DE2007495A1

DE2007495A1 - Dreiphasen Induktions Motor mit durch Pol Amplituden Modulation auf zwei Dreh zahlen umschaltbarer Standerwicklung

Info

Publication number: DE2007495A1
Application number: DE19702007495
Authority: DE
Inventors: Alexander Richard William. Rawchffe Gordon Hindle Fong William Bristol Broadway (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-02-18
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1971-02-25
Also published as: GB1303992A; FR2035594A5; CA918735A; SE364410B; CH504130A; DE2007495B2; US3673477A; DE2007495C3

Description

Der Patentanwalt Dipl-Ing. W. Beyer «ooo Frankfurt/main Dipl.-Wirtsch.-Ing.B. Jochem freiherr-vom-stein-strassei»

taSadten: Ax.i

National Research Development

Corporation

London S V 1

Priorität der brit. Patentanmeldung No. 8791/69 v. 18. Febr. 1969

Dreiphasen-Induktions-Motor mit durch Pol-Amplituaen-Modulation auf zwei Drehzahlen umschaltbarer Ständerwicklung

Die Erfindung bezieht sich auf Dreiph%en-Induktions-Motoren mit durch) Pol-Mplituden-Modulation auf zwei Drehzahlen umschaltbarer Ständerwicklung.

Das Prinzip der Pol-Umschaltung durch Pol-Amplituden-Modulation (P.A.M.) ist in Bezug auf Zweischicht-Dreiphasen-Wicklungen wohlbekannt. Eine Anzahl von Patentschriften und technischen Veröffentlichungen erläutern dieses Prinzip und beschreiben verschiedene Arbeitsverfahren, die für die praktische Anwendung entwickelt wurden.

Die Hersteller kleiner Induktionsmotoren geben der Einschichtwicklung aus Wirtschaftlichkeitsgründen den Vorzug. Diese Wicklungsart kommt mit weniger Spulen aus, hat weniger Stirnverbindungen und kann leichter auf automatischen Wickelmaschinen hergestellt werden als eine Zweischichtwicklung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung der Pol-Amplituden-Modulation auf Einschichtwicklungen für Dreiphasen-Induktionsmotoren. Gemäss der Erfindung wird

diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ständerwicklung als Einschichtwicklung innerhalb einer im Vergleich zu einer entsprechenden Zweischichtwicklung doppelten Anzahl von Ständernuten ausgeführt ist, wobei jeweils eine Seite jeder Spule in einer geradzahligen und die andere Spulenseite in einer ungeradzahligen Nut bei beliebiger Durchnumerierung der am Ständerumfang aufeinanderfolgenden Nuten eingebettet ist.

Eine andere Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin, daß die Ständerwicklung als Einschichtwicklung in einem Ständer mit gleicher Nutenanz^ahl wie bei einer entsprechenden Zweischichtwicklung ausgeführt ist, wobei die Einschichtwicklung einer Schicht der korrespondierenden Zweischichtwicklung entspricht und Spulenserien mit entgegengesetzter Stromrichtung zu konzentrischen Spulen mit gleicher Spulenachse verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend zum besseren Verständnis und der Erleichterung ihrer Überführung in die Praxis anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Eszeigen :

Pig. 1A Las Wickelschema der oberen Schicht einer 4—Pol/ 6-Pol-Zweischichtwicklung in 18 Ständernuten,

Pig. 1B die Nutenvektoren für jede der drei Phasen für die Wicklung nach Pig. 1A,

Pig. 10 die Anordnung der Spulenseiten der Zweischichtwicklung nach Pig. 1A als Einschichtwicklung in 36 Nuten,

Pig. 2 die Ableitung einer konzentrischen Wicklung von der ^-Pol/e-Pol-Einechichtwicklung mit gleicher Spulenweite in 36 Nuten nach Pig. 1C,

Pig. 3 das Wickeleohema einer weiteren i-Pol/6-Pol-Zweischichtwicklung mit Pol-Amplituden-Modulation in 36 Nuten,

- ν- 10 9 8 0 9/1228

Pig. 4- das Wickelschema einer ö-Pol/S-Pol-Zweischichtwicklung mit Pol-AmplitudenrModulation in 36 Nuten,

Pig. 5 die einschichtige konzentrische 4-Pol/6-Pol-Wicklung in 36 Nuten entsprechend der Zweischichtwicklung nach Pig. 3t

Pig. 6 die einschichtige konzentrische 6-P0I/8-P0I-Wicklung in 36 Nuten entsprechend der Zweischichtwicklung nach Pig. 4-,

Pig. 7 das Wickelschema der konzentrischen 4—P0I/6-P0I-Wicklung nach Pig. 5»

Pig. 8 das Wickelschema der konzentrischen 4—P0I/6-P0I-Wicklung nach Pig. 2,

Pig. 9 das Wickelschema der 6-Pol/8-Pol-Wicklung nach Pig. 6 und

Pig.10 eine zweischichtige gestufte konzentrische 8-Pol/ 2-Pol-Wicklung für Pol-Amplituden-Modulation in 18 Nuten.

Einschichtwicklungen, insbesondere solche mit konzentrischen Spulen, werden in letzter Zeit für serienmässige Induktionsmotoren mit nur einer Drehzahl, und zwar sowohl für Einphasenbetrieb wie für Dreiphasenbetrieb erneut bevorzugt. Ihre Herstellung wird von einigen Herstellern als wirtschaftlicher gegenüber Zweischichtwicklungen erachtet. Ausserdem können sie oft auf automatischen Wickelmaschinen gewickelt werden.

Es ist deshalb als erwünscht anzusehen, Einschichtwicklungen auch für Dreiphasen-Induktionsmotoren mit Polumschaltung durch Pol-Amplituden-Modulation zu schaffen, so daß diese, wenn Einschichtwicklungen bevorzugt werden, als eine Alternative zu bestimmten bekannten Zweischichtwicklungen verwendet werden können.

109809/1228

Insoweit die Herstellungskosten davon betroffen sind, gelten die gleichen Argumente sowohl für polumschaltbar Motoren mit Pol-Amplituden-Modulation wie für Motoren mit nur einer Drehzahl. Andererseits ist dort für gewöhnlich eine Verschlechterung der Feldwellenform gegeben , wo eine einschichtige Wicklung mit Pol-Amplituden-Modulation anstelle einer zweischichtigen Pol-Amplituden-Modulationswicklung verwendet wird. Die Sehnung einer zweischichtigen Pol-Amplituden-Modulationswicklung wirkt sich fast immer in einer Verminderung des Anteils der restlichen parasitären Oberwellen aus; Motoren mit einem Drehzahlbereich werden durch die Sehnung jedoch nur in zweiter Linie hiervon betroffen.

Pur polumschaltbar Motoren großer Leistung mit Pol-Amplituden-Modulation, die nur in einem oder zwei Exemplaren zu liefern sind, ist die Ausgabe für den Bau eines Prototyps für jede neue Konstruktion völlig unannehmbar. Als Folge hiervon ist es notwendig, das Risiko von Störungen durch den Entwurf von Serienmaschinen für ein Minimum an Gehalt von Oberwellen klein zu halten; und hierfür werden zweischichtige Wicklungen als Wicklungen für grosse polumschaltbare Motoren mit Pol-Amplituden-Modulation neben ihren Herst ellungsvort eil en normalerweise verwendet, so daß man sich in Bezug auf parasitäre Oberwellen auf der sicheren Seite befindet.

In der Tat reichen einschichtige Pol-Amplituden-Modulations-Wicklungen, insbesondere solche für eine begrenzte Anzahl von Nuten (beispielsweise 36 Nuten) trotz des Auftretens erheblicher Oberwellen bei einer (oder beiden) Drehzahl völlig aus. Es ist besonders erwünscht, die Auslegung einer jeden Einschichtwicklung durch Bau eines Prototyps zu prüfen, und dieses Erfordernis hat auch keinerlei Bedeutung, wenn es um die Herstellung kleiner Motoren in Massenproduktion geht.

^{N 5242} 109809/1228

Ferner kann eine leichte Verschlechterung im Betriebsverhalten (Anlassdrehmoment, Leistungsfaktor oder Wirkungsgrad) bei sehr kleinen Motoren für gewöhnlich hingenommen werden, vorausgesetzt sie sind einfach im Aufbau und billig in der Herstellung.

Ein erster grundsätzlicher Weg zur Schaffung einer einschichtigen P.A.M.-Wicklung - sei es mit Rautenspulen gleicher Weite oder mit konzentrischen Spulen - besteht erfindungsgemäss in der Auslegung der Wicklung als zweischichtige P.A.M.-Wicklung für die gleiche Polzahl, Jedoch nur für die halbe Anzahl von Ständernuten, als sie für die entsprechende Einschichtwicklung erforderlich ist. Diese Zweischichtwicklung wird dann so betrachtet, als ob alle als Leiter in der einen Richtung dienenden Seiten Jeder aufeinanderfolgenden Spule in jede zweite Nut, beispielsweise eine ungeradzahlige Nut des einschichtigen Ständers eingelegt sind, während die als Rückleiter dienenden Spulenseiten in den dazwischenliegenden Nuten, dem Beispiel entsprechend in den geradzahligen Nuten liegen.

Diese Anordnung erlaubt einen bestimmten Grad an Sehnung, Jedoch muss der Wickelschritt (Spulenweite) stets einer ungeraden Anzahl von Nuten in Bezug auf die einschichtige Nutanzahl entsprechen. Ein solcher Wickelschritt ist nicht immer ideal zur Ausschaltung von Oberwellen, und die resultierende magnetomotorische Kraft oder Feldstärke einer solchen Wicklung ist für gewöhnlich etwas schlechter als die einer Zweischichtwicklung in der gleichen Anzahl von Nuten.

Nichtsdestoweniger und trotz aller Schwierigkeiten können auf diese Weise gute einschichtige P.A.M.-Wicklungen geschaffen werden. In der Fig. 1 der britischen Patentschrift 988 726 ist eine dreiphasige 4-Pol/6-Pol-Zweischichtwicklung mit Pol-Amplituden-Modulation in 36 Nuten dargestellt, die nach dem Nutensternverfahren ausgelegt ist.

10Θ800/1228

Unter Anwendung genau desselben Verfahrens kann eine zweischichtige 4-P0I/6-P0I-P.A.M.-Wicklung in 18 Nuten auf dem in Fig. 1A der Zeichnung dargestellten Wege erhalten werden.

Fig. 1B zeigt die Nutensterne für jede der drei Phasen der ^■-Pol-Wicklung nach Fig. 1A auf einer 6-Polbasis, wobei der Nutenwinkel für sechs Pole in 18 Nuten 60° beträgt. Die Phasenfolge sowohl für 4- Pole wie auch für 6 Pole ist A B C. In Fig. 1B sind diejenigen Spulen mit einem Kreis um die Nutnummer versehen, die umgepolt werden, um eine ausgewogene 6-Polwicklung zu erhalten.

Diese zweischichtige P.A.M.-Wicklung mit 18 Nuten kann leicht in eine einschichtige P.A.M.-Wicklung mit 36 Nuten überführt werden durch Verwendung eines Wickelschrittes von 5 oder 7 Nuten (theoretisch jeder ungeraden Nutzahl) anstelle von 6 Nuten. In Fig. 1C wurde ein Wickelschritt von 7 Nuten angewandt. Die Spulengruppierung für die ursprüngliche 4-polige dreiphasige Zweischichtwicklung in 18 Nuten war 1-2-1-2 pro Phase, und die Modulationswelle für eine Schicht wurde durch das Nuten-Sternverfahren entsprechend der Beschreibung in der britischen Patentschrift 988 726 erhalten. Die Felderregerkurve für die resultierende Einschichtwicklung in 36 Nuten wird durch Überlagerung der Felderregerkurven der beiden Schichten der 18-Nutwicklung erhalten. Der Entwurf der ursprünglichen Wicklung, die Ableitung der Modulationswelleund die Vereinigung der beiden Schichten zu einer Einschichtwicklung geht aus der Betrachtung der Fig. 1A, 1B und 1C klar hervor.

Wenn Rautenspulen gleicher Breite beibehalten werden sollen, reicht die einschichtige Auslegung nach Fig. 10 aus. Es müssen nur noch die Spulen einer jeden Phase in üblicher Weise verbunden werden, so daß die umzupolenden Spulen die eine Hälfte und die nicht umzupolenden Spulen die andere Hälfte einer jeden Phasenwicklung bilden.

^{N 32}^² 109809/1228

Wohingegen für jede Phase einer Einschichtwicklung die gleiche Anzahl "positiver" und "negativer" Spulenseiten in jeder Hälfte der Phasenwicklung vorhanden ist, ist es möglich, die Leiter so miteinander zu verbinden, daß eine konzentrische Wicklung entsteht. Dies kann stets "bei einschichtigen P.A.M.-Wicklungen gesehehen, die in oben beschriebener Weise abgeleitet sind, hingegen nicht immer bei Wicklungen, die in nachstehend beschriebener Weise abgeleitet sind.

In Fig. 2 ist gezeigt wie die in Fig. 10 dargestellte rautenförmige Wicklung mit gleicher Spulenweite in eine konzentrische Wicklung umgewandelt werden kann. Der obere Teil der Darstellung zeigt sowohl die Leiteranordnung wie auch die Modulationswelle zur Umschaltung der Wicklung von 4 Polen auf 6 Pole. Dieser Leiterplan der Figur wird in die einzelnen Phasen aufgeteilt, und die bei der Umschaltung auf 6 Pole umzupolenden Leiter sind mit dem Zeichen { j darüber versehen. Es ist dann ziemlich leicht zu erkennen wie die Leiter in konzentrischer Form miteinander zu verbinden sind, wobei ein notwendiges Erfordernis darin besteht, daß die beiden eine Spule bildenden Leiter entgegengesetzte Vorzeichen besitzen und entweder beide Leiter oder keiner von ihnen das Umpolzeichen \ I trägt.

Fig. 2 veranschaulicht alle wesentlichen Daten zur Aufzeichnung eines endgültigen WicklungsSchemas für die Fertigung für eine 4-Pol/6-Pol-Dreiphasen-Einschichtwicklung mit konzentrischen Spulen und Pol-Amplituden-Modulation in 36 Nuten, und das entsprechende Wicklungsschema ist in Fig. dargestellt.

Dieses Wicklungsschema kann verglichen werden mit dem entsprechenden Schema nach Fig. 7 für eine andere Ausführungsform einer einschichtigen 4-Pol/6-Pol-Dreiphasenwick- lung mit konzentrischen Spulen in 36 Nuten,

N 3242 10960Ö/1228 '

Wenn eine Einschichtwicklung mit rautenförmigen Spulen gleicher Weite in eine konzentrische Wicklung überführt wird, ergibt sich eine weitere Möglichkeit bezüglich der Modulationswelle. Bei der Auslegung der Wicklung nach Fig. 1C wurde die Modulationswelle für die gesamte 36 nutige Einschichtwicklung abgeleitet durch Überlagerung der verschiedenen Wellen für die ursprünglichen zwei Schichten von Je 18 Nuten, von denen die Wicklung hergeleitet wurde.

Wenn die Spulenweite merklich verschieden ist. gegenüber einer Durchmesserwicklung für 6 Pole, wird hierdurch der 6-Pol-Wicklungsfaktor vermindert. Es ist möglich, dies durch Anwendung des Nutensternverfahrens auf die 36 nutige Einschichtwicklung zu verbessern, indem Nutenvektoren von 30° und nicht von 60° wie für 18 Nuten angewandt werden. Der Umstand, daß die Wicklung in konzentrische Formen überführt werden soll, macht es möglich vorauszusetzen, dass ein Jeder Leiter unabhängig von einem jeden anderen behandelt werden kann und daß sie nicht durchgehend zu Leiterpaaren verbunden sind, wie dies der Fall sein würde, wenn rautenförmige Spulen gleicher Breite beibehalten wurden.

