DE122369C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bilden Schaltungen, die man mit aufgeschnittenen Gleichstromwicklungen ausführen kann, um zwei Dreiphasenstromspannungen anderer Gröfse, als bei der unaufgeschnittenen Gleichstromwicklung möglich wäre, zu erhalten. Zu diesem Zwecke kann jede beliebige Gleichstromwicklung mit s Stäben und ia parallelen Stromkreisen dienen, welche durch 6 a Schnitte in 6 a Stabzüge getheilt wird. Die erhaltenen Stabzlige sind dann in verschiedener Weise mit einander zu schalten, um die zwei oben erwähnten Dreiphasenstroinspannungen zu erhalten.

Bevor auf die Erläuterung dieser Schaltungen näher eingegangen werden kann, erscheint es nöthig, über die Ausführung der Aufschneidungen und über die zu gebrauchenden schematischen Darstellungen, welche dazu dienen, die einzelnen Schaltungen anzudeuten, folgendes vorauszuschicken:

Bei jeder Gleichstromwicklung mit beliebiger Anzahl von Polen und Ankerdrähten (Stäben oder Windungen) erzeugt jeder Draht eine wechselnde elektromotorische Kraft, deren Verlauf im Allgemeinen kein sinusartiger, sondern ein der Form des Feldes entsprechender ist. Da nun die Drähte (Stäbe oder Windungen) gleichmäfsig auf dem Anker entweder einzeln oder in Gruppen (z. B. Nuthen) vertheilt sind, so wird jeder Stab zu einer bestimmten Zeit eine andere Phase, d. h. eine andere Lage gegenüber den Polen haben. Um nun am einfachsten diese Lage zu präcisiren, ist es zweckmSfsig, sich eine sinusartige Vertheilung des Feldes im Lufträume vorzustellen, um dann aus der Lage eines Stabes gegenüber dem Sinusfelde sofort auf dessen Phase schliefsen zu können, obwohl eine solche Vertheilung des Feldes, damit die später zu behandelnden Schaltungen richtig arbeiten, nicht nothwendig ist. Wenn, wie bemerkt, die inducirten Stäbe gleichmäfsig auf dem Umfange des Ankers vertheilt sind, ist es möglich, durch Theilungen des ganzen Ankerumfanges in sechsmal ρ gleiche Theile —- wo ρ die Zahl der Polpaare bedeutet ^;— Gruppen von Stäben zu bilden, bei welchen kein Draht eine gröfsere Phasenverschiebung als 60° gegenüber den anderen Drähten derselben Gruppe aufweisen kann, und welche als Ganzes genommen (d. h. Summe der elektromotorischen Kräfte sämmtlicher Drähte einer Gruppe) elektromotorische Kräfte erzeugen, welche um 60 ° gegenüber den elektromotorischen Kräften der benachbarten Gruppen verschoben sind. Durch diese Theilung erhält man also ebenso viele Phasen als Gruppen, wobei jedoch jede sechste Gruppe dieselbe Phase der elektromotorischen Kraft aufweist, und daher die Zahl der eigentlichen

Phasen sich immer auf 6 beschränkt. Es ist nun möglich, bei jeder Gleichstromwicklung mit allgemein ia parallelen Stromkreisen, durch Aufschneiden derselben in 6 α Punkten,

6 a getrennte Linienzüge von Stäben zu erhalten , so zwar, dafs in jedem solchen Zug nur Drähte derselben Phase vorkommen, d. h. nur Drähte, die auf dem Anker in den Strecken i, 4, 7, 10 u. s. w. oder in den Strecken 1 und 4, 2 und 5 u. s. w. oder endlich in nur einer Strecke liegen, wenn man· die 6p Strecken, in welche der Anker getheilt. ist, der Reihe nach mit 1, 2, 3 bis 6p bezeichnet. In allen Fällen und bei jeder Wicklung ist es zwar nicht möglich, 6 α vollkommen gleiche Linienzüge von Stäben zu bekommen, weil es vorkommen kann, dafs die Ankerstabzahl s nicht durch 6a theilbar ist; in diesem Falle wird man die Theilung so vornehmen, dafs die einzelnen Phasen, d. h. Stablinienzüge möglichst gleich viel Stäbe aufweisen, was sich in Wirklichkeit immer ganz gut ohne Nachtheile für die folgenden Schaltungen machen läfst.

In den Fig. 1 bis 4 der beiliegenden Zeichnungen ist nun an praktischen Beispielen gezeigt i, wie eine solche Aufschneidung in 6a Punkten erfolgen soll. Fig. 1 stellt das Schaltungsschema einer vierpoligen Maschine mit Reihenwellenwicklung [a = 1, d. h. mit nur 2 parallelen Stromkreisen) dar, wobei die gesammte Drähtezahl so gewählt worden ist, dafs sie durch 6a, hier 6, theilbar sei. Fig. 2 stellt- eine ähnliche Wicklung mit einer anderen, nicht durch 6 theilbaren Zahl von Stäben dar. Während also die Wicklung nach Fig. 1 in , 6 gleiche Stabzüge mit 7 Stäben sich theilen läfst, bekommt man bei der Wicklung nach Fig. 2 4 Stabzüge mit 8 und 2 Stabzüge mit

7 Stäben. Diese Ungleichheit ist nicht schädlich, umso weniger als in Wirklichkeit selten Wicklungen mit so wenig Stäben vorkommen, wie es hier angenommen worden ist. In Fig. 3 ist die Theilung der Gleichstromwicklung in 6 a Phasen einer achtpoligen Maschine gezeichnet mit a = 2, d. h. mit 4 parallelen Stromkreisen, während Fig. 4 dieselbe Theilung für eine sechspolige (jp = 3) Maschine mit a = ι, d. h. mit 2 parallelen Stromkreisen darstellt, wobei wieder die einzelnen 6 Phasen nicht vollkommen gleich sind.

Andere Beispiele der Theilung der Wicklung mit anderen Wicklungsarten, z. B. Ringschleifen- oder Ringwellenwicklung, dann Trommelschleifenwicklung, sind hier nicht nöthig anzuführen, und mögen diese angeführten Beispiele, wie die Theilung bei Trommelwellenwicklung vorgenommen werden soll, genügen.

Wie schon früher gesagt, bekommt man durch das Aufschneiden einer Wicklung in 6 a Punkte 6 a Stabzüge, aber nur immer 6 Phasen, indem α Stabzüge dieselbe Phase haben. Man wird daher in Zukunft immer von 6 Phasen sprechen können, wenn man annimmt, dafs die α gleichen Phasen hinter einander oder parallel oder theilweise hinter einander, theilweise parallel geschaltet seien, und wenn man unter einer Phase immer eine solche Gruppe von gleichen Phasen meint.

Jede Phase erzeugt nun eine elektromotorische^: Kraft, die um 6o° gegenüber den benachbarten Phasen verschoben ist, und da jede Phase gleich viel Spannung erzeugt, so kann man die elektromotorischen Kräfte der 6 Phasen durch die Seiten eines regulären Sechsecks darstellen, wie es.in Fig. 5 durch die Seiten des im Kreise eingeschriebenen Sechsecks geschehen ist. Die elektromotorische

Kraft einer Phase rührt nun von —— Drähten

6 · a

her, die ihrerseits unter einander gleich grofse, aber nicht phasengleiche elektromotorische Kräfte erzeugen. Da nun jeder Draht die gleiche elektromotorische Kraft und wegen der gleichmäfsigen Vertheilung der Drähte auf dem Anker jeder Draht eine um denselben kleinen Winkel verschobene elektromotorische Kraft erzeugt, und die Summe aller dieser Spannungen die Seite des Sechsecks giebt, so ist leicht einzusehen, dafs man die Spannung der einzelnen Drähte durch Sehnen, z. B. in Fig. 5

des Bogens I · ι darstellen kann, indem, man

gleiche Theile theilt

den Bogen I ·1

in

6-a

und die Sehnen einzeichnet. In Fig. 5 ist angenommen, dafs 7 Drähte zusammen die elektromotorische Kraft einer der 6 Phasen erzeugen, wie es bei dem in Fig. 1 dargestellten Wicklungsschema der Fall ist. Um endlich eine Gleichstromwicklung mit 2 a parallelen Stromkreisen richtig in 6 a Gruppen von Drähten aufschneiden zu können, fange man bei einem beliebigen Punkte I an und verfolge die Wicklung nach einer Seite hin, indem man den Anfang des ersten Stabes mit A¹ bezeichnet.

Nach Ueberschreitung von ——- Stäben gelangt man zum zweiten Schnittpunkt 1 und sei das Ende des letzten schon überschrittenen Stabes mit e_x , der Anfang der noch zu überschreitenden zweiten Phase mit a_L bezeichnet.

Nach Ueberschreitung von weiteren -: Stäben

. 0 · a

gelangt man zum Schnittpunkteil u. s. w. Die weiteren Bezeichnungen sind aus den Fig. 1 bis 5 ersichtlich. Hat man nun 6 Phasen überschritten und ist α gröfser als 1, d. h. hat die Wicklung mehr als zwei parallele Stromkreise, so gelangt man wieder zum Anfang einer zweiten ersten Phase, welche

mit A₁ bezeichnet sei. Die weiteren Bezeichnungen sind aus Fig. 3 zu entnehmen. Hat jedoch die Maschine getrennte Wicklungen, so mufs man die zweite, dritte u. s. w. Wicklung in- den 6 Punkten desselben Potentials wie die erste Wicklung aufschneiden.

Nachdem nun Obiges vorausgesetzt worden ist, ist es klar, dafs man sich von nun an der schematischen Darstellung der Fig. 5- wird bedienen können, um die verschiedenen Schaltungen anzudeuten, die man mit den 6 a Stabgruppen ausführen kann.

Wie schon anfangs erwähnt wurde, haben also alle den Gegenstand der Erfindung bildenden Schaltungen den Zweck, aus einer in 6 a Punkten aufgeschnittenen Gleichstromwicklung zwei verschieden grofse Dreiphasenstromspannungen dadurch zu erhalten, dafs man die 6 α erhaltenen Stabzüge verschieden mit einander schaltet.

Fig. 6 und 7 stellen nun solche Schaltungen vor, welche dadurch entstehen, dafs man je zwei benachbarte Stabzüge zu einer Doppelphase verbindet, so dafs man mit den resultirenden Phasen A₁ E₁, A₂E₂ und A_SE_S zu thun hat. Diese 3 Doppelphasen sind dann nach Fig. 6 so geschaltet, dafs E₃ mit M₁, E₁ mit n₂ und E₂ mit M₃ verbunden sind, wo M₁, M₂ und M₃ drei auf den 3 Phasen um gleich viel von A₁, A₂ und A₃ abstehende Punkte der Wicklung sind. Es ist daher möglich, aus einer Maschine 2 Dreiphasenstromspannungen A₁A₂ und E₁ E₂ zu entnehmen, deren relative Gröfse durch, die Wahl der Punkte M₁, M₂

und M₃ auf den entsprechenden Bögen A₁ E₁,

A₂ E₂ und A₃ E₃ verändert werden kann. Die kleinere Spannung kann z. B. dabei für Licht, die gröfsere für Motorenbetrieb dienen.

In Fig. 7 ist eine der Fig. 6 ähnliche Schaltung gezeichnet, nur mit dem Unterschiede, dafs hier die Punkte E₁ , E₂ und E₃ anders mit den Punkten M₁, M₂ und M₃ verbunden sind als früher.

Fig. 8 stellt eine solche Schaltung vor, welche dadurch entstanden ist, dafs man die Verbindungen der Enden der 3 Doppelphasen cyclisch verschoben hat. Während nämlich bei der unaufgeschnittenen Gleichstromwicklung A₁ mit E₃, A₂ mit. E₁ und A₃ mit E₂ verbünden sind, wird bei dieser Schaltung A₁ mit E₂, A₂ mit E₃ und A₃ mit .E₁ verbunden.

Um bei dieser Schaltung 2 Dreiphasenstromspannungen zu bekommen, nimmt man auf den 3 Doppelphasen 3 symmetrisch gelegene Punkte M₁, M₂ und M₃ an, zwischen welchen

man dann eine der Strecke M₁ M₂ proportionale Spannung bekommt.

