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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.
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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 -.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.