Im Falle der in den Fig. 10 und 2 betrachteten Wicklung ist die Modulationswelle, die nach einer dieser beiden Verfahren abgeleitet wird, dieselbe, weil die Spulenweite (Wickelschritt) so dicht wie möglich neben der Spulenweite für eine 6-polige Durchmesserwicklung liegt. Für eine andere Wicklung, die nachstehend erläutert wird, sind hingegen zwei verschiedene Modulationswellen möglich, wenn konzentrische Spulen zur Anwendung kommen können.

Als Alternative zu einer Spulengruppierung von 1-2-1-2 pro Phase für eine ^-Pol-Wicklung in 18 Nuten ist es möglich, eine Spulengruppierung von 0-3-0-3 pro Phase zu verwenden. (Eine solche Wicklung könnte auch als eine 4—polige Dreiphasen-Zweischichtwicklung mit 120° Ausdehnung in 18 Nuten bezeichnet werden.) Diene Wicklung kann ebenfolln in eine einschichtige

ι ι· υ !<■ η '■

4-P0I/6-P0I-P.A.M.-Wicklung mit 36 Nuten in oben beschriebener Weise überführt werden. Die Spulenweite kann 5,7 oder 9 Nuten betragen. Wenn diese Wicklung eine Spulenweite von 9 Nuten besitzt und in konzentrischer Form überführt werden soll, ist es möglich und sogar erwünscht, eine bessere Modulationswelle und einen höheren Wicklungsfaktor durch einen Nutenstern mit 50° zwischen den Sternvektoren in eine 36-nutige Einschichtwicklung ohne Rücksicht auf die Verbindung der einzelnen Spulenseiten zu überführen. Dabei verdient Beachtung, daß bei Beibehaltung von Rautenspulen gleicher Weite die ursprünglich von dem 60°- Nutenstera abgeleitete Modulationswelle die einzige Möglichkeit darstellt.

Welche Spulengruppierung und welche Spulenweite in jedem besonderen Fall gewählt wird, hängt von den Anforderungen an den Motor, der gewünschten Charakteristik und der entsprechenden Feldwellenform, wie sie durch einen Rechner bestimmt ist, ab.

Ein zweiter grundsätzlicher Weg zur Schaffung einer konzentrischen einschichtigen P.A.M.-Wicklung - nicht hingegen zur Schaffung von P.A.M.-Wicklungen mit Rautenspulen gleicher Weite - gehört gleichfalls zur vorliegenden Erfindung. Dieser Weg verläuft nicht über die Auslegung einer Zweischichtwicklung für die Hälfte der tatsächlich zur Verfügung stehenden Anzahl von Nuten. Im Gegenteil: der erste Schritt besteht in der Auslegung einer Zweiechicht-P.A.M-Wicklung von vorneherein für die endgültige Nutenzahl·

Das Zweischicht-P.A.M.-Wicklungsdiagramm der allgemeinen Form nach Fig. 3 liefert alle Nutenwicklungsangaben für eine solche Wicklung. Fig. 3 zeigt das Wicklungsschema für eine zweischichtige 4--Pol/6-Fol-P,A.M.-Wicklung Ln 36 Nuhon, wie on al« FIp;. 5 in dei? obfiniit-w"hiii;>.n brtl:1 π·- !>■',·; Ρμ!,>·ι;?; ifhri.fr;

Der Wickelschritt ist durchgehend 6 Nuten (von Nut 1 nach Nut 7 usw.). Pur 4-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte, in Parallel-Stern mit

Stromzuführung bei Ap» B~, Cp und Verbindung von A^, B^, C^

geschaltet. Für 6-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in Serie-Stern mit

Stromzuführung bei A., B_x., C. und Isolation von J^, B^, C~

geschaltet. Hit gleicher Phasenfolge der Stromzufuhr iet die Drehrichtung des Feldes für beide Polzahlen die gleiche.

Fig. 3 zeigt in der Tat nur das Schema einer Schicht; das Schema der anderen Schicht ist in der Form identisch jedoch im Abstand um eine Nutenanzahl versetzt, die gleich derm Wickelschritt ist, und hat umgekehrtes Vorzeichen.

In vielen solcher Schemen ist die Anzahl der positiven Spulen innerhalb jeder der sechs halben Phasenwicklungen gleich der Anzahl der negativen Spulen in denselben halben Phasenwicklungen. Beispielsweise sind in der 4—Pol/6-Bol-B.A.M.-Wicklung für 36 Nuten nach Fig. 3 drei positive und drei negative Spulen in jeder der sechs halben Phasenwicklungen vorhanden. Die PhasenB und C unterscheiden sich von der Phase A, die Bedingung der gleichen Anzahl positiver und negativer Spulen in jeder halben Phasenwicklung ist jedoch für alle drei Phasen erfüllt.

Eine ähnliche Ausführungsform eines P.A.N.-Wicklungsschemas, jedoch für 6/8 Pole in 36 Nuten ist in Fig. 4 gegeben.

Für diese Wicklung beträgt die Spulenweite bzw. der Wickelschritt durchgehend 5 .Puben (von Nut; 1 nach Nut 6 usw) .

Pur 6-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in Parallel-Stern mit

Stromzuführung "bei Ag, Bg, Cg und Verbindung von A,,, B^, C₁

geschaltet. Für 8-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in Serie-Stern mit

Stromzuführung bei A^, B^, C^ und Isolation von Ag₁ Bg, Cg

geschaltet· Bei gleicher Phasenfolge der Stromzufuhr ist die Drehrichtung des Feldes bei den beiden Polzahlen entgegengesetzt.

Auch hier ist die Bedingung der Gleichheit zwischen positiven und negativen Spulen wiederum erfüllt.

Diese Bedingung ist jedoch nicht für alle P.A.M.-Wicklungen immer erfüllt: beispielsweise ist eine zweischichtige P.A.M.Wicklung für 6/4- Pole in der einen Hälfte der Phasenwicklung A mit +1 - 4+1 und in der anderen Phasenhälfte mit - _1 +4 -1 gruppiert. Die obige Bedingung ist jedoch für sehr viele P.k.M.-Wicklungen wiederum erfüllt, und das neue Auslegungsverfahren hat somit in beträchtlichem Maße Allgemeingültigkeit .

Für Wicklungen, die die obige Bedingung erfüllen, kann eine Einschichtanordnung in derselben Anzahl von Nuten von dem Zweischicht-Wickelscheraa ganz einfach durch Bestimmung der Leiter (nur) der einen Schicht und entsprechende Zuordnung •der zugehörigen Bezeichnungen und Umkehrzeichen zu diesen abgeleitet werden. Diese Methode wurde schon in Fig. 2 gezeigt. Eine kurze Betrachtung veranschaulicht, wie diese Leiter miteinander zu verbinden sind, um eine konzentrische Einschichtwicklung zr bilden. Dhr Verfahren der Auswahl der Form der

2007A95

konzentrischen Stirnverbindungen für eine aus Fig. 3 abgeleitete ^-Pol/ö-Pol-Einschichtwicklung vermittelt Fig. 5, und das gleiche Verfahren für eine aus Fig. 4 ab-egeleitete e-Pol/e-Pol-Einechichtwicklung geht aus Fig. 6 hervor.

In Fig. 5 ist die 4—Pol-Schaltung dargestellt, wobei die Wicklungsteile in Parallel-Stern geschaltet sind. Für 6-poligen Betrieb mit Serie-Stern-Schaltung werden die gestrichelt umrahmten Spulengruppen umgepolt.

Fig. 6 zeigt die 8-Pol-Schaltung, bei welcher die Wicklungsteile in Serie-Dreieck geschaltet sind. Für 6-poligen Betrieb mit Parallel-Stern-Schaltung werden die gestrichelt umrahmten Spulengruppen umgepolt.

In Fig. 7 ist eine einschichtige konzentrische 4-Pol/6-Pol-P.A.M.-Wicklung für 36 Nuten schematisch dargestellt, die auf diese Weise von der 4-Pol/6-Pol P.A.M.-Wicklung nach Fig. 3 abgeleitet ist, die als Zweischichtwicklung nach der Nutensternmethode unter Verwendung einer zweipoligen Totalmodulation bestimmt worden war. > ?>;·;· :,>■.:■

* Für 4-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte ia 'Parallel-Stern mit

Stromzuführung bei A₂, Bp, Cp und Verbindung von A^, B^, C^

Stromzuführung bei A,,, B^, C^ und Isolation von Ap, B₂, C₂

geschaltet.

Ein nach diesem Einschichtschema mit konzentrischen Spulen gebauter Motor wurde geprüft und lieferte sehr zufrieden-

^{N 5242} 109809/1228

stellende Ergebnisse; dasselbe war bei dem oben beschriebenen Motor der Fall, für welchen das Wickelschema nach Pig. 8 verwendet wurde.

Pur 4-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in Parallel-Stern mit

Stromzuführung bei Ag, Bg, Cg und Verbindung von A^, B^, O^

geschaltet. Pur 6-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitte in Serie-Stern mit

Stromzuführung bei A^_} B*, C^ und

Isolation von Ap, Bg, Co ·

geschaltet.

In ähnlicher Weise zeigt Pig. 9 eine einschichtige konzentrische 6-Pol/8-Pol-!-P.A.M. Wicklung, die auf dem gleichen Wege von einer zweischichtigen 6-P0I/8-P0I-P. A.M.-Wicklung in^: 36 Nuten abgeleitet ist, welche nach dem Verfahren der · Symmetrieierung unter Verwendung der 14-Pol-Modulation btstimmt und in Fig. 4 vorgegeben ist.

Di· Wicklung nach Pig. 9 ist ftb? 6-poligen Betrieb in Parallel-Stern ihrer Abschnitte mit

Stromzuführung bei Ag, Bg, Cg und Verbindung von A_x., B^, C^

geschaltet· Pur 6-poligen Betrieb werden die Wicklungsabschnitt* in Serie-Dreieckimit

Stromzuführung bei A^, B^, O^ und Isolation von Ag, Bg, Cg

geschaltet.

1ÜJIHI9/1228

Dieses ganze Verfahren liefert eine Wicklung mit einem etwas höheren Wickelfaktor als bei einer entsprechenden zweischichtigen P.A.M.-Wicklung, weil der Wickelfaktor für jede Folzahl gleich ist dem entsprechenden Ausbreitungsfaktor. Für mindestens eine der Polzahlen besteht keine Verminderung durch einen Sehnungsfaktor, wie er bei einer Zweischichtwicklung notgedrungen auftritt.

Im Prinzip wird jedoch die Feldwellenform verschlechtert, weil sich die Sehnung stets in einer Verminderung der meisten (oder einiger) Feldoberwellen im Verhältnis zur Grundwelle auswirkt. Nichtsdestoweniger ist die Güte der Feldwellenfora oft ausreichend, um auf die Vorteile der Sehnung verzichten tu können.

Dies trifft insbesondere zu für Motoren mit kleiner Nutenansahl (beispielsweise 24,30,36,4-2,48 Nuten), wie sie bei kleinen Motoren vorkommen, weil nämlich die magnetische Leitfähigkeit der Nutungen die Bildung höherer Oberwellenflüsse verhindert oder vermindert, auch wenn diese an sich in der Feldwellenform vorhanden sind·

Einschichtige P.A.N.-Wicklungen sind hauptsächlich tür kleine Motoren erwünscht, und, da dies so ist, hat das Fehlen des Sehnungsfaktore zur Verminderung der Oberwellen letztlich die Wirkung, die dem wahrscheinlichen Anwendungsgebiet dieser Art von einschichtigen konzentrischen P,A.M.-Wicklungen ent- . spricht. Diese zweite Art einer Einschichtwicklung nach der \ Erfindung mit ihrer wohlüberlegten Ausklammerung der einen j Schicht ist in gewissem Sinne die νreinsteL: Form einer ; einschichtigen P.A.M.-Wicklung. Die andere Art, obgleich auch völlig ausreichend, ist in theoretischem Sinne eine Zweischichtwicklung mit swei ineinandergeschichteten Lagen. In der einen oder anderen Form werden einschichtige P.A.M.-Wicklungen wahrscheinlich zunehmend verwendet werden. Die Wahl der Wicklung im Einzelfall wird abhängen von der Aufgabe, der gewünschten

^{N 32}^² 10 9 8 0 9/1223

Motorcharakteristik und der Feldwellenform nach Bestimmung durch einen Rechner.

Die vorstehende Beschreibung befasste sich mit dreiphasigen einschichtigen P.A.M.-Wicklungen mit rautenförmigen Spulen gleicher Weite und mit.konzentrischen Spulen. Die konzentrische Ausbildung ist/bisweilen vorteilhafter in Verbindung mit zweischichtigen P.A.M.-Wicklungen, weil dies oft die erforderliche Kupfermenge an den Stirnverbindungen herabsetzt, insbesondere bei P.A.M.-Motoren mit grossem Drehzahlverhältnis. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 10 gegeben.

Diese Figur zeigt eine 8-Pol/2-Pol-P.A.M»-Wicklung in 18 Nuten, für welche die Spulengruppierung pro Phase 1-1-1-0— 1-1-1-0 ist und der Wickelschritt 7 Nuten beträgt. Die 6-polige Modulationswelie für die Polumschaltung ist ebenfalls dargestellt.

Durch einen kurzen Blick ist erkennbar, daß die Möglichkeit besteht, die Endwicklungen der Phase A in abgestufter konzentrischer Form zu schalten, wobei die Resultante in dieser Figur gegeben ist. Die vollständige Phasenwicklung besteht aus zwei Spulen, von denen eine jede zwei vollständige Nuten ausfüllt, und zwei weiteren Spulen, die eine jede zwei Halbnuten ausfüllen. Da die ursprüngliche Wicklung eine vollständig symmetrische 8-Pol-Wicklung ist, sind die beiden anderen Phasen B und C identisch mit der Ausnahme, daß sie im Uhrzeigersinn am Ständerumfang um 6 bzw. 12 Nuten gegenüber Phase A versetzt sind. Der mittlere "mechanische" Wickelschritt der konzentrischen Wicklung beträgt wie ersichtlich wesentlich weniger als 7 Nuten bei der ursprünglichen Zweischichtwicklung; die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der konzentrischen Wicklung bleiben hingegen im Vergleich mit der Rautenwicklung gleicher Spulenweite ungeändert mit der Ausnahme, daß der Ohm'sche Widerstand und die Streureaktanz wesentlich herabgesetzt werden.

N 3242

109809/1228

2007A95

Das gesamte vorstehend erläuterte Verfahren ist auf alle Polzahlverhältnisse anwendbar, jedoch nur für symmetrische Modulationen sind alle Phasen die gleichen. Für alle stark unterschiedlichen Verhältnisse jedoch, symmetrisch oder unsymmetrisch, besteht ein besonderer Vorteil in der Verminderung des Volumens, des Widerstandes und der Streureaktanz der Stirnverbindungen, wenn eine konzentrische Wicklung verwendet wird.

Patentansprüche /

H 3242 /17.2.70

109809/1228

Claims

Patentansprüche

Dreiphasen-Induktions-Motor mit durch Pol-Amplituden-Modulation auf zwei Drehzahlen umschaltbarer Ständerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung als Einschichtwicklung innerhalb einer im Vergleich zu einer entsprechenden Zweischichtwicklung doppelten Anzahl von Ständernuten ausgeführt ist, wobei jeweils eine Seite jeder Spule in einer geradzahligen und die andere Spulenseite in einer ungeradzahligen Nut bei beliebiger Durchnumerierung der am Ständerumfang aufeinanderfolgenden Nuten eingebettet ist.

2. Induktions-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen als Rautenspulen mit gleicher Spulenbreite entsprechend einer ungeraden Nutenanzahl ausgebildet sind.

5. Dreiphasen-Induktions-Motor mit durch Pol-Amplituden-Modulation auf zwei Drehzahlen umschaltbarer Ständerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung als Einschichtwicklung ineinem Ständer mit gleicher Nutenanzahl wie bei einer entsprechenden Zweischichtwicklung ausgeführt ist, wobei die Einschichtwicklung einer Schicht der korrespondierenden Zweischichtwicklung entspricht und Spulenserien mit entgegengesetzter Stromrichtung zu konzentrischen Spulen mit gleicher Spulenachse verbunden sind.

N 3242/ 17.2.70

109809/1220

Leerseite