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Asynchronmaschine mit polumschaltbarer Wicklung für Betrieb mit insgesamt p Bol. paaren und'In Phasen.
Die Erfindung betrifft eine Asynchronmaschine mit polumschaltbarer Wicklung für Betrieb bei insgesamt p Polpaaren und m Phasen. Wird eine solche Maschine als Motor benutzt, so lässt sich durch iie Umschaltung der Wieklungen eine verlustlose Regelung der Drehzahl erzielen. Die bei polumschaltwaren Wicklungen stets vorliegende Aufgabe, mit einer Mindestzahl äusserer Anschlüsse und umzu- ; ehaltenden Leitungen auszukommen, wird mit der Erfindung in einfacher Weise gelöst.
Erfindungsgemäss besteht die umzuschaltende Wicklung aus N = p. m einander gleichen und
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von p und m ist, die bei einer Maschine vorkommen.
Zur Veranschaulichung der Erfindung werde zunächst eine polumschaltbare Wicklung beschrieben,
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bei Betrieb mit 4 und 8 Polen 3, bei Betrieb mit 6 Polen 2. Das kleinste gemeinsame Vielfache der hier vorhandenen Werte für p und m (nämlich 2,3 und 4) ist 12 ; demgemäss wird die gesamte Wicklung in 12 Untergruppen eingeteilt.
In Fig. 1 sind die Untergruppen 1-12 längs des Umfanges eines Kreises angeordnet. Jede der 12 Untergruppen besteht aus einer Anzahl von Spulensätzen, die nur der Bedingung zu genügen haben, dass sie in gleichen Abständen von einander am Umfange der Maschine verteilt seien und im wesentlichen dieselbe Anzahl von Windungen enthalten müssen. Jede der Untergruppen ist mit einem Pfeil versehen, der das Ende der Spulenuntergruppe bedeutet ; das entgegengesetzte Ende ist der Anfang. Durch drei weitere Gruppen von Pfeilen Na, Sa, Nb, Sb, Ne, Sc werden die Pole angedeutet, die bei Betrieb jeweils wirksam sind. Der Bogen zwischen den Polpfeilen entspricht der Polteilung bei der entsprechenden Anzahl von Polen.
Wir betrachten nunmehr die Spannungen, die bei dem vierpoligen Schaltungszustand der Wicklung aufgedrückt bzw. (im Generatorzustand) in der Wicklung induziert werden. Diese Spannungen sind durch Pfeile la-12a ihrer Vektorlage nach in Fig. 1 eingetragen. Bei Betrieb mit vier Polen ist z. B. der Vektor 4a um 180 elektrische Grade gegen den Vektor la in der Phase verschoben, entsprechend der räumlichen Verschiebung der Untergruppe 4 gegen die Gruppe 1 um eine volle Polteilung. Die beiden Spulenuntergruppen 2 und. 3, die um 1/3 und V, der Polteilung gegen die Spulengruppe 1 versetzt sind, erhalten induzierte Spannungen entsprechend den Vektoren 2a und 3a, die um 60 und 120 elektrische Grade gegen den Vektor la in der Phase verschoben sind.
Entsprechend wird die Winkelstellung der Spannungsvektoren in den übrigen Spulengruppen ermittelt. Die bei Betrieb mit acht Polen induzierten Spannungen sind in ähnlicher Weise aus den Vektoren 1b-12b und die für Betrieb mit sechs Polen induzierten Spannungen aus den Vektoren lese zu erkennen.
Man könnte nun die einzelnen Spulengruppen in einer beliebigen Weise derart vereinigen, dass bei Betrieb mit vier und acht Polen ein symmetrisches Dreiphasensystem und bei Betrieb mit sechs Polen ein symmetrisches Vierphasensystem gebildet wird.
Erfindungsgemäss geht man jedoch bei der Gruppierung der einzelnen Untergruppen derart vor, dass man die Untergruppen zu solchen Hauptgruppen dauernd verbindet, die den Schaltungen für alle geforderten Werte p gemeinsam sind. Eine derartige Gruppierung zeigen für den betrachteten Fall die Fig. 2,3 und 4 bzw. die Fig. 5, 6 und 7. Für dreiphasigen Betrieb mit vier Polen werden deshalb
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Hauptgruppen auf Spulenanfang und Spulenende im Sinne der eingezeichneten Pfeilrichtung Rucksieht genommen werden.
Die Schaltung für Betrieb mit acht Polen zeigen die Fig. 3 und 6, für Betrieb mit sechs Polen die Fig. 4 und 7. Die Fig. 5, 6, 7 können zu einer gemeinsamen Fig. 8 zusammengefasst werden. Dies wird dadurch möglich, dass in Fig. 3 auch äquipotentiale Verbindungen geschaffen werden. Die Enden der Spulenuntergruppenlb und'lb, 9b und 3b, 5b und llb können nämlich als Punkte gleichen Potentials miteinander verbunden werden.
Bei einer Schaltung nach Fig. 8 wird ein vierpoliger Betrieb dadurch erreicht, dass die End- klemmen Ti, üi, Vi durch eine Leitung P, die Endklemmen T"U"V, durch eine Leitung N miteinander verbunden'werden. Die Herausführungen sind an die Leitungen X, Y, Z angeschlossen. Für sechspoligen Betrieb werden die Herausführungen abgeschaltet und dafür vierphasige Heraus- führungen bei M, 0, P und N angeschlossen ; endlich werden für achtpoligen Betrieb die Verbindungen P und N aufgehoben, dagegen die Bügelverbindungen T, U und V hergestellt und die dreiphasigen Herausführungen an diese Verbindungsbügel angeschlossen.
Fig. 9 stellt die Verbindungen zwischen den verschiedenen Spulenuntergruppen 1-12 her, wie sie längs des Umfanges der Maschine verteilt sind. Die Verbindungen sind dieselben wie die in Fig. 8
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dem Schema nach Fig. 6 vorgesehen werden.
Weiterhin ist in Fig. 10 die Abwicklung einer Wicklung dargestellt, die gemäss den Fig. 8 und 9 geschaltet ist. Diese Wicklung besteht aus 24 Spulen die in 12 Untergruppen von je 2 Spulen unterteilt sind, wobei in jeder Nut zwei Lagen der Wicklung angeordnet sind. Die aus der Zeichnung erkennbaren stärkeren Linien bedeuten die Spulenseiten der oberen Lage, die dünneren die Spulenseiten der unteren Lage.
Arbeitet die Maschine mit polumschaltbarer Wicklung als Motor, so ist es notwendig, das den Motor speisende Phasensystem seiner Phasenzahl nach während der Polumschaltung zu verändern.
Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Asynchronmaschine mit polumschaltbarer Wicklung besteht darin, dass sie eine verlustlose Drehzahlregelung auf einfache Art auch dann ermöglicht, wenn für die Maschine nur ein Einphasennetz zur Verfügung steht. In diesem Falle kann man den erforderlichen Mehrphasenstrom beispielsweise durch einen Phasenumformer, der aus einer Asynchronmaschine mit Kurzschlussanker und zwei einphasigen, gegeneinander um 900 versetzten Ständerwicklungen besteht, erzeugen, ohne dass eine übermässig grosse Zahl von Verbindunggleitungen zwischen Umformer und Motor erforderlich ist. Die beschriebene polumschaltbare Wicklung lässt sich also beispielsweise mit diesem Phasenumformer auch für Bahnen benutzen, denen im allgemeinen nur ein Einphasennetz zur Verfügung steht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Asynchronmaschine mit polumschaltbarer Wicklung für Betrieb mit insgesamt p Polpaaren und m Phasen, gekennzeichnet durch N = p. m einander gleiche und symmetrisch verteilte Wicklungsuntergruppen, wobei N das kleinste gemeinsame Vielfache aller bei einer Maschine vorhandenen Werte von p und m bedeutet.