Diese Schaltung kann wie die Gegenschaltung bei Drehstrommotoren Verwendung finden, indem man die Punkte, welche die kleinere Spannung liefern, mit einander beständig entweder kurz schliefst oder durch Widerstände verbindet. Sind närrilich die Punkte M₁, M₂ und M₃ beständig mit einander kurzgeschlossen, so erhält man bei einem und demselben Drehmomente . des Motors eine im Verhältnisse AAY²

— -I. gröfsere Schlüpfung. Um dann zum

M₁ M₂ /

normalen Betrieb überzugehen,¹ benutzt man die gröfsere Spannung, indem man die Punkte A₁, A₀ und A₃ mit einander kurzschliefst.

In den folgenden Schaltungen nach Fig. 9 bis 15 ist dagegen immer aus je zwei Stabzügen, deren Phasen um i8o° verschoben sind, durch Hintereinanderschaltung eine Doppelphase gemacht, so dafs man auch hier mit nur 3 resultirenden Phasen, nämlich mit den Phasen A_Ύ ε_λ E₂ a₂, A₂ e₂ E₃ a₃ und A₃ e₃ Ε_λα_λ zu thun hat. Diese 3 Phasen sind dann in Fig. 9 so geschaltet, dafs U₁ mit W₃, a₂ mit W₁ und Λ₃ mit W₂ verbunden sind, so wiederum M₁, M₂ und M₃ drei um gleich viel von JE₁, jE₂

und E„

auf den Bogen E₁ a_x, E₂ a₂

E₃ a₃ abstehende Punkte der Wicklung sind. Auch aus dieser Wicklung kann man 2 Dreiphasenstromspannungen entnehmen, nämlich

eine kleinere a₁ a₂ und eine gröfsere A₁ A₂. In Fig. 10 ist eine der Fig. 9 ähnliche Schaltung gezeichnet,, mit dem Unterschiede, dafs hier a_y mit M₂ statt M₃, a₂ mit M₃ statt M₁, und a₃ mit M₁ statt M₂ verbunden sind.

Auch in. diesem Falle kann man selbstverständlich durch passende Wahl der Punkte M₁, M₂ und M₃ das Verhältnifs der Spannungen ändern. Wählt man M₁, M₂ und M₃ nicht mehr

auf den Bogen E₁ Ci₁, E₂ a₂ und E₃ a₃, 'sondern auf den Bogen A₁ e

_x, A₂ e₂ und A₃ e₃ A

_{1 x 3}

in gleichen Abständen von A₁, A₂ und A₃, so erhält man, wie die Fig. 11 und 12 zeigen, wiederum 2 Dreiphasenstromspannungen, deren

Gröfse sich wie die Strecken a_x a₂ zu A₁ A₂ verhalten. Der Unterschied in den beiden Schaltungen besteht darin, dafs in Fig. 11 a_{ mit M₁, a.₂ mit M₂ und a₃ mit M₃, während in Fig. 12 U₁ mit M₂, a₂ mit M₃ und a₃ mit M₁ verbunden sind.

Fig. 13 und 14 stellen zwei besondere Fälle dar, wenn nämlich die Punkte M₁, M₂ und M₃ so gewählt werden, dafs sie mit E₁, E₂ und E₃ zusammenfallen. In Fig. 13 sind a_x mit E₂, a₂ mit E₃ und a₃ mit E₁ verbunden, während in Fig. 14 a₁ mit E₃, a., mit JE₁ und a₃ mit E₂ verbunden sind.

In Fig. 15 sind die 3 Phasen im Dreieck geschaltet, eine Schaltung, welche dann entsteht, wenn man die 3 Punkte M₁, M₂ und M₃ so wählt, dafs sie mit A₁, A₂ und ^l₃ zusammenfallen.

Um auch aus dieser Schaltung 2 Dreiphasenstromspannungen entnehmen zu können, mufs man auf den 3 Doppelphasen 3 Punkte wählen, die mit H₁, n₂ und η._Λ (Fig. 15) bezeichnet seien. Diese Schaltung kann dann als Gegenschaltung bei Drehstrommotoren Verwendung finden, indem man die 3 Punkte, weiche die kleinere Spannung liefern, mit einander beständig entweder kurzschliefst oder durch Widerstände verbindet. Sind nämlich die 3 Punkte M₁, n₂ und ?z₃, welche die kleinere Dreiphasenstromspannung liefern, beständig mit einander kurzgeschlossen, so erhält man bei einem und demselben Drehmomente des Motors eine

(A AA-im Verhältnisse |— ^l- -| gröfsere Schlüpfung.

Um dann zum normalen Betriebe überzugehen, benutzt man die gröfsere Spannung, indem man die Punkte A₁, A₂' und A_a mit einander kurzschliefst. In den letzten zu besprechenden Schaltungen endlich ist immer aus 2 Stabzügen, deren Phasen um i8o° verschoben sind, durch Parallelschaltung je eine Doppelphase gemacht, so dafs man wiederum mit 3 Doppelphasen zu thun hat, wie z.B. Fig. 16 zeigt. Sind nun diese 3 Doppelphasen entweder in Stern (Fig. 16) oder in Dreieck geschaltet, so mufs man wiederum durch Annahme von 6 Punkten auf den 6 Stabzügen dafür sorgen, dafs man auch die kleinere Dreiphasenstromspannung bekommt. In Fig. 16 ist nun angedeutet, wie das geschehen soll,

indem die Strecken m η die kleinen und die

Strecke A₁ A₂ die gröfsere Spannung darstellen. Auch diese Schaltung ist bei Drehstrommotoren so wie die Gegenschaltung verwendbar; schliefst man nämlich die 6 Punkte, welche die. kleinere Dreiphasenstromspannung liefern sollen, paarweise entweder kurz oder verbindet sie durch Widerstände, und zwar so, dafs man immer diejenigen Punkte, welche sich auf einer Doppelphase befinden, mit einander kurzschliefst, so erhält man bei einem bestimmten Drehmomente eine Schlüpfung,

welche im Verhältnisse I 1 gröfser ist

Xm₁ n.J

als jene, die man bei Kurzschlufs der Punkte A₁, A₂ und Α_Ά bekommen würde.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Schaltung der Wicklungen von Wechselstromerzeugern oder Inductionsmotoren in der Weise, dafs mittels einer in 6 a Punkten aufgeschnittenen Gleichstromwicklung mit ia parallelen Stromkreisen aus einer Wicklung 2 Dreiphasenstromspannungen entnommen werden können, dadurch gekennzeichnet,, dafs aus den 6 a gleichen oder nahezu gleichen Stabzügen, welche durch die 6 α Schnitte erhalten worden sind, 6 Phasen gemacht werden, indem immer je α phasengleiche Stabzüge entweder durch Parallel- oder Hintereinander- oder gemischte Schaltung zu einer einzigen Phase verbunden werden, und aus je zwei benachbarten Phasen (Fig.. 6 bis 8) je eine resultirende Phase gemacht wird, und die den so erhaltenen resultirenden Phasen entsprechenden Wicklungen so geschaltet werden, dafs immer die kleinere Spannung aus 3 Punkten, welche auf den 3 Wicklungen symmetrisch liegen, entnommen wird, während die gröfsere aus 3 von den 6 Enden der 3 Wicklungen entnommen wird, während die anderen 3 Enden an symmetrische Punkte der Wicklungen, angeschlossen sind.
2. 2. Schaltung einer Wicklung mit gleicher Untertheilung wie nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dafs aus je zwei um i8o° verschobenen Phasen (Fig. 9 bis 15) durch Hintereinanderschaltung derselben je eine resultirende Phase gemacht und die den so erhaltenen resultirenden Phasen entsprechenden Wicklungen so geschaltet werden, dafs immer die kleinere Spannung aus 3 Punkten, welche auf den 3 Wicklungen symmetrisch liegen, entnommen wird, während die gröfsere aus 3 von den 6 Enden der 3 Wicklungen entnommen wird, und die anderen 3 Enden an symmetrische Punkte der Wicklungen angeschlossen sind.
3. 3. Schaltung einer Wicklung mit derselben Untertheilung wie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs aus je zwei um i8o° verschobenen Phasen durch Parallelschaltung derselben wieder je eine resultirende Phase gemacht und die den so erhaltenen resultirenden Phasen entsprechenden Wicklungen entweder im Stern (Fig. 16) oder im Dreieck geschaltet werden, wobei die kleinere Spannung zwischen Punkten derselben Doppelphase entnommen wird, während die gröfsere bei Sternschaltung der Doppelphasen aus 3 von den 6 Enden der 3 Doppelphasen und bei Dreieckschaltung der Doppelphasen aus den 6 Enden der 3 Doppelphasen entnommen wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.