DE955447C - Asynchroner Einankerfrequenzumformer fuer ein beliebiges Polpaarzablverhaeltnis des Motor- und Umformerteiles - Google Patents

Description

• Asynchroner Einankerfrequenzumforiner für ein beliebiges Polpaarzahlverhältnis des Motor- und Umformerteiles Frequenzumformer zur Umformung eines Drehstromsystems in ein anderes höherer Frequenz und beliebiger Phasenzahl, insbesondere drei Phasen, sind bekannt als Zweimaschinensätze und als Einankerfrequenzumformer. Die letzteren haben auf der Primärseite zwei Wicklungen, die zwei Drehfelder, nämlich ein Motor- und ein Transformatordrehfeld, erzwingen, ohne sich gegenseitig. zu beeinflussen. Ein Hauptvorteil dieser Umformer ist, daB die Sekundärseite in der Regel nur eine gemeinsame Wicklung für beide Drehfelder hat, die so ausgeführt ist, daB sie bezüglich des Motorsystems als KurzsehluBwicklung, bezüglich des Transformatorensystems als offene Sekundärwicklung wirkt. Dabei sind die Kupferverluste in dieser Wicklung nur so, als ob dem Strom jedes Systems der gesamte Kupferquerschnitt zur Verfügung stehen würde.
• Neben den sonstigen bekannten Vorteilen des Einankerfrequenzumformers gegenüber dem Zweimaschinensatz, z. B. den-geringeren Herstellungskosten und der einfacheren mechanischen Bauart, ist bei den bekannten Umformern nachteilig, daB sich ihr Polpaarzahlverhältnis auf 2 : r und damit auch auf das Frequenzverhältnis 3 : r beschränkt.
• Bekannt sind bereits synchrone Einanxerfrequenzumformer, bei welchen auf der Primärseite die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt werden, während die Sekundärseite nur eine einzige als Motoranlaufwicklung dienende Wicklung besitzt. Diese synchronen Umformer haben aber nur eine verhältnismäßig sehr geringe Leistung und sind bezüglich Modellausnutzung, maximaler Leistung und Betriebsverhalten dem asynchronen Einankerfrequenzumformer weit unterlegen.
• Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein asynchroner Einankerfrequenzumformer, dessen Primärseite die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt, während die Sekundärseite nur aus 'einer Wicklung besteht, die gleichzeitig Motorkurzschluß- und Transformatorsekundärwick Jung ist, und dessen besonderes Kennzeichen darin besteht, daß für ein beliebiges Polpaarzahlverhältnis in der gemeinsamen Sekundärwicklung eine bestimmte Anzahl Spulen, in denen bezüglich des Transformatorsystems nach Betrag und Phase gleiche Spannungen induziert werden, so zu einem Grundelement parallel geschaltet werden, daß dieses als Kurzschlußwicklung für das Motorsystem wirkt. Diese Anordnung ermöglicht zunächst Einankerfrequenziunformer für alle ganzzahligen Polpaarzählverhältnisse n : i. Schaltet man erfindungsgemäß n Spulen parallel, deren gegenseitiger, auf das zweipolige System bezogener elektrischer Abstand und deren Spulenweite ungefähr einer Polteilung entspricht, so wirkt diese Schaltung, wie durch eine einfache Rechnung nachgewiesen werden kann, für das mehrpolige System als Kurzschlußwicklung. Bezüglich des hochpoligen Systems sind die in jeder Spule der Parallelschaltung induzierten Spannungen nach Betrag und Phase gleich und wirken deshalb mit der in den Einzelspulen induzierten Spannung und Frequenz auf den Belastungsaußenwiderstand.
• Das Wesen der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung noch näher erläutert, welche Schaltbilder und die räumliche Anordnung der Spulen an einigen Ausführungsbeispielen zeigt.
• Fig. i zeigt z. B. das Prinzipschaltbild einer Einschichtwicklung für eine Phase des Sekundärteils bei einem Polpaarzahlverhältnis 5 : i mit den n = fünf Einzelspulen i bis 5. Dazu ist in Fig. 2, wenn das niederpolige System zweipolig ist, die räumliche Anordnung der fünf Spulen gezeigt. Eine solche Spulengruppe ist das Grundelement einer Phase des Sekundärsystems.
• Die Anzahl der erreichbaren Grundelemente hängt von der Wicklungsausführung ab, denn man kann die Wicklung sowohl als Ein- wie auch als Zweischichtwicklung ausführen oder die Polpaarzahl des niederpoligen Systems größer als eins wählen. Je nachdem, wie es für die Maschinenauslegung erforderlich ist, werden nun die einzelnen Elemente in Serie oder parallel- geschaltet.
• Ist die Polpaarzahl des niederpoligen Systems größer als eins, so ist es aus schaltungstechnischen Gründen manchmal günstiger, Einzelspulen, die unter verschiedenen Polen dieses Systems sind, in einer Spulengruppe parallel zu schalten. Dies ist ohne weiteres zulässig, wenn man den elektrischen Wicklungswinkel zwischen diesen Spulen einhält.
• Da es sich wicklungstechnisch bei der Schaltung der einzelnen Spulen nur um eine Serien- oder Parallelschaltung handelt, hat man nun eine Wicklung, die in der Wickelei wie jede normale Läuferwicklung angefertigt wird.
• Man kann die möglichen Polpaarzahlverhältnisse auch auf gebrochene erweitern. Für die gemeinsame Sekundärwicklung muß dann die Nutzahl pro Pol und Phase für beide Systeme ganzzahlig sein. Schaltet man dann die der Polpaarzahl für das frei zu wählende Transformatorsystem entsprechende Anzahl Einlochspulen, die unter den zugehörigen Polpaaren dieselbe elektrische Stellung haben, parallel, so ist diese Schaltung wiederum eine Kurzschlußwicklung für das andere System. Abweichend vom ganzzahligen Polpaarzahlverhältnis ist noch, daß man die der Nutzahl pro Pol und Phase des Transformatorsystems entsprechende Anzahl von Grundelementen, die aus Einlochspulen bestehen, wie bei jeder Mehrlochspule in Serie schalten muß.
• In Fig. 3 ist zur Erläuterung für ein Polpaarzahlverhältnis 2 : 3 für eine- vierpolige Kurzschluß- und sechspolige Transformatorsekundärwicklung das Ersatzschaltbild gezeichnet. Durch die Ausführung als Zweischichtwicklung erhält man zwei Spulengruppen, die aus 2 X 3 Spulen bestehen und den vorher beschriebenen Forderungen genügen. Diese beiden Spulengruppen kann man in Serie oder parallel schalten.
• Fig. 3 zeigt eine Parallelschaltung. Dazu sind in Fig. q. für eine Nutzahl von q = 2 für das sechspolige System und q = 3 für das vierpolige System die Spulen in ihrer räumlichen Anordnung gezeichnet. Bei den Spulen mit negativen Vorzeichen in Fig.3 müssen Spulenanfänge und -enden bei der Schaltung vertauscht werden. .
• Primärseitig hat der Einankerfrequenzumformer getrennte Wicklungen. Damit diese sich gegenseitig nicht beeinflussen, werden bei ganzzahligen Polpaarzahlverhältnissen für das hochpolige System n Spulen, die bezüglich dem niederpoligen System um den elektrischen Wicklungswinkel gegeneinander verdreht sind, in Serie geschaltet. Die Wicklung für das i hochpolige System kann dabei Ein- oder Zweischichtwicklung und däbei gesehnt oder ungesehnt sein. Für das niederpolige System wird bei ungeradzahlizem Polpaarzahlverhältnis die Primärwicklung als gesehnte Zweischichtwicklung ausgeführt. Diese wird von den n-ten Oberwellen nicht induziert. Bei geradzahligem Polpaarza.hlverhältnis _ genügt für dieses System eine ungesehnte Ein- oder Zweischichtwicklung, denn in Durchmesserspulen werden von den 1 Oberwellen mit gerader Ordnungszahl keine Spannungen induziert.
• Ist das Polpaarzahlverhältnis gebrochen, so beeinflussen sich die beiden Systeme gegenseitig schon dann nicht, wenn man bei Einschichtwicklung die 1 Einzelspulen jedes Systems in Serie und bei Zweischichtwicklung höchstens zwei Gruppen parallel schaltet, wobei die in Serie geschalteten Einzelspulen jeder Gruppe unter den zugehörigen Polpaaren dieselbe elektrische Stellung haben. Die Einzelspulen können nun so gesehnt werden, daß die Oberwellen jedes Einzelsystems unterdrückt werden. Eine Anpassung der Sehnung an das Gegensystem ist nicht not wendig.
• Ist das Polpaarzahlverhältnis gerade oder gebrochen, so tritt durch die Überlagerung der beiden Felder ein einseitiger magnetischer Zug auf, der Anlaß zu magnetischen Geräuschen geben kann. Man wird deshalb die Einankerfrequenzumformer vorzugsweise für ungeradzahlige Polpaarzahlverhältnisse bauen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Asynchroner Einankerfrequenzumformer, dessen Primärseite die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt, während die Sekundärseite nur aus einer Wicklung besteht, die gleichzeitig Motorkurzschluß- und Transformatorsekundärwicklung ist, dadurch gekennzeichnet, daß für ein beliebiges Polpaarzahlverhältnis in der gemeinsamen Sekundärwicklung eine bestimmte Anzahl Spulen, in denen bezüglich des Transformatorsystems nach Betrag und Phase - gleiche Spannungen induziert werden, so zu einem Grundelement parallel geschaltet werden, daß dieses als Kurzschlußwicklung für das Motorsystem wirkt.
2. 2. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für ein beliebiges ganzzahliges Polpaarzahlverhältnis n : i n Spulen j e Phase, deren gegenseitiger elektrischer Wicklungswinkel bezüglich des Motorsystems ist, zu einem Grundelement parallel geschaltet sind.
3. 3. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Wicklungsausführung abhängige mögliche Anzahl Grundelemente in Serie oder parallel oder gemischt in Serie und parallel geschaltet sind.
4. 4. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für ein beliebiges gebrochenes Polpaarzahlverhältnis n : m die Nutzahl der Sekundärwicklung pro Pol und Phase für beide Systeme ganzzahlig ist und die der Polpaarzahl des Transformatorsystems entsprechende Zahl Einlochspulen, die unter den zugehörigen Polpaaren dieselbe elektrische Stellung haben, zu einem Grundelement parallel und die der Nutzahl pro Pol und Phase entsprechende Anzahl Grundelemente in Serie geschaltet sind.
5. 5. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei ganzzahligem Polpaarzahlverhältnis für die Primärwicklung des hochpoligen Systems n Spulen, -die bezüglich des niederpoligen Svstems um den elektrischen Wicklungswinkel gegeneinander verdreht sind, in Serie geschaltet sind.
6. 6. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungeradzahligem Polpaarzahlverhältnis die Primärwicklung des niederpoligen Systems als gesehnte -Zweischichtwicklung ausgeführt ist.
7. 7. Einankerfrequenzümformer nach Anspruch i, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei geradzahligem Polpaarzahlverhältms die Primärwicklung des niederpoligen Systems als ungesehnte Ein-oder Zweischichtwicklung ausgeführt ist. B. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei gebrochenem Polpaarzahlverhältnis, wenn die Primärwicklung einschichtig ausgeführt- sind, in jedem System alle Einzelspulen in Serie geschaltet sind. g. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, 4 und 8, dadurch .gekennzeichnet, daß bei gebrochenem Polpaarzahlverhältnis die Primär-Wicklung eines oder beider Systeme eine Zweischichtwicklung ist, bei der sämtliche Spulen in Serie oder höchstens zwei Gruppen parallel geschaltet sind, wobei die in Serie geschalteten Spulen jeder Gruppe unter den zugehörigen Polpaaren dieselbe elektrische Stellung haben. io. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch i, 2, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise ein ungeradzahliges Polpaarzahlverhältnis gewählt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 571 o48.