Die Wicklungen elektrischer Maschinen: Dritter Band: Wechselstrom-Sonderwicklungen [1. Aufl.] 978-3-211-80350-9;978-3-7091-4466-4

Table of contents :
Front Matter ....Pages I-XIX
Polumschaltbare Wicklungen (Heinrich Sequenz)....Pages 1-285
Mehrfach gesehnte Wicklungen (Heinrich Sequenz)....Pages 286-317
Stabwicklungen und Wicklungen für große Stromstärken (Heinrich Sequenz)....Pages 317-357
Unsymmetrische, spannungs- und phasenumschaltbare Wicklungen und Wicklungen mit Ausgleichsverbindungen (Heinrich Sequenz)....Pages 358-382
Back Matter ....Pages 383-400

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Die Wicklungen elektrischer Maschinen Von

Heinrich Sequenz Oipl.-Ing., Or. techn ., Or.-Ing., Or. phi!. o. Professor an der Technischen Ho chschule in Wien korresp. Mitglied der Öslerrei chis chen Akademie der Wissenschaften

In vier Bänden

Dritter Band

Wechselstrom-Sonderwicklungen Mit 578 Textabbildungen

Springe r-Ve rlag Wie n GmbH 1954

Die Wicklungen elektrischer Maschinen Von

Heinrich Sequenz Dipl.-Ing., Dr. techn., Dr.-Ing., Dr. phil. o. Professor an der Technischen Hochschule in Wien korresp. Mitglied der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

In vier Bänden

Dritter Band

Wechselstrom-Sonderwicklungen Mit 578 Textabbildungen

Springer-Verlag Wien GmbH 1954

ISBN 978-3-7091-4466-4 (eBook) ISBN 978-3-7091-4467-1 DOI 10.1007/978-3-7091-4466-4 Alle Rechte, insbesondere das der übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photo kopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen Copyright 1954 by Springer-Verlag Wien Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag in Vienna 1954 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1954

Vorwort Mit diesem Bande sind die Schilderungen der Theorie und der Auslegung der Wicklungen elektrischer Maschinen abgeschlossen. Es wurde versucht, eine umfassende Darstellung des ganzen Gebietes zu geben. Ob dies gelungen ist? "Das Schicksal - das Privileg und die Ehre - des Menschen ist es, niemals ganz zu erreichen, was er sich vornimmt .... " Der größte Teil dieses Buches, das die Wechselstrom-Sonderwicklungen behandelt, ist den polumschaltbaren Wicklungen gewidmet. Eine Schau auf diese Wicklungsart ist wie ein Blick auf einen leicht bewegten See, in dessen WeIlchen sich die Sonne spiegelt. Unzählige Lichtfunken tanzen verwirrend durcheinander. Und so wie man gebannt auf dieses SonnenWellen-Spiel starren muß, so reizvoll ist die Beschäftigung mit den polumschaltbaren Wicklungen. Welche Vielfalt von Erfindungsgedanken blitzen da auf, wie Sonnenfunken in dem gegitterten See. Gerade die Sonderwicklungen bei den Wechselstrom-Ankerwicklungen und bei den Wenderwicklungen bieten oft das Feld für sogenannte "elegante" Lösungen, in denen ein ästhetisches Moment wirksam ist. Es gewährt dann das Studium des an sich trockenen und spröden Gebietes der Wicklungen elektrischer Maschinen Vergnügen und ästhetische Befriedigung. In solchen eleganten Lösungen geht die Wissenschaft in Kunst über. Auf die Abschnitte des ersten Bandes über die Wechselstrom-Ankerwicklungen wird durch ein W hingewiesen, das vor die Abschnittsbezeichnungen gesetzt ist, während ein S sich auf den zweiten Band über die Wenderwicklungen bezieht. Wie immer habe ich auch diesmal Herrn Otto Lange dafür zu danken, daß er nach wie vor seine sorgenden Hände über mein Werk hält und es mit väterlicher Geduld und Liebe fördert. Am Traunsee, im Sommer 1954.

H. Sequenz

Inhal tsverzeichnis Seite

XV

Formelzeichen . . . .

I. Polumschaltbare Wicklungen A. \Vozu polumschaltbare Wicklungen? . . . . . 1. Induktionsmaschinen . . . . . . . . . . a) Drehzahlregelung durch Polumschaltung b) Anlassen und Bremsen mit Polumschaltung. 2. Synchronmaschinen . . . . . . . . . . . . . a) Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen b) Synchronmaschinen mit Trommelläufern . . B. Getrennte Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen 1. Gegenseitige Beeinflussung der getrennten \Vicklungen mit verschiedenen Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . a) Welche Polzahlen beeinflussen sich? . . . b) Ringschaltung der induzierten Wicklung . c) Parallele Zweige der induzierten Wicklung d) Bruchlochwicklungen . . . . . . . . . . 2. Verflechtung der getrennten Wicklungen zu einer Korbwicklung 3. Polumschaltbare Motoren mit mehreren getrennten Läuferwicklungen 4. Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung 5. Zusammenfassung, Anlassen und Umschaltung a) Zusammenfassung b) Anlassen . . . . . c) Umschalten C. Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2 1. Forderungen an polumschaltbare Wicklungen . . . . . . . . 2. Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2 a) Zweischichtwicklungen mit sechsphasigem Strombelag bei der kleinen und dreiphasigem Strombelag bei der größeren Polzahl (DahlanderWicklungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Ableitung der Wicklung 15. - ß) Spulenweite 20. - y) Wicklungsfaktoren 21. ll) Magnetische Beanspruchungen im Luftspalt, Kurzschlußströme, Kippmomente, Magnetisierungsströme von Induktionsmotoren 22. c) Feld-Erregerkurven und Oberwellenstreuung 27. - C) Zahl der Schaltverbindungen 32. - r)) Klemmen.. bezeichnungen 32. 3. Uberblick über die gebräuchlichsten, zweischichtigen, polumschaltbaren Drehstromwicklungen. Anlassen und Umschalten a) Die gebräuchlichsten polumschaltbaren Wicklungen b) Anlassen der Dahlander-Wicklungen c) Umschalten und Bremsen. . . . . . . . . . . . d) Ausführungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . 4. Oberwellenarme, zweischichtige Dahlander-\\'icklungen nach H. SchackNielsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Einschichtige Dahlander-Wicklungen. . . . . . . . . . . . . . . . a) Ableitung einschichtiger Dahlander-Wicklungen aus zweischichtigen b) Nachteile einschichtiger Dahlander-Wicklungen . . . . . . 6. Zweischichtwicklungen mit sechsphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Ableitung der Wicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b) Schaltung der Elektrizitätsfabrik von Ganz & Co., Budapest nach A. Mdndi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 1

2 3 3

4

5 5 5

6 7 7 8

11

13 13 13 13 14

14 14 15 15

35 35

36 37 37

37 42 42

44

46 46 48

VI

Inhaltsverzeichnis

7.

8.

9. 10.

11. 12.

c) Schaltung der Siemens-Schuckertwerke, Berlin nach H. Traß! (DRP 683 273) . . . . . . . . . . . . . . . . Polumschaltbare Zweischichtwicklungen für Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen nach H. Traß! . . . . . . a) Das Grundsätzliche des Wicklungsaufbaues . b) Möglichkeiten der Schaltung . . . . . . . c) Sehnung der Wicklungen . . . . . . . . . d) Bruchlochwicklungen mit einfacher Sehnung . . . ...... a) Bruchlochwicklungen bei der großen und Ganzlochwicklungen bei der kleinen Polzahl mit einfacher Sehnung 54. ß) Einfach gesehnte Bruchlochwicklungen bei beiden Polzahlen 56. y) Ganzund Bruchlochwicklungen mit mehrfacher Sehnung 56. Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Wicklungen mit frei schaltbaren Wicklungsteilen . . . . . . b) Geschlossene Wicklungen ................ ß) Dreiphasige Ana) Dreiphasig angezapfte Wicklungen 59. zapfung bei der großen und sechsphasige Anzapfung bei der kleinen Polzahl 61. Verschachtelte Zweischichtwicklung nach W. Krebs. . . . Polumschaltbare Läuferwicklungen für Induktionsmotoren . . . . . a) Käfigläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b) Läufer mit Widerstandsregelung bei beiden Polzahlen . . . . . c) Läufer mit Widerstandsregelung bei nur einer der beiden Polzahlen Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung . . . . . . . . Sonderausführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Polumschaltbare Drehstromwicklung nach M. Surjaninoff b) Polumschaltbare Einphasenwicklung mit Anlaßwicklung

D. Für zwei Polzahlen umschaltbare Wicklungen mit einem von 1 : 2 verschiedenen Polzahlverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Einige allgemeine Betrachtungen über polumschaltbare Wicklungen mit mehreren \Vicklungskränzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Im Verhältnis 1: 2 polumschaltbare Wicklung mit ebensovielen Wicklungskränzen als Strängen . . . . . . . . . . b) Polumschaltbare Wicklungen, deren Wicklungskränze aus Spulengruppen mit konzentrischen Spulen bestehen . . . . . . . . . . c) Polumschaltbare Wicklungen, deren Kränze aus Spulengruppen mit gleichgeformten Spulen bestehen. . . . . . . . . . . . . . . . d) Wicklungen, deren Stränge aus symmetrisch angeordneten Spulengruppen bestehen, die entweder im gleichen Sinne oder abwechselnd im entgegengesetzten Sinne vom Strom durchflossen werden e) Zerlegung einer Mehrschichtwicklung in eine mehrkränzige polumschaltbare Wicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . f) Einschichtige Wicklungen mit freier Wahl der Spulenweite . g) Ableitung einer zweischichtigen aus einer Einschichtwicklung . . . 2. Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 2 : 3 . . . . a) Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b) Zweischichtwicklungen mit sechsphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Allgemeine Betrachtungen 81. ß) Beispiel für 4 und 6 Pole 82. c) Wicklungen mit verschachtelten Zonen. versetzten Schichten oder vertauschten Ober- und Unterschichtleitern nach H. Traß!. . . . a) Wicklung mit sechsphasigem Strombelag bei 4 Polen und einem verschachtelten dreiphasigen Strombelag bei 6 Polen 82. - ß) Drehstrom-Bruchlochwicklung 83. d) Wicklungen mit zwei Phasen bei der großen und sechs Phasen bei der kleinen Polzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ß) Einschichtwicklungen 85. a) Zweischichtwicklung 84. y) Wicklungsfaktoren 86. 15) Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation in der Wicklung selbst 87. e) Wicklungen mit vierphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen f) Ableitung einer zweischichtigen aus einer Vierschichtwicklung nach W. Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49 50 50 53 53 53

58 58 59

63 64 64 65 66 67 68 68 68 69 69 69 70 71 71 75 75 78 79 79 81 82

84

88

91

Inhaltsverzeichnis

3.

4. 5. 6. 7.

8.

9.

