DE400548C - Polumschaltbare Wicklung fuer Mehrphasenmaschinen mit zweischichtiger Trommelwicklung - Google Patents

Polumschaltbare Wicklung fuer Mehrphasenmaschinen mit zweischichtiger Trommelwicklung

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DE400548C
DE400548C DES47553D DES0047553D DE400548C DE 400548 C DE400548 C DE 400548C DE S47553 D DES47553 D DE S47553D DE S0047553 D DES0047553 D DE S0047553D DE 400548 C DE400548 C DE 400548C
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Siemens Schuckertwerke AG
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Siemens Schuckertwerke AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/12Asynchronous induction motors for multi-phase current
    • H02K17/14Asynchronous induction motors for multi-phase current having windings arranged for permitting pole-changing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

  • Polumschaltbare Wicklung für 1Vlehrphasenmaschinen mit zweischichtiger Trommelwicklung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei nielirpliasigen polumschaltbaren Trommelwickhingen für beliebige Polzablverbältnisse und beliebige Phasenzahlen bei jeder Polzahlstufe eine reguläre Stromverteilung bei regulärem Drelifelrl zti erzielen. Bei der Ringankerwicklung sind solche Schaltungen für beliebige Polzahlverhältnisse ohne weiteres möglich. Man faßt dann die aufeinanderfolgenden Spulen einzeln oder in Gruppen zusammen und speist sie in einer solchen Reihenfolge aus den verschiedenen Phasen des Mehrpliasensvsterns, rlaß die gewünschte Polzahl entsteht.
  • In Abb. i ist beispielsweise ein derartiger Ringanker finit C Spulen abgerollt dargestellt. Man kann die Spulen von den drei Strömen eines Dreipliasensysterns derart durchfließen lassen, wie es die Buchstaben A, B, C darstellen, indem man je zwei nebeneinander liegende Spulen an die gleiche Phase schaltet. In dein veranschaulichten Beispiele erhält nian dann eine zweipolige Wicklung mit der doppelten Polteilung 2 7'. Schaltet man dagegen, wie es die Buchstaben der zweiten Zeile a, h, c zeigen, die aufeinanKlerfolgenden Spulen je an eine andere Phase, so erhält man ein vierpoliges Magnetfeld mit der doppelten Polteilung 2 -.
  • Will man nun die Wicklun.- eines Trommelankers ebenfalls polumschaltbar in der für den Ringanker angegebenen Weise ausführen, so entsteht die Schwierigkeit, daß die beiden Leiter einer Windung auf der Trommeloberfläche liegen, so flaß es nicht ohne weiteres möglich ist, ein reguläres Drehfeld bei regulärer Stromverteilung zu erzielen.
  • Es ist zwar auch fier Trouinielwicklung von Mehrphasenmaschinen eine Reihe von Lösungen vorgeschlagen worden. Sie liefern jerloch entivcler unregelmäßige Strom- und Feldverteilung oder sind nur für bestimmte Polzahlverhältnisse brauchbar, oder nian muß mit der Polumschaltun- die Phasenzahl wechseln, oder für ,lie versclüe#lenen Pnlzalilen von vornherein verschie-lene Wicklungen auf der Maschine vorsehen- Derartige Anordnungen hat inan als ein- oder mehrschichtige Spulenwicklungen ausgefiilirt oder als zweiscliiclitige Schleifen- oder Wellenwicklungen nach Art gier Gleichstromwicklungen. Durch riie Anordnung gemäß cler t-rfindting wird es auch bei zweischichtigen Trommelwicklungen für 1Iehrpliasenniascliinen ermöglicht, in den einzelnen Schichten eine reguläre Stromverteilung bei regulärem Drehfelri für jedes heliehige Polzahlverhältnis zu erzielen, bei der ini besonderen auch heim Übergang von einer Polzahl zur anderen ein Wechsel der Phasenzahl nicht erforderlich ist. Der Erfindung gemäß wird eine zweischichtige polumschaltbare Trommelwicklung für mehrphasige Maschinen dadurch erhalten, daß Spulen der für einschichtige Trommelwicklungen (Patentschrift 289348, hl. 2,id) bekannten Art mit gleicher, zwischen rler großen und der kleinen Polteilung liegenden Spulenweite verwendet werden. Es bildet dann bei Zweischichtwicklung gemäß der Erfindung diie eine Spulenseite die Oberschicht einer Nut, die zweite Spulenseite die Unterschicht einer anderen Nut, die sich von der ersten in einem @lcr Spulenweite entsprechenden Abstand befindet. lin besonderen wird nun gemäß der Erfindung beim Übergang von einer Polzahlstufe auf die analere in allen oder dein größten Teil der Spielen die Phase des Stromes geändert, und zwar so, daß in jeder Schicht geie Wicklungszonen der einzelnen Phasen mit unter sich gleicher Spulenzahl aufeinanderfolgen, und daß für beule Polzahlstufen @ler Sinn der Aufeinanderfolge einander entsprechender Phasen beibehalten bleibt. In beiden Stufen wird somit ohne Änderung .der Phasenzahl am Ankerumfang sowohl in der Oberschicht als auch in der Unterschicht eine reguläre Stromverteilung bei regulärem Drehfeld erzielt.
  • Die Abb. 2 bis 8 zeigen Beispiele von Wicklungen gemäß der Erfindung. In Abb. 2 ist eineWicklung fürVierpliasenstroni dargestellt. Und zwar für eine Umschaltung von zwei auf vier Pole. Für die Leiter der Oberschicht ist durch die in der oberen Zeile angegebenen großen Buchstaben die Phasenfolge für die zweipolige Anordnung angedeutet, ebenso für die Oberschicht für die vierpolige Anordnung die Phasenfolge durch kleine Buchstaben in Ier zweiten Zeile.
  • Die einzelnen Spulen werden für beide Polzahlen derart geschaltet, claß sowohl in der Oberschicht als auch in der Unterschicht je für sich eine der Phasenzahl entsprechende regelmäßige Stromverteilung atn Umfange entsteht. Die Abbildung läßt dies ohne weiteres erkennen. Da nun in beiden Schichten für jede Polzahl ein reguläres Drehfeld ausgebildet wird, so wird ohne weiteres erreicht, daß sich die beiden regtilüren Einzeldrehfelder zu einem regulärei Gesamtdrehfeld zusammensetzen. Beim Arbeiten weder mit cler einen noch mit der anderen Polzahl können somit störendeUnregelmäßigkeiten auftreten.
  • Bei dieser Anordnung kann sich naturgemäß nicht für beide Polzahlstufen eine vollkommene Ausnutzung des Wicklungsmaterials ergeben, ,la die Spulenweite auf jeden Fall von einer der Polteilungen almweichen muß. Die Ströme der Ober- und Unterschicht addieren sich dabei nicht arithmetisch, sondern geometrisch, da sie nicht in allen Nuten die gleichen Phasen besitzen. Um nun für beide Polzahlstufen eine möglichst günstige Ausnutzung zu erreichen, gibt man der Spulenweite s (Abb. 3) zweckmäßig in an sich bekannter Weise einen Wert, der zwischen der kleinen Polteilung und cler großen Polteilung T liegt. Will man für beide Polzahlen gleiche Ausnutzung erzielen, so ergibt seich die erforderliche Spulenweite aus folgender Betrachtung: Die Ausnutzung der Wicklung - ist proportional dein Sinus des Verhältnisses von Spulenweite zu Polteilung. Es ergibt sich also als Bedingung für gleiche Ausnutzung Da nun s größer als und kleiner als T sein soll, so .ist diese erfüllt, wenn sich die Argumente der rechten und linken Seite der Gleichung zu r8o° ergänzen, wenn also übereinander aufheben. , Breite Wicklungszonen wie 3:2, V die A Wicklung b W 24 H der dieser Phase y Phase Strom oder Stromzweig und Übergang veranschaulicht.
  • beiden nur us Beziehung ergibt sich somit für jc.ae Polumschaltung mit gegebenem und Polteilung im Spulen weite s, man wählt, .; um gleiche Wicklungsausnutzung für beide Polzahlstufen zu erhalten.
  • Es ergibt sich beispielsweise für ein ; r : eine Spulenwei e von 2l; der größeren Polteilung, für ein Polzahh-erhältnis 2: 3 eine Spulenweite von größeren Polteilung.
  • Bei der einer etwa derartigen Spulenweite ergibt sich der weitere Vorteil, daß tie Stromverteilungen der Ober- und Unterschickt sich derart lagern, claß die Oberfelder stark gegeneinander wirken und sich zum größten Teil Abb. ,l. zeigt .eine Wicklung gemäß Abb.2 sowohl bei zweipoliger als auch vierpoliger Schaltung für zwei verschiedene (gestrichelt und ausgezogen) Augenblicke des vierphasigen Stromdurchflusses. Es ist ohne weiteres zu übersehen, daß sie wesentlich günstiger ist als die einer normalen Vierphasenwiclclung.
  • Abb. 5 zeigt ebenfalls für eine Vierphasenwicklung ein Beispiel für eine Polumschaltung im Verhältnis a : 3. Damit alle Nuten stets von Strom durchflossen werden, ist es hier wie auch in den anderen Fällen, erforderlich; daß die der jeder Phase am Umfange sich bei den verschiedenen Polzahlen umgekehrt die Zahl der Polpaare, also liier wie erhält, daß also jede Wicklungszone einerPhase, für einePolzahlstufe aus einer Spulenzahl besteht, die der Polpaarzahl der anderen Polzahlstufe zahlenmäßig entspricht.
  • uch hier bilden sowohl Ot.-erschicht als auch Unterschlicht j e für sich eine Wicklung mit regulärer Stromverteilung bei regulärem Drehfeld. Für die vierpolige Anordnung ist die Stromverteilung der einzelnen Phasen mit A, R usw. bezeichnet, für die sechspolige Anordnung mit a, b usw.
  • Bei der . 2 sind 8 Spulen nach Ab vorhanden, die beim Übergang von einer Polzahl auf die andere für sich geschaltet werden müssen. Dies ist bei den ick-Spulen der lung nach Abb. 5 nicht mehr erforderlich. i.er sind vielmehr stets 3 Spulen vorhanden, die sich bei der Umschaltung gleichartig verhalten. Für einen Stromzweig ist dies in . Zeichnung durch starke Striche hervorgehoben. Zwei Spulen müssen z. B. bei der Umschaltung von 13@auf c gelegt werden, die dritte von P auf a. Da nun aber im Vierphasens stem durch D stets der Pntgegengesetzte wie in Phase B und in Phase e der entgegengesetzte Strom wie in Phase a fließt, so kann man diese dritte Spule im umgekehrten Wicklungssinn stets in Reihe zu den erstgenannten Spulen geschaltet Lassen.
  • Das gleiche -erhalten zeigen stets j e drei andere Spulen der Wicklung nach Abb. 5, so daß man diese Gruppen von je drei Spulen zu einem zusammenfassen bann, demnach nur 8 umzuschaltende Stromkreise erhält, die beim von der .1poligen zur Geoligen Schaltung an passend vertauschte Phasen gelegt werden müssen.
  • Die Stromverteilung und Feldattsbnldttng der Wicklung nach Abb.5 ist in Abb. 6 Man erkennt auch hier, daß für die gezeichneten Zeitpunkte der Ströme geringfügige Oberfelder vorhanden sind. Die Anwendung derWicklung gemäß derErfin(Iting ist nattirgeinäß nicht nur für Vierphasenstroin verwen;lhar, sondern auch für jede beliebige andere Phasenzahl. Als Beispiel ist in Ahl). 7 für drei Phasen die Wicklungsanordnung, Strom- und 1# elrlatisbildung für das Polzalllverhältnis 4 : f dargestellt, in Ahle. 8 eine ,lreipliasige Anordnung für ein Polzalilverhältnis (, : B. Auch hier lassen sich wiederum in rler oben beschriebenen Weise immer mehrere Spulen zu einem Stromzweig zusammenfassen, so in Abh.; je zwei, in Abb. 8 je vier, die in sich unverändert beim L'l)ergang von einer Polzahl zur anderen an vertauschte Phasen geschaltet werden müssen. An welche der Mehrpliasenleitungen rlie Stromkreise hei jeder Polzahl geschaltet werden müssen, gellt aus rlen zu den Spulen gehörigen Phasenhuchstahen .l. B usw. bzw. a, h usw. ohne weiteres eindeutig hervor.
  • Die verschiedenen Stromzweige rler Wicklung können hinter- oder nebeneinan.,ler geschaltet werden oder in Stern- oder Vieleck-s schaltun -. Die Art der Schaltung ist für die Ausbildung der Fehler gleichgültig und richtet sich nach den jeweiligen Verhältnissen. Anrierseits ist es auch ilic*)glicli, jede in <lein Ausführungsbeispiel veranschaulichte Spule aus mehreren Spulen zusammenzusetzen die Wickhingen (-]er einzelnen Spulen auf mehrere Nuten zu verteilen oder unter Umständen umgekehrt @iie Wicklungen mehrerer Nuten in einer Nut ztlsaln.nlellzulegen. Kennzeichnend ist jedoch ininier, daß die Anordnung gemäß der Erfindungsich auf eine Zweischichtwicklung zurückführen läßt, clie die oben gekennzeichneten Merkmaie aufweist.

Claims (6)

  1. PATR\T-A\ Si'Rt ci-i F_: i. Poltinischalthare Wicklung für Mehrpliasenniaschinen mit zweiscllichtigerTroinnielwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweischichtwicklung aus bei polttnischaltharenEinschichtwicklungen bekannten Spulen gleicher zwischen der großen und der kleinen Polteilung liegender Weite liergestellt ist, wobei abweichend voni Bekannten, heim I@llergalig von einer Polzahl auf die andere in allen oder dein grF)ßten Teil der `pulen die Phase Ales Stromes derart verändert wi-rri, rlaß in jeder Schicht .die Wicklungszonen der einzelnen Phasen mit unter sich gleicher Spulenzahl aufeinanderfolgen un l für heile P7lzalllsttifen der Sinn der Aufeinanderfolge einander entsprechender Phasen beibehalten wird, so daß in beirlen Polzahlstufen sowohl in der Oberschicht als auch in der Unterschicht unter Beil:ehaltung ler Phasenzahl am Ankertunfan g eine reguläre Stroinv erteilung bei regulärem Drehfeld erzielt wird.
  2. 2. Polumschaltbare Wicklung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartge Spulenweite (s) für die verschiedenen Polteilungen (T und -), rlaß - ,lie Sunnn der Verhältnisse von Spulenweite zur Polteilung s S) gleich 2 ist.
  3. 3. Polumschaltbare Wicklung nach Anspruch i für Zweiphaseninaschinen für (las Polzahlverhältnis i :2, -ehellnzeiclillet durch e Spulen für jedes Polpaar der grüßen Geschwindigkeit, von denen für große Geschwindigkeit clie den Stroin # e icher Pliase führenden Spulen je zu zweien nebeneinander liegen, während sie für kleine Geschwindigkeit uni die Polteilung der großen Geschwindigkeit auseinander liegen.
  4. Polumschaltbare Wicklung nach Anspruch i für Zweiphasenmaschinen für das Polzahlverhältnis 2 : 3,gelcennzeichnetrltircli 12 Spulen für jedes Polpaar rler großen Geschwindigkeit von denen für große Geschwindigkeit die den Stroin gleicher Pliase führenden Spulen je zu dreien nebeneinander liegen, während für MeineGeschwinrligkeit sie zu je zweien in '11.; der Polteilung der großen Geschwiindigkeit auseinander liegen.
  5. 5. Poluinschalthare Wicklung nach Anspruch i für Dreiphasenmaschinen für las Polzahlverhältn is 2: 3, gekennzeichnetdurch 9 Spulen für jedes Polpaar der großen Geschwindigkeit, von denen für große Geschwindigkeit die den Stroin gleicher Phase führenden Spulen je zu dreien nebeneinanIer liegen, während für kleine Geschwinligkeit sie zu je zweien in 21, der doppelten Polteilung rler großen Geschwindigkeit auseinander liegen.
  6. 6. Polumschaltbare Wicklung nach Anspruch i für Dreiphasenniaschinen für das Polzahlverhältnls 3:.1, gekennzeichnet durch 12 Spulen für jedes Polpaar der grollen Geschwindigkeit, von -ienen für große Gescli@i-indigl:eit die den Str()ni gleicher Pliase führenden Spulen je zu vieren nebeneinander liegen, währe A für kleine Geschwindigkeit sie zu je dreien in 1l/2 der Polteilung der großen Geschwinriigkeit auseinander liegen.
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