DE960749C - Asynchroner Einankerfrequenzumformer fuer ein beliebiges Polpaarzahlverhaeltnis des Motor- und Umformerteiles - Google Patents

Description

• Asynchroner Einankerfrequenzumformer für ein beliebiger Polpaarzahlverhältnis des Motor- und Umformerteiles Gegenstand des Hauptpatents ist ein asynchroner Einankerfrequenzumformer für beliebige Polpaarzahlverhältnisse, dessen Primärseite die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt, während die Sekundärseite nur aus einer Wicklung besteht, die gleichzeitig Motorkurzschluß- und Transformatorsekundärwicklung ist, wobei in letzterer für ein beliebiges Polpaarzahlverhältnis eine bestimmte Anzahl von Spulen, in welchen bezüglich des Transformatorsystems gleiche Spannungen induziert werden, so zu einem Grundelement parallel geschaltet werden, daß dieses als Kurzschlußwicklung für das Motorsystem wirkt. Ein wesentlicher Vorteil dieses Umformers ist, daß in der gemeinsamen Sekundärwicklung die Kupferverluste nur so groß sind, wie wenn jedem der beiden Ströme der gesamte Kupferquerschnitt zur Verfügung stehen würde.
• Gegenstand der Erfindung ist eine weitere Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens derart, daß bei m-phasigem Primärnetz auch eine gemeinsame Primärwicklung bei allen nicht durch m teilbaren ungeraden Polpaarzahlverhältnissen n: I möglich ist. Dadurch kann man die Ständerkupferverluste bei gleichem Kupferaufwand senken oder die Umformerleistung erhöhen. An Hand des Polpaarzahlverhältnisses 7 : I bei m = 3 werden die Wicklungsgesetze für diese Wicklungsart abgeleitet. Das Wesen der Erfindung ist anschließend an Hand der Zeichnung noch näher erläutert, welche an Hand von Schaltungsbeispielen verschiedene Verwirklichungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens zeigt.
• In Fig. 1 ist das grundsätzliche Wicklungsschaltbild für eine Phase und ein Polpaar des niederpoligen Systems, in Fig. 2 der Nutenstern im 2- und 14 poligen System sowie in Fig.3 die zugehörige Ersatzbrückenschaltung gezeichnet.
• Die Einzelstäbe in Fig. 1 werden in der praktischen Wicklungsausführung durch Spulen mit dem Wickelschritt von 1 auf 8 ersetzt, denn wie aus dem Nutenstern (Fig. 2) zu entnehmen ist, ist dann der elektrische Abstand der beiden Spulenseiten in beiden Systemen 18o°, so daß diese Spulen für beide Polpaarzahlen wie Durchmesserspulen wirken. Nun kann man das etwas komplizierte Prinzip-Wicklungsschaltbild durch eine normale Zweischichtwicklung verwirklichen. Fig.3 zeigt in der Brückenersatzschaltung die Wirkungsweise der gemeinsamen Primärwicklung. Zwischen den Punkten A und B wird das niederpolige System angeschlossen und zwischen den Punkten D und E das hochpolige. Dann stellt man mit den eingetragenen Spulenzählrichtungen fest, daß die Punkte A und B gleiches Potential haben bezüglich des hochpoligen Systems und die Punkte E und D gleiches Potential bezüglich des niederpoligen Systems. Innerhalb dieser Schaltung überlagern sich nun zwei Ströme gleicher oder verschiedener Frequenz, welche die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden; sich überlagernden zwei Felder erzwingen.
• Schaltungsmäßig sind die Spulen der gegenüberliegenden Brückenzweige um den der Polteilung des niederpoligen Systems entsprechenden räumlichen Winkel voneinander entfernt, während die Spulen der in Richtung A-B nebeneinanderliegenden Brückenzweige einen resultierenden Abstand haben, der dem Teil der Polteilung des niederpoligen D abgestimmten Systems entspricht. Die außerhalb der Brücke zwischen C und E liegenden Spulen werden von den Strömen des niederpoligen Systems nicht durchflossen. Die in diesen beiden Elementen induzierte Spannung bezüglich des niederpoligen Systems ist entgegengesetzt gleich groß wie die in der Brücke zwischen C und D induzierte, so daß die Summenspannung E D bezüglich des niederpoligen Systems Null wird.
• Bei dieser Schaltung ist nachteilig, daß der Wicklungsfaktor des niederpoligen Systems wegen der fast vollständigen Bewicklung des gesamten Umfanges für jede Phase relativ klein wird. Man verbessert den Wicklungsfaktor, wenn man die . Schaltung nach Fig.I und 3 in die in Fig. 4. und 5 skizzierte umwandelt. Dazu werden (Fig. 4) aus jedem Brückenzweig eine bestimmte Anzahl Spulen, in dem gegebenen Fall eine, herausgenommen, je zwei, in denen die induzierten Spannungen gleich sind, parallel geschaltet und dann in beliebiger Reihenfolge so in die Richtung E-D eingesetzt, daß sich die Spannungen des hochpoligen Systems addieren. Zweckmäßigerweise wird man der einfacheren Schaltart wegen an die beiden neuen Brückenecken die gleiche Anzahl neuer Elemente anschließen (Fig. 4 und 5). Nach dem Zeigerdiagramm (Fig. 2) wird in dem gegebenen Fall der Wicklungsfaktor von o,722 auf o,865 erhöht.
• Eine gemeinsame m-Phasen-Wicklung ist nur für die ungeraden Polpaarzahlverhältnisse n : I möglich, die nicht durch m teilbar sind, denn nur dann wird der elektrische Phasenwinkel zwischen den m Brücken ie so erhaltenen m-Brücken-Schaltungen können für beide Polpaarzahlen. nur für ein System galvanisch gekoppelt werden und müssen für das andere elektrisch unverkettet an die 2 m Anschlüsse der Transformator-Sekundärseite angeschlossen werden (Fig. 6). Mit dem Übersetzungsverhältnis dieses Transformators kann man gleichzeitig die Anpassung der Erregerspannung an das vorhandene Netz erreichen, denn bei gemeinsamer Erregerwicklung sind bei optimaler Auslegung der Maschine die Erregerspannungen der beiden Systeme ungleich.
• Da bei einem Umformer der hochpolige Teil im wesentlichen nur Magnetisierungsblindleistung benötigt, kann man den Transformator klein halten, wenn man ihn an das hochpolige System anschließt und parallel zu jeder Phase einen auf Resonanz Kondensator schaltet. Außerdem kann man das Transformatorsystem auch mit Gleichstrom erregen, wenn man beachtet, daß bei Erregung mehrerer Phasen vollständig getrennte Gleichstromkreise notwendig sind.
• Wicklungstechnisch wird diese Wicklung als normale Zweischichtwicklung ausgeführt, wobei man für jeden Einzelstab der Fig. 1 und 5 eine Ein- oder Mehrlochspule einsetzt. Diese Spule kann bezüglich des niederpoligen Systems ungesehnt oder gesehnt sein. Bei Sehnung ist nur darauf zu achten, daß die Wicklungsfaktoren beider Systeme möglichst groß bleiben.
• Wenn es für die Auslegung der Maschine günstig ist, kann selbstverständlich die höhere Frequenz auch an der beschriebenen gemeinsamen Primärwicklung abgenommen werden, wenn die im Hauptpatent beschriebene Motorkurzschlußwicklung gleichzeitig Primär-oder Erregerwicklung des »Transformatorsystems« ist. Entsprechend kann dann bei getrenntenWicklungen die eine die Motorprimärwicklung, die andere die Transformatorsekundärwicklung sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Asynchroner Einankerfrequenzumformer, dessen Primärseite die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt und dessen Sekundärseite nur aus einer Wicklung besteht, die gemäß Patent 955 447 gleichzeitig Motorkurzschluß- und Transformatorsekundärwicklung ist, dadurch gekennzeichnet, daB die m-phasige Primärseite bei einem ungeraden, nicht durch m teilbaren Polpaarzahlverhältnis ebenfalls nur aus einer für Motor- und Transformatorsystem gemeinsamen Wicklung besteht. 2. Einankerfrequenzumformer nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phase der gemeinsamen Primärwicklung durch eine Brückenschaltung dargestellt wird, bei der. jeder Brückenzweig aus Spulen besteht, deren elektrischer Abstand einer Polpaarteilung des hochpoligen Systems und deren Weite ungefähr der Polteilung des niederpoligen entspricht, und bei der die Spulen der gegenüberliegenden Zweige räumlich um eine Polteilung des niederpoligen Feldes und die zwischen den Anschlüssen des niederpoligen Systems nebeneinanderliegenden Brückenzweige insgesamt um den Teil einer Polteilung dieses Systems voneinander entfernt, und außerdem die beiden noch freien Spulen parallel geschaltet und so an die für den hochpoligen Anschluß vorgesehenen Brückenecken angeschlossen sind, daß sich die Spannungen dieses Systems addieren (Fig. 3). 3. Einankerfrequenzumformer nach den Ansprüchen x und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des Wicklungsfaktors des niederpoligen Systems aus jedem Brückenzweig eine bestimmte Anzahl Spulen, die den bereits außerhalb der Brücke liegenden Spulen am nächsten sind, aus der Brücke herausgenommen, paarweise parallel und die so entstehenden Gruppen mit der noch übrigbleibenden Brücke so in Serie geschaltet sind, daß sich die Spannungen des hochpoligen Systems addieren (Fig. 4 und 5). 4. Einankerfrequenzumformer nach den Ansprüchen x bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Brücken aus ihren m-phasiger Primärseite die getrennten Netzen gespeist werden. 5. Einankerfrequenzumformer nach den Ansprüchen x bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei m-phasiger Primärseite und Wechselstromerregung vorzugsweise das hochpolige System magnetisch über einen Transformator verkettet ist (Fig. 6) und Brückenschaltung eine mit diesem daß System auf Resonanz abgestimmte Kapazität parallel geschaltet wird. 6. Einankerfrequenzumformer nach den Ansprüchen x bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatorsystem des Umformers mit Gleichstrom erregt wird. 7. Einankerfrequenzumformer nach den Ansprüchen x bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorkurzschlußwicklung und die Primärwicklung des Transformatorsystems zu einer gemeinsamen Wicklung zusammengefaBt sind.