g) Unsymmetrische Wicklungen . . . . . . . . . h) Änderung der Polzahl von Drehstromwicklungen durch einphasige Speisung nach W. Krebs (DRP 646782) . . . . i) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren . . . . a) Mit Widerstandsregelung bei beiden Polzahlen 97. ß) Mit Widerstandsregelung )?ei nur einer Polzahl 99. k) Polumschaltung mit Anderung der Motorspeisung . . Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 3 : 4 a) Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Strom belägen bei beiden Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b) Wicklungen mit sechsphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen . ß) Einschichtwicklungen 102. a) Zweischichtwicklungen 102. 1') Einschichtwicklungen mit einem sechsphasigen Strom belag bei 6 Polen und einem unregelmäßigen Strombelag bei 8 Polen 104. c) Wicklungen nach H. Traßl . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Ganzlochwicklung 107. ß) Bruchlochwicklung 108. el) Wicklungen mit zwei Phasen bei der kleinen und sechs Phasen bei der großen Polzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Wicklungen mit Dreiphasen-Zweiphasen-Transformatoren 110. ß) Wicklungen mit Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation in der Wicklung selbst 111. 1') Wicklungen nach H. Weinert 113. e) ·Wicklungen mit zwei Phasen bei der kleinen und mit drei Phasen bei der großen Polzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f) Wicklungen mit vierphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen g) Aus einer Vierschichtwicklung abgeleitete Zweischichtwicklung h) Unsymmetrische Wicklungen . . . . . . . . . . . . . . . i) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren . . . . . . . . . . ß) Mit a) Mit Widerstandsregelung bei beiden Polzahlen 119. Widerstandsregelung )?ei nur einer Polzahl 120. k) Polumschaltung mit Anderung der Motorspeisung Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 4: 5 Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 5 : 6 Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 6 : 7 Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 3 a) Wicklungen mit sechsphasig verteilten Strom belägen bei beiden Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ß) Verhältnis der magnetischen a) Schaltplan der Wicklung 129. Beanspruchungen im Luftspalt 129. b) Wicklungen mit vierphasig verteilten Strombelägen bei beiden Polzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... c) Polumschaltung durch Übergang von dreiphasiger auf einphasige Speisung . . . . . . . . . . . . . . ..... d) Wicklungen nach H. Weinert . . . . . . . . . . ..... e) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren . . . . . a) Mit Widerstandsregelung bei bei den Polzahlen 133. - ß) Läuferwicklungen in einfacher Sternschaltung oder Fächerschaltung für Widerstandsregelung bei mehreren Pol zahlen 134. 1') Läuferwicklungen mit Widerstandsregelung bei nur einer Polzahl 137. f) Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung . . . . . . a) Motoren mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung 140. - ß) Motoren mit Widerstandsregelung bei beiden Polzahlen 140. Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : n (n > 3) a) Polumschaltbare Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2 n (n > 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b) Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1: n (n = ungerade Zahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c) Polumschaltbare Drehstromwicklung mit dem Polzahlverhältnis 1 : 6 d) Induktionsmotor mit einer Drehstromwicklung und einer Einphasenwicklung im Ständer für das Polzahlverhältnis 1 : 9 . . . . . . . Weitere polumschaltbare Wicklungen und Sonderschaltungen a) Polumschaltbare Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältni'l 2: 5 a) Wicklungen mit dreiphasigen Strom belägen bei beiden Polzahlen 145. ß) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren 146. y) Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung 146.

VII 96 96 97 100 100 101 102

107 110

116 116 118 119 119 122 124 125 127 129 129

131 131 132 133

140 140 140 142 144 145 145 145

VIII

Inhaltsverzeichnis

b) Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 9 : 11 cl Dauernde Umschaltung einer Drehstromwicklung auf eine andere Polzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d) Umschaltung einer Drehstromwicklung ohne Änderung der Polzahl E. Polumschaltbare Gleichstrom-Erregerwicklungen 1. Läufer mit ausgeprägten Polen . . . . . . . 2. Läufer mit verteilter Erregerwicklung . . . . a) Ein· und zweischichtige Wicklungen . . . b) Erregerwicklungen mit Dämpferwicklungen . . .... c) Erregerwicklung als Anlaufwicklung für Synchronmotoren F. Polumschaltbare Wicklungen für mehr als zwei Polzahlen 1. Polumschaltbare Drehstromwicklungen mit drei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2 : 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Wicklungen, die sechsphasig bei 2 Polen, sechsphasig bei 4 Polen und zweiphasig (mit Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation in der Wicklung) bei 6 Polen sind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ß) Wicklungsfaktoren und magnetische Beana) Schaltung 165. spruchungen im Luftspalt 165. b) Wicklungen, die gemischt drei- und sechsphasig bei 2 Polen, unregelmäßig dreiphasig bei 4 Polen und dreiphasig bei 6 Polen sind . ß) Wicklungsfaktoren und magnetische Beana) Schaltung 166. spruchungen im Luftspalt 167. c) Wicklung nach W. Krebs . . . . . . . . . . . . . . d) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren . . . . . . . a) Mit Widerstandsregelung bei allen drei Polzahlen 168. - ß) Mit Widerstandsregelung bei einer oder zwei Polzahlen 168. e) Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung . . . a) Motoren mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung 169. ß) Motoren mit Widerstandsregelung bei allen drei Polzahlen 169. 2. Polumschaltbare Drehstromwicklungen ·mit drei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2 : 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Wicklungen, die sechsphasig bei 2 und 4 Polen und dreiphasig bei 8 Polen sind. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ß) Zweite Schaltung 171. a) Erste Schaltung 170. b) Polumschaltbare Drehstromwicklung mit neun Schaltklemmen nach H. Kinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren . . . . . . . a) Mit Widerstandsregelung bei allen drei Polzahlen 172. - ß) Mit Widerstandsregelung bei einer oder zwei Pol zahlen 173. d) Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung . . . . . . a) Motoren mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung 173. - ß) Motoren mit ~Tiderstandsregelung bei allen drei Polzahlen 174. 3. Polumschaltbare Drehstromwicklungen mit drei und mehr Polzahlen die in einem ungeradzahligen Verhältnis zueinander stehen: 1 : 3 : 5 : 7 : 9 usw.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Polumschaltbare Drehstromwicklungen mit drei Polzahlen im VerMltnis 2:3:4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Wicklung, die sechsphasig bei 4, zweiphasig bei 6 und dreiphasig bei 8 Polen ist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Schaltung 174. ß) Wicklungsfaktoren und magnetische Beanspruchungen im Luftspalt 176. y) Schaltung der SiemensSchuckert-Werke 176. b) Wicklung, die sechsphasig bei 4 Polen. mit innerer Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation bei 6 Polen und dreiphasig bei 8 Polen ausgelegt ist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Schaltung 177. ß) Wicklungsfaktoren und magnetische Beanspruchungen im Luftspalt 177. - y) Sonderschaltung für die Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation bei 6 Polen 179. A 2' A~, ... = Amplituden

a

=

a

=

a

=

a a'

=

as

=

=

ganze Zahl Nutbreite Zahl der parallelen Zweige eines Stranges Zahl der parallelen Zweigpaare einer Wenderwicklung Zahl der parallelen Zweige eines Stranges für den Teilwicklungsanlauf Stab breite B, b

B

= Induktion im Luftspalt;

BI> B 2, B 3 , ••• = bei den Polzahlen 2 PI' 2 P2' 2 Pa, ... ; Bx. = Induktion der Welle v-ter Ordnung für den Stab x eines Käfigankers BI' B 2 , Ba, .. , = Amplituden b = ganze Zahl b = Zahl der Spulen einer Spulengruppe (allgemein) bI , b2 = ganze Zahlen

c

= ganze Zahl

c,

c

D, d Durchmesser, Ankerdurchmesser ganze Zahl Höhe des blanken Teilleiters einer Wicklung mit unterteilten Leitern Höhe des isolierten Teilleiters einer Wicklung mit unterteilten Leitern dkv'= Verhältnis der Kippmomente der Oberwellen zum Kippmoment der Grundwelle

D = d = d = d; =

E, e

E = induzierte Spannung; EI = einer Spulenseite; E res = Gesamtspannung eines Wicklungsstranges; EI' E 2 = bei den Pol zahlen 2 PI> 2 P2 e = Basis des natürlichen Logarithmus (= 2,71828 ... ) eI> e 2, eIl" e2v, e3v, ••• = induzierte Spannungen F,

I

FI> F p = Amplituden

I = Frequenz, 11 = Netzfrequenz I = Augenblickswerte der Felderregerkurven; hp, !2p, ... Imp = der Wellen p-ter

t

=

Ordnung für die 1, 2.. , _ m Wicklungsstränge an der Stelle x des Ankerumfanges. gegenseitige Entfernung der b Spulen einer Spulengruppe in Nutteilungen

XVI

Formelzeichen

Ikv', IkP = Kopplungsfaktoren der Oberwellen, der Grundwelle Imv', tmp = Phasenfaktoren der Oberwellen, der Grundwelle G, g

G = Zahl der Spulengruppen G' = ganze Zahl g, gt> g2' ga = ganze Zahlen

H, h H = ganze Zahl h = Leiterhöhe hk = kritische Leiterhöhe h s = Stabhöhe

I. i

I IK

=

j

=

Strangstrom Kurzschlußstrom; IK .. I K, = bei den Polzahlen 2Pl' 2P2 11 = Läuferstrom IN = Nennstrom I p = Strom im p-ten Leiter I s = Ständerstrom Ist = Strom im Sternzweig einer \Vicklung in Stern-Vieleck-Schaltung I u • 1 0 = Strom im Unter- und Oberst ab Iv = Strom im Vieleckzweig einer ""icklung in Stern-Vieleck-Schaltung I ß = Magnetisierungsstrom; I ß1 • I ß , = bei den Polzahlen 2 Pt> 2 P2 = ganze Zahl . i, i 1 • i 2 • i a = Ausgleichsströme i 1 • i 2 • i a•... = Ströme in den N 2 Stäben eines Käfigankers i J '2' i 2• a, ia,t ... = Ströme in den Ringsegmenten eines Käfigankers =

imaginäre Einheit

=

V- 1

J. i

K. k K = ganze Zahl. größter gemeinsamer Teiler von Pülpaarzahlen K', KU = ganze Zahlen k = ganze Zahl k = Widerstandsverhältnis einer Wicklung; k N = des im Eisen eingebetteten Teiles einer Wicklung; k s = des außerhalb des Eisens befindlichen Teiles einer Wicklung; k No = für den Oberstab ; k Nu = für den Unterstab ; k Np = für den p-ten Stab; kNmittel = Mittelwert bei m übereinanderliegenden Stäben k = Spulenzahl einer ""enderwicklung

L. =

ls

=

Ankerlänge. Läuferlänge mittlere Länge eines Wicklungskopfes M. m

MK= Kippmoment; MK •• MK, = bei den Polzahlen 2 Pt> 2P2 m = Phasen- und Strangzahl ; ml = der Läuferwicklung ; m s = der wicklung ; m 1 • m 2• m a... , = bei den Polzahlen 2 PI> 2 P2. 2 Pa. m = Zahl der in einer Nut übereinanderliegenden Einzelleiter

Ständer-

Formelzeichen

XVII

N, n N

= Nutenzahl, NI = Ständernutenzahl, N 2 = Läufernutenzahl, NG = Nutenzahl

n

= Drehzahl;

einer Spulengruppe

n n

n n

n v n2' ... = Drehzahlen polumschaltbarer Motoren; n o = Kaskadendrehzahl; nl v = synchrone Drehzahl des Vordermotors einer Kaskadenschaltung = ganze Zahl = Zahl der Nutteilungen in einer Polteilung = Zahl der Läuferstromkreise eines Motors mit innerer Kaskadenschaltung = Zahl der in einer Leiterlage nebeneinanderliegenden Leiter

P,

P =

P

Polpaarzahl, 2 P = Polzahl; 2 PI' 2 P2' 2 Pa, ... = von polumschaltbaren Wicklungen; Po = gebrochene Polpaarzahl; Po' = zur gebrochenen nächst kleinere ganze Polpaarzahl; Ps = einer Schleifringwicklung; Pk = einer Kurzschlußwicklung ; Pw = Maschinenpolpaarzahl; 2 Pe = Zahl der Ersatzpolteilungen; PI" P2' = durch ihren größten gemeinsamen Teiler geteilte Polpaarzahlen Q, q

Q

=

q

=

gesamte Anlaufwärme eines polumschaltbaren Motors; QI = Läuferwärme für die zweite Anlaßstufe bis Drehzahl n l ; Q2 = Läuferwärme für die erste Anlaßstufe bis Drehzahl n s ; Qm = Anlaufwärme ohne Polumschaltung Nutenzahl je Pol und Strang; ql' q2' qa, ... = von polumschaltbaren Wicklungen; ql = der Ständerwicklung

R, r R 1 , R g, R., R.' = Trägheitshalbmesser R g = Gleichwiderstand; R w = Wirkwiderstand; RR = Widerstand eines Kurzschlußringes, eines Ringsegmentes zwischen zwei aufeinander folgenden Stäben eines Käfigs; R s = Wirkwiderstand eines Käfigstabes ; R 2 ', R p" =- Läuferwiderstand, bezogen auf die Ständerwicklung r = Ordnungszahl der Drehkraftwellen r = Zahl der Nutteilungen der Zonenverschiebung r = Zahl der Wicklungsringe 5,

5

=

Breite einer Spulengruppe

51

=

--,52

5

=

Schlüpfung Sehnung, allgemein Schrittverkürzung Zonenverschiebung Änderung der Zonenbreite

5

=

S5

=

5v

=

5.

=

N PI ml

N

= "--,

P2 m 2

5

N

5 a = - - , ... Pama

T, t T = größter gemeinsamer Teiler von Polpaarzahlen, usw. = Zeit = größter gemeinsamer Teiler von Nuten- (Spulengruppen··) und Polpaatzahl

XVIII

Formelzeichen

U, U U = Umfang des Ankers U = Spannung; U v U 2 , U 3 = paralleler Zweige; UGp = Spulengruppenspannung; Uspmax = Spannung einer Durchmesserspule u = Zahl der in einer Nutenschichte nebeneinanderliegenden Spulenseiten, 2 U = Zahl der Spulenseiten in einer Nut u I , u 2, u 3 = Differenzspannungen u" = Reaktanzspannung Ü, Ü v ü 2 = Verhältnis der überlastungsfähigkeiten

v,

v

V G = Stromwärmeverluste bei Gleichstrom V. = zusätzliche Stromverdrängungsverluste v = Umfangsgeschwindigkeit des Läufers v = Maß der Versetzung von Leitergruppen v = Abweichung der Spulenweite von der PolteiIung, in Nutteilungen v. = Stromverdrängungsverluste in %

w,

w

W, W I = Spulenweite w = Windungszahl (einer Spule); WSt = Zahl der in Reihe geschalteten Windungen eines Stranges (auch w); w 1 ' w 2 = bei den Polzahlen 2 PI' 2 P2; ws" ws. = Windungszahlen der Ständerwicklungen; wz" wz, = der Läuferwicklungen eines Motors mit innerer Kaskadenschaltung

x,

x

Xl" = Magnetisierungs-Blindwiderstand des Ständers für die Grundpolpaarzahl

x, x 2 x

P

ganze Zahlen Stelle des Ankerumfanges

=

=

Y, Y Zahl der Nutteilungen in der Weite W einer Spule (Spulenschritt), (auch Yl) Y = resultierender Wicklungsschritt, Doppelschritt YG = Schaltschritt der Spulengruppen Yn" Yn,', Yn,", Yn,"', Yn., Yn,', Yn,", Yn,"' = Nutenschritte Yv = Verbindungsschritt bei Ausgleichsverbindungen Y. = Bezifferungsschritt K' Y2' K' Y2 - Yl' K' Y2 + YI = Schritte von Kurzschlußkreisen einer Wicklung mit kurzgeschlossenen Spulen Y

=

Z, Z

Zl' Z2 Z, Z2'

= Zahl der Spulen(gruppen) der beiden Zonen eines Stranges bei einer Sechszonenwicklung Z.+l = ganze Zahlen

a = a' =

A, u. Phasenwinkel (zwischen benachbarten Nuten); a2' a" a6 = für 2, 4, 6 Pole Reduktionsfaktor Winkel zwischen ungleichphasigen Zeigern im Spulenstern

ß

Phasenwinkel

a

=

B, =

ß

Formelzeichen

y y

= =

xrx

Tl, Y Winkel, Phasenwinkel geometrischer Nutschrägungswinkel

L1, 6 r5 = Differenz zwischen doppelter Polteilung und Doppelschritt 6 1 = Differenz zwischen Polteilung und erstem Teilschritt

e

= Winkel

E, e

.11, }. Ä

=

Verhältnis der mittleren Länge eines Wickelkopfes zur Ankerlänge

=

Ordnungszahl einer Welle

]Vi. Il Il

N, v v' = absolute Ordnungszahl (Polpaarzahl) der Wellen v = v'/p = relative Ordnungszahl der Wellen (bezogen auf die Polpaarzahl P der Grund welle) ~

= reduzierte Leiterhöhe,

~

=

~k = für einen Kleinstwert des Widerstandes Wicklungsfaktor; ~v = für eine Welle v-ter Ordnung; ~l' ~2' ' •. = bei den Polzahlen 2 PI' 2 P2' ... ; ~VPl' ~vp. = für eine Welle v-ter Ordnung bei den Pol paarzahlen PI' P2; ~s = einer Spule; ~sv = Sehnungsfaktor für eine Welle )I-ter Ordnung; ~Sl' ~s,' ... = Spulenwicklungsfaktoren bei 2 PI' 2 P2 ... Polen: ~G = Wicklungsfaktor einer Spulengruppe ; ~l = einer Läuferwicklung . t s = einer Ständerwicklung ~sv = Sehnungsfaktor ~zv. = Zonenverkürzungsfaktor ~zvs. = Zonenverschiebungsfaktor ~v. = Verschiebungsfaktor ~N.= Nutschrägungl'faktor

e e

P, Winkel = spezifischer elektrischer Widerstand

Q

=

E, a

ap", a/'

=

Läuferstreukoeffizient für die Grundwelle und für eine Wellev'-ter Ordnung

T,

T

T

Polteilung; Tl' T2 = für 2 PI> 2 P2 Pole = Koeftizient der Oberwellenstreuung

('[I

=

T

=

('[I, f{!

f{!

