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Mehrfache Parallelwicklung für ein- und mehrphasige Wechselstrom-Kommutatormaschinen
Es ist bekannt, bei Wechselstrom-Kommutatormaschinen als Kommutatorwicklung eine
zweifache Parallelwicklung mit dazu parallel geschalteter Hilfswicklung, die als
Einfachparallelwicklung mit stark verkürztem Schritt ausgeführt ist, zu verwenden.
Wird die Zweifachparallelwicklung mit praktisch vollem Wickelschritt und die Hilfswicklung
mit einem Wickelschritt gleich 1/3 Polteilung ausgeführt, dann verhalten sich die
Windungsspannungen der beiden Wicklungen, sinusförmiges Feld vorausgesetzt, wie
2 : I, so daß zu einer Windung der Zweifachparallelwicklung zwei Windungen der Hilfswicklung
parallel geschaltet werden können. Die Hilfswicklung koppelt dann die beiden Teilwicklungen
der Zweifachparallelwicklung, so daß sie sozusagen eine gemeinsame Wicklung bilden.
In dieser Weise wird eine regelmäßige Abstufung der Lamellenspannung gewährleistet.
Fig. I zeigt eine solche Zweifachparallelwicklung mit zwei Lamellen je Nut (k =
2). Die mit dicken Linien dargestellte Hauptwicklung zerfällt in zwei Teilwicklungen,
von denen die eine durch ausgezogene Linien und die andere durch gestrichelte Linien
gekennzeichnet ist. Der Wickelschritt der ausgezogenen Teilwicklung (Stäbe A1',
A1'', A2'', ...) ist genau eine Polteilung ; denn für jede Windung dieser Teilwicklung
liegen die beiden Leiter in Nuten, die genau eine Polteilung, in diesem Beispiel
r = neun Nutteilungen, gegeneinander verschoben sind. Für die gestrichelte Teilwicklung
(Stäbe B1' B1'', B2', B2'' ....) ist der Wicklungsschritt um eine Nutteilung r verschieden.
Für die Wicklung nach Fig. I stellt Fig. I a das Vektordiagramm der Stabspannungen
dar, wobei das ausgezogene Vieleck für die eine Teilwicklung, das gestrichelt gezeichnete
Vieleck für die andere Teilwicklung gilt. Beide Vielecke
überlagern
sich. Die durch kleine schwarze Vierecke bezeichneten Punkte der Vielecke stellen
die Spannungen der Lamellen dar. Zu der Zweifachparallelwicklung nach Fig. I läßt
sich eine Hilfswicklung parallel schalten. Voraussetzung ist dabei, daß die Windungsspannungen
von Hauptwicklung und Hilfswicklung sich verhalten wie 2 : I. Dies ist möglich,
wenn die Nutenzahl je Pol durch drei teilbar ist. Die Nutenzahl je Pol ist in diesem
Beispiel 9. Mithin muß sich der Nutenschritt der Hilfswicklung gleich drei (1/3
Polteilung) sein. Die Hilfswicklung ist in Fig. I mit dünnen Linien eingezeichnet.
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Die Wicklung nach Fig. I ist nur ausführbar, wenn der Wickelschritt
der Hauptwicklung praktisch unverkürzt ist, denn nur in diesem Falle sind die Windungsspannungen
der beiden Teilwicklungen praktisch gleich groß. Wählt man dagegen die Lamellenzahl
je Nut ungerade (k = ungerade), dann läßt sich eine Zweifachparallelwicklung auch
mit beliebiger Sehnung ausführen, wobei die Sehnung durch eine Abweichung des Schrittes
gegenüber dem Durchmesserschritt von I8o elektrischen Graden entsteht. Bei passender
Wahl der Nutenzahl würde weiterhin die Möglichkeit bestehen, auch bei Ausführung
der Hauptkommutatorwicklung als Zweifachparallelwicklung mit gesehntem Schritt eine
Hilfswicklung vorzusehen, so daß die Windungsspannungen von Haupt- und Hilfskommutatorwicklung
sich wieder verhalten wie 2: I. Eine genauere Untersuchung wird jedoch zeigen, daß
obenstehendes Verhältnis der Windungsspannung von Haupt- und Hilfskommutatorwicklung
im allgemeinen nicht genügt, sondern daß eine ganz besondere Ausführung der Hilfswicklung
erforderlich ist, damit bei der Parallelschaltung beider Wicklungen unerwünschte
Ausgleichsströme vermieden werden.
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Diese besondere Ausführung der Hilfswicklung nach der Erfindung besteht
darin, daß die Windungen derselben nicht wie bei gewöhnlichen Einfachparallelwicklungen
in ihrer natürlichen örtlichen Reihenfolge zusammengeschaltet sind, sondern daß
diese Windungen der Hilfswicklung derart miteinander und mit den Lamellen verbunden
sind, daß für jede Lamelle die ankommende und die abgehende Windung um eine oder
mehrere Nutteilungen gegeneinander verschoben sind, und zwar in solcher Weise, daß
die Ecken des Spannungsvielecks der Hilfswicklung mit den Ecken des Spannungsvielecks
der Hauptwicklung zusammenfallen. Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf Zweifachparallelwicklungen,
sondern ganz allgemein auf n-fache Parallelwicklungen (wobei n eine ganze Zahl größer
als I ist) für ein- und mehrphasige Wechselstrom-Kommutatormaschinen, bei denen
die Hauptwicklung gesehnten oder ungesehnten Wickelschritt besitzt und dieser eine
Hilfswicklung mit Sehnung parallel geschaltet ist, wobei unter Sehnung sowohl eine
Schrittverkürzung als auch eine Schrittverlängerung verstanden werden kann. Für
die Wicklung sind vorteilhaft die Verhältnisse so zu wählen, daß n und k keinen
gemeinsamen Teiler besitzen.
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In Fig. 2 bis 7 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Fig. 2 zeigt eine Zweifachparallelwicklung (n = 2) mit drei Lamellen
je Nut (k = 3). Die Hauptwicklung ist wieder mit dicken Linien dargestellt, und
zwar ist die eine Teilwicklung wieder ausgezogen, die andere gestrichelt. Die Hilfswicklung
ist dünn gezeichnet. In diesem Beispiel ist die Nutenzahl je Pol zu I6½ angenommen.
Der Wickelschritt der Hauptwicklung beträgt zwölf Nuten (entsprechend I3I°e1) und
der Wickelschritt der Hilfswicklung fünf Nuten (entsprechend 54,5°e1). Die zugehörigen
Sehnungsfaktoren sind o,gI bzw. o,457; somit ist die erste Bedingung erfüllt, die
vorschreibt, daß die Windungsspannung der Hilfswicklung halb so groß wie die Windungsspannung
der Hauptwicklung sein soll.
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Das Vektordiagramm der Spannungen der beiden Teilwicklungen A1, A2,
A3 ... und B1, B2, B3 ... zeigt Fig. 2a, wobei die kleinen schwarzen Vierecke wieder
die Spannungen der Lamellen darstellen. Die Hilfswicklung wird so ausgeführt, daß
die Windungsspannungen der miteinander in Reihe geschalteten Windungen H1, H2, H3
... derselben durch die schwach ausgezogenen Verbindungslinien der genannten kleinen
schwarzen Vierecke dargestellt werden. Die Windungsspannungen der beiden Hilfswindungen
H1 und H2, die parallel zu der Windung B1 der Hauptwicklung liegen, sind weder miteinander
noch mit der Windungsspannung von B1 in Phase. Die Windungen H1 und H2 sind gegeneinander
um eine ganze Nutteilung und B1 um eine halbe Nutteilung verschoben. Damit die Hilfswicklung
das schwach ausgezogene Spannungsvieleck H1, H2, H3 ... der Fig. 2a aufweist, wird
diese Hilfswicklung so ausgeführt, daß die Windungen der Hilfswicklung nicht in
ihrer natürlichen örtlichen Reihenfolge zusammengeschaltet werden, wie es bei Einfachparallelwicklungen
normalerweise der Fall ist, sondern es sind jeweils drei Windungen zusammengeschaltet,
die um eine Nut gegeneinander verschoben sind.
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Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, liegen parallel zur Windung B1 der
Hauptwicklung die beiden in Reihe geschalteten Windungen H1 und H2 der Hilfswicklung.
Gegenüber der Achse der Windung A1 ist die Achse der Windung H1 um eine halbe Nutteilung
nach links verschoben und die Achse der Windung H2 um eine. halbe Nutteilung nach
rechts. Diese Achsverschiebungen ergeben die Phasenverschiebungen der Windungsspannungen,
wie sie aus Fig. 2a hervorgehen. Die Windungen der Hilfswicklung sind in der Reihenfolge
H1, H2, H3 zusammengeschaltet. Jedoch stimmt diese Schaltfolge nicht mit der örtlichen
Reihenfolge überein; vielmehr liegt H2 um eine Nut gegen H1 verschoben und H3 wiederum
in der gleichen Nut wie H1. Diese Schaltreihenfolge kehrt periodisch wieder.
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Bei einer Wicklung, die dem Vektordiagramm der Fig. 2a entspricht,
kann die Hauptwicklung entweder gesehnt oder ungesehnt sein, nur muß die Wahl der
Nutenzahl es erlauben, Hilfswindungen anzuordnen, deren Windungsspannung in der
Größe praktisch die Hälfte der Windungsspannung der Hauptwicklung beträgt und in
der Phasenrichtung gegenüber dieser um eine halbe Nut verschoben ist.
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Fig. 3 und 3 a zeigen eine Zweifachparallelwicklung (yt
= 2) mit fünf Lamellen je Nut (k = 5). Betrachtet man das Spannungsvektordiagramm
(Fig. 3a), dann findet man, daß z. B. die Hilfswindungen H1, H, H3,
H4,
H5 abwechselnd eine Nutteilung vor- und zurückverschoben sind und daß die Windungsspannung
der Hilfswicklung gegenüber derjenigen der Hauptwicklung um eine halbe Nut verschoben
sein muß. Die Nutenzahl ist selbstverständlich wieder so zu wählen, daß die Windungsspannungen
der Wicklungen die richtige relative Größe und Phasenlage erhalten.
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Fig.4 und 4a zeigen eine dreifache Parallelwicklung (n = 3) mit zwei
Lamellen je Nut (k = 2) und den Teilwicklungen A1, A2, A3 ..., B1, B2, B3 ... und
C1, C2, C3. Hier muß die Windungsspannung der Hilfswicklung etwa 1/3/ der Windungsspannung
der Hauptwicklung betragen. Betrachtet man in Fig. 4a die Phasenrichtung der Windungsspannungen
der Hilfswindungen H1, H2, H3, H4, dann sieht man, daß H1 und H4 in denselben Nuten
liegen, daß H2 demgegenüber eine Nutteilung zurück- und H3 eine Nutteilung vorverschoben
sein muß, so daß die zusammengeschalteten Windungen H2 und H3 um zwei Nutteilungen
gegeneinander verschoben sind.
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Bei den Beispielen der Fig. 5 und 5a für eine dreifache Parallelwicklung
(n = 3) mit vier Lamellen je Nut (k = 4) sowie nach Fig. 6 und 6a für eine dreifache
Parallelwicklung (n = 3) mit fünf Lamellen je Nut (k = 5) und schließlich nach Fig.
7 und 7a für eine vierfache Parallelwicklung (n = 4) mit drei Lamellen je Nut (k
= 3) ergeben sich ähnliche Verhältnisse wie bei den übrigen Beispielen.
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Eine Einfach- oder eine Mehrfachparallelwicklung braucht nicht unbedingt
als Schleifenwicklung ausgeführt zu werden, sondern es besteht auch die Möglichkeit,
solche Wicklungen als Wellenwicklung auszuführen. Bei der Wicklungsanordnung nach
der Erfindung kann somit die Hauptwicklung oder die Hilfswicklung oder es können
auch beide als Wellenwicklung ausgeführt werden.