DE541187C - Schaltung der Staenderwicklungen von Mehrphasen-Kollektormaschinen - Google Patents

Description

' Im Patent 472 205 ist eine Anordnung der Ständerwicklungen von Mehrphasen-Kollektormaschinen angegeben, in welcher der Wicklungsschritt auf einen Bruchteil des normalen WiddungsSchrittes im Läufer verkürzt ist.

Die Abb. 1 gibt beispielsweise im zweipoligen Schema eine solche Anordnung wieder, und zwar für eine Maschine mit normalern Polschritt im Läufer, deren Ständerwicklung mit ¹I₂ Polschritt ausgeführt ist. £ bezeichnet den Ständer mit zwölf durch radiale Teilstriche angedeuteten Nuten und einer dreiphasigen Ständerwicklung, deren Spulen je drei Nutenteilungen umfassen, also bei hier sechs Nuten pro Pol mit ^xj„ Polschritt ausgeführt sind. R bezeichnet den Läufer mit normalem Polschritt gewickelt, wie dies für eine Windung angedeutet ist, und C be-

ao zeichnet den Kollektor des Läufers mit drei Bürsten.

Diese bekannte Anordnung hatte den Zweck, unter Erzeugung von vollkommen wirkenden Wendefeldern für die Kommutierung Stromwindungen zur Selbsterregung der Maschinen zu liefern und diese unter einer solchen Phase, daß die Drehrichtung ν des Feldes die gleiche wie die Drehrichtung V des Läufers wird. Sie erlaubt, im Gegensatze zu den bekannten Wirkungen normaler Ständerwicklungen, bei Verbindung der Maschine mit einer anderen Stromquelle hierbei völlig selbsttätige Anpassung der beiderseitigen Frequenzen zu erzielen.

Die letztgenannte Wirkung hat inzwischen eine sehr große Bedeutung gewonnen in der Anwendung der Anordnung bei Reihenschlußmaschinen und insbesondere in Anwendung dieser als selbsterregte mehrphasige Erregermaschinen für Ansynchronmotoren.

Es ist bekannt, daß sämtliche Versuche, zu diesen Zwecken Maschinen mit normaler Ständerwicklung zu benutzen, sei es mit oder ohne Anbringung" von Wendepolen, zu negativen Resultaten geführt haben, indem es sich zeigte, daß, wenn man versuchte, Kompensierung oder Überkompensierung der Asynchronmotoren bei Leerlauf zu erhalten, deren Betrieb ein unstabiler wurde. -

Der Grund hierzu liegt in einer für diese Zwecke ungünstigen Wirkung der normalen Ständerwicklung. Werden die Stromwindungen im Ständer so gewählt, daß sie gleichzeitig eine ausreichende Komponente für eine gute Kommutierung liefern und eine andere zur Selbsterregung der Erregermaschine ausreichende Komponente, so wird die Phase dieser letzteren eine solche, daß der Asynchronmotor die Neigung zeigt, gleichzeitig wie ein Generator zu arbeiten, welcher einen Strom von etwas niederer Frequenz als die Frequenz des Netzes erzeugt. Würde die

Maschine als Generator mechanisch angetrieben, so würde dessen negative Schlüpfung und seine Drehzahl sich selbsttätig dieser Selbsterregung der Erregermaschine als Asynchrongenerator anpassen. Im Betriebe als Asynchronmotor hingegen bewirkt eine sich dessen Arbeitsweise nicht anpassende Phase des Feldes der Erregermaschine eine zweite dem Strome etwas nacheilende Spannung und primär die genannte zweite etwas niedere Frequenz, welche dann starke und unzulässige Stromstöße im Netze hervorruft. Demgegenüber bietet. die Anordnung nach dem deutschen Patent 472 205 in dieser An-Wendung zunächst den großen Vorteil, daß die angestrebten Wirkungen sowohl die Ausbildung der Wendefelder wie die Selbsterregung dieser Maschinen hier durch eine andere Stromverteilung im Ständer der Erregermaschine erzielt werden, welche zur Folge hat, daß der genannte Nachteil leicht und vollkommen vermieden werden kann, -

