegen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Dreiphasenwicklung, an der durch Polumschaltung aus einer 6n-poligen Wicklung eine 2n-polige hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur „ Herstellung der Polzahl 2 η von den 9 η-Wicklungsteilen einer 6n-poligen Wicklung die gegeneinander um 6 π verschobenen Gruppen zweier nebeneinanderliegender Wicklungsteile und die zwischen zwei Gruppen liegenden, gegenüber beiden Gruppen um 8 π/3 verschobenen, gegensinnig eingeschalteten Einzelwicklungsteile eine Phase bilden, und daß die Wicklungsteile dieser 2n-poligen Phasen auf verkettete Systeme (Sternschaltungen, Dreieckschaltungen, gemischte Sterndreiecksdialtungen) derart aufgeteilt sind, daß die Ströme in den Wicklungsteilen einer Phase voneinander in der Phase nicht mehr als um π/3 abweichen.
2. 2. Dreiphasenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasen der Polzahl 2 η auf die Strahlen und Seiten einer gemischten Sterndreieckschaltung derart aufgeteilt sind, daß die durch die Aufteilung bedingten verschiedenen zeitlichen Phasenlagen der Ströme in den Wicklungsteilen einer Phase den gegenseitigen räumlichen Verschiebungen dieser Wicklungsteile innerhalb der der Polzahl 2 η entsprechenden Polteilung und der Drehfeldrichtung entsprechen.
3. 3. Dreiphasenwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nebeneinanderliegenden Wicklungsteile auf zwei Sternstrahlen der Sterndreieckschaltung unter gegensinniger Einschaltung des einen Teiles aufgeteilt sind und der Einzelwicklungsteil der zwischen den beiden Sternstrahlen liegenden Dreieckseite angehört, und daß für die Hintereinanderschaltung der Sternstrahlen und der Dreieckseiten beim Durchgang durch die Wicklungsfolge Sternstrahl-Dreieckseite-Sternstrahl der der Dreieckseite angehörige Einzelwicklungsteil in der Hintereinanderschaltung der drei Wicklungsteile gegensinnig eingeschaltet ist (Abb. 7).
4. 4. Dreiphasenwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nebeneinanderliegenden Wicklungsteile auf zwei Dreieckseiten der Sterndreieckschaltung unter gegensinniger Einschaltung des einen Teiles aufgeteilt sind, wobei beide Wicklungsteile mit ihren Anfängen zum Eckpunkt der beiden Dreieckseiten hinführen, und daß der Einzelwicklungsteil dem von diesem Eckpunkt ausgehenden Sternstrahl angehört und für die Hintereinanderschaltung der Sternstrahlen und Dreieckseiten mit seinem Anfang zum Eckpunkte hinführt (Abb. 9).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen