DE2046779A1

DE2046779A1 - Motor Statorwicklung

Info

Publication number: DE2046779A1
Application number: DE19702046779
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: HORWATH A
Current assignee: HORWATH A
Priority date: 1969-09-24
Filing date: 1970-09-23
Publication date: 1971-04-01
Also published as: FR2062472A5

Description

96I West 32nd Street, 531 West 29th Street,

Erie, Pennsylvania Erie, Pennsylvania

( V. St. v. A. )

Motor - Statorwicklung.

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial No. .860 553 vom 24. September I969 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf eine verbesserte Motor-Statorwicklung, bei der sich die Motordrehzahl durch Umschalten der 4e*- Wicklungen von einer Reihen-Sternschaltung zu einer Parallel-Sternschaltung verändern läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Motorwicklung zu schaffen, die sowohl bei hoher als auch bei niedriger Drehzahl eine im wesentlichen konstante Motorleistung e^-rgibt.

Die vorgeschlagene Motor-Statorwicklung für einen Motor, bestehend aus einem Stator aus einem ringförmigen Eisenkörper mit an seinem inneren Umfang ausgebildeten Schlitzen, sowie einer Vielzahl in der Form von Spulen angeordneter

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Wicklungen in den Schlitzen ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Mittel zur gegenseitigen Verbindung der Spulen in einer Reihen-Sternschaltung, bei der eine erste Anzahl von Polen ausbildbar und der Motor mit einer ersten Drehzahl in Betrieb setzbar ist, und durch Mittel zur Verbindung der Spulen in einer Parallel-Sternschaltung, bei der eine zweite Anzahl von Polen äusbildbar und der Motor ^ mit einer zweiten Drehzahl in Betrieb setzbar ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Verdrahtungsplan, Fig. 2 eine schematische Darstellung der in einer

Reihen-Sternschaltung verbundenen Statorwicklung des Motors,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der in einer

Parallel-Sternschaltung verbundenen Stator- ^ wicklung des Motors,

Fig. 4 eine Darstellung des Magnetflusses um die

Spulen des Motorstators, Figuren 5, 6, 7 und 8 schematische Darstellungen der

Statorwicklungsanschlüsse des Motors, Fig. 9 einen schematischen Verdrahtungsplan einer

weiteren Ausführung einer Motorwicklung, und Figuren 10 und 11 die Anordnung der Spulen in den

Statorschlitzen.

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Neu hergestellte oder neu gewickelte Elektromotoren für zwei verschiedene Drehzahlen und mit einer Wicklung, welche bei der hohen Drehzahl die volle Leistung und bei der niedrigen Drehzahl die halbe Leistung ergeben, entwickeln bei der hohen Drehzahl ihr volles Drehmoment und das volle Kippmoment für die hohe Leistung. Für die niedrige Leistung bei niedriger Drehzahl wird eine entsprechende Polung verlangt. Das Kippmoment kann etwas geringer sein als bei einem Elektromotor der gleichen Leistung, der für die betreffende Leistung und Drehzahl einen normalen Wicklungssatz aufweist. Die Spulen des Motors sind dann für die niedrige Leistung bei niedriger Drehzahl in Reihe geschaltet. Bei einem Dreiphasenmotor sind die Spulengruppen in einer einzigen Sternschaltung geschaltet. Die Spulengruppen für die hohe Leistung und hohe Drehzahl sind in Parallel-Sternschaltung geschaltet.

Da jedoch ein Motor eine Sperrspannung entwickelt, werden für die niedrige Drehzahl doppelt so viele Wicklungen wie für die hohe Drehzahl benötigt. Für die doppelte Leistung bei hoher Drehzahl ergibt sich für die hohe Drehzahl die gleiche Anzahl von Wicklungen wie für die niedrige Drehzahl, jedoch in zwei Stromkreisen oder in einer Parallelschaltung.

Die Spulen für jede Phase oder für eine einzige Phase sind so gewickelt, daß auf jeder Seite jeder Spulengruppe ein Schlitz offen ist. Dieser offene Schlitz und die Kernlaminationen bilden bei der Schaltung für niedrige Drehzahl

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einen weiteren Pol. Angenähert 20$ zusätzliche Spulen werden zum Ausgleich vorgesehen.

Wie Fig. 10 zeigt, ergibt sich am Ende jeder Spulengruppe ein elektromagnetisches Feld entgegengesetzter Polarität, so daß die doppelte Anzahl von Polen entsteht.

Der Motor muß genügend viele Schlitze aufweisen, damit * jede Spulengruppe die gleiche Anzahl von Wicklungen aufnehmen kann. Wenn sich die Spulengruppen gegenseitig ausgleichen oder ausreichend viele Schlitze im Kern vorhanden sind, läßt sich der Motor mit verringerten Schlitzbreiten wickeln, so daß am Ende jeder Gruppe in ein und derselben Phase ein Schlitz offen bleibt. Dann müssen in die mit Wicklungen versehenen Schlitze 10 bis 15$ mehr Wicklungen eingebracht werden, um einen Ausgleich für die in den leeren Schlitzen nicht vorhandenen Wicklungen zu ergeben. Das trifft für jede Drehzahl oder Leistung zu. Beispielsweise weist ein Sechspolmotor mit 54 Schlitzen in einer Gruppe drei gleichmäßig verteilte Spulen auf, wobei der Motor mit 6 Spulen in einer Gruppe 2 offene Schlitze aufweist. Das Prinzip, keine Schlitze offen zu lassen, läßt sich ebenfalls verwirklichen, ist jedoch nicht so wirksam, als wenn in der vorstehend beschriebenen Weise Schlitze offen bleiben.

Wenn die Anzahl der Schlitze so groß ist, daß keine Gruppen mit gleichen Spulenzahlen pro Phase gebildet werden können, dann muß jede Spule 2o bis 25$ mehr Wicklungen erhalten.

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Beispielsweise weist ein Sechspolmotor mit 48 Schlitzen in einer Gruppe drei Spulen und in einer anderen Gruppe zwei Spulen auf.

Wie Fig. 1 zeigt, muß ein Dreiphasenmotor für eine einzige Spannung und zwei Drehzahlen in der nachstehend beschriebenen Weise angeschlossen werden, wenn die Phase A sechs Pole oder Gruppen pro Phase aufweist:

Die Leitung Ll muß mit dem Anfang S der ersten Gruppe der Phase A oder der Gruppe 1 verbunden werden, die zur Phase A gehört. Das Ende P der Gruppe 1 der Phase A wird mit dem Anfang der Gruppe 7 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 7 der Phase A wird mit dem Anfang der Gruppe 13 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 13 der Phase A wird mit dem Anfang der Gruppe 16 der Phase A und außerdem mit der Leitung L¹J verbunden. Das Ende der Gruppe 16 der Phase A wird mit dem Anfang der Gruppe Io der Phase A verbunden.

Das Ende der Gruppe Io der Phase A wird mit dem Anfang der \ Gruppe 4 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 4 der Phase A wird mit dem Ende der Gruppe 2 der Phase B und dem Ende der Gruppe 6 der Phase C verbunden, so daß die Innen-Sternschaltung 1 gebildet wird.

Die Leitung L2 wird mit der ersten Gruppe der Phase C oder der Gruppe 3 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 3 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 9 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 9 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 15 der Phase C verbunden. Das Ende der

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Gruppe 15 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 18 der Phase C und außerdem mit der Leitung L5 verbunden. Das Ende der Gruppe 18 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 12 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 12 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 6 der Phase C, und das Ende der Gruppe 6 der Phase C wird mit dem Ende der Gruppe 4 der Phase A und dem Ende der Gruppe 2 der Phase B verbunden, so daß die bereits erwähnte Innen-Sternsehaltung 1 gebildet wird.

Die Leitung L3 wird nunmehr mit dem Anfang S der zweiten Gruppe der Phase B oder der Gruppe 5 der Phase B verbunden. Das Ende P der Gruppe 5 der Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 11 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 11 der Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 17 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 17 der Phase B wird mit der Leitung L6 und außerdem mit dem Anfang der Gruppe 14 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 14 der Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 8 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 8 der Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 2 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 2 der Phase B wird mit dem Ende der Gruppe *i der Phase A und dem Ende der Gruppe 6 der Phase C verbunden, so daß die bereits erwähnte Innen-Sternschaltung 1 gebildet wird. Fig. 2 zeigt eine etwas einfachere Anordnung der Gruppen.

Zur Erzielung der vollen Leistung bei hoher Drehzahl und vollem Drehmoment werden Ll, L2 und L3 miteinander verbunden

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und umwickelt. Den Leitungen L4, L5 und L6 wird ein Dreiphasenstrom zugeführt. Somit ergeben sich zwei Stromkreise in der Form einer Parallelschaltung. Der Strom durchläuft die Spulengruppen in jeder Phase in entgegengesetzten Richtungen, so daß einander entgegengesetzte Pole ausgebildet werden.

Für niedrige Drehzahl werden L4, L5 und L6 offen gelassen, und der Strom wird den Leitungen Ll, L2 und L3 zugeführt. Der Strom durchläuft jede Phasengruppe in gleicher Richtung, wobei jedoch an den Enden jeder Gruppe unterschiedliche elektromagnetische Felder vorliegen, so daß zwei Pole gebildet werden, nämlich einer für das Ende einer Gruppe der betreffenden Phase und einer für den Anfang der nächsten Gruppe der gleichen Phase, wie in Fig. 6 für die Gruppe 1 dargestellt ist, so daß sich doppelt so viele Pole ergeben.

Die Konstruktion der Maschine beruht auf der Überlegung, einen starken Motor hoher Drehzahl und normaler Leistung zu erhalten, weil der Motor bei dieser Drehzahl am stärksten belastet wird. Die gleiche Arbeit, die mit hoher Drehzahl ausgeführt wird, kann auch vermittels der niedrigen Drehzahl geleistet werden.

Die Verdrahtung in Fig. 9 beruht auf dem gleichen Prinzip, wobei jedoch neun Leitungen aus der Wicklung herausgeführt sind, so daß dieser Motor standardmäßig als Motor mit neun Anschlüssen für hohe und niedrige Spannung gewickelt werden

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kann, wobei sich außerdem die Besonderheit ergibt, daß der Motor auch noch für zwei Drehzahlen ausgelegt ist. Damit ergibt sich für niedrige Spannung eine Parallel-Dreieckschaltung für hohe Drehzahl und eine Reihen-Dreieckschaltung für niedrige Drehzahl.

Für hohe Spannung und hohe Drehzahl wird der Motor in einer Parallel-Sternschaltung oder einer Reihen-Dreieckschaltung " geschaltet. Für hohe Spannung und niedrige Drehzahl werden die Wicklungen in einer Reihen-Sternschaltung geschaltet. Es hat sich gezeigt, daß eine Reihen-Dreieckschaltung und eine Parallel-Sternschaltung in einem Elektromotor technisch gesehen zu den gleichen Ergebnissen führen.

■ Die neun Leitungen müssen entsprechend der Fig. 9 angeschlossen werden, indem die Leitung Ll mit dem Anfang S der Phase A oder der Gruppe 1 verbunden wird. Das Ende F der Gruppe 1 wird mit dem Anfang der Gruppe 7 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 7 der Phase A wird mit dem Anfang der Gruppe 13 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 13 der Phase A wird mit der Leitung L4 und mit dem Anfang der Gruppe 16 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 16 der Phase A wird mit dem Anfang der Gruppe Io der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe Io der Phase A w«iird mit dem Anfang der Gruppe 4 der Phase A verbunden. Das Ende der Gruppe 4 der Phase A wird mit der Leitung L7 verbunden.

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Die Leitung L2 wird mit dem Anfang der Gruppe 3 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 3 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 9 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 9 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 15 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 15 der Phase C wird mit L5 und mit dem Anfang der Gruppe 18 der Phase C verbunden.

Das Ende der Gruppe 18 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 12 der Phase C verbunden. Das Ende der Gruppe 12 der Phase C wird mit dem Anfang der Gruppe 6 der Phase C verbun- ( den. Das Ende der Gruppe 6 der Phase C wird mit L8 verbunden.

Die Leitung L3 wird mit dem Anfang der Gruppe 5 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 5 der.Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 11 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 11 der Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 17 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 17 der Phase B wird mit L6 und mit dem Anfang der Gruppe 8 der Phase B verbunden.

Das Ende der Gruppe 8 der Phase B wird mit dem Anfang der Gruppe 2 der Phase B verbunden. Das Ende der Gruppe 2 der " Phase B wird mit der Leitung L9 verbunden.

Der in Fig. 8 dargestellte und aus neun Leitungen bestehende Verdrahtungsplan bezieht sich auf einen Sechspolmotor, der für niedrige Drehzahl auf zwölf Pole umgestellt wird.

Der Anschluß der neun Leitungen erfolgt in der folgenden Weise: Für niedrige Drehzahl und niedrige Spannung wird eine Dreieckschaltung verwendet, bei der die Stromzuführung 1 mit den Leitungen Ll und L9 des Motors verbunden ist. Die Strom-

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zuführung 2 ist mit L2 und L7 verbunden, während die Stromzuführung 3 mit L 3 und L8 verbunden ist. Die Motorleitungen L4, L5 und L6 sind nicht angeschlossen. Bei hoher Drehzahl und niedriger Spannung werden die neun Leitungen in folgender Weise geschaltet: Die Stromzuführung 3 wird mit L3j L4 und L9 des Motors verbunden. Die Stromzuführung 2 wird mit L2, L6 und L8 des Motors verbunden. Die Stromzuführung 1 wird mit Ll, L5 und L7 des Motors verbunden. Auf ■ diese Weise ergibt sich eine Parallel-Dreieckschaltung.

Für hohe Spannung und niedrige Drehzahl werden die neun Leitungen in der folgenden Weise geschaltet: Die Stromzuführung 1 wird mit Ll₉ die Stromzuführung 2 mit L2, und die Stromzuführung 3 mit L3 verbunden. L4, L5 und L6 werden nicht angeschlossen. L7, L8 und L9 werden miteinander verbunden und umwickelt. Somit ergibt sich eine Reihen-Sternschaltung.

|) Für hohe Drehzahl und hohe Spannung wird der Motor in folgender Weise angeschlossen: Die Stromzuführung 1 wird mit L4, die Stromzuführung 2 mit L5, und die Stromzuführung 3 mit L6 verbunden. L7, L8 und L9 werden miteinander verbunden und umwickelt. Ll, L2 und L3 werden miteinander verbunden und umwickelt. Damit ergibt sich eine Parallel-Sternschaltung. L7, L8, L9, Ll, L2 und L3 können ebenfalls miteinander verbunden werden, wobei sich die gleichen Ergebnisse erhalten lassen.

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Für hohe Spannung und hohe Drehzahl kann der Motor auch in einer einzigen Drexeckschaltung geschaltet werden. Die hauptsächlichsten Anschlüsse sind dann wie folgt: Stromzuführung zu LHy Stromzuführung zu L5 und Stromzuführung zu L6. L2 ist mit L 7 verbunden und umwickelt. Ll ist mit L9 verbunden und umwickelt. L3 ist mit L8 verbunden und umwickelt. Obwohl es verschiedene Wege gibt, diesen Motor in einer Drexeckschaltung zu schalten, stellt diese Schaltung das grundsätzliche Schaltschema dar.

Die beschriebene Art und Weise, mit der bei einem Dreiphasenmotor zwei Drehzahlen erhalten werden, läßt sich auch auf Einphasenmotoren anwenden. Dazu muß an jeder Gruppe der Hauptfelder ein Schlitz offen bleiben. Dann müssen in Abhängigkeit von der gewünschten Qualität 5% bis 2o# mehr Wicklungen zugefügt werden. Für die hohe Drehzahl und die höhere Leistung muß eine Parallelschaltung verwendet werden. Für die niedrige Drehzahl müssen doppelt so viele Wicklungen wie für die hohe Drehzahl vorhanden sein, damit sich bei halber Drehzahl die halbe Leistung ergibt. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Motor eine Sperrspannung entwickelt. Bei niedriger Drehzahl ist die Sperrspannung wesentlich geringer und die Restspannung ist höher. Für die hohe Drehzahl können halb so viele Wicklungen wie für die niedrige Drehzahl vorhanden sein, da die Sperrspannung größer ist.

- Patentansprüche: -

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Claims

204B779 Patentansprüche

1.) Motor-Statorwicklung für einen Motor, bestehend aus einem Stator aus einem ringförmigen Eisenkörper mit an seinem inneren Umfang ausgebildeten Schlitzen, sowie einer Vielzahl in der Form von Spulen angeordneter Wicklungen in den Schlitzen, gekennzeichnet durch Mittel zur gegenseitigen Verbindung der Spulen in einer Reihen-Sternschaltung, bei " der eine erste Anzahl von Polen ausbildbar und der Motor mit einer ersten Drehzahl in Betrieb setzbar ist, und durch Mittel zur Verbindung der Spulen in einer Parallel-Sternschaltung, bei der eine zweite Anzahl von Polen ausbildbar und der Motor mit einer zweiten Drehzahl in Betrieb setzbar ist.

2. Motor-Statorwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in einigen Schlitzen angeordnet

fc sind und die Pole bilden, und jeweils neben jeder Spule ein Schlitz freigelassen ist.

3. Motor-Statorwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wicklungen enthaltenden Schlitzen zusätzliche Wicklungen angeordnet sind, welche zum Ausgleich der freibleibenden Wicklungsstellen dienen,

4. Motor-Statorwicklung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze

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am inneren Umfang des Eisenkörpers ausgestanzt sind, die Spulen jeweils aus einer Vielzahl von Spulengruppen bildenden Drahtwicklungen bestehen, die Drahtwicklungen innerhalb der Schlitze angeordnet sind, und jeweils ein Schlitz, an einem Ende jeder Spulengruppe offen ist, keine Wicklungen aufweist und zur Ausbildung eines zusätzlichen Pols dient.

5. Motor-Statorwicklung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-4, bestehend aus einer Phase A, einer Phase B und einer Phase C₃ sowie 18 Spulengruppen und den Stromleitungen Ll, L2, L3, L4, L5 und L6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase A sechs Pole oder Gruppen pro Phase aufweist, die Leitung Ll mit dem Anfang (S) der ersten Gruppe oder Gruppe 1 der Phase A, das Ende (P) der Gruppe 1 der Phase A mit dem Anfang der Gruppe 7 der Phase A, das Ende der Gruppe 7 der Phase A mit dem Anfang der Gruppe 13 der Phase A, das Ende der Gruppe 13 der Phase A mit dem Anfang der Gruppe 16 der Phase A und mit der Leitung L4, das Ende der Gruppe 16 "

der Phase A mit dem Anfang der Gruppe 10 der Phase A, das Ende der Gruppe 10 der Phase A mit dem Anfang der Gruppe 4 der Phase A, das Ende der Gruppe 4 der Phase A mit dem Ende der Gruppe 2 der Phase A und dem Ende der Gruppe 6 der Phase C zu einer inneren Sternschaltung 1 verbunden ist, die Leitung L2 mit der ersten Gruppe oder Gruppe 3 der Phase C, das Ende der Gruppe 3 der Phase C mit dem Anfang der Gruppe 9 der Phase C, das Ende der Gruppe 9 der Phase C mit

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dem Anfang der Gruppe 15 der Phase C, das Ende der Gruppe 15 der Phase C mit dem Anfang der Gruppe 18 der Phase C und mit der Leitung L5_S das Ende der Gruppe 18 der Phase C mit dem Anfang der Gruppe 12 der Phase C, das Ende der Gruppe 12 der Phase C mit dem Anfang der Gruppe 6 der Phase C, das Ende der Gruppe 6 der Phase C mit dem Ende der.Gruppe der Phase A und mit dem Ende der Gruppe 2 der Phase B zu der inneren Sternschaltung 1 verbunden ist, die Leitung L3 mit dem Anfang der zweiten Gruppe oder Gruppe 5 der Phase B, das Ende der Gruppe 5 der Phase B mit dem Anfang der Gruppe 11 der Phase B, das Ende der Gruppe 11 der Phase B mit dem Anfang der Gruppe 17 der Phase B, das Ende der Gruppe 17 der Phase B mit der Leitung L6 und mit dem Anfang der Gruppe 14 der Phase B, das Ende der Gruppe 14 der Phase B mit dem Anfang der Gruppe 8 der Phase B, das Ende der Gruppe 8 der Phase B mit dem Anfang der Gruppe 2 der Phase B, sowie das Ende der Gruppe 2 der Phase B mit dem Ende der Gruppe 4 der Phase A und dem Ende der Gruppe 6 der Phase C zu der inneren Sternschaltung 1 verbunden ist.

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