DE527563C

DE527563C - Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor mit im Verhaeltnis 1:2 umschaltbarer Polzahl

Info

Publication number: DE527563C
Application number: DEM100661D
Authority: DE
Original assignee: Maatschappij Van Berkels Patent BV
Current assignee: Maatschappij Van Berkels Patent BV
Priority date: 1926-07-30
Filing date: 1927-07-28
Publication date: 1931-06-19
Also published as: GB275264A

Description

Wie bekannt, kann bei Wechselstrom-Induktionsmotoren die synchrone Umdrehungszahl geändert werden durch Umschaltung der Polzahl. Zu diesem Zwecke wird in dem dazu geeigneten Teil der sogenannten Statorwicklung die Stromrichtung umgekehrt.

Hierbei bleibt die Windungszahl ungeändert. Will man aber wenigstens annähernd die gleiche Leistung oder das gleiche Drehmoment bei der geänderten Polzahl beibehalten, ohne daß der Motor verbrennt, dann muß man bei der höheren Polzahl die Spannung heruntersetzen oder bei der höheren Polzahl Reihenschaltung und bei der niedrigen Polzahl Parallelschaltung der Windungen anwenden. Erstere Maßnahme erfordert einen gesonderten Transformator, letztere weist den Nachteil auf, daß das wirksame

so Kupfer zwar bei der höheren Polzahl voll, bei der niedrigen dagegen nur etwa zu einem Viertel ausgenutzt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Verhältnis der Anzahl Windungen für beide Polzahlen ein für allemal festliegt, so daß man auch das Verhältnis der Drehmomente bzw. Leistungen nicht ändern oder nach Wunsch abstimmen kann. Man hat diese Nachteile dadurch zu beheben versucht, daß man für jede Polzahl eine besondere Zusatzwicklung verwendete. Dies hat aber den Nachteil, daß bei der höchsten Polzahl, wo man wegen der verdoppelten Anzahl Luftspalte gerade das Kupfer möglichst weitgehend ausnutzen sollte, die Zusatzwicklungen von den anderen Polzahlen unbenutzt beiben. Ein weiterer Nachteil besteht noch darin, daß bei Wechselstrom-Induktionsmotoren mit umschaltbarer Polzahl ein genau sinttsoidaler Verlauf des Feldes der Wicklung nur bei einer der Drehzahlen möglich ist, wodurch die sogenannten Sprungwellen entstehen, welche das Statoreisen erwärmen, während der Leistungsfaktor dadurch in ungünstiger Weise beeinflußt wird.

Die Erfindung bezweckt, die obengenannten Nachteile bei einer Umschaltung der Polzahl im Verhältnis 1 : 2 zu beseitigen und dadurch einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor zu erhalten, welcher sowohl bei der hohen als auch bei der niedrigen Polzahl dasselbe Drehmoment oder nach Wahl dieselbe Leistung entwickeln kann, wenn die aufgedrückte Spannung dieselbe bleibt. Bei normalem vierpoligen Stator ist die Wicklung über etwa zwei Drittel des Umfanges verteilt, d. h. es ist noch etwa ein Drittel des Umfanges mit freien Nuten verfügbar. Ferner sind bei den sinusoidalen Wicklungen, welche zur niedrigen Polzahl gehören, einige Nuten gänzlich mit Kupfer gefüllt, während

die anderen Nuten nur einen Füllungsgrad von fünf Achteln bis drei Vierteln aufweisen. In den verfügbaren freien oder teilweise gefüllten Statornuten ist nun eine Zusatzwick lung angeordnet, welche gemäß der Erfindung beim Einschalten der höheren Polzahl¹ mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet wird, wodurch die effektive Windungszahl gesteigert wird. Um bei beiden Polzahlen ein sinusoidales Feld beizubehalten, ist vorzugsweise die Hauptwicklung bei der niedrigen Polzahl und die Haupt- plus Zusatzwicklung bei der höheren Polzahl derart verteilt, daß bei beiden Polzahlen die Anzahl Amperewindüngen in den an den Rändern der P'olflächen gelegenen Nuten geringer ist als in den dazwischen gelegenen Nuten. Vorzugsweise wird je eine Spule der Zusatzwicklung den zwei benachbarten Spulen der Hauptwicklung zuao geordnet. Es ist aber auch möglich, die Haupt- und Zusatzspulen konzentrisch zu wickeln (s. Fig. 3).

Die Vorteile der neuen Anordnung bestehen darin, daß bei gleicher Netzspannung dasselbe Drehmoment bzw. dieselbe Leistung bei den verschiedenen Polzahlen erzielt wird, wobei durch geeignete Wahl des Windungsverhältnisses zwischen Hauptwicklung und Zusatzwicklung innerhalb bestimmter Grenzen das Verhältnis zwischen den Drehmomenten bei z. B. vier- bis achtpoliger Schaltung nach Wunsch bestimmt werden kann. Die Ausnutzung des Kupfers ist bei der höchsten Polzahl eine völlige, so daß die zur Überwindung der vermehrten Luftspalte erforderlichen Amperewindungen in bestmöglicher Weise erhöht sind. Die besondere Verteilung der Wicklungen bietet ferner den Vorteil der Beibehaltung des sinusoidalen Feldes und der Vermeidung der nachteiligen Sprungwellen, der Erwärmung des Statoreisens und der Verschlechterung des Leistungsfaktors.

In der Zeichnung ist eine Anzahl Ausführungsformen schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt eine derartig gewickelte, als Dreilochwicklung ausgeführte Spule, deren Nuten von 1 bis 8 numeriert sind. Die zu der niedrigsten Polzahl gehörende Wicklung wird nun in die Nuten 3 und 6, 2 und 7, ι und 8 in einem derartigen Verhältnis gelegt, daß in 3 und 6 die niedrigste und in 1 und 8 die höchste Anzahl Windungen untergebracht ist. Dadurch erhält man eine Spule für vierpoligen Betrieb ausgeführt als Dreilochwicklung mit zwei unbenutzten Nuten in dem Zentrum dieser Spule.

Damit nun diese Spulen die gewünschten

Eigenschaften für den sinusoidalen Verlauf des Feldes bei achtpoliger Wicklung behalten, wird eine Zusatzwicklung vorgesehen, nämlich wickelnd von Nuten 5 auf 12, 6 auf 11 und 7 auf 10 mit einer derartigen Anzahl Windungen, daß pro Spule der Zusatzwicklung die Anzahl Drähte pro Nut der äußeren Nuten einer Polfläche nahezu gleich sind, während die Anzahl Drähte der dazwischen gelegenen Nuten größer ist.

Gemäß der Erfindung können zwar die Nuten vollständig mit der dazu erforderlichen Anzahl Wicklungen angefüllt werden, aber ein solcher Motor besitzt infolge des nichtsinusoidalen Verlaufes des Feldes weniger wünschenswerte Eigenschaften; er brummt und zeigt eine abnorme Erwärmung.

Abb. ι zeigt die Abwicklung eines Stators A mit darin vorgesehenen Nuten B, numeriert von ι bis 32 und Spulen C, D, B, F, ausgeführt als Dreilochwicklung. Verläuft der Strom beim Einschalten in den Statorstäben in dler Pfeilrichtung, so wird der Stator vierpolig sein.

Abb. 2 zeigt denselben Stator A mit ebenfalls darin angeordneten Spulen G₃H₃ J und K₃ welche bei achtpoliger Schaltung als Zusatzwicklung dienen. Eingeschaltet gemäß der Pfeilrichtung der Statorstäbe ist dieser Stator achtpolig.

Das Verhältnis der Anzahl Drähte (Amperestäbe) in Abb. 1 ist derartig, daß in den Nuten ι und 8, 9 und 16, 17 und 24, 25 und 32 die Anzahl Drähte pro Nut die höchste ist, während sie in den Nuten 3 und 6, 11 und 14, 19 und 22, 27 und 30 die niedrigste ist und sich die Anzahl in den dazwischen gelegenen Nuten allmählich verringert. Hierdurch ist also die Feldstärke an dem Rande der Polflächen geringer als in der Mitte, wodurch eine bessere Sinuskurve erhalten wird.

Bei achtpoliger Schaltung gemäß Abb. 2 befindet sich die höchste Anzahl von Drähten (Stäben) pro Nut in den Nuten 2 und 3, 6 und 7, 10 und 11, 14 und 15, 18 und 19, 22 und 23, 26 und 27, 30 und 31, während die niedrigste Anzahl pro Nut sich in den i°5 Nuten ι und 4, 5 und 8, 9 und 12, 13 und 16, 17 und 20, 21 und 24, 25 und 28, 29 und 32 befinden.

Hierdurch wird also bei beiden Polzahlen eine allmähliche Abnahme der Feldstärke an dem Rande der Polfläche erzielt, wodurch ein sinusoidaler Verlauf des Feldes gesichert ist. Abb. 3 zeigt denselben Stator A mit den darin angeordneten Spulen gemäß Abb. 1 und 2, aber in etwas anderer Weise angeordnet. In der Abb. 2 sind nämlich die Spulen derartig verteilt, daß die Zusatzwicklung, welche aus den Spulen G₃ H₃ T und K besteht, ein gesondertes Ganzes bildet.

In der Abb. 3 sind diese Spulen in symmetrischer Anordnung zu den Spulen C, D₃ E und F gezeigt, ohne daß dadurch die Wir-

kung des Motors beeinträchtigt wird. Die in der Abb. 3 angegebene Wicklung ermöglicht sogar gegenüber jener der Abb. 2 durch die geringere Länge der Wickelköpfe eine Kupferersparnis und ist darum vorzuziehen. Wird eine sogenannte Anlaßwicklung verlangt, so kann diese in derselben Weise wie die Hauptphase umschaltbar ausgeführt werden und ist dann nur mit Hinsicht auf die Hauptphase verschoben anzuordnen.

Claims

Patentansprüche:

ι . Einphasen-Wechselstrom-Indüktionsmotor mit im Verhältnis 1 : 2 umschaltbarer Polzahl, dadurch gekennzeichnet, daß in den Statornuten eine Zusatzwicklung angeordnet ist, welche beim Einschalten der höheren Polzahl mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet wird und so bemessen ist, daß bei gleicher Netzspannung für beide Polzahlen wahlweise dasselbe Drehmoment oder dieselbe Leistung erzielt wird.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der niedrigeren Polzahl die Hauptwicklung und bei der höheren Polzahl die Haupt- plus Zusatzwicklung derart verteilt ist, daß bei beiden Polzahlen die Windungszahl in den an den Rändern der Polflächen gelegenen Nuten geringer ist als in den dazwischen gelegenen Nuten.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Spule (z. B. H) der Zusatzwicklung den zwei benachbarten Spulen (z. B. C, D) der Hauptwicklung zugeordnet ist (Abb. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen