DE634541C - Ein- und mehrschichtige Mehrphasenwicklung fuer Wechselstrommaschinen mit unveraenderlicher Polzahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Wicklung für Wechselstrommaschinen, durch die die Aufgabe gelöst wird, die Kurvenform der erzeugten Wechselspannung zu verbessern.
Die neue Wicklung besteht aus einer einschichtigen kommutatorlosen m-Phasenwicklung, wobei m gleich oder größer als 2 ist, mit wenigstens zweierlei verschiedenartigen Spulen für Wechselstrommaschinen unveränderlicher Polzahl, und zwar wird hierbei, soweit die Nütenzahl pro Pol und Phase keine ganze Zahl aber größer als eineinhalb ist, nach der Erfindung dem Leiterstrang jeder einzelnen Phase pro Pol eine Nutenzahl

je ο

(Zonenbreite) zugeordnet, die das —-fache

der Nutenzahl einer Polteilung beträgt. Eine ähnliche Wicklung mit einer derartigen Nutenzahl ist bisher lediglich einmal als Sonderausführung für eine Einphasenwicklung bekanntgeworden, bei der nur ²/₃ der Nuten bewickelt sind. Es ist bekannt, daß bei Ausführungen, bei denen jede Phasenwicklung in einer einzigen Nut untergebracht ist, ebenso wie bei aufgeschnittenen und angezapften Gleichstromwicklungen die Nutenzahl pro Pol und Strang eineinhalb sein kann. Bei aufgeschnittenen Ringwicklungen sowie auch bei polumschaltbaren Wicklungen in der Schaltung für die zweite Polzahl ergeben sich mitunter zufällig Ausführungen, bei denen die Nutenzahl pro Pol und Phase das fache

der Polteilung beträgt, jedoch handelt es sich hierbei nicht um einschichtige Wechsel-Stromwicklungen als solche und auch nicht um Wicklungen mit wenigstens zweierlei verschiedenartigen Spulen, vor allem aber nicht um Wicklungen, die mit anderen Nuten- und Polzahlen als denen des sich zufällig ergebenden Sonderfalles ausgeführt werden könnten. Ein Ausführungsbeispiel der neuen Wicklung ist in der Abb. 1 der Zeichnung dargestellt. Hierbei ist eine Wicklung mit 2,5 Nuten pro Pol und Phase für eine vierpolige Dreiphasenmaschine dargestellt, die im folgenden noch ausführlicher besprochen wird. Bei dieser Bruchlochwicklung ergibt sich durch die unverhältnismäßig breiten Wicklungszonen eine Kurvenform, bei der die dritte Harmonische der Grundwelle der Wicklung vollständig unterdrückt ist. Eine derartige Kurvenform bildet aber insbesondere hinsichtlich der Anordnung selektiver Schutzeinrichtungen gegen Windungsschluß, beispielsweise in Form von Stützdrosseln, erhebliche Vorteile, da die Kurvenform der Maschine durch äußere Belastungsunsymmetrien, wie Schiefbelastung oder auch reine einphasige Belastung fast gar nicht in Mit-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Josef Tittel in Berlin-Lübars.

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leidenschaft„gebogen, wird; ,so daß also das bisher schwer zu vermeidende Ansprechen der Windungsschlußschutzeinrichtung bei·; Störungen im Netz wegfällt. ''.yi5

Eine Wicklung mit derartig ausgeführtenbreiten Zonen kann unabhängig davon, ob sie als Bruchloch- oder auch als Ganzlochwicklung ausgeführt und auch unabhängig von der Phasenzahl ist, nach einer weiteren Erfindung to mit Anzapfungen versehen werden, die derart gewählt sind, daß bei einem Anschluß der Zuführungen und Schallverbindungen an diese Anzapfungen die Zonenbreite halb so groß ist als in der ursprünglichen Schaltung. Hierdurch ergibt sich, wie im folgenden näher erläutert wird, eine umschaltbare. Wicklung, die in beiden Schaltungen mit außerordentlich günstiger Kurvenform für wesentlich; verschiedene! Spannungen bzw. Drehzahlen verwendet werden kann.

Als Ausführungsbeispiel hierfür ist wieder dieselbe Wicklung angenommen, und zwar sind hierzu in der Abb. I die erforderlichen Anzapfungen eingezeichnet, so daß diese Abbildung die umschaltbare Wicklung in der einen Schaltung zeigt, während Abb. 2 dieselbe Wicklung unter Ausnutzung dieser zusätzlichen Anzapfungen für die Zuführungen und Schaltverbindungen in der zweiten Schaltmögüchkeit darstellt, in der durch Umschaltung die .Zonenbreite auf die Hälfte der ursprünglichen herabgesetzt ist. Durch die Umschaltung tritt eine erhebliche Änderung des Wicklungsfaktors im Verhältnis I/3 : 2 ein, durch die es ermöglicht wird, die Maschine ohne Änderung der Polzahl entweder bei gleichbleibender Drehzahl für eine entsprechend geänderte Spannung oder aber bei gleichbleibender Spannung mit einer entsprechend geänderten Drehzahl zu betreiben. Da das genannte Verhältnis I/3T2 dem in der Praxis vorkommenden Periodenverhältnis 42 :5ο bzw. 50 :60 sehr nahe kommt, wird die umschaltbare Wicklung in erster Linie bei sich übergreifenden Wechselstromnetzen verschiedener Frequenz in Frage kommen, bei denen die Aufgabe gestellt ist, daß einzelne Maschinen bald auf das eine, bald auf das andere Netz zu arbeiten haben. Mari konnte zwar diese Aufgabe bisher schon auf andere Weise lösen, etwa indem der magnetische Widerstand des Eisenkreises der Maschine verändert wurde, jedoch setzte dies immer eine längere. Betriebsunterbrechung voraus. Bei einer anderen Lösung, die darin besteht, einen Teil der Leiter umzuschalten, bzw. bei Drehstromwicklungen die Wicklung auf Zickzack umzuschalten, tritt eine Unsymmetrie der Wicklung und damit eine Verzerrung der Ankerfelderregerkurve ein, die sich in verstärkten Zusatzverlusten sowie in einem unruhigen Lauf der Maschine nachteilig äußert. Bei der Zickzackschaltung beisteht außerdem noch die Einschränkung, daß ^*ä|e Spulenzahl pro Phase durch 2 teilbar sein ■^nt'üß. Bei einer weiteren Lösung, der Dreieckdoppelsternschaltung, treten zwar die genannten Nachteile nicht in Erscheinung, jedoch ist hierbei die dritte Harmonische der Grundwelle besonders stark entwickelt, so daß lamellierte Polschuhe, Sehnenwicklung und Dämpferwicklung erforderlich werden. Auch setzt eine derartige Umschaltbarkeit die doppelte Leiterzahl voraus, wodurch sich eine erheblich ungünstigere Ausnutzung des Nutenquerschnittes ergibt.

Durch die vorgenannte Änderung des Wicklungsfaktors sind aber sämtliche diese Nachteile vermieden, wobei im Bedarfsfall die Umschaltung an einem herausgeführten Schaltbrett vorgenommen werden kann und so in sehr kurzer Zeit durchführbar ist.

Bei der in dem Ausführungsbei spiel dargestellten Wicklung nach Abb. 1 sind die Netzphasen an die Klemmen U₁, V₁ und W₁ angeschlossen (vgl. Abb. 4). Die Sternverbindung der Wicklung ist hierbei durch eine Verbindung der Anschlüsse U₂, V₂ und W₂ gegeben. Außerdem sind die Punkte X₁ und Z₈ sowie die Punkte F₁, X₂ und die Punkte Z₁ und Y₂ durch Schaltverbindungen miteinander verbunden, so daß die einzelnen Wicklungszweige in Sternschaltung hintereinandergeschaltet sind.*

In der Zeichnung ist hierbei die Phasen-Zugehörigkeit der einzelnen Leifer durch die Strichart ausgedrückt, während die eingezeichneten Pfeile der Schaltungsrichtung im Wicklungszuge vom Phasenanfang zum Sternpunkt entsprechen. Oberhalb der Wick- too lung ist hierbei schematisch, unter Anwendung der gleichen Stricharten zur Kennzeichnung der Phasenzugehörigkeit, die.Verteilung der · einzelnen Zonen über die Polteilungen gezeigt. Hierbei bedeutet die obere Linie (Abb. 1) die Zonenverteilung, die sich durch die mit nach aufwärts gerichteten Pfeilen versehenen Leiter ergibt, die untere Linie die Verteilung der mit nach unten gerichteten Pfeilen bezeichneten Leiter. Die Zonengrenzen der beiden Linien wiederholen sich hierbei vollständig übereinstimmend, nur erscheinen diese um 7 Nuten gegeneinander verschoben. Für die dargestellte Zoneneinteilung sind hierbei immer nur zwei Leiter maßgebend, zwischen denen jedesmal ein weiterer Leiter (mit anderer Pfeilrichtung) liegt. Demzufolge fällt die Zonengrenze in die Mitte zwischen die beiden maßgebenden Leiter, also nicht auf einen' Zahnkopf, sondem in eine von einem Leiter mit umgekehrter Schaltungsrichtung ausgefüllte Nut.

Da je drei einander nicht übergreifende Zonen, also je drei Zonen eines dieser Linienzüge, aneinander anschließend eine doppelte Polteilung ausfüllen, ist die Wicklung eine Dreizonenwicklung.

Wenn die Wicklung umgeschaltet werden soll, so werden, wie dies aus Abb. 3 und auch aus Abb. 2 zu ersehen ist, die Netzphasenanschlüsse an den Anzapfungen U₁, V₁, W₁ belassen, jedoch werden nunmehr die Punkte X₂, Y₂ und Z₂ miteinander zum Sternpunkt verbunden, während die Schaltverbindungen von X₁ zu U₂, von Y₁ zu V₂ und von Z₁ zu W₂ geführt werden. Auf diese Weise ergibt sich, allerdings unter teilweiser Änderung der Richtung in den einzelnen Leitern, gleichfalls eine Hintereinanderschaltung der einzelnen Wicklungszüge in Sternschaltung. Hierbei erscheint die Wicklung jedoch als

ao Sechszonenwicklung, wie sich aus dem oberhalb des Wicklungsschemas dargestellten schematischen Linienzug ergibt. In dieser Schaltung sind für die gezeichnete Zoneneinteilung immer unmittelbar nebeneinanderliegende Leiter maßgebend, so daß die Zonengrenze in die Mitte zwischen zwei Leiter, also auf einen Zahnkopf, fällt. Infolge der hierdurch gegebenen Leiteranordnung ist der Wicklungsfaktor der Wicklung entsprechend vergrößert, da alle Nuten jedes Phasenstranges nunmehr unmittelbar nebeneinanderliegen, also die einzelnen Zonen sich nicht mehr, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i, übergreifen. Auf diese Weise ist es also möglich, daß die Maschine unter entsprechender Änderung der Drehzahl bei gleichbleibender Spannung in einem Netz mit entsprechend geänderter Periodenzahl arbeitet, also z. B. statt mit einer Periodenzahl von 42 Hz nunmehr mit einer Periodenzahl von 50 Hz.

• Die Anwendung des Erfindungsgedankens im Rahmen des Anspruches 1 beschränkt sich nicht auf Synchron- und Ansynchronmaschinen, sondern kommt insbesondere auch für Wechselstromkollektormaschinen in Betracht.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Ein- und mehrschichtige Mehrphasenwicklung für Wechselstrommaschinen mit unveränderlicher Polzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Leiterstrang jeder Phase pro Pol umfaßte Nutenzahl das —fache der Pol teilung be-

   trägt, und die Spulen Anzapfungen erhalten, die derart gewählt sind, daß bei einem Anschluß der Zuführungen und Schaltverbindungen an diese Anzapfungen die Zonenbreite halb so groß ist als in der ursprünglichen Schaltung.
2. 2. Kommutatorlose einschichtige m-Phasenwicklung für Wechselstrommaschinen mit unveränderlicher Polzahl mit wenigstens zweierlei verschiedenen Spulen, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Leiterstrang jeder Phase pro Pol umfaßte

   Nutenzahl das —fache der Polteilung be-

   m ^s

   trägt und keine ganze Zahl aber größer als I Va ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen