DE2921223A1 - Verfahren zur auslegung der durch polamplituden-modulation polumschaltbaren staenderwicklung einer drehstrommaschine - Google Patents

Description

Verfahren zur Auslegung der durch Polamplituden-Modulation polumschaltbaren Ständerwicklung einer Drehstrommaschine

Die Erfindung bezieht sich auf durch Pol-Amplituden-Modulation polumschaltbar Drehstrommaschinen.

Durch Pol-Amplituden-Modulation in ihrer Polzahl umschaltbare Drehstrommotoren und -generatoren mit Käfigwicklung sind beispielsweise aus der GB-PS 9oo 600 und weiteren Patenschriften sowie zahlreichen Veröffentlichungen von Prof. G.H. Rawcliffe und anderen in "Proceedings„of th.e Institution of Electrical Engineers" dort zuletzt im Jahrgang 1958, 1o5A auf Seite 411 ff. bekannt.

Die Theorie der Pol-Amplituden-Modulation (P.A.M.) wird in diesen Patenschriften und technischen Veröffentlichungen mit der Annahme erläutert,.daß die Verteilung der Wicklungen über de- Luftspalt und die überlagerten Modulationswellen rein stufenförmig zu sein haben und deshalb bei praktisch ausgeführten Maschinen so nahe wie möglich sinusförmig sein sollen.

Es war herausgefunden worden, daß eine sinusförmige Modulation der Polamplitude bestimmte Oberwellen in der Felderregerkurve erzeugte, insbesondere solche Oberwellen, die als "konjugierte" Oberwellen beschrieben wurden, wobei diese Oberwellen zu jenen hinzutraten, die bei herkömmlichen Ein-Drehzahl-Wicklungen festgestellt wurden.

Ein Teil der Entwicklung für die Pol-Amplituden-Modulation, wie sie in späteren Patentschriften und technischen Veröffentlichungen beschrieben worden ist, hat sich mit der Verminderung der unerwünschten Oberwellen durch Veränderung

909848/0917

der Modulationsfolge oder durch entsprechende Auswahl der Spulengruppierung und der Sehnung befaßt. Jene Oberwellen wurden als unerwünscht betrachtet, insbesondere weil sie sich in erheblichen Absenkungen, Spitzen und Einsattelungen in der Beschleunigungskurve eines Motors auswirkten oder zumindest zu einer Gesamtverminderung des Motormoments an aufeinanderfolgenden Punkten der Beschleunigungskurve führten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, derartige benachbarte Oberwellen bei Pol-Amplituden-Modulationsmaschinen, insbesondere solchen mit asymmetrischen Polkombinationen, auf ein Kleinstmaß herabzudrücken.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren zur Auslegung der Ständerwicklung einer Drehstrommaschine, deren Ständerwicklung zur Umschaltung zwischen zwei alternativen Polzahlen durch Pol-Amplituden-Modulation und durch das Vorhandensein ähnlicher halben Phasenwicklungen zur Schaltung in Reihe oder parallel geeignet ist, welches gekennzeichnet ist durch die Verfahrensschritte:

Wahl der gewünschten Polkombination und der Ständer-Nutenzahl,

Zerlegung der Nutenzahl in zwei Faktoren, von denen der erste gleich einer der Zahlen "6", "12", "18" und "24" ist und der andere die Nutenzahl "S" einer jeden Hälfte eines anfänglichen Wicklungselementes darstellt,

Überprüfung der für ein anfängliches Wicklungselement in S-Nuten möglichen alternativen Spulenverteilungen je Phase ,

aus diesen Alternativen Auswahl einer Spulenverteilung, die für das Wicklungselement selbst einen niedrigen Gehalt an der benachbarten Harmonischen und einen näherungsweisen Ausgleich zwischen den Phasen schafft, und

909848/0917

Ableitung der endgültigen Wicklung von dem anfänglichen Wicklungselement durch mindestens eine Symmetrisierungsstufe.

Die beiden Hälften der anfänglichen Wicklungselemente müssen, abgesehen von den Vorzeichen, dieselben sein, um die Parallel/ Reihe-Schaltung zu ermöglichen, die ein typisches Kennzeichen der Umschaltung von mit der P.A.M. unumschaltbaren Wicklungen ist.

Der Grundgedanke, auf dem die Erfindung beruht, ist die Hinzufügung einer speziell zur Verminderung der benachbarten Oberwellen in der resultierenden Feldkurve dienenden Oberwellenmodulation zu der bekannten maßgebenden sinusförmigen Modulation via Pol-Amplitude. Die Hinzufügung einer 3, Oberwellen-Modulation hat sich als eigentümlich für diesen Zweck herausgestellt. Weil die Hinzufügung der 3. Oberwellen-Modulation folgerichtig zusammen mit anderen Auslegungserfordernissen, insbesondere einem Ausgleich zwischen den Phasen, zu geschehen hat, geht das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Stufen durch den Vorgang des Messens und der Auswahl vonstatten.

Die Wahl einer 3. Oberwellen-Modulation einführenden Elementarwicklung erweist sich als zunächst von den Polzahlen der Ständerwicklung und der Nutzahl abhängig. In später folgenden Ausführungsbeispielen werden alternative Polzahlen ausgewählt, die groß und meist von der Form P-PoIe/(P + 2) Pole sind, weil solche Maschinen sowohl die Auswirkung benachbarter Oberwellen besonders deutlich zeigen als auch eine wirtschaftlich bedeutende Gattung von Maschinen darstellen.

Vor der Beschreibung von charakteristischen Ausführungsbeispielen der Erfindung im einzelnen wird es das Verständnis der Erfindung erleichtern, die Theorie zu erörtern, die diese Beispiele wiederspiegeln.

909848/0917

Unter Berücksichtigung zunächst jener Radialkraftwellen, die bei allen Induktionsmotoren vorhanden sind, erzeugt das rotierende magnetische Feld in allen Induktionsmotoren eine rotierende radiale Kraftwelle, die das Bestreben hat, das Blechpaket und das Ständergehäuse zu verbiegen. Die Kraft pro Flächeneinheit) an einer beliebigen Stelle ist proportional dem Quadrat der magnetischen Induktion B sin (m© - cot) , / das heißt:

² sin²

B_m ² sin² (me - t-t) oder B_m ² ' " "^a * ^vx"° ~^UJU/ | (1)

1 - cos 2 (m© - cot)

Dies bedeutet eine rotierende Kraftwelle von doppelter Frequenz mit einer Polzahl gleich dem Doppelten der Haupt-

Γ 21 polzahl zusätzlich zu der stationären Radialkraft 1/2 B I,

worin

m die Anzahl der Haupt-Polpaare und θ ein mechanischer Winkel

sind.

Zunächst seien die rotierenden Kraftwellen in P.A.M.-Induktionsmotoren betrachtet unter der Voraussetzung, daß ein zweites rotierendes Magnetfeld B sin (ηθ ± iot) einer im Vergleich zu dem Hauptfeld B schwach ist, d.h. weniger als 2o % beträgt. Die kombinierte Wirkung dieser Felder be-

909848/0917

steht darin, daß zwei zusätzliche Radialkraftwellen derjenigen, die vom Hauptfeld herrührt, entstehen. Eine dieser Kraftwellen ist stationär, und eine rotiert mit einer Geschwindigkeit, die dem Doppelten der Netzfrequenz entspricht. Grundsätzlich treten diese zusätzlichen Kraftwellen aufgrund von Oberwellen in allen Standard-Induktionsmotoren auf, sind dort aber sehr klein.

Die folgenden Gleichungen verdeutlichen die Zusammenhänge: B_m sin (mö -tot) +B_n sin (ηθ + iot)

seien zwei rotierende magnetische Felder in einem Induktions motor, wobei B_1n viel größer als B sei. Wenn das alternierende Vorzeichen negativ ist, rotieren beide Felder in gleicher Richtung. Wo es positiv ist, rotieren die Felder in entgegengesetzter Richtung. Die resultierende Gesamt-Rotationskraft ist nun proportional zu:

B sin (m& - <0t) + B sin (ηθ + Ut)I (2)

m η

Wenn B um ein Vielfaches größer ist als B , wie dies immer bei einer beliebigen P.A.M.-Wicklung der Fall sein wird,

2 < ^J

kann die auf der alleinigen Wirkung von B beruhende rotierende Kraftwelle vernachlässigt werden. Aus der Differenzbildung zwischen der gesamten resultierenden rotierenden Kraftwelle nach Gleichung (2) und der Kraftwelle nach Gleichung (1), die auf der Alleinwirkung des

HauDtfeldes E beruht und der Vernachlässigung der B bem η

ruhenden Kraftwelle folgt, daß die besondere rotierende Kraftwelle in einem P.A,M.-Induktionsmotor proportional ist zu:

sin (me -üt) + B_n sin (ηθ ?wt)J " JV ^{sin (ΐηθ} "

2B B I cos (m+ η) θ - cos ((m- η) θ - 2 Wt))/ (3)

^{m n L} 90984870917 V

90984870917

Jedes römanente magnetische Feld kann gemäß dieser letzten Gleichung grundsätzlich zwei Resultierende hervorbringen. (Nur resultierende magnetische Felder sind von Eedeutung. Jede beliebige Oberwellendurchflutung (magnetomotorische Kraft) wird viel größer sein als das davon erzeugte magnetische Feld und gerade die Oberwellendurchflutungen in einer P.A.M.-Wicklung werden im Vergleich zu der Hauptdurchflutung klein sein.

Der erste Ausdruck in dieser letzten Gleichung (3) stellt eine feste Kraftwelle von (m+n) Polpaaren dar, jjnd dpr zweite Ausdruck gibt eine rotierende Kraftwelle von (m-n) Polpaaren mit einer Drehzahl entsprechend dem Zweifachen der Netzfrequenz wieder. Im Prinzip wird die feste Kraftwelle eine ständige resultierende Verformung des Blechpakets und Ständers ergeben, jedoch keine resultierende Schwingung. Der zweite Ausdruck stellt eine rotierende Kraftwelle dar, die Schwingungen erzeugen kann.

Das Ausmaß der Schwingungen wird von der Größe der Kraftwelle, der Stabilität des Ständers und auch der Anzahl der Pole in der Kraftwelle abhängen. Der Ständer kann als ein fortlaufender Balken betrachtet werden, der an einer Anzahl Stellen abgestützt ist, die jeweils den Abstand einer Polteilung haben. Die Durchbiegung eines einfach abgestützten Balkens von gegebenem Querschnitt bei einer gegebenen Kraft ist proportional der dritten Potenz des Abstandes zwischen den Abstützstellen, und die Schwingung ist umso geringer, je größer die Anzahl der Pole ist und umgekehrt.

Die maximale Schwingung für eine gegebene Stärke das zweiten magnetischen Feldes B wird mit negativem Vorzeichen für η im zweiten Ausdruck der Gleichung für die Extrawelle auftreten, die nur (m-n) Polpaare in der rotierenden Kraftwelle liefert. Dies entspricht einer Drehung des zweiten

909848/0917

Feldes B im umgekehrten Sinn zu dem magnetischen Hauptv feld B . Gleichzeitig wird das Vorzeichen im ersten Ausdruck positiv sein, und die feste Kraftwelle wird (m+n) Polpaare haben, und die resultierende feste Verformung wird unbedeutend sein.

Lin zweites rotierendes Magnetfeld wird deshalb^ am wahrscheinlichsten Schwingungen erzeugen, wenn die beiden Felder nahezu die gleiche Ordnungszahl haben und in entgegengesetzten Richtungen rotieren. Im Prinzip können m und η um "1" differieren; sie werden jedoch bei normalen P.A.M.-Kicklungen nicht weniger als "2" voneinander abweichen. Eine Durchflutungsoberwelle mit einer Ordnungszahl, die sich nur um "1", "2" oder eine andere niedrige ganze Zahl von der Ordnungszahl der Grundwelle der Durchflutung unterscheidet, ist hierin als "benachbarte" Oberwelle definiert worden.

Die Ordnungszahlen können um"1" für Kombinationen von ungeraden Polpaarzahlen abweichen, wenn alle Ordnungszahlen, gerade und ungerade, der Oberwellen für beide Polzahlen vorhanden sind. Von Bedeutung ist der Fall mit 6 Polen/1ο Polen; andere Fälle sind in der Praxis selten.

Bei früheren P.A.M.-Wicklungen wurde besondere Beachtung der Verminderung der Größe von jeglichen Durchflutungsoberwellen höherer Ordnungszahlen (vom Mehrfachen der Kaupt-Polzahl) gewidmet, weil diese eine beträchtliche Auswirkung auf die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien haben würden.

Die einer P.A.M.-Wicklung durch die Vor-Modulation der Wicklung überlagerten Haupt-Oberwellen mit niedriger Ordnungszahl haben die Ordnungszahlen (P₁ -2), (P₁ - 4) usw., wobei P₁ die ursprüngliche Polpaarzahl ist. Die Größe

90 98 4.8/0-9 17

dieser Oberwellen nimmt sehr schnell mit zunehmender Ordnungszahl ab. Die größte benachbarte Oberwelle vor der Modulation hat deshalb die Ordnungszahl (p- - 2) und ist gänzlich oder vorherrschend von negativem Drehsinn.

Obgleich das Vorhandensein·von benachbarten Oberwellen seit mehreren Jahren bekannt ist, kommt es nur bei der Polumschaltung mit Hilfe der Polamplitudenmodulation bei großen Maschinen vor, daß die Auswirkungen der Schwingungen als in der Praxis unannehmbar angesehen werden, und es geschieht nur mit der vorliegenden Erfindung, daß eine grundsätzliche Abhilfe hiergegen gefunden worden ist. Bei kleineren Maschinen sind diese Radialkräfte auch vorhanden, aber sie sind weniger in der Lage nachteilige Schwingungen zu erzeugen, weil die Ständergehäuse für kleinere Motoren für gewöhnlich im Verhältnis kräftiger als die von großen Motoren ausgebildet sind. Dennoch vermögen starke benachbarte Oberwellen ein beträchtliches Anwachsen von hörbarem Lärm zu verursachen. Zu diesem Zwecke kann es vorteilhaft sein, die Abhilfe gemäß der vorliegenden Erfindung bei kleinen Motoren anzuwenden, insbesondere da diese Abhilfe einfach anzuwenden ist und die Kosten dafür gering sind.

Es seien nun die Ordnungszahlen der benachbarten Oberwellen und ihr Drehsinn betrachtet, die sich leicht, wie nachstehend wiedergegeben, ableiten lassen.