Zum Betriebe als" selbsterregte Reihenschlußerregermaschine, d. h, als Generator, werden die Bürsten so eingestellt, daß die Achse der Stromwindungen des Läufers denen des Ständers annähernd entgegengesetzt ist, und zwar unter einem Winkel von 30⁰ entgegengesetzt der Drehrichtung des Läufers. Man erhält so beispielsweise eine Bürstenstellung, wie in Abb. 1 dargestellt ist, wobei die- Phase I des Ständers in Reihe zu schalten ist mit der-Bürste 1, Phase II mit Bürste 2, Phase III mit Bürste 3. Die Wendezonen der Bürsten liegen an den Stellen, welche durch sechs kleine Pfeile bezeichnet sind, in den Kreuzungen der Spulen verschiedener Phasen des Ständers. Untersucht man dann die Verhältnisse zum Beispiel in den zwei Wendezönen der zwei Hälften der eingezeichneten Windung/welche in dieser Stellung unter der Bürste 1 kurzgeschlossen ist, so findet man, daß der Strom in den Ständernuten, welche in der Drehrichtung den Wendezonen folgen, dem Strome im Läufer an dieser Stelle genaix entgegengesetzt ist, so wie dies in einer Kompensationswicklung der Fall sein würde, daß andererseits der .Strom in den Ständernuten, welche den- Wendezönen vorausgehen, dem Bürstenstrome genau entgegengesetzt ist, so wie dies in einer Wendepolwicklung der Fall sein würde; außerdem findet man, daß der letztgenannte Strom sich mit dem Strome im Läufer an dieser Stelle zu einer Komponente zusammensetzt, welche die Magnetisierungsstromwindungen der Erregermaschine bildet.

Diese Zerlegung in drei getrennte Wirkungen, welche durch diese Anordnung erzielt und möglich wird, erlaubt leicht durch geeignete Dimensionierungsmaßnahmen und . an dere Einzelheiten zu erreichen, daß einerseits die Kommutierung die denkbar vollkom-, menste wird und gleichzeitig die Phase des resultierenden Feldes der Erregermaschine so zu wählen, daß sein Drehsinn ν derselbe wird wie der Drehsinn V des Läufers, und daß andererseits die Frequenz der erzeugten Span-. nung und .der Schlüpf ung des Motors sich selbsttätig aneinander anpassen.

Das Resultat ist, daß in allen Fällen, wo diese nach dieser Anordnung ausgeführten selbsterregten Reihenschlußerregermaschinen zur-Anwendung gekommen sind, im Gegensatz^ zu den Erfahrungen an solchen Ma- schinen* rnit'-normaler Ständerwicklung, die vollkommen stabile Arbeitsweise der Asynchronmotoren auch bei beliebig hoher Ubererregung" im Leerlauf gerade durch diese Reihenschlußerregung" erzielt wurde."" "Diese Wirkung wurde, im übrigen um so klarer dadurch dargelegt, daß selbst bei Hinzufügung einer Nebenschlußwicklung in der Erregermaschine" und bei^; beliebig hoher Regelung der Überkompensierung der Asynchronmotoren durch diese die gleichzeitige -Reihenschlußerregung hier außerdem auch. vollständig jede Neigung zu .Pendelbewegungen des Asynchronmotors unterdrückte, welche bekanntlich bei Benutzung von mehrphasigen Erregermaschinen mit reiner Nebenschlußerregung "l~eicht auftreten. :. .-.""..

Die vorstehenden Erläuterungen zu den verschiedenen Wirkungen, welche durch die bekannte Ausführung nach dem deutschen Patent 472 205 erreicht ^werden, wurden hier zunächst wiedergegeben, weil es für gewisse Fälle- vorteilhaft erscheint; die gleichen .Wirkungen auch auf. anderem Wege bei einer anderen Ausführung der Ständerwicklung zu erreichen. . :'

Die Abb. 2 zeigt das der Abb. 1 entsprechende Wicklungs-und Schaltungsschema der Ständerwicklung. Bestehen die Spulen aus: einer gewissen Anzahl Leiter mäßigen Querschnittes, so hat ihre Ausführung mit ¹Z₂ Polschritt den Vorteil·, daß ihre Windungslängen klein werden und die Spulen einer Phase,' beispielsweise die hier .im zweipoligen Schema zwei Spulen der Phase 1-I₀, welche no bei Strömrichtung im eingezeichneten Sinne die zwei Pole entgegengesetzter Polarität N und S erzeugen würden,, durch Verbindungen gleichfalls mäßigen Querschnittes zu verbinden sind, beispielsweise wie hier gezeichnet in Reihe zueinander.

Meistens, sind'diese mehrphasigen Erregermaschinen für hohe Stromstärken als vielpolige Maschinen ,auszuführen und mit um so höherer Polzahl, je höher ihre Stromstärken oder ihre Leistungen liegen, während hre Läufer niitSchleifenwicklung ausgeführt

werden. Es zeigt sich dann, daß es sehr wichtig ist, im Ständer alle -Spulen, die zu Verschiedenen Polen derselben Polarität gehören, in Reihe miteinander zu verbinden, weil bei Parallelschaltung Abweichungen von der weiter oben charakterisierten Stromverteilung und ihrer Phasen an verschiedenen Stellen entstehen können, die durch Rückwirkung mit den Läuferströmen noch verstärkt werden und so< Stromstöße hervorrufen können. Diese Bedingung führt dann bei Maschinen für große Stromstärken zu Stabwicklungen, deren Spulen aus einer geringen Stabzahl pro Pol und Phase bestehen.

Die Abb. 3 zeigt ein solches Schema, in welchem die Spulen aus beispielsweise zwei Windungen pro Pol und Phase gebildet sind. Das Schema ist zur Klarheit nur vierpolig gezeichnet und für höhere Polzahlen lediglieh in analoger Weise der Polzahl entsprechend zu verlängern, wobei die Klemmen der Stromzuführungen dieselben bleiben können. Eine solche einzelne Spulen bildende Stabwicklung kann nur mit nebeneinander-

ag liegenden Stäben ausgeführt werden, wobei man dann bei wieder 6 Nuten pro Pol, also 24 Nuten, zwei Stäbe pro Nut erhält oder beispielsweise bei 48 Nuten einen Stab pro Nut erhalten würde. Der mittlere Wicklungsschritt pro Windung bleibt dann auch hier, wie in der Abbildung eingeschrieben ist, p/2, d. h. ¹Z₂ Polschritt, wenn p den Polschritt bezeichnet. In einer solchen Spulenwicklung sind die Verbindungen der Stäbe als bogenförmige, in einer anderen Ebene liegende Bügel auszuführen mit der Stabstärke entsprechendem Querschnitt. Die Abb. 3 zeigt dann, daß insbesondere die Bügel, welche die Verbindungen zwischen den verschiedenen Spulen bilden, unter entsprechender Verlängerung der Stäbe in vier verschiedenen größeren Abständen vom Ständer anzuordnen sind und verhältnismäßig viel Platz in Anspruch nehmen.

Es könnte deshalb unter Umständen vorteilhaft erscheinen, wenn man die gleichen Wirkungen durch eine andere Ausführung der Ständerwicklung mit ¹J₂ Polschritt erzielen könnte, in welcher die Stäbe, beispielsweise ähnlich wie bei gewissen normalen Dreiphasenwicklungen, in der Weise wie bei einer Gleichstromtrommelwicklung in zwei Ebenen in den Nuten übereinanderliegend angeordnet sind und durch eine von den symmetrisch gleichmäßig fortlaufenden abweichende Verbindung pro resultierender Phase so zueinander geschaltet werden, daß sie eine normale Dreiphasenwieklung bilden.

Das Wicklungsschema, Abb. 2, aeigt und ebenso Abb. 3, daß im wesentlichen zur Erzielung der erläuterten Wirkung die Stromverteilung im Ständer eine solche sein muß, daß für "eine gegebene Stromrichtung der Strom einer Phase pro Polpaar auf vier um 90 ° verschiedene Stellen verteilt ist und an diesen aufeinanderfolgenden Stellen abwechselnd die gleiche und die umgekehrte Richtung erhält. Dieses Resultat wäre aber offenbar mit einer mit ¹^ Polschritt ausgeführten Trommelwirkung nicht zu erreichen.

Dahingegen zeigt sich, daß die gleiche Stromverteilung wie in Abb. 2 und 3 mit ¹Z₂ Polschritt auch bei Wicklungen mit normalem mittleren Wicklungsschritt erzielt werden kann durch Einschaltung besonderer Verbindungen an einzelnen Stellen pro Phase, die von den symmetrisch angeordneten abweichen.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die Ständerwicklungen, deren mittlerer Wicklungsschritt dem normalen Wicklungschritt im Läufer entspricht, so auszuführen, daß jede Wicklungsphase unter einer Polteilung in mehrere Wicklungsteile unterteilt ist, die durch die Wicklungsteile der übrigen Phasen voneinander getrennt und so untereinander verbunden sind, daß die Wicklung hinsichtlich ihrer resultierenden Stromverteilung einer Ständerwicklung mit verkürztem Wicklungsschritt entspricht.

In den Abb. 4 bis 11 zeigen die dargestellten Wicklungsschemata eine Anzahl Ausführungsformen. Diese sind alle vierpolig gezeichnet und bei höheren Polzahlen entsprechend zu verlängern. Überall sind wieder 6 Nuten pro Pol angenommen. Die Leiter oder Stäbe sind in üblicher Weise dargestellt, indem ihre äußeren Teile für die in den Nuten untenliegenden Stäbe durch unterbrochene, für die obenliegenden durch ausgezogene Linien dargestellt sind.

Die Abb. 4 zeigt ein Schema, in welchem der Wicklungsschritt gleich dem Polschritt p ist. Die abgehenden Verbindungen α sind zunächst dieselben, wie sie bei normalen Dreiphasenwicklungen angewendet werden. Außerdem sind die abgehenden Verbindungen b, hier zwei pro Phase, eingeschaltet, welche hier beispielsweise an den betreffenden Stellen je zwei Stäbe verbinden, die um I¹Z₂ Polschritt verschieden liegen. Verfolgt man dann den Stromverlauf für eine Phase, z. B. 1-I₀, so zeigen die eingezeichneten Pfeile, daß die Stromverteilung genau die gleiche wird wie in dem gleichfalls vierpoligen Schema nach Abb. 3 mit ¹Z₂ Polschritt.

Die Abb. 5 zeigt das gleiche Schema, wobei jedoch die Verbindungen α fortgelassen sind und die Wicklung pro Phase in zwei Gruppen parallel geschaltet ist, deren Stäbe in denselben Nuten liegen, so daß man statt zwei wirksamen Stäben pro Nut (Abb. 4) hier

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einen - wirksamen Stab pro Nut erhält. Bei mehrpoligen Maschinen liegen dann die einseitigen Enden pro Phase, beispielsweise I und Γ, weiter voneinander ab, während die anderen Enden, wie hier beispielsweise I₀, durch eine analoge Verbindung wie b vereinigt sein können. Die Verbindungen b können, wie in den Abbildungen beispielsweise gezeichnet ist, dadurch gebildet werden, daß ίο man die Stabenden an den betreffenden Stellen etwas länger ausführt als die übrigen.

Die Abb. 6 zeigt eine in ihrer Wirkung mit jener gemäß der Abb. 4 grundsätzlich übereinstimmende Ausführung wieder mit zwei wirksamen Stäben pro Nut mit dem Unterschiede, daß die abweichenden Verbindungen b an zwei Stellen pro Phase hier an den betreffenden Stellen je zwei Stäbe verbinden, die um ^x/₂ Polschritt verschieden liegen. ao Die Abb. 7 zeigt mit demselben Unterschiede eine in ihrer Wirkung mit jener der Abb. 5 übereinstimmende Ausführung, also durch Parallelschaltung in zwei Gruppen einen wirksamen Stab pro Nut ergebend. Für Wicklungen mit größeren Stabzahlen pro Pol werden die Ausführungen nach Abb. 4 und 5 vorteilhafter, weil alle Lötstellen der verschiedenen Verbindungen leichter zugänglich sind.

Die Abb. 8 zeigt eine andere Ausführung, in welcher der Wicklungsschritt abwechselnd T¹Z₂ und ^a/₂ Polschritt, also der mittlere Wicklungsschritt wieder gleich dem Polschritt p wird. Wie die Abbildung zeigt, erlaubt diese Kombination gleichfalls eine der Gleichstromtrommelwicklung entsprechende Anordnung der Stäbe, weil es sich zeigt, daß zur Erzielung der gekennzeichneten Stromverteilung die außerhalb des Eisens liegenden Teile aller oberen Stäbe pro Nut auch hier je im gleichen Sinne, desgleichen auch aller unteren Stäbe, letztere jedoch nach der entgegengesetzten Richtung, abzubiegen sind. Dabei sind die abweichenden Verbindungen ~b, wieder zwei pro Phase, hier beispielsweise so gewählt, daß sie je zwei Stäbe verbinden, die um einen Pol'schritt verschieden liegen. Das Schema gilt wieder für zwei wirksame Stäbe pro Nut. Verfolgt man den Stromverlauf für eine Phase, z. B. 1-I₀, so zeigen die eingezeichneten Pfeile, daß die Stromverteilung wieder genau.die gleiche wird.

Die Abb. 9 zeigt die übereinstimmende Umschaltung in zwei Gruppen parallel, also auf einen wirksamen Stab pro Nut, wie oben eingehend für die Abb. 5 und 7 erläutert war.

Diese Anordnung erlaubt dann schließlich noch eine andere Wirkung zu erzielen. Wie oben gesagt war, ist. bei mehrpoligen Maschihen zu vermeiden, daß Stäbe parallel geschaltet werden, welche zu verschiedenen Polen : derselben Polarität identisch liegen, und es '■- zeigt sich, daß man bei dieser Anordnung vier Gruppen von Stäben erhält, weiche diese Bedingung erfüllen, wie Abb. 10 zeigt.

In der Abb. 10 ist zunächst zur Klarheit nur ■.. eine der drei Phasen eingezeichnet, und diese ist ω vier Gruppen zerlegt/ I'-IJ, T'-T_o', T-T₀, T-T₀.. Verfolgt man dann den Stromverlauf . in diesen vier Stromkreisen, so findet man, wie oberhalb der Abbildung eingeschrieben ist, daß alle in gleichen Nuten liegenden Stäbe der Phasen I" und Γ beispielsweise identisch liegen zu den jeweiligen N-Polen und ebenso alle in gleichen Nuten liegenden Stäbe der Phasen I' und I* zu den jeweiligen S-Pölen. Das heißt, die vier Gruppen pro Phase dürfen parallel zueinander verbunden werden, was beispielsweise bei zwei Stäben pro Nut der Wirkung von 2/4 == ¹Z₂ wirksamer Stab pro Nut äquivalent sein würde. Dieser Fall kann unter Umständen erwünscht werden, wenn es sich um Maschinen für sehr hohe Leistungen und Ströme handelt. "'.

In der Abb. 11 ist die gleiche Parallelschaltung in vier Gruppen bei sechs Stäben angenommen, was der Wirkung von 6/4== I¹Z₂ wirksame Stäbe pro Nut äquivalent würde. Das heißt?" die Anordnung erlaubt so für die Anzahl von Stäben pro Nut Werte zu erhalten, welche keine ganze Zahl sind.

In ähnlicher Weise, wie hier beschrieben, kann die Schaltung dann schließlich auch unter Umständen bei anders ausgeführten Wicklungen angewendet werden, also auch bei solchen, welche beispielsweise nicht nach Art *■ der Gleichstromtrommelwicklung, sondern anders ausgeführt sind. ·

Ferner kann auf dem Ständer außer der im beschriebenen Sinne geschalteten Hauptwicklung auch gleichzeitig irgendeine sonstige , Wicklung oder beispielsweise eine in bekannter Art angebrachte Wendepolwicklung angeordnet sein, um unter Umständen noch die Wirkungen der Hauptwicklung in irgendwelehern Sinne zu beeinflussen. '

Die Anordnungen können so ausgeführt werden, daß in denselben Nuten, wie in den Abbildungen gezeichnet ist,. nur Leiter derselben Phase der Hauptwicklung liegen oder no auch Leiter verschiedener Phasen, vorausgesetzt, daß jede Wicklungsphase unter einer Polteilung in mehrere Wicklungsteile gleicher Phasenrichtung unterteilt ist, die durch die Wicklungsteile der übrigen Phasen voneinander getrennt sind- '

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltung der Ständerwicklungen von Mehrphasen-Kollektormaschinen, bei welchen der mittlere Wicklungsschritt der

   S tänder wicklung dem normalen Wicklungsschritt im Läufer entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungsphase unter einer Polteilung in mehrere Wicklungsteile gleicher Phasenrichtung unterteilt ist, die* durch Wicklungsteile der übrigen Phasen voneinander getrennt und so miteinander verbunden sind, daß die Wicklung hinsichtlich ihrer resultierenden Stromverteilung einer Ständerwicklung mit verkürztem Wicklungsschritt entspricht.
2. 2. Ausführungsform der Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklungsteile so miteinander verbunden sind, daß die Wicklung hinsichtlich der resultierenden Stromverteilung einer S tänder wicklung mit auf die Hälfte des Wicklungsschrittes im Läufer verkürztem Wicklungsschritt entspricht.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen