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Polumschaltbare Mehrphasenwicklung
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Die Erfindung betrifft eine polumschaltbare Mehrphasenwicklung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche nach dem Prinzip der Stromrichtungsumkehrschaltung arbeitenden
polumschalfbaren Wicklungen sind für bestimmte Polpaarzahlverhältnisse bekannt,
z . B. als Dahlanderwicklung für ein Polpaarzahlverhältnis P2:P1 ~ 2:1 oder für
P2:P1 = 4:1 aus den DE-PS 835 480, 850 920 und 953 448. Andere Polpaarzahlverhältnisse
sind bei den bekannten PAM-Wicklungen erreichbar, bei denen die Spulenzahl je Pol
und Strang zumindest in einer der beiden Polzahlstufen von Pol zu Pol unterschiedlich
ist. Dabei müssen bei diesen Wicklungen immer dann, wenn eine Polzahl ein Vielfaches
der Phasenzahl ist, auch die einzelnen Stränge unterschiedlich aufgebaut sein, so
daß eine asymmetrische Polamplitudenmodulation erfolgt. Außer den.
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üblichen ungeradzahligen Durchflutungsoberwellen = = -5, 6, -11, 13
) werden eine Vielzahl unerwÜnschter zusätzlicher Oberwellen mit gebrochenen und/
oder geraden Ordnungszahlen angeregt. Solche polumschalt-
baren
Wicklungen haben also eine ungünstige Feldform, die ihre Anwendung beschränkt.
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Wenngleich es bei solchen Dreiphasenwicklungen bekannt ist, mit nur
sechs oder höchstens neun Klemmen auszukommen, bleibt deren Einsatz aufgrund der
vielfach ungünstigen technischen Eigenschaften beschränkt. So erzeugen z.B. die
eingangs genannten im Verhältnis 4:1 umschaltbaren Wicklungen bei der kleinen Polzahlstufe
besonders störende stark ausgeprägte Oberfelder. Auch läßt sich mit Stromrichtungsumkehrschaltungen
nicht jedes beliebige Polzahlverhältnis erreichen; so ist eine im Verhältnis 3:1
umschaltbare Dreiphasenwicklung z.B. auch als PAM-Wicklung nicht ausführbar. Charakteristisches
Kennzeichen der bekannten auf dem Prinzip der Stromrichtungsumkehr beruhenden Wicklungen
ist es, daß zwei gleichartig zusammengesetzte Stranghälften für jeden Strang vorgesehen
werden, wobei die zu den Stranghälften gehörigen Spulen in allen bekannten Fällen
stets in gleicher Relativlage diametral oder - bei einer sich mehrfach wiederholenden
Wicklungsanordnung - symmetrisch zueinander versetzt längs des Maschinenumfangs
angeordnet sind.
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Eine andere bekannte Methode zur Polumschaltung besteht darin, daß
man die Wicklungszweige umgruppiert, d.h.
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deren Zugehörigkeit zu den einzelnen Strängen verändert.
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Auf diese Weise lassen sich auch dann vollsymmetrische Dreiphasenwicklungen
erzielen, wenn eine der Polzahl durch drei teilbar ist. Hierbei ist jeoch die Umschaltung
im allgemeinen sehr kompliziert; man benötigt zwölf bis fünfzehn Klemmen und eine
dementsprechend aufwendige Schaltvorrichtung. Lediglich in Ausnahmefällen mit Pol-3m+l
zahlkombinationen gemäß P1/P2 = ## lassen sich auch nach diesem Umschaltprinzip
einfache Schaltungen mit nur sechs Klemmen ausführen, wenn eine in Dreifachstern/
flreifachstern
geschaltete Grundwicklung mit galvanisch getrennten Mittelpunkten und zusätzliche,
nur in einer Polzahlstufe wirksame Nullzweige vorgesehen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, polumschaltbare Mehrphasenwicklungen
der eingangs genannten Art zu schaffen, die nach den vorgenannten Prinzipien arbeiten,
für jedes beliebigee Polzahlverhältnis geeignet sind, bei denen in beiden Polzahlstufen
jeweils die gesamte Wicklung ausnutzbar ist und eine verbesserte Feldform bei freizügigerem
und einfacheren Aufbau erreicht wird.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung beruht dabei auf der tiberlegung, von einem Strang einer
in beliebiger bekannter Weise gruppierten Wicklung auszugehen, dessen Spulen für
die höhere Polpaarzahl p2 hintereinandergeschaltet sind. Der betrachtete Strang
ist für die kleinere Polpaarzahl Pl wirkungslos, da sich die induzierten Spulenspannungen
vektoriell zu Null summieren, so daß ein solcher Strang ohne Auswirkungen kurzgeschlossen
werden darf. Die in Reihe liegenden Spulen eines Stranges können jedoch so aneinandergefügt
werden, daß sie für die niedrigere Polpaarzahl Pl hinsichtlich ihrer Phasenlage
ein möglichst rundes Spannungspolygon bilden, das entsprechend Fig. 1 an zwei diametralen
oder diesen benachbarten Punkten angezapft werden kann und auf diese Weise einen
Wicklungsstrang für die niedrigere Polpaarzahl Pl ergibt. Dabei können dessen beide
Strangteile gleich oder ungleich sein und eine unterschiedliche Zahl von Spulen
oder angezapfte Spulen aufweisen, wodurch jede gewünschte resultierende Phasenlage
erreicht werden kann. Die beiden Strangteile bilden stets gleichwertige Parallelzweige.
Dreiphasen-
wicklungen können nach diesem Prinzip in Stern-/Doppel
stern oder Dreieck/Doppelsternschaltungen mit nur sechs Klemmen ausgeführt werden.
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Analog dazu können auch Schaltungen nach dem Umgruppierungsprinzip
ausgeführt werden, wobei gemäß Fig. 2 jeweils drei Abschnitte eines Stranges für
die höhere Polpaarzahl p2, die für Pl drei um 1200 elektrisch versetzte Anzapfungen
aufweisen, ein vollständiges Dreiphasensystem für die niedrigere Polpaarzahl p1
bilden. Wenn alle drei Stränge bei der Polpaarzahl Pl phasengleich liegen, können
sie untereinander gleichartig zusammengesetzt mit ihren Anzapfungen dreifach parallelgeschaltet
werden, wobei die einzelnen Wicklungszweige bezüglich ihrer jeweiligen Zugehörigkeit
zu den verschiedenen Strängen umgruppiert (d.h.
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vertauscht) werden. Die so bei Dreiphasenwicklungen in Dreieck/Dreifachdreieck
oder Stern-/Dreifachdreieck möglichen Umschaltungen erfordern neun bzw. zehn Klemmen.
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Bei der Festlegung einer nach dem Stromrichtungsumkehrprinzip wirksamen
polumschaltbaren Wicklung mit Reihenschaltung der Spulen für die höhere Polpaarzahl
p2 zeichnet man sich den Nutenstern für die kleinere Polpaarzahl p1 auf, aus dem
sich die geänderte Phasenlage der einzelnen Spulen ergibt. Sodann werden an Hand
dieses Nutensternes unter Beachtung des bei der höheren Polpaarzahl P2 vorhandenen
Wicklungssinnes die Spulen jedes Stranges so zu gurzschlußkreisen aneinandergefügt,
daß jeweils gleichartige und der Kreisform möglichst angenäherte Spannungspolygone
entstehen. Diese werden an jeweils um 1200 elektrisch gegeneinander versetzten Stellen
aufgeschnitten bzw. angezapft, wodurch die Lage der notwendigen Klemmen festgelegt
ist.
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Wenn bei Dreiphasenwicklungen die untereinander nicht
mehr
kürzbaren Werte der beiden Polpaarzahlen Pl und p2 nicht durch drei teilbar sind,
ergibt sich stets eine vollkommene Wicklungssymmetrie, da die Spannungspolygone
und die resultierenden Spulengruppierungen aller drei Stränge bei der niedrigeren
Polpaarzahl p1 um 1200 elektrisch gegeneinander versetzt sind.
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Bei einer durch drei teilbaren niedrigeren Polpaarzahl Pl sind die
Spannungspolygone der drei Stränge bei p1 deckungsgleich. Sie lassen sich um 1200
elektrisch versetzt aufschneiden, womit sich eine Phasensymmetrie ergibt, jedoch
müssen die drei Stränge unterschiedlich gruppiert werden.
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Bei Dreiphasenwicklungen mit einer durch drei teilbaren höheren Polpaarzahl
p2 sind weder die Spannungspolygone noch die Wicklungsgruppierungen für die niedrigere
Polpaarzahl Pl untereinander dreiachsig symmetrisch, so daß für die niedrigere Polpaarzahl
nur mit innerhalb von Wicklungsspulen angeordneten Anzapfungen eine phasenreine
Wicklung erhalten wird.
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Bei einer Umgruppierungsschaltung werden die in gleicher Weise ermittelten
Spannungspolygone durch Anzapfungen in jeweils drei gleichwertige und um 1200 elektrisch
zueinander versetzte Abschnitte unterteilt.
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In der vorbeschriebenen Weise sind damit die Strangenden als Anschlüsse
für die höhere Polpaarzahl p2 und die Anzapfungen als Anschlüsse für die niedrigere
Polpaarzahl festgelegt.
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Bei Dreiphasenwicklungen sind die besagten Spannungspolygone für die
kleinere Polpaarzahl Pl mindestens p2-achsig symmetrisch. Bei einer geraden Polpaarzahl
p2
kann abhängig von der Wicklungsgruppierung (drei- oder sechszonig
mit gleichen oder unterschiedlichen Zonenbreiten) die Zahl der Symmetrieachsen doppelt
oder dreimal so groß sein, letzteres für den Fall, daß eine der Polpaarzahlen ein
Vielfaches der Strangzahl ist.
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Bei verschiedenen Polpaarzahlverhältnissen ist beiq Bestimmen der
Anschlußenden eine Änderung der Phasenfolge wie bei einer Dahlanderschaltung erforderlich,
um in beiden Polzahlstufen ein im gleichen Sinne umlaufendes Drehfeld zu erhalten.
Wahlweise unveränderte oder geänderte Phasenfolgen sind immer dann möglich, wenn
eine der Polpaarzahlen ein Vielfaches der Strangzahl ist.
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Weitere vorteilhafte Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung
sind an Hand einiger, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend
näher erläutert. Es zeigen für ein Polpaarzahlverhältnis p1:p2 3:1 Fig. 3 einen
Nutenstern für 2p2 = 6 einer konventionellen 6poligen dreizonigen Zweischichtwicklung
für N = 18 Nuten, Fig. 4 einen Nutenstern für 2p1 = 2 gemäß Fig. 3, Fig. 5 Spannungspolygone
der drei Stränge der Wicklung nach Fig. 3 und 4 für 2poligen Betrieb mit den Varianten
oS, ft und t zur Anordnung der Anzapfungen, Fig. 6 ein Schaltbild dieser Wicklung
für eine Stern/ Zweifachstern-Umschaltung mit sechs Klemmen, Fig. 7 ein Polardiagramm
der Felderregerkurven (Görgespolygon) für 2p1 = 2, Variante g mit Anzapfungen bei
x = (1/3) . w mit w als Spulenwindungszahl, Fig. 8 den zugehörigen Stern der Strangströme,
der in gleicher Weise für alle nachfolgenden Görges-
polygone gilt,
Fig. 9 Spannungspolygone für drei Stränge für 2p1 X 2 mit gegenüber Fig. 5 und 6
vertauschten Strängen U und V, Fig. 10 ein Wicklungsschaltbild für eine Stern/Zweifachstern-Umschaltung
entsprechend Fig. 9, Fig. 11 ein Görgespolygon der Wicklung nach Fig. 9 und 10 für
2p1 = 2, Variante rmit Anzapfungen bei x = (1/3) . w für ein Polpaarzahlverhältnis
P2:p1 = 4:1 Fig. 12 einen Nutenstern für 2p1 = 8 einer konventionellen 8poligen
sechszonigen Zweischichtwicklung für N = 24 Nuten und q = 1 Nut Je Pol und Strang,
Fig. 13 einen Nutenstern für 2p1 = 2, Fig. 14 ein Spannungspolygon bei 2p1 = 2 für
einen Strang (U8) mit Anzapfstellen nach den Varianten α, und Fig. 15 günstigste
Spulenweite W X 5/6 t1 = 10/3 t2 Fig. 16 ein Spannungspolygon eines Stranges (U8)
bei zwei weggelassenen Spulen bei 2p1 = 2, Fig. 17 bis 19 Görgespolygone bei 2p1
= 2 für die Varianten α ß, γ nach Fig. 14 bei einer Spulenschrittweite
1 bis 11 gemäß Fig. 15, Fig. 20 bis 22 Schaltbilder von 8/2poligen Dreiphasen-Wicklungen
für N = 24 Nuten nach Fig. 16, und zwar Fig. 20 Stern/Zweifachstern-Umschaltung
mit neun Klemmen, in der A-B-C sind für 2p1 = 2 zum zweiten Sternpunkt zu verbinden
sind, Fig. 21 Stern/Zweifachstern-Umschaltung mit sechs Klemmen, Fig. 22 Stern/Zweifachdreieck-Umschaltung
mit acht Klemmen; für ein Polpaarzahlverhältnis P2:p1 = 5:3 Fig. 23 einen Nutenstern
für 2p2 = 10 einer poligen
Zweischicht-Bruchlochwicklung für N
= 45 Nuten mit q = 1 1/2 Nuten pro Pol und Strang, Fig. 24 einen Nutenstern für
2p1 = 6, der für alle Stränge deckungsgleich ist, Fig. 25 ein Spannungspolygon bei
2p1 = 6 mit den Varianten d und P für die Lage der Anzapfungen bei einer Stromrichtungsumkehrschaltung,
das für alle Stränge deckungsgleich ist (mit Punkt und Sternchen sind die zu V und
W gehörenden Spulen gekennzeichnet), Fig. 26 ein zugehöriges Wicklungsschaltbild
für eine Dreieck/Zweifachstern-Umschaltung mit sechs Klemmen, Fig. 27 ein Spannungspolygon
bei 2p1 = 6 mit Lage der Anzapfungen für eine Umgruppierungsschaltung, Fig. 28 ein
zugehöriges Wicklungsschaltbild für Dreieck/ Dreifachdreieck-Umschaltung mit neun
Klemmen.
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Eine im Verhältnis 3:1 polumschaltbare 6/2polige Zweischicht-Dreiphasenwicklung
für N = 18 Nuten mit nur sechs Anschlußklemmen, bei der in beiden Polzahlstufen
jeweils die gesamte Wicklung stromdurchflossen ist (alle Spulen aktiv) und gute
Felderregerkurven erzielt werden, ist in den Fig. 3 bis 7 dargestellt. Das Wicklungsschaltbild
nach Fig. 6 für eine Stern/Doppelsternschaltung zeigt die 6polige Einspeisung bei
U6, V6, W6 und die 2polige Einspeisung bei U2, V2, W2 (U6, V6, W6 sind in diesem
Fall zu einem zweiten Sternpunkt verbunden zu denken). Es ist hierbei von einer
2p2 = 6poligen Dreizonenwicklung mit einem Nutenstern nach Fig. 3 ausgegangen. Der
Nutenstern nach Fig. 4 zeigt die Phasenlage der einzelnen Spulen bei 2p1 = 2. Durch
Aneinanderfügen der sechs Spulen jedes Stranges, die entsprechend ihrer räumlichen
Lage in den Nuten fortlaufend von 1 ..... 18 numeriert sind, zu Kurzschlußkreisen
an Hand des Nutensternes nach Fig. 4
für 2p1 = 2 unter Beachtung
des bei 2p2 = 6 vorhandenen Wickelsinnes solchermaßen, daß bei jedem Strang gleichartige
und umfangsseitig der Kreisform möglichst angenäherte Spannungspolygone entstehen,
werden die in der Fig. 5 gezeigten Spannungspolygone für die drei Stränge U2,0V2,
W2 erhalten. Die Spannungspolygone sind um von 120 abweichende Winkel gegeneinander
versetzt, so daß sich hieraus im allgemeinen kein vollkommen symmetrisches Dreiphasensystem
bilden läßt.
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In Fig. 5 und 6 sind mit , cC, p und γ gekennzeichnete Anzapfvarianten
bei der 2poligen Stufe für die einzelnen Stränge dargestellt, bei denen die Phasenlage
der Stränge zueinander nur angenähert 1200 (Varianten i und ß ) oder genau 1200
(Variante T) ) ist. Der Strang V ist in allen Fällen mittig zwischen zwei Spulen
3 und 4 angezapft.
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Dagegen liegen die Anzapfungen beim Strang U gemäß Variante Z um eine
volle Spule zum gemeinsamen Sternpunkt hin verschoben zwischen den Spulen 7 und
2 und beim Strang W um eine volle Spule vom gemeinsamen Sternpunkt weg verschoben
zwischen den Spulen 18 und 5.
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Bei der Variante (3 ist bezogen auf die Anzapfung nach Variante ot
im Strang U die vom Sternpunkt gesehen dahinterliegende Spule 7 und im Strang W
die davorliegende Spule 18 mittig angezapft.
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Im phasensymmetrischen Fall der Variante t sind die Anzapfungen der
besagten Spulen bei der 2 . sin 100 = 0,3473fachen Spulenwindungssahl angeordnet.
Der Strang V ist in allen drei Varianten genau mittig angezapft. Diese Variante
ergibt bei einer Spulenschrittweite von 1:biS 11 eine sehr gute Felderregerkurve
mit einem entsprechend der Kreisform nahekommenden Görgespolygon nach Fig. 7.
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Hierbei zählt die Durchflutung einer vollen Spulenseite
jeweils
drei Rastereinheiten im Dreiecksnetz und die Anzapfungen liegen bei t =(1/3)w.
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Den zugehörigen Stern der Strangströme für ein rechtsgüngiges Dreiphasensystem
zeigt Fig. 8. Die hierdurch festgelegte Zählrichtung gilt in gleicher Weise auch
für die Görgespolygone der nachfolgenden Beispiele.
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Wenngleich bei Variante a die Unterschiede in den Strangspannungen
4,8 % betragen und Phasenwinkel von 130°, 130° und 100° auftreten, ist diese einfachste
Ausführung zumindest für Maschinen kleinerer leistung gut geeignet.
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In allen Varianten g , 2 , γ werden im 2poligen Betrieb die
beiden Stränge U und W in zwei ungleiche Teile unterteilt, so daß im 2poligen Betrieb
jeweils Wicklungszweige mit unterschiedlichen Windungs- bzw. Spulenzahlen parallelgeschaltet
sind, die jedoch hinsichtlich der induzierten Spannungen völlig gleichwertig sind.
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Vorzugsweise sind für beide Polzahlen ungesehnte Spulenweiten W =
Z1 = 3 t2 mit einem Spulenschritt 1 bis 10 vorgesehen, wobei sich ein Flußdichteverhältnis
bei Stern/ Doppelstern-Umschaltung von
Je besser die erreichbare Phasensymmetrie ist, desto oberwellenärmer wird die Wicklung
und desto mehr an die Kreisform angenähert ist ihr Görgespolygon. Da die einzelnen
Stränge bei 2p1 = 2 (U2, V2, w2) unterschiedlich aufgebaut sind, ist auch das zugehörige
Görgespolygon nach Fig. 7 nur zweiachsig symmetrisch. Im 2p2 = 6poligen Betrieb
der Wicklung ergibt sich als Görgespolygon dagegen ein regelmäßiges Sechseck.
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Im vorgenannten Beispiel ist die Phasenfolge der einzelnen Stränge
in beiden Polzahlstufen gleich;sowohl U6, V6,
W6 als auch U2, V2,
W2 bilden gemäß den Fig. 3 bis 6 ein rechtsläufiges Dreiphasensystem.
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Eine unterschiedliche Phasenfolge läßt sich erreichen, wenn gegenüber
den Fig. 5 und 6 die Anzapfungen der Stränge U und W vertauscht und entsprechend
versetzt angeordnet werden, wie dies in den Fig. 9 und 10 angedeutet ist. Die analog
möglichen Varianten sind wiederum mit i , ß , t gekennzeichnet. Das zugehörige Görgespolygon
für Variante t mit Anzapfungen bei γ = w'/3 und Spulenschrittweite 1 bis 11
ist in Fig. 11 dargestellt.
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Eine Zusammenstellung der interessierenden Daten der effektiven Strangwindungszahl
und der Phasenwinkel bei 2p1 = 2 enthält die Tabelle I.
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Zusätzliche Abwandlungen mit ebenfalls nur geringen Unsymmetrien lassen
sich bei den Fig. 6 und 10 ausgehend von der vollsymmetrischen Variante wodurch
eine gleichsinnige Verachiebung der Anzapfungen für die 2polige Stufe in den Strängen
U und W und eine dazu gegensinnige Verschiebung der Anzapfung im mittleren Strang
V erzielen.
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Statt der in Fig. 3 gezeigten dreizonigen Wicklungsgruppierung kann
bei der höheren Polzahl 2p2 auch eine übliche sechazonige Wicklungsverteilung vorgenommen
werden. Analog sind im Verhältnis 3:1 polumschaltbare Dreiphasenwicklungen auch
für andere Nutzahlen ausführbar.
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In den Fig. 12 bis 19 sind 2p2:2p1 = 8/2polige dreiphasige Zweischichtwicklungen
für N = 24 Nuten nebst Spannungs- und Görgespolygonen gezeigt.
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Ausgehend von einer üblichen, d.h. sechszonigen Wickanordnung für
2p2 = 8 mit einem Nutenstern nach Fig. 12 und q8 = 24 = 1 Nut pro Pol und Strang
ergibt sich bei
2p1 = 2 ein Nutenstern nach Fig. 13. Schaltet man
die Spulen der drei Stränge entsprechend der bereits einleitend an Hand der Fig.
1 genannten Weise in Reihe, dann bilden die bei 2p1 = 2 induzierten Spulenspannungen
geschlossene, für jeden Strang reguläre Achtecke nach Fig. 14 (für Strang U). Die
nicht dargestellten beiden anderen Achtecke der beiden Stränge V und W sind jeweils
um 120° elektrisch versetzt zu denken. Für die Polzahl 2p1 können die Anzapfungen
gemäß Variante K symmetrisch unterteilt sein (vier plus vier Spulen), oder gemäß
Variante 9 unsymmetrisch unterteilt sein (fünf plus drei Spulen) oder gemäß Variante
g symmetrisch unterteilt sein mit Mittelanzapfungen an den Spulen 7 und 19.
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Eine günstige Felderregerkurve läßt sich bei einer Spulenweite von
W = 5/(6 51) = 10 bzw. 10/(3 t2) = 10 gemäß Fig. 15, d.h, bei einem Spulensohritt
1 bis 11 erzielen.
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Die sich dabei im 2poligen Betrieb ergebenden Görgespolygone sind
für Variante α in Fig. 17, für Variante in Fig. 18 und für Variante γ
in Fig. 19 dargestellt.
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Die Oberwellenfaktoren
betragen bei Variante α nur 1, 125 % und bei Variante γ nur 0,83 %.
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Die Varianten α und γ weisen nahezu kreisrunde Gachsige
Görgespolygone nach Fig. 17 bis 19 auf. Die Variante ergibt bei gleichgroß angenommenen
Zweigströmen in den Parallelpfaden der einzelnen Stränge ein nur 3achsig symmetrisches
Görgespolygon nach Fig. 18, d.h. es treten geradzahlige Durchflutungsoberwellen
auf. In Wirklichkeit wird jedoch die Felderregerkurve wesentlich günstiger, da die
geradzahligen Harmonischen durch Ausgleichströme in den Parallelzweigen abgedämpft
werden. Das Görgespolygon für die Polzahl 2p2 = 8 ist in allen Fällen ein reguläres
Sechseck. Die Varianten P und g können vorteilhafterweise so abgewandelt werden,
daß die gemäß Fig. 14 quer zur Resultierenden liegenden Spulen 7 und 19 im 2poligen
Betrieb
gemäß Fig. 16 entfallen.
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Bei unveränderter effektiver Windungszahl und einer günstigen Feldform
nach Fig. 19 können auf diese Weise die Kupferverluste im 2poligen Betrieb um 25
% verringert werden. Die Schaltung bedarf aber einer größeren Zahl von Klemmen (Fig.
10) oder Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen (Fig. 21 und 22).
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Dabei sind nach Fig. 20 bei durchwegs gleichen Spulen neun Klemmen
für eine Stern/Doppelstern-Umschaltung notwendig. im 8poligen Betrieb ist die gesamte
Wicklung, im 2poligen Betrieb nur dreiviertel der Spulen aktiv. Der 8polige Anschluß
erfolgt bei U8, V8, W8 und der 2polige Anschluß bei 52 V2, W2, wobei die Klemmen
A, B, C zu einem zweiten Sternpunkt verbunden werden. Das Luftspalt-Flußdichteverhältnis
beträgt hierbei B2/B8 = 0,743 Werden die bei 2p1 = 2poligem Betrieb stromlosen Spulen
mit dreifacher Windungszahl wie die übrigen Spulen ausgeführt, dann können sie gemäß
den Fig. 21 und 22 als mit Sternchen gekennzeichnete "Nullzweiget mit dreifacher
Windungszahl ausgeführt und parallel zu den übrigen Spulen angeordnet sein. Auf
diese Weise ist nach Fig. 21 eine Stern/Doppelstern-Umschaltung wie üblich mit nur
sechs Klemmen durchführbar. Das Flußdichteverhältnis B2/B8 beträgt 0,557.
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Eine vergleichbare Wicklung für eine Doppeldreieck/Stern-Umschaltung
zeigt Fig. 22. Der 2polige Anschluß erfolgt bei den Klemmen A-B-C sowie C-D-H und
E-F, die jeweils zu verbinden sind, der 8polige Anschluß an A-B C, wobei G-H miteinander
verbunden sind. Hierbei beträgt die Flußdichterelation B2/B8 = 0,965. Die Görgespolygone
sind für verschiedenen Schaltungen (Fig. 20 bis 22) gleich. Sie
haben
für 2pl ~ 2 die in Fig. 19 gezeigte Form; bei 2p2 = 8 ergibt sich ein regelmäßiges
Sechseck.
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Alle im Verhältnis Pl :p2 = 1:4 polumschaltbaren Dreiphasenwicklungen
nach der Erfindung ergeben wesentlich oberwellenärmere Felderregerkurven als die
angeführten bekannten Schaltungen.
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Zur Demonstration der vielfältigen allgemeinen Anwendbarkeit der Erfindung
werden abschließend noch 10/6polig umachaltbare dreiphasige Zweischichtwicklungen
für N = 45 Nuten erläutert, wobei gemäß dem in Fig. 23 gezeigten Nutenstern für
2p2 = 6 von einer üblich angeordneten 10Poligen Zweischicht-Brucklochwicklung mit
q= ####= 1,5 Nuten pro Pol und Strang aus q = T = 1,5 Nuten pro Pol und Strang ausgegangen
wird.
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Für die Polzahl 2p1 = 6 erhält man den in Fig. 24 gezeigten Nutenstern.
Die Spulen der einzelnen Stränge nehmen alle möglichen Phasenlagen ein, so daß drei
deckungsgleiche Sterne gebildet werden. Als Spannungspolygon ergibt sich nach Fig.
25 ein 5achsig symmetrisches Fünfzehneck, aus dem die Lage der Klemmen für poligen
und der Anzapfungen für 6poligen Betrieb für eine Stromrichtungsumkehrschaltung
in der mit α und 2 gekennzeichneten Weise bestimmt werden kann.
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Die in den Fig. 24 und 25 mit Sternchen bzw. Pünktchen gekennzeichneten
Spulennummern deuten auf die Zug eh örigkeit zu den Strängen zur (Pünktchen) und
W (Sternchen) hin.
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Das Wicklungsschaltbild für eine Dreieck/Doppelstern-Umschaltung mit
gleicher Phasenfolge in beiden Polzahlstufen ist in Fig. 26 gezeigt. In analoger
Weise ließe sich die Wicklung auch mit geänderter Phasenfolge ausführen. Beim Schaltbild
nach Fig. 26 müßten hierzu nur die
Klemmen V10 mit W10 vertauscht
und die Spulenbezifferung entsp:.lechend ihrer Strangzugehörigkeit abgeändert werden.
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Die beiden Varianten X und ß unterscheiden sich im wesentlichen nur
dadurch, daß bei der Variante n drei Spulen mittig angezapft sind, dagegen bei Variante
i die Anzapfung jeweils um eine halbe Spule nach rechts versetzt zwischen zwei Spulen
erfolgt.
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Die wirksame Strangwindungszahl bei Variante ß ist mit W6ß = ####
= 4,7572.w gegen W6α = ###### = 7,7834w (w = Windungszahl einer Spule) etwas
kleiner als bei der Variante X Bei beiden Varianten sind alle drei Stränge wiederum
unterschiedlich unterteilt, wobei die parallelen Strangteile bei Variante d in den
Strängen U und V aus sieben plus acht Spulen und im Strang W aus sechs plus neun
Spulen bestehen. Bei der Variante p verschiebt sich die Aufteilung um jeweils eine
halbe Spule auf sechseinhalb plus achteinhalb Spulen in den Strängen U und W und
auf siebeneinhalb plus siebeneinhalb Spulen in Strang V.
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Ungeachtet dessen sind alle drei Stränge in beiden Fällen hinsichtlich
der Spannungsamplituden und der Phasenwinkel gemäß Fig. 25 vollkommen symmetrisch.
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Wenn man in Fig. 23 von einer10poligen Dreizonenwicklung mit jeweils
drei nebeneinanderliegenden gleichsinnig stromdurchflossenen Spulenseiten ausgeht,
dann ergibt sich ein an Stelle von Fig. 25 regelmäßiges Fünfzehneck als Spannungspolygon.
Die drei Stränge können dabei gleich unterteilt sein, z.B. überall in acht plus
sieben Spulen (Variante α ) oder siebeneinhalb plus siebeneinhalb Spulen (Variante
(3 ). Die effektiven Strangwindungszahlen bei 2p1 = 6 entsprechen unverändert denen
nach Fig. 25.
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Die an Hand der Fig. 23 bis 26 erläuterte polumschaltbare Dreiphasenwicklung
nach dem Prinzip der Stromrichtungsumkehr kann gemäß den Fig. 27 und 28 auch als
Umgruppierunhsschaltung, bei der die Polygone in jeweils drei gleichwertige und
um 1200 elektrisch zueinander versetzte Abschnitte unterteilt sind, ausgeführt werden.
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Das Spannungspolygon nach Fig. 25 bleibt an sich unverändert und wird
nach Fig. 27 an drei symmetrisch liegenden Punkten angezapft. Wie Fig. 27 zeigt,
sind hierzu in den Strängen U6 und V6 Anzapfungen bei der g = 0,1729 1/6fachen Spulenwindungszahl
vorzusehen. Im 6poligen Betrieb umfassen dann die drei Parallelzweige der einzelnen
Stränge jeweils vier plus fünfsechstel Spulen in den Strängen U6 und W6 sowie fünf
plus zweimal einsechstel Spulen bei Strang V6. Das zugehörige Schaltbild für eine
Dreieck/Oreifachdreieck-Umschaltung ist in Fig. 28 gezeigt. Der polige Anschluß
erfolgt an den Klemmen A-B-C, der 6polige Anschluß an den Klemmen A-B-C sowie D-E-F
und G-H-J, die jeweils entsprechend zu verbinden sind.
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Auch in diesem Fall kann als Ausgangsgruppierung eine polige Dreizonen-Wicklung
statt der in Fig. 23 dargestellten Wicklung dienen, was insofern noch von weiterem
Vorteil ist, als dann vollkommen regelmäßige fünf zehneckige Spannungspolygone zur
Verfügung stehen. Diese können auf einfache Weise nach jeder fünften Spule angezapft
werden, was Anzapfungen innerhalb der Spulen entbehrlich macht. Man erhält dann
in beiden Polzahlstufen eine vollkommen symmetrische dreizonige Wicklungsverteilung.
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In der Tabelle II sind die bei den verschiedenen Varianten erreichbaren
Wicklungsfaktoren, die effektiven Strangwindungszahlen und die Luftspalt-Flußdichteverhältnisse
zusammengefaßt.
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Wie an Hand der verschiedenen Beispiele gezeigt wurde, ist die erfindungsgemäße
polumschaltbare Wicklung Universell, d.h. für beliebige Polzahlkombinationen einsetzbar
und vielfältig abwandelbar. Gegenüber den bisher bekanntgewordenen Stromrichtungsumkehrschaltungen
bestehen folgende Unterschiede und vorteilhafte Abwandlungsmöglichkeiten.
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So können die Parallelzweige für p1 gemäß Fig. 1 mit unterschiedlichen
Spulen- bzw. Windungszahlen ausgeführt sein. Dabei können die Anzapfungen auch innerhalb
einzelner Wicklungsspulen oder Spulengruppen vorgesehen sein, wodurch sich jede
gewünschte resultierende Phasenlage erreichen läßt, Ist das Spannungspolygon für
p1 polarsymmetrisch, dann können alternativ zu Mittelanzapfungen in der niederpoligen
Stufe auch die betreffenden diametral zueinander liegenden Spulen oder Spulengruppen
weggelassen werden.
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Als Vorteile ergeben sich hierdurch geringere Eupferverluste, da die
ansonsten bifilar durchfluteten, angezapften Wicklungsteile stromlos bleiben. Außerdem
wird gegenüber einer Ausführung mit mittig angezapften Spulengruppen gleichzeitig
auch die Felderregerkurve verbessert.
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Als Nachteil muß allerdings eine etwas kompliziertere Wicklung in
Kauf genommen werden, die entweder drei zusätzliche Klemmen (Fig. 20) oder unterschiedliche
Spulenwindungszahlen (Fig. 21, 22) benötigt.
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In analoger Weise sind auch Umgruppierungsschaltungen (gemäß Fig.
2) ausführbar. Solche Dreiphasenwicklungen in Dreieck/Dreifachdreieck oder Stern/Dreifachdreieck-Schaltung
sind allerdings im allgemeinen nur bei einer durch drei teilbaren Polpaarzahl Pl
möglich. Wegen des größeren Windungszahlunterschiedes eignen sie sich ins-
besondere
für höhere Polzahlspreizungen und Antriebe mit quadratischem Gegenmoment/Drehzehlverlauf
(Lüfterkennlinie) - vgl. Tabelle II.
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9 Patentansprüche 28 Figuren 2 Tabellen
Tebellel
| Variabte Lage effektiveStrangwindungszahl Phasenwinkel Phasenwinkel |
| der w. bei Ausführung bei Ausführung |
| Anzap- ala Vielfachee dar Spulen- nach Fig. 5 und 6 nech Fig.
9 und 10 |
| windungazahl |
| fungen |
| Stränge U, W Streng V fUV = fVW fUW fUV = fVW fUW |
| α X = O 1,9696 1,8794 130° 100° 110° 140° |
| ß @ =1/2 1,8590 1,8794 115,36° 129,28° 124,64° 110,72° |
| γ X = 2.@@@ 1,8794 1,8794 120° 120° 120° 120° |
| # =1/3 |
Tabelle II
| 2P2 = 10 2P1 = 6 Luftspaltflußdichterelationen B6/B10 *) |
| Wioklungafaktor Sehnunge- #/γ #/#3 |
| Spulen- 10 faktor Stromrichtungsumkehrsohaltung Umgruppierungs- |
| schaltung |
| schritt Ausfüh- beiDrei- s6 nach Fig. 24 10polige Drei- nachltung
10pol. |
| rung zonen- zonenwioklung Fig, 16 Dreizonen- |
| gemäß wicklung |
| Fig. 21 wioklung (α) (ß) (α) (ß) (γ) (@) |
| 1 - 5 0,945 0,831 0,743 1,382 1,389 1,245 1,222 2,817 2,417 |
| 1 - 6 0,945 0,831 0,866 1,186 1,192 1,043 1,048 2,418 2,074 |
| 1 - 7 8,831 0,731 0,951 0,949 0,955 0,835 0,839 1,936 1,661 |
| 1 - 8 0,617 o,995 0,995 0,674 0,678 0,573 0,596 1,374 1,179 |
*) Die effektiven Strangwindungszahlen w6 6 betragen jeweils :
L e e r s e i t e