Wie bereits erwähnt, haben die einer P.A.M.-Wicklung durch die Vor-Modulation der Wicklung auferlegten Hauptoberwellen geringer Ordnungszahl Ordnungszahlen Cp₁ -2), (p·,- 4) usw., wobei p- die ursprüngliche Polpaarzahl ist. Die Größe dieser Oberwellen nimmt sehr schnell mit zunehmender Ordnungszahl ab. Die größte benachbarte Oberwelle vor der Modulation hat deshalb die Ordnungszahl (P₁ - 2) und ist gänzlich oder vorherrschend von negativem Drehsinn.

909848/091 7

Die von der Modulation herrührenden Haupt-Oberwellen niedriger Ordnungszahl beruhen entweder auf der dritten Oberwellenkomponente der Phasendurchflutungen oder der dritten Oberwellenkomponente der Modulationswelle. Die (gewünschte) Resultierende der Modulation für ein Polzahlverhältnis kleiner als 2 : 1 beträgt Cp₁ + 1) Polpaare, und die (unerwünschte) resultierende Haupt-Cberwelle ist demzufolge (p- + 3) Polpaare, worin p- die Originalanzahl der Polpaare ist. Ausgedrückt in Kinheiten der Haupt-Polpaarzahl (p~) für eine P.A.M.-Wicklung mit Polzahlverhältnis kleiner als 2:1 nach ihrer Modulation ist dann die unerwünschte benachbarte Haupt-Oberwelle von der Ordnungszahl (p~ +2) und diese besitzt auch negativen Drehsinn.

In nächstfolgender Betrachtung der Auswirkung des Käfigläufers auf die Durchflutungs-Oberwellen, die in einem P.A.M.-Induktionsmotor vorhanden sind, ist das von der Haupt-Durchflutung erzeugte rotierende Feld B sin (irö - <o t) das fundamentale rotierende Magnetfeld. Alle übrigen Durchflutungskomponenten sollten im normalen Eetrieb grundsätzlich völlig durch Ströme in der Käfigwicklung neutralisiert werden, so daß im Idealfall kein anderer magnetischer Fluß in der Maschine als dieses fundamentale Feld vorhanden ist, wenn die Maschine im normalen Eetrieb arbeitet. In der Praxis werden die größeren Oberwellen-Durchflutungen nicht vollständig neutralisiert, und es sind die von diesen römanenten Durchflutungen erzeugten magnetischen Flüsse (B ) die (typisch) durch den Ausdruck B sin (ηθ + ^₃ t) bezeichnet sind. Sie werden immer klein sein, weil sie nur proportional dem nicht neutralisierten Anteil der Oberwellendurchflutung sind. Es sind die gegenseitigen Einwirkungen zwischen B und einer (oder mehreren) Ordnungszahl (en) von B die zusätzliche rotierende magnetische Kraftwellen aufbauen können.

9848/0917

ORIGINAL INSPECTED

Die negativ drehende benachbarte Oberwelle von (p₂ + 2) = (P₁ + 3) Polpaaren nach der Modulation läßt sich weniger leicht durch die Käfigwicklung neutralisieren als die negativ drehende benachbarte Oberwelle von (P₁ - 2) Polpaaren vor der Modulation bei einer gegebenen Stärke der Oberwellendurchflutung. Es läßt sich beobachten, daß die Ordnungszahl der benachbarten Oberwelle für eine höhere Drehzahl in P.A.M.-Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis kleiner als 2 : 1 immer um "5" größer ist als die Ordnungszahl der benachbarten Oberwelle für die geringere Drehzahl. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Ordnungszahlen ist näher "1" für große Polzahlen und umgekehrt. Beispielsweise für 8 Pole/ 1o Pole beträgt das Verhältnis 2/7, während das Verhältnis für 14 Pole/16 Pole 1/2 ist. Folglich sind benachbarte Oberwellen für große Polzahlen stärker von gleicher Bedeutung für beide Drehzahlen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer leichteren Ausführung in der Praxis werden nachstehend eine Anzahl Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 in Vektor-Diagrammen alle sechs alternativ möglichen und für eine 1o Pol/12 PoI-P.A.M.-Wicklung in 1o8 Nuten geegneten 12 Nut-Elemente,

Fig. 3 die Spulengruppierungen und Spulen-Vorzeichen bei 1o Polen und 12 Polen für die sechs alternativ möglichen 12 Nut-Elemente nach Fig. 4 und 5,

Fig. 4 ein Wickelschema einer 1o Pol/12 PoI-

P.A.M.-Wicklung in 1o8 Nuten, 909848/0917

Fig. 5 ein Wickelschema einer anderen 1o Pol/

12 PoI-P.A.M.-Wicklung in 1o8 Nuten,

Fig. 6 ein 12 Pol-Vektor-Diagramm für ein

4o Nut-Wicklungselement

(a) nach deren Symmetrisierung und

(b) nach überführung einer Spule von Phase C in Phase B,

Fig. 7 ein Wicklungsschema für die endgültig

vorgezogene 1o Pol/12 PoI-P.A.M.-Wicklung in 12o Nuten,

Fig. 8 ein Wicklungsschema für eine 12 Pol/14

Pol-Wicklung in 1o8 Nuten und ,

Fig. 9 ein Wicklungsschema für eine 14 Pol/

16 Pol-Wicklung in 126 Nuten.

Den Zeichnungen sind ferner zur weiteren Verbesserung des Verständnisses fünf Tabellen beigefügt. Diese enthalten:

Tabelle 1 typische Nutenzahlen und die Nummern

der entsprechenden Spulen für 9 Spulengruppen-Kombinationen zur Veranschaulichung der möglichen Aufteilung der Spulen pro Halbelement typischer Wicklungen auf die drei Phasen,

Tabelle 2 eine Auflistung des von den sechs

alternativen 12-polig-elementaren 1o Pol/12 Pol-Wicklungen erzeugten Oberwellengehalts zur Ermöglichung einer Auswahl für eine 1o Pol/12 PoI-P.A.M.Wicklung in 1o8 Nuten,

909848/0917

-VK-

Tabelle 3

eine Auflistung des von den vier Alternativen lo-polig-elementaren 1o Pol/ 12 Pol-Wicklungen erzeugten Oberwellengehalts zur Ermöglichung einer Auswahl für eine 1o Pol/12 PoI-P.A.M.-Wicklung in 12o Nuten,

Tabelle 4

eine Auflistung des von den sechs Alternativen 12-polig-elementaren 12 Pol/ 14 Pol-Wicklungen erzeugten Oberwellengehalts zur Ermöglichung einer Auswahl für eine 12 Pol/14 PoI-P.A.M.-Wicklung in 1o8 Nuten und

Tabelle 5

eine Auflistung des von den sieben Alternativen 14-polig-elementaren 14 Pol/ 16 Pol-Wicklungen erzeugten Oberwellengehalts zur Ermöglichung einer Auswahl für eine 14 Pol/16 PoI-P.A.M.-Wicklung in 126 Nuten.

Allgemeine Theorie der Oberwellen-Modulation

Die Erfindung liefert ein allgemeines Verfahren zur Schaffung einer weiteren Gattung von P.A.M.-polumschaltbaren Wicklungen, insbesondere mit asymmetrischen Polkombinationen, zur Minimierung benachbarter Oberwellen mit negativer Drehrichtung. Dieses Verfahren erfordert eine absichtliche Abkehr von der einen sinusförmigen Modulation, welche die theoretische Basis war, gemäß welcher die bekannten durch Pol-Amplituden-Modulation umschaltbaren Induktionsmotoren ausgelegt worden sind.

Die Theorie der Oberwellen-Modulation läßt sich auf P.A.M.Wicklungen für jede Polkombination anwenden. In der Praxis haben sich als gewerblich am Interessantesten Pol-

909848/0917

kombinationen von 4/6, 6/8, 8/1ο, 1o/12 usw. erwiesen, bei denen die Polzahlen um "2" voneinander verschieden sind.

Die Modulation für solche Polkombinationen wird, wie in früheren Veröffentlichungen ausgeführt worden ist, für gewöhnlich durch Gesamtmodulation der Statorwicklung bewirkt. Die Modulationswelle hat diejenige Anzahl von Halbwellen (oder Polen) die gleich der Summe der Alternativpolzahlen ist.

Das Grundprinzip der Oberwellen-Modulation besteht darin, daß eine unerwünschte Durchflutungsoberwelle wesentlich durch Hinzufügung einer zusätzlichen Modulationskomponente zu der normalen Modulationswelle verkleinert werden kann. Die besondere Oberwellen-Modulation, welche die benachbarten Durchflutungswellen vermindert, ist die dritte Oberwelle der Modulationsgrundwelle. Das Auftreten von Schwingungen doppelter Frequenz bei großen P.A.M.-Motoren mit symmetrischer Polkombination kann auf ein sehr niedriges Maß durch Hinzufügung Drepunktoberwellen-Modulation von ausgewählter Grö^e vermindert werden.

Das besondere Prinzip der Dritte-Oberwellen-Modulation wird zunächst für die Gesamtmodulation durch die Summe der Polpaare analysiert:

1} Von P₁ Polpaaren zu p₂ Polpaaren: p₂ - (P₁ + 1) angewandte Modulation: Ergebnis der Modulation:

gesucht ' vorhanden

Hauptmodulation P₁ ^± (P₁ + p₂) - p₂ + (2P₁ + p₂)

Dritte-Oberwellen- P₁ ± 3 + (P₁ + 3) +(P₁-S) Modulation = + (p₂ + 2)

909848/0917

ORiGiNAL INSPECTED

verminderte benachbarte Oberwelle niedriger Ordnungszahl

erhöhte Subharmonische niedriger Ordnungszahl

gewünscht

annehmbar

Demgegenüber Vornahme der Modulation im umgekehrten Sinne:

2) Von p~ Polpaaren zu P₁ Polpaaren: P₁ = (p₂ - 1)

angewandte Modulation:

Hauptmodulation P₂ ± (P₁ + P₂)

Dritte-Oberwellenmodulation p₂ ± 3

Ergebnis der Modulation: gesucht vorhanden

+ (P₂ - 3)
= + (P₁ - 2)

verminderte benachbarte Oberwelle
niedriger Ordnungszahl

(2p

+ 3)

erhöhte Subharmonische niedriger Ordnungszahl

gewünscht

annehmbar

In beiden vorstehenden Fällen ist der Drehsinn aller Oberwellen (Harmonischen) entgegengesetzt zum Drehsinn des Hauptfeldes. Insbesondere haben die benachbarten Oberwellen negative Drehrichtung.

In unsymmetrischen P.A.M.-Wicklungen sind die Durchflutungsoberwellen grundsätzlich unausgeglichen. Benachbarte Oberwellen werden Komponenten mit sowohl positiver als auch negativer Folge haben, jedoch ist die Komponente mit negativer Folge die viel größere. Die Komponente mit positiver Folge spiegelt Differenzen zweiter Größenordnung zwischen den Spulengruppierungen der einzelnen Phasen wieder.

909848/0917

ORIGINAL INSPECTED

Symmetrische und asymmetrische P.A.M.-Wicklungen

Vor der Beschreibung der praktischen Wicklungsbeispiele ist es erforderlich, die beiden Gattungen von P.A.M.Pol-Kombinat ionen wie folgt zu betrachten:

Symmetrische P.A.M.-Polkombination, für welche keine der alternativen·Polzahlen ein Vielfaches von "3" ist, und asymmetrische P.A.M.-Polkombinationen, für welche eine der alternativen Polzahlen ein Vielfaches von "3" ist und die andere nicht.

Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit P.A.M.-Maschinen mit asymmetrischen Polkombinationen, da das erfindungsgemäße Verfahren das einzige zur Einführung einer Dritte-Oberwellen-Modulation bei asymmetrischen Polkombinationen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch für P.A.M.-Maschinen mit symmetrischen Po!kombination angewandt werden, wo es eine Alternative bildet.

Asymmetrische P.A.M.-Wicklungen

Obgleich in praktisch ausgeführten Maschinen mit asymmetrischen Polkombinationen die Grundwelle des magnetischen Feldes zwischen den Phasen ausgeglichen sein wird, werden die Oberwellen des magnetischen Feldes für einige Ordnungszahlen der Oberwellen für gewöhnlich unausgeglichen sein. Weiterhin weicht die Spulengruppierung einer der drei Phasen von derjenigen der anderen Phasen ab.

Der Entwurf einer asymmetrischen P.A.M.-Wicklung in einem Ständer mit η-Nuten, für gewöhnlich 72 oder mehr Nuten, beginnt mit der Wahl eines anfänglichen Wicklungselementes. Dieses Wicklungselement wird nur einige Nuten, d.h. zwei

909848/0917

bis zehn Nuten pro Halbelement einnehmen. Es folgt dann eine oder mehrere Stufen (voller) Symmetrisierung, durch welche in jeder Stufe das anfängliche Wicklungselement verdreifacht wird, wobei zwei oder drei Komponenten um 12o° oder 24o° zu ihren gleichwertigen Komponenten zusammen mit einer entsprechenden Neu-Zuordnung der Phasen versetzt werden. Eine einzige erste Stufe (voller) Symmetrisierung kann von einer oder zwei Stufen einer Teilsymmetrisierung begleitet sein, durch welche in jeder Stufe die aus der ersten Stufe hervorgehende Wicklung mit entsprechenden Verlagerungen und Phasenwechseln verdoppelt wird.

Demnach beginnt der Entwurf mit einem Wicklungselement von n/6 Nuten, n/12 Nuten, n/18 Nuten oder n/24 Nuten je halbes Wicklungselement. Wie für alle P.A.M.-Wicklungen muß jedes Phasenelement zwei gleiche halbe Phasenwicklungen aufweisen, so daß Serie/Parallelschaltung mit 6 Klemmen möglich ist.

Insoweit ist die Erläuterung eine Zusammenfassung der veröffentlichten Theorie für den Entwurf von P.A.M.-Maschinen.

Tabelle 1 gibt alle Aufteilungen der Gesamtspulen zwischen den Phasen pro Halbelement für ein anfängliches dreiphasiges Wicklungselement wieder, wie es zur Benutzung in der Praxis geeignet ist. Alle Aufteilungen weisen n/18 Nuten je halbes Wicklungselement auf. Die Alternativen sind unter Element/ Ständer-Nutzahlen tabellarisch aufgestellt, die von 2/36-1o/ 18o variieren. Die Anzahl der Wahlmöglichkeiten für jede Ständer-Nutzahl ist in Klammern über der betreffenden Spalte angegeben.

Es sei hier erwähnt, daß die Erfindung in ihrer Anwendung auf asymmetrische P.A.M.-Wicklungen nicht auf Ständer beschränkt ist, deren Nutenzahl durch "18" teilbar ist. In den nachfolgenden Beispielen verwendet ein Beispiel, nämlich das der Figur 7 einen Ständer mit 12o Nuten.

909848/0917

Ungeachtet dessen, ist es grundsätzlich bei asymmetrischen Wicklungen vorzuziehen, daß die Nutenanzahl durch "18" teilbar ist.

Bei Betrachtung der Tabelle 1 läßt sich feststellen, daß die frühere P.A.M.-Theorie von der Annahme ausging, daß die Spulen eines beliebigen halben Wicklungselementes auf die drei Phasen aufgeteilt werden sollten, und zwar

1. in gleicher Verteilung, zwischen den Phasen oder

2. in so nahe wie möglich gleicher Verteilung oder

3. in gleicher Verteilung zwischen zwei Phasen, wobei die dritte Phase Null-Spulen aufweist.

Diese Annahme ist unrichtig, und Tabelle 1 enthält für alle mit Ausnahme der kleinsten Nutenzahl Spulenaufteilungen, die zwischen den einzelnen Phasen ungleich sind, jedoch wesentlich bessere Wicklungen im Anschluß an die nachfolgende Symmetrisxerung liefern.

Jede Durchflutungsoberwelle in einem anfänglichen Wicklungselement wird in jeder Stufe der Symmetrisierung, um einen Faktor vermindert, der für jede einzelne Oberwelle unveränderlich ist. Die Grundwelle bleibt praktisch ungeändert. Demzufolge hängt der endgültige Durchflutungs-Oberwellengehalt von dem Oberwellengehalt des anfänglichen Wicklungselementes und der Anzahl der Symmetrisierungsstufen ab.

Für eine bleliebige Oberwelle wird dasjenige halbe Wicklungs element, das anfänglich den geringsten Anteil dieser Oberwelle hat, in ähnlicher Weise bei derselben Anzahl von Symmetrisierungsstufen letztlich den niedrigsten Gehalt aufweisen. Die erste Stufe bei der Verminderung einer bestimmten Durchflutungsoberwelle in einer endgültigen

909848/0917

Wicklung ist demzufolge die Auswahl eines Halbelements mit geringem Anfangsanteil dieser Oberwelle.

Eine P.A.M.-Grundwicklung wird mit Hilfe der üblichen Nutensternmethode für jede mögliche Aufteilung aller Spulen zwischen den Phasen erhalten.

Für 1o8 Nuten bestehen beispielsweise, wie in Tabelle 1 aufgezeigt, sechs Wahlmöglichkeiten ungeachtet der erforderlichen Polkombination.

Die Figuren 1 und 2 zusammen zeigen die Nut-Vektordiagramme für alle sechs Wahlmöglichkeiten bei einem Ständer mit 1o8 Nuten. Bei Betrachtung einer 1o Pol/12 Pol-Wicklung beträgt der Nutwinkel für 1o Pole 15o° elektrisch und für 12 Pole 18o° elektrisch. Nach Aufzeichnung des Nut-Vektordiagramms für jede Polzahl braucht nur noch die Gesamt-Spulenzahl zwischen den Phasen in Übereinstimmung mit den Wahlmöglichkeiten (sechs) gemäß der Darstellung in Tabelle 1 aufgeteilt zu werden, um den höchstmöglichen Verteilungsfaktor für jede Polzahl zu erhalten, während sichergestellt wird, daß die Phasenfolgen für die beiden Polzahlen für eine Summenmodulation entgegengesetzt sind.

Aus jedem Vektordiagramm der Figuren 1 und 2 geht das entsprechende Wickelschema für das volle 12 Nut-Wicklungselement ohne weiteres hervor.

Figur 3 gibt das Wickelschema in 12 Nuten für jede der sechs 1o8 Nut-Wahlmöglichkeiten der Tabelle 1 wieder. Die Computeranalyse einer jeden dieser Wickelschemen zeigt den dabei auftretenden Oberwellengehalt.

In Tabelle 2 sind die phasenweise Spulenaufteilung, der Gehalt an der benachbarten Oberwelle und andere Wicklungscharakteristika für beide betriebliche Polzahlen und

909848/0917

für eine jede der sechs Wahlmöglichkeiten nach Tabelle 1 zusammengestellt. Jene Grundwicklung wird ausgewählt, die den geringsten Anteil an benachbarten Oberwellen enthält, insbesondere bei der höheren betrieblichen Polzahl. In diesem Fall richtet sich die Auswahl insbesondere nach dem Kleinstwert der benachbarten 16 Pol-Oberwelle in der 12-poligen Schaltung. In diesem Fall fällt die Wahl deshalb auf den "Entwurf Nr. 3" in der Überschrift der Tabelle 2, für welche die Spulenaufteilung pro Halbphase: 4-1-1 ist.

Nach der Auswahl der Wahlmöglichkeit aus Tabelle 2 ist die Grundwicklung zweimal zu symmetrisieren. Im vorliegenden Fall liefert die Grundwicklung in 12 Nuten dann die endgültige Wicklung in 1o8 Nuten.

Als alternatives Verfahren ist es auch möglich, alle sechs der 12 Nut-Wahlmöglichkeiten zweimal zu symmetrisieren und die Auswahl nach dem Gehalt an der benachbarten Oberwelle in den resultierenden sechs 1o8 Nut-Wicklungen zu richten. Die Auswahl richtet sich in erster Linie nach dem Anteil der niedrigsten benachbarten Oberwelle bei der höheren Polzahl, da das Auftreten von Schwingungen bei dieser Schaltung der P.A.M.-Wicklung wahrscheinlicher ist.

Es ist folgerichtig, daß die Auswahl des Anteils an der niedrigsten benachbarten Oberwelle für die höhere Polzahl einen annehmbar niedrigen, wenn nicht sogar den niedrigsten Anteil an der benachbarten Oberwelle für die niedrigere Polzahl liefert, wie sich aus einer Überprüfung der Tabellen 2-5 entnehmen läßt. Eine solche Überprüfung wird auch zeigen, daß für jede halbe Grundwicklung in S-Nuten die vorgezogene Wahlmöglichkeit für gewöhnlich aus einer Aufteilung der Spulen zwischen den drei Phasen in nachstehender Weise folgt:

909848/0917

A= (S - 2) , Β = 1, C = 1.

Eine in jeder Hinsicht äußerst befriedigende endgültige Wicklung wird durch das beschriebene Verfahren nach der Erfindung für einen niedrigen Anteil der benachbarten Harmonischen dann erhalten, wenn diese Auswahl folgerichtig zusammen mit anderen und bekannten Entwurfserfordernissen vorgenommen werden kann, um auch eine solche endgültige Wicklung zu schaffen, in welcher:

1. die ausgewählte Polzahl-Kombination und Ständer-Nutenzahl einen nahezu vollständigen Ausgleich zwischen den Phasen bei beiden Polkombinationen gestatten,

2. der Gehalt an anderen Oberwellen bei beiden Polzahlen nach Auswahl des Wickelschritts gering ist und

3. der gewählte Wickelschritt und die Verteilungsfaktoren ein brauchbares Luftspalt-Induktionsverhältnis liefern.

Demzufolge ist es zweckmäßig, zusätzlich zu dem Gehalt an der benachbarten Oberwelle die zwei Verteilungsfaktoren und den vorhandenen Ausgleichsfehler, beide in negativer und Null-Folge, für alle Wicklungselemente sämtlicher Tabellen 2-5 aufzulisten.

Beschreibung der praktischen endgültigen Wicklungen

Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung von 5 P.A.M.Wicklungen mit verminderten Anteilen an den benachbarten Oberwellen aufgrund eines hinzugefügten Modulationsanteils der dritten Oberwelle wie folgt:

909848/0917

1. 1o Pole/12 Pole in 1o8 Nuten Fig. 1 - 4

2. Io Pole/12 Pole (alternativ)

in 1o8 Nuten Fig. 5

3. 1o Pole/12 Pole in 12o Nuten Fig. 6 und 7

4. 12 Pole/14 Pole in 1o8 Nuten Fig. 8

5. 14 Pole/16 Pole in 126 Nuten Fig. 9

Diese fünf Beispiele dienen der Veranschaulichung typischer industrieller Anforderungen bei großen Induktionsmotoren. Die Auswahl der Polkombination und die Auswahl der Ständernutenanzahl ist in keiner Weise auf die in diesen Beispielen getroffene Auswahl beschränkt.

Beispiel 1 - Io Pole/12 Pole in 1o8 Nuten

Figur 4 zeigt das Wicklungsschema des ersten Ausführungsbeispiels dieser Polkombination und Ständer-Nutenzahl.

Der Entwurf einer P.A.M.-Wicklung dieser Polkombination und Nutenanzahl mit niedriger benachbarter Oberwelle wurde oben bereits in Verbindung mit den Tabellen 1 und 2 und den Figuren 1,2 und 3 behandelt.

Zusammengefaßt gibt die ausgewählte Nutenanzahl die Auswahl einer Grundwicklung aus Spalte 5 (1o8 Nuten) der Tabelle 1 an. Von den sechs 6 Nut-Grundwicklungsalternativen nach Tabelle 2 sind die Entwurfs-Nummern 1,5 und 6 auf den ersten Blick hin unzweckmäßig, da sie einen hohen Gehalt an benachbarten Oberwellen für die eine· oder anüere Polzahl ergeben. Von den verbleibenden drei Wahlmöglichkexten, den Entwürfen Nr. 2, 3 und 4 besitzt der Entwurf Nr. 3 den niedrigesten Anteil an der benachbarten Oberwelle,

909848/0917

insbesondere ist die kritische 16 Pol-Oberwelle -für-die 12 Pol-Schaltung null. Es läßt sich feststellen, daß der Anteil an der 6 Pol-Oberwelle für die 1o Pol-Schaltung zufriedenstellend ist, und in diesem besonderen Fall beträgt dann die Verteilung der 6 Spulen zwischen den Phasen:

A = (6 - 2) , B= 1, C =1

Unter Berücksichtigung des Erfordernisses einer ausgeglichenen Wicklung bei 1o Polen und bei 12 Polen ist der Ausgleichs fehler aufgrund von Fehlern in den Symmetrisierungswinkeln sehr klein für die 1o-polige Parallel-Stern-Schaltung, und der Ausgleich ist vollkommen für die 12-polige Reihen-Dreieck-Schaltung .

Figur 4 zeigt das Wicklungsschema des ersten Ausführungsbeispiels, und dieses ist abgeleitet durch Verwendung von * 25 Nuten für die endgültige (zweite) Symmetrisierung. Der Wickelschritt beträgt durchgehend 8 Nuten. Die Drehrichtung ist bei den beiden alternativen Polzahlen für die gleiche Reihenfolge der Anschlüsse entgegengesetzt. Die 6-polige benachbarte Oberwelle in der 1o-poligen Schaltung beträgt 8 %. Die 16-polige benachbarte Oberwelle in der 12-poligen Schaltung ist null wie für die Grundwicklung. Die Wickelfaktoren betragen w. = o,798 und w..« = o,787. Das Luftspalt-Induktionsverhältnis (^Bi_o/^B·^ beträgt o,95.

Beispiel 2 - Io Pole/12 Pole in 1o8 Nuten

Figur 5 zeigt das Wicklungsschema des zweiten Auführungsbeispiels, das abgeleitet ist von der Verwendung von ± 14 Nuten für die zweite Symmetrisierung.

909848/091 7

COPV

Der Wickelschritt beträgt durchgehend 8 Nuten,und die Drehrichtungen für die 1o-polige Parallel-Sternschaltung und die 12-polige Reihen-Dreieck-Schaltung bei gleicher Reihenfolge der Stromzuführung sind einander entgegengesetzt. Die 6-polige benachbarte Oberwelle in der 1o-poligen Schaltung

beträgt nun 1o %. Die 16-polige benachbarte Oberwelle in der 12-poligen Schaltung ist nach wie vor null. Die Wickelfaktoren sind W₁ = o,796 und W₁₂ = o,788. Das Luftspalt-Induktionsverhältnis (B₁₀ZB₁₂) beträgt o,953.

Gegenüber einem geringfügigen Anstieg des Anteils der benachbarten Oberwelle bei 1o Polen im Vergleich zu der Wicklung nach Figur 4 erfüllt die Wicklung nach Figur 5 das Erfordernis von nur 36 Spulengruppen gegenüber 58 Spulengruppen bei der Wicklung nach Figur 4.

Um die Verbesserung bezüglich der benachbarten Oberwelle bei den beiden Ausführungsbeispielen dieser Polkombination und Nutenzahl entsprechend den Werten für eine bekannte 1o Pol/ 12 Pol-Wicklung in 1o8 Nuten auf der Grundlage des früheren Auslegungsprinzips mit sinusförmiger Modulation aufzuzeigen, sind nachstehend folgende Werte zusammengestellt:

6-polige benachbarte Oberwelle bei 1o Polen - 38 % 16-polige benachbarte Oberwelle bei 12 Polen - 22 % Wickelfaktoren w.. = ο,796, W₁₂ = o,819 Luftspalt-Induktionsverhältnis (B₁ /B _) = o,99 Anzahl der Spulengruppen = 26

Aus diesem Vergleich läßt sich ersehen, daß für eine Vergrößerung der Anzahl der Spulengruppen von 26 auf 48 (Fig. 4) oder auf 36 (Fig. 5) die benachbarten Oberwellen mit nur geringfügigen Änderungen der übrigen Eigenschaften stark vermindert werden.

9098 48/09 1 7 _Cöpr

29212:

Obgleich ähnliche Vergleichswerte für die anderen Beispie] von Polkombinationen und Nutenzahlen hier nicht aufgeführt sind, ist die Verminderung des Anteils der benachbarten Oberwellen maßgeblich für alle Ausführungsbeispiele im Vergleich mit früheren Wicklungen für dieselbe Polkombinat und Nutenanzahl auf der Grundlage früherer Auslegungsprinz mit Verwendung einer nahezu sinusförmigen Modulation.

Beispiel 3 - Io Pole/12 Pole in 12o Nuten

Vor der Erläuterung dieses Beispiels erscheint es nützlich, die hierin verwendeten und auch schon in früheren Veröffeni lichungen als "Symmetrisierung" und "Teilsymmetrisierung" oder "2-Komponenten-Symmetrisierung" bezeichneten Schritte bei der Auslegung der Wicklungen ins Gedächtnis zurückzurui

Wenn in Anwendung auf den Entwurf von Drei-Phasen-P.A.M.Wicklungen eine dreiphasige unausgeglichene Grundwicklung in eine Unter-Vielzahl von Nuten unter entsprechender Änderung der Phase und entsprechendem Versatz zwischen einer jeden der drei Komponenten verdreifacht wird, dann muß die resultierende zusammengesetzte Wicklung zwischen den Phasen ausgeglichen werden. Die zusammengesetzte Wicklung nimmt die dreifache Anzahl von Nuten gegenüber der Grundwicklung ein.

Bei einer polumschaltbaren Maschine resultiert jene Anzahl von Nuten im Versatz, der genau 12o° ergibt, oder dem entsprechenden Phasenversatz für eine Polzahl in einem verschiedenen Winkelversatz bei der anderen (oder einer anderer Polzahl. Der resultierende Ausgleich wird deshalb nur bei einer Polzahl erhalten.

Jedoch kann durch weitere Verdreifachung der zusammengesetzt Wicklung in einer zweiten Symmetrisierungsstufe ein Nutzahl-

909848/0917

COPY

versatz möglich sein, der einen Ausgleich oder näherungsweise einen Ausgleich für die zweite Polzahl liefert.

Die endgültige Wicklung nimmt die 9-fache Nutenanzahl gegenüber der Grundwicklung ein.

In Fällen, in denen eine Verdreifachung einer partiell entworfenen Wicklung nicht praktikabel ist, wird die Verdoppelung dieser Wicklung mit einem ausgewählten Nutenzahlversatz zwischen den Komponenten nichtsdestoweniger eine Verbesserung im Ausgleich für beide Polzahlen oder für die zweite Polzahl je nachdem schaffen, ob es sich dabei um die erste oder eine spätere Stufe der "Symmetrisierung" handelt. Dies ist als "Teil-Symmetrisierung" oder "2-Komponenten-Symmetrisierung" bezeichnet worden. Die resultierende Wicklung nimmt zweimal soviele Nuten wie die Ausgangswicklung ein.

Es sei daran erinnert, daß beim Entwurf von P.A.M.-Wicklungen Grundwicklungen als Halbwicklungen betrachtet werden, damit das Reihe/Parallel-Schalten vereinfacht wird. Demzufolge nimmt die volle Grundwicklung offensichtlich die doppelte Anzahl von Nuten gegenüber der Halbwicklung ein.

Es folgt dann für eine beliebige gegebene Ständer-Nutenzahl, daß, wenn die Nutenzahl nicht durch "18" teilbar ist, zwei Symmetrisierungsstufen nicht möglich sind.

Die Anzahl von 12o Nuten ist als Ausführungsbeispiel gewählt. Diese Nutenanzahl setzt sich zusammen aus den Faktoren 2x2x2x3x5. Der Faktor "3" zeigt die Möglichkeit der Symmetrisierung mit einem Halbwicklungselement in 2o Nuten an. Dies wiederum kann von einer 5 Nut-Grundwicklung abgeleitet werden, die zweimal teil-symmetrisiert wird in 5 χ 2 χ 2 = 2o Nuten. Tabelle 1 zeigt vier Wahlmöglichkeiten für die 5 Nut-Halbwicklung.

909848/0917

COPY

Tabelle 3 enthält die Eigenschaften aller dieser vier 1o/12-poligen 5 Nut-Grund-Halbwicklungen.

Aus der Betrachtung dieser Tabelle folgt sofort, daß die Wahlmöglichkeit Nr. 3 für die phasenweise Spulenaufteilung in der Form A= (5-2),B=1,C=1 vorzuziehen ist, weil sie den geringsten Anteil der benachbarten Harmonischen bei beiden Polzahlen sowie einen guten Ausgleich insbesondere für die 12-polige Dreieck-Schaltung aufweist. Diese Wahlmöglichkeit wird dann zweimal teil-symmetrisiert in ein 2o Nut-Halbwicklungselement, das dann für eine endgültige Symmetrisierung in 12o Nuten für die volle Wicklung zur Verfügung steht.

Mit einem 12o Nuten enthaltenden Ständer kann dadurch ein vollständiger Ausgleich für 1o Pole, jedoch nicht für 12 Pole erhalten werden. Obgleich jedoch nur eine Symmetri-

sierungsstufe möglich ist, steht ein anderer

Behelf zur Verbesserung des Ausgleichs bei 12 Polen zur

Verfügung.

Figur 6 zeigt bei (a) das Vektordiagramm des Ergebnisses einer Teil-Symmetrisierung für die 2o Nut-Halbwicklung, das eine phasenweise Spulenaufteilung in der Form A=6, B=6, C=8 liefert.

Figur 6 zeigt bei (b) das resultierende Vektordiagramm nach Versatz der Spule 11 durch Umkehrung. Dies liefert eine resultierende Halbwicklung von der Form A = 6, B = 7, C = 7.

Die hieraus folgende Änderung in den 1o-poligen Vektoren (nicht gezeigt) ist klein und gegenüber der 12-poligen Verbesserung annehmbar.

909848/0917

Figur 7 zeigt das Wicklungsschema der endgültigen 1o Pol/ 12 PoI-P.A.M.-Wicklung in 12o Nuten:

der Mittelschritt beträgt 13 Nuten, d.h. von Nut 1 nach Nut 14 usw.;

die 6-polige benachbarte Oberwelle bei 1o Polen beträgt 12,2%;

die 16-polige benachbarte Oberwelle bei 12 Polen beträgt o,9 %;

die Wickelfaktoren sind W₁ = o,755 und W₁₂ = o,783;

das Luftspalt-Induktionsverhältnis (B₁ /B₁₂) beträgt 1,oo;

der restliche Ausgleichsfehler bei 12 Polen beträgt o,6 % in negativer Folge und o,3 % in Null-Folge.

Die Anzahl der Spulengruppen bei 66 Spulengruppen ist größer als für jedes der 1o8 Nut-Beispiele derselben Polkombination.

Beispiel 4-12 Pole/14 Pole in 1o8 Nuten

Die Teilbarkeit der Nutenzahl durch "18" legt eine zweimalige Symmetrisierung eines 12 Nut-Wicklungselementes nahe.

Tabelle 1 zeigt, daß die Wahlmöglichkeiten für das 6 Nut-Halbwicklungselement "sechs" beträgt.

Tabelle 4 gibt die Wicklungseigenschaften für alle sechs Wahlmöglichkeiten wieder.

909848/0917

Die Wahlmöglichkeiten Nr. 1, 5 und 6 werden verworfen, da die Wickelfaktoren am meisten ungleich sind.- Von den verble den Wahlmöglichkeiten 2, 3 und 4 fällt die Wahl klar auf d Möglichkeit Nr. 3 mit der phasenweisen Spulenaufteilung: A= (6 - 2) ,B=I₇C = L

Figur 8 zeigt das Wickelschema der zweimal symmetrisierten endgültigen 12 Pol/T4 PoI-P.A.M.-Wicklung in 1o8 Nuten. Der Wickelschritt beträgt 8 Nuten. Die 8-polige benachbarte Oberwelle bei 12 Polen ist Null. Die 18-polige benachbarte Oberwelle bei 14 Polen beträgt 5,6 %. Die Wickelfaktoren sind W₁- = o,788 und W₁₄ = 0,868. Das Luftspalt-Induktionsverhältnis (Β^/Β-ιλ) beträgt 1,o9. Die Wicklung ist bei 12 Polen vollständig ausgeglichen. Der Ausgleichsfehler beträgt bei 14 Polen o,1 % mit negativer Folge und o,2 % mit Null-Folge. Die endgültige Anzahl der Spulengruppen ist 48.

Beispiel 5-14 Pole/16 Pole in 126 Nuten

Dieses Beispiel steht für eine P.A.M.-Wicklung für symmetris Polkombination, die jedoch unter Verwendung der oben beschri benen Auslegungsmethode abgeleitet ist, welche, wenngleich für alle asymmetrischen Polkombinationen zwingend, auch für symmetrische Polkombinationen als alternatives Auslegungsverfahren zur Verfügung steht.

Die Nutenzahl 126 mit den Faktoren 2x3x3x7 legt eine zweimalige Symmetrisierung einer 7 Nut-Grund-Hadbwicklung nahe.

Tabelle 1 zeigt, daß die Anzahl der 7 Nut-Wahlmöglichkeiten "sieben" beträgt.

Tabelle 5 gibt die Wicklungscharakteristiken für alle sieben Wahlmöglichkeiten wieder.

909848/0917

COPY

■ Ein Blick zeigt, daß die Wahlmöglichkeit Nr. 3 mit der ; phasenweisen Nutaufteilung: A=(7-2),B = 1,C=1

j den niedrigsten Anteil an der benachbarten Oberwelle

für beide Polzahlen zusammen mit nahezu gleichen Verteilungsfaktoren liefert.

¹ Der Ausgleichsfehler in der 7 Nut-Grund-Halbwicklung ist

' ohne Bedeutung, weil bei der Nutenzahl 126 und der PoI-

^; kombination 14 Pole/16 Pole eine doppelte Symmetrisierung

; einen vollständigen Ausgleich für beide Polzahlen erbringen

! kann.

Figur 9 ist das Wicklungsschema für die resultierende 14 Pol/16 PoI-P.A.M.-Wicklung in 126 Nuten. Der Wickelschritt beträgt 7 Nuten, obgleich auch andere Wickelschritte zulässig sind. Die 1o-polige benachbarte Oberwelle bei Polen und die 2o-polige benachbarte Oberwelle bei 16 Polen i sind vernachlässigbar. Die Wickelfaktoren betragen W₁₄ = o,773

' und W₁₆ = o,838. Das Luftspalt-Induktionsverhältnis (Β^/Β.^) ι ist 1,o99. Die Wicklung ist für beide Polzahlen vollständig

; ausgeglichen. Die Anzahl der Spulengruppen beträgt 66.

Patentansprüche

909848/0917

COPY ORIGINAL INSPECTED

CD

Ol

I I —.

«— Ol .J· I I

en οι

CD

OD
I

	C=	ψ—	CS	I	CVl
I	I	I	I	OI	I —
,_	Ol	τ-	cn	I	Ol tO
I	I	Ι	I	cn	I
Ln			cn	οι

B-C	I	I _ ψ— Ol
I	I	I
	CM	,_

CJ	es	CS	I	CD	»■"	^-	Ol
I	I	I	,—	I	I	I	I
CD	,—	Ol	I	en	Ol	co	OJ
I	I	I	I	I	I	I

Ol

UD LO LO -J -J C-) cn

I CD

t>l

I _

CJ	CD	CS	*""	CS	τ-	CS	τ-	Ol	Ol
I	I	I	I	I	Ι	I	Ι	I	I _
CD		Ol		pn	CNl	«j	en	Ol	en en
I	I	I	Ι	I	I	I	I	I	ι *""■
		us		Ln	Ln	-j·	—τ		cn

o7	CJ
ID	I as I
I	■<
cn

ΟΟι-βι-or-Nf-Ncn

ι ι I I I I I I I I I

^- οι r— «*■> οι ·^ cnoi-jnrn

I I I I I I I I I I I

co r^ f— to to Lf> Ln Ln -J «j· **>

co

ι ι ι ι ι ι ι ι ι I I ι ' I ι ι ι ι ι ι ι ι ι Ι ι ι

cn oo oo t-— r—. us to to Ln u* Ln -j· «j-

909848/0917

Entwurf Nr.	6-	1	2	3	4	5	6
Spulenverteilung pro Halbphase	16-	A-B-C 5-1-0	A-B-C 4-2-0	A-B-C 4-1-1	A-B -C 3-3-0	A-B-C 3-2 -1	A-B-C 2-2-2
IQ^polig, %-Antei] ϊ. benachb. Oberw.	10-	1B.7	46.1	16,3	61.0	29.7	0.0
j2- polig, %-Antei] 1. benachb. Oberw.	12-	11.7	21.3	0.0	28.9	16 4	32.5
Positive Vertei- lungs(Ausbrei- tungs)Faktoren u. %-Anteil des Aus- gleichf ehlers: negative und Null- Folge		0.771	0.852	O.BBO	0.8B0	0.937	0.966
62.9/83.5	37.8/75.6	36.8/536	26.8/73.2	17. B/35.6	0.0/0.0
0.928	0.ΘΒ2	0.B33	0.866	0.764	0.667
100/71.6	100/37.8	■100/40.0	100/0.0	100/0.0	100/50.0
0.650	0.B67	0,656	0.873	0.850	0.816

TABELLE 2.

12-Nut-elementare 10-Pol /12-Pol-P.A.M.Wicklungen

KJ K)

K) K) Ca)

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Auslegung der Ständerwicklung einer Drehstrennmaschine, deren Ständerwicklung zur Umschaltung zwischen zwei alternativen Polzahlen durch Pol-Amplituden-Modulation und durch das Vorhandensein ähnlicher halben Phasenwicklungen zur Schaltung in Reihe oder parallel geeignet ist, gekennzeichnet durch Kombination der Verfahrensschritte.

   Wahl der gewünschten Polkombination und der Ständer-Nutenzahl ,

   Zerlegung der Nutenzahl in zwei Faktoren, von denen der erste gleich einer der Zahlen "6", "12", "18" und "24" ist und der andere die Nutenzahl "S" einer jeden Hälfte eines anfänglichen Wicklungselernentes darstellt,

   Überprüfung der für ein anfängliches Wicklungselement in S-Nuten möglichen alternativen Spulenverteilungen je Phase,

   aus diesen Alternativen Auswahl einer Spulenverteilung, die für das Wicklungselement selbst einen .niedrigen Gehalt an der benachbarten Harmonischen und einen näherungsweisen Ausgleich zwischen den Phasen schafft, und

   Ableitung der endgültigen Wicklung von dem anfänglichen Wicklungselement durch mindestens eine Symmetrisierungsstufe.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dessen vierter Verfahrensstufe dasjenige Wicklungselement ausgewählt wird, das die

   909848/0917

   phasenweise Spulenverteilung A= (S - 2) , B = 1 und C = 1 aufweist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die letzte Stufe der Symmetrisierung gemäß folgender Regel durchgeführt wird:

   wenn der erste Nutenzahlfaktor "6" beträgt, eine einzige Symmetrisierungsstufe;

   wenn der erste Nutenzahlfaktor "12" beträgt, eine einzige Symmetrisierungsstufe und eine einzige Teil-Symmetrisierungsstufe;

   wenn der erste Nutenzahlfaktor "18" beträgt, zwei Symmetrisierungsstufen, und

   wenn der ersten Nutenzahlfaktor "24" beträgt, eine einzige Symmetrisierungsstufe und zwei Teil-Symmetrisierungsstufen.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet, daß die alternativen Polzahlen eine unsymmetrische Polkombination darstellen.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die alternativen Polzahlen durch ein Polpaar voneinander abweichen.

   909848/0917