Induktionsfluß ; ('[I2P, ('[I4P = bei 2 P, 4 P Polen = Phasenverschiebungswinkel

Q)

=

Q,

Kreisfrequenz

Q)

I. Polumschaltbare Wicklungen A. Wozu polumschaltbare Wicklungen? 1. Induktionsmaschinen a) Drehzahlregelung durch Polumschaltung Die Drehzahl des Läufers eines Induktionsmotors ist n

=

~l (1-s),

(1)

wenn mit 11 die Frequenz des zugeführten Wechselstromes, mit P die Polpaarzahl der Maschine und mit s die Schlüpfung bezeichnet werden. Ordnet man im Ständer eines Induktionsmotors mehrere Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen an oder Wicklungen, deren Polzahl durch Umschaltung geändert werden kann, also polumschaltbare Wicklungen, so kann bei unveränderlicher Primärfrequenz nach GI. (1) die Drehzahl des Motors stufenweise geregelt werden. Es empfiehlt sich, den Läufer eines solchen Motors als Käfigläufer auszubilden, da er für jede Polzahl geeignet ist. Ein Schleifringläufer müßte so wie der Ständer mehrere Wicklungen oder polumschaltbare Wicklungen erhalten, was für die Umschaltung während des Betriebes auch eine größere Zahl von Schleifringen erfordert. Das Anwendungsgebiet der polumschaltbaren Motoren ist groß; z. B. werden sie für den Antrieb von Pumpen und Gebläsen, Werkzeugmaschinen, Holzbearbeitungsmaschinen, Kranen und Aufzügen verwendet. Im Ständer eines Motors baut man meistens nicht mehr als drei Wicklungen ein, da für mehr kein Platz für die Stirnverbindungen vorhanden ist. Legt man jede dieser drei Wicklungen polumschaltbar aus, so erreicht man insgesamt sechs Drehzahlstufen. Im allgemeinen aber begnügt man sich mit zwei bis vier Stufen. Für zwei Drehzahlen im Verhältnis 1: 1,5 und vor allem 1: 2 ordnet man meist eine polumschaltbare Ständerwicklung an; für ein Drehzahlverhältnis 1: 3 oder mehr aber gewöhnlich zwei getrennte Wicklungen mit den entsprechenden Polzahlen. Drei und vier Drehzahlen erhält man durch Einbau von zwei Wicklungen, von denen nur eine oder beide polumschaltbar ausgeführt sind. Gebräuchliche Drehzahlverhältnisse sind: 2: 1 (synchrone Drehzahlen bei 50 Hz 3000/1500, 1500/750, 1000/500); 1,5: 1 (1500/1000, 1000/750, 750/500); 3: 1 (1500/500, 1000/333); 4: 1 (1000/250); 3: 1,5: 1 (3000/1500/1000); 4: 2: 1 (3000/1500/750); 3:2: 1 (1500/1000/500); 2: 1,5: 1 (1000/750/500); 6:3:2: 1 (3000/1500/1000/ 500); 3: 2: 1,5: 1 (1500/1000/750/500). Bei Zentrifugalpumpen wählt man mit Rücksicht auf den kleinen Regelbereich ziemlich benachbarte Polzahlen wie z. B. 4:5, 6:8 und 8:10. Sequenz, Wicklungen elektro Maschinen 11 T

2

Wozu polumschaltbare Wicklungen

b) Anlassen und Bremsen mit Polumschaltung Die beim Anlauf und beim Bremsen eines Induktionsmotors entwickelte Läuferwärme kann durch die Polumschaltung bedeutend verringert werden. Ist der Motor z. B. polumschaltbar für die Polzahlen 2 PI und 2 P2 gebaut und ist die Anlaufwärme beim Anlauf ohne Polumschaltung Qm, so errechnet sich die Läuferwärme mit Polumschaltung für die erste Stufe, das ist vom Stillstand bis zur Drehzahl n 2 = fl/P2' zu

Q2

=

PI)2 '

Q", (P2

(2)

und für die zweite Anlaßstufe von der Drehzahl n 2 bis zur Drehzahl fl/PI zu

nl =

PI)2 P2 '

QI = Qm (1 -

(3)

so daß die gesamte Anlaufwärme des polumschaltbaren Motors sich ergibt zu

Q= Q2 + QI = Qm[(~~r + (l-~~rl Diese Anlaufwärme ist am geringsten, wenn 1

Q = 2Qm,

Pl/P2

=

(4)

1/2 ist; sie ist dann (5)

also nur die Hälfte der Anlaufwärme ohne Verwendung der Polumschaltung. Es läßt sich zeigen, daß ein Motor mit den Polpaarzahlen PI> P2 und P3 nur ein Drittel der Anlaufwärme beim Einschalten ohne Polumschaltung entwickelt, wenn er mit den Zwischenpolpaarzahlen P2 = 3/2 PI und P3 = 3 PI angefahren wird. Auch die Bremswärme ist beim polumschaltbaren Motor kleiner als beim gewöhnlichen Gegenstrombremsen, wenn man z. B. die Gegenstrombremsung nur für die letzte Stufe benützt und für die anderen Stufen eine generatorische Bremsung vorsieht. Leider sind die günstigsten Polzahlverhältnisse für den Anlauf und das Bremsen nicht die gleichen. Zum Beispiel beträgt das ~ vorteilhafteste Polzahlverhältnis für den Anlauf mit zwei Polzahlen PI/P2 = 1/2, während dieses für das Bremsen 1/4 sein soll. Man muß also die Summe aus der Anlauf- und Bremswärme betrachten. Und auch hier zeigt sich, daß bei Verwendung eines polumschaltbaren Motors mit Abb. 1. Anlaufschaltung z. B. zwei verschiedenen Polzahlen die gesamte mit Reihenschaltung einer Läuferwärme während eines Arbeitsganges (AnBetriebswicklung Bund lauf und Bremsung) nur ein Drittel der Läufereiner polumschaltbaren wärme ohne Polumschaltung i.st, wenn das VerAnlaufwicklung A hältnis der Polpaarzahlen zu Pl/P2 = 1/3 gewählt wird. Ein bekanntes Anlaufverfahren für Induktionsmotoren besteht darin, daß man im Ständer zwei Wicklungen anordnet, die in den gleichen Nuten liegen: eine Anlaufwicklung A und eine Betriebswicklung B. Die Polpaarzahl der Anlaufwicklung ist kleiner als die der Betriebswicklung.

Synchronmaschinen

Während des Anlaufes sind beide Wicklungen hintereinandergeschaltet. Wir haben diesen Richter-Motor ja schon im Abschnitt V Durchflutungsvielecke D 3 des ersten Bandes kennengelernt. Man kann nun die Anlaufwicklung A auch im Betriebe ausnutzen, wenn man sie auf die Polzahl der Betriebswicklung B umschaltet. Ein Schaltbild für eine solche Anlaufschaltung ist Abb. 1. Beide Ständerwicklungen, die Anlauf- und Betriebswicklung sind für die Polzahl der Betriebswicklung ausgelegt; doch kann die Anlaufwicklung auf die halbe Polzahl umgeschaltet werden. Beim Anlauf schließt man zuerst den Schalter 51: Betriebswicklung B und in Dreieck geschaltete Anlaufwicklung A für halbe Polpaarzahl sind hintereinandergeschaltet. Ist der Motor angelaufen, so legt man den Schalter 52 ein und schließt damit die Anlaufwicklung kurz. Der Motor läuft nur mit der Betriebswicklung B. Erst durch das Schließen des Schalters 53 wird die Anlaufwicklung auf die Polpaarzahl der Betriebswicklung umgeschaltet und zur Betriebswicklung parallelgeschaltet, so daß beide Wicklungen im Betriebe wirksam sind.

2. Synchronmaschinen Auch bei verschiedenen Antrieben, die mit Synchronmotoren arbeiten, werden verschiedene Drehzahlen bei gleicher Netzfrequenz verlangt. Polumschaltbare Synchrongeneratoren kommen in Betracht, wenn bei verschiedenen Drehzahlen die gleiche Frequenz geliefert 'werden muß, was z. B. bei Wasserkraftanlagen mit stark schwankender Wassermenge der

Abb. 2. Anordnungen der Pole von Synchronmaschinen für Polumschaltungen im Verhältnis 1 : 2, 1 : 3 und 2: 3

Fall ist, wenn man mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad der Turbinen die Generatoren mit zwei verschiedenen Drehzahlen laufen läßt. In einem solchen Falle muß die Synchronmaschine polumschaltbar ausgeführt werden. Wir haben dabei zu unterscheiden, ob diese Maschine Schenkelpolläufer oder Trommelläufer haben. a) Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen Die Ausführung von Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen, also mit Schenkelpolläufern, schränkt natürlich die Möglichkeiten der Polumschaltungen stark ein. In Abb. 2 sehen wir z. B. Anordnungen der Pole für 1·

Wozu polumschaltbare Wicklungen

4

Polumschaltungen im Verhältnis 1: 2, 1: 3 und 2: 3. Für die höhere Drehzahl müssen aufeinanderfolgende Pole magnetisch parallelgeschaltet werden. Man sieht leicht ein, daß die Feldkurve einer polumschaltbaren Synchronmaschine mit Schenkelpolläufer bei der kleineren Polzahl mit Rücksicht auf die Lücken zwischen den magnetisch parallelgeschalteten Polen Einsattelungen besitzt. Abb. 3 z. B. zeigt die Feldkurve einer Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen, die im Verhältnis 1: 2 polumschaltbar gebaut ist. Diese Feldkurve besitzt vor allem eine stark ausgeprägte Oberwelle dritter Ordnung. Wie die Ständerwicklung einer solchen Synchronmaschine entworfen werden muß, damit die Maschine trotz der großen Einbuchtung der Feldkurve in der Mitte der großen Polteilung bei beiden Drehzahlen eine sinusförmige Spannung und kleine Zusatzverluste ergibt, wird später zu besprechen sein.

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80

7i V'

;1117" 1#IJ" 16Q" 180

Abb. 3. Feldkurve einer im Verhältnis 1 : 2 polumschaltbaren Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen

Die Ausnutzung der Maschine mit ausgeprägten Polen erlaubt es im allgemeinen nicht, andere Polzahlverhältnisse als 1: 2 oder 1: 3 auszuführen. Sind Polzahlverhältnisse 2: 3, 3: 4 oder 9: 11 erforderlich, wie das bei Synchronmaschinen für Wasserkraftanlagen der Fall ist, so muß man Trommelläufer vorsehen. b) Synchronmaschinen mit Trommelläufern Solche Trommelläufer haben dann große Durchmesser und viele Pole. Sie werden aus Blechsegmenten aufgebaut und die Erregerwicklung wird verteilt in Nuten untergebracht. Die Erregerwicklung wird natürlich von Gleichstrom durchflossen und muß so wie die Ständerwicklung polumschaltbar sein. Der Gleichstrom wird ihr über drei oder vier Schleifringe zugeführt. Wir kommen auf diese polumschaltbaren Gleichstrom-Erregerwicklungen noch zu sprechen.

5

Gegenseitige Beeinflussung der getrennten Wicklungen

B. Getrennte Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen Wir haben schon hervorgehoben, daß polumschaltbare Maschinen mit einem Verhältnis der Polpaarzahlen, das von 1: 2 abweicht, häufig mit getrennten Wicklungen ausgeführt werden. Man ist in der Wahl der Wicklungen ziemlich frei. Sollen Ganzlochwicklungen mit den Polpaarzahlen PI> P2' P3' . . . für ein und dieselbe Nutenzahl entworfen werden, so müssen die Nutenzahlen qI' q2' q3" .. je Pol und Strang der getrennten Wicklungen die Gleichung erfüllen: Pdl = P2Q2 = P3Q3 = ... (6) Wenn die Ausführung von Ganzlochwicklungen nicht möglich ist, muß man zu Bruchlochwicklungen greiferl. Mit Rücksicht auf die Wechselwirkung zwischen den Wicklungen verschiedener Polzahlen ist folgendes zu beachten:

L Gegenseitige Beeinflussung der getrennten Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen a} Welche Polzahlen beeinflussen sich? Wir haben schon im Abschnitt V Durchflutungsvielecke D 3 des ersten Bandes Kennzeichen dafür besprochen, ob sich zwei symmetrische Mehrphasenwicklungen magnetisch beeinflussen. Wir stützten uns dabei auf die Durchflutungsvielecke. Und zwar sagten wir, daß eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Wicklungen nicht stattfindet, wenn das polare Trägheitsmoment des resultierenden Durchflutungsvieleckes für zwei beliebige zeitliche Phasenverschiebungen der Durchflutungen in der induzierenden und induzierten Wicklung gleich der Summe der polaren Momente der Durchflutungsvielecke jeder der bei den Wicklungen für sich allein ist. Wir wollen aber unabhängig von dieser Feststellung untersuchen, unter welchen Umständen eine Wicklung in einer zweiten mit einer anderen Polzahl eine Spannung induzieren kann oder mit anderen Worten, welche Polzahlen sich gegenseitig beeinflussen. Wir beschränken uns zuerst auf Ganzlochwicklungen. Bezeichnen wir die Polzahl der induzierten Wicklung mit PI und jene der induzierenden Wicklung mit P2' so beträgt der Phasenwinkel zwischen benachbarten Nuten im 2 P2-poligen Felde a =

P2

P2

3600 =

3600,

(7)

N 2PImQl wenn m die Strangzahl und QI die Nutenzahl je Pol und Strang für die 2 Pcpolige Wicklung sind. Die Spannung, die vom 2 P2-poligen Felde in der Gesamtheit aller z. B. rechts liegenden Spulenseiten der aus ql Spulen bestehenden Gruppe der 2 PI-poligen Wicklung induziert wird, ist dann E = EI [1 eia e2ja e3ja ei(qj-Ija]. (8)

+ +

+

+ ... +

EI ist die Spannung einer Spulenseite. Die Spannungen, die in den linken Seiten der Spulen induziert werden, sind gegen jene in den rechten Spulenseiten um den Winkel (9)

6

Getrennte Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen

phasenverschoben. W l bedeutet die Spulenweite und Tl die Polteilung der induzierten Wicklung. Da weiters der Phasenunterschied der PI Spannungen der benachbarten zu einem Strange gehörigen Spulengruppen unter den anderen Polen gleich y = P21Pl 360 0 ist, kann man die Gesamtspannung eines Wicklungsstranges anschreiben mit E res = E [(1 - eiß) + (e iY - ei(Y+ß)) + (ei2Y - ei(2 Y+ß)) + + ... (ei(P,-l)Y_ei[(P,-l)Y+ßl)], (10)

+

wenn wir berücksichtigen, daß die bei den Seiten einer Spule gegeneinandergeschaltet sind, und bei der Summenbildung die Spannungen der linken Spulenseiten das entgegengesetzte Vorzeichen jener der rechten Spulenseiten erhalten müssen. Ist nun P21Pl eine ganze Zahl, so ist der Winkel y = P2/Pl 360° ein Vielfaches von 360°, und alle Potenzen e ir = e j2y = ... ei(P,-l)y = 1. Damit geht GI. (10) über in E res = PI E (1- eiß). (11) Nach GI. (11) ist also die vom Feld der 2 P2-poligen Wicklung in der 2 Pl-poligen Wicklung induzierte Strangspannung E res nur dann Null, wenn eiß = 1 oder ß = 0°, 360° oder ein Vielfaches von 360° ist. Und das kann nach GI. (9) nur der Fall sein, wenn Pp 2

IV

1 Tl

1

eine gerade Zahl ist.

(12)

Für Durchmesserwicklungen mit Wl = Tl muß also P21Pl eine gerade Zahl sein, damit die 2 P2-polige Wicklung die 2 Pl-polige nicht beeinflußt. Es ergibt sich folgendes: Eine Wicklung kann eine andere mit einer größeren Polzahl nicht beeinflussen. Umgekehrt ist eine Beeinflussung einer Wicklung mit einer kleineren Polzahl durch eine Wicklung mit einer größeren Polzahl nur möglich, wenn das Verhältnis der Polpaarzahlen ganzzahlig ist. Baut sich die Wicklung. mit der kleineren Polzahl aus Durchmesserspulen auf, so wird sie von einer Wicklung mit einer höheren Polzahl nur dann beeinflußt, wenn das Polzahlverhältnis 14ngeradzahlig ist. b) Ringschaltung der induzierten Wicklung Nun soll untersucht werden, unter welchen Bedingungen die induzierte Wicklung in Ring geschaltet werden darf. Wir nehmen an, daß z. B. im Ständer eines Induktionsmotors zwei getrennte Wicklungen mit m Strängen und PI und P2 Polpaaren untergebracht sind. Liegt die Wicklung mit den P2 Polpaaren an der Spannung, so sind die Spannungen, die sie in den m Strängen der 2 Pl-poligen Wicklung induziert, um den Phasenwinkel 360 0 P2

--m PI

gegeneinander verschoben, da die m Stränge der induzierten Wicklung räumlich um 360 0 lm PI am Umfang des Ständers gegeneinander versetzt sind. Ist nun P21Pl = m, so haben die in den einzelnen Strängen der nicht am Netz liegenden Wicklung induzierten Spannungen gleiche Phase. Bei einer Ringschaltung (Dreieckschaltung) dieser induzierten Wicklung würden sich die induzierten Spannungen addieren, was einem inneren Kurzschluß

Gegenseitige Beeinflussung der getrennten Wicklungen

7

gleichkäme. Wenn P21Pl Z m, aber eine ganze Zahl ist, so ergibt die Summe der induzierten Strangspannungen Null, da sie ja um 360 0P2

PI

---

m in der Phase gegeneinander verschoben sind. In einem solchen Fall kann eine Ringschaltung der induzierten Wicklung erlaubt \verden. Bei einem Drehstrommotor z. B. mit zwei getrennten Wicklungen für das Polzahlverhältnis P2/PI ~ 311 und Durchmesserspulen, darf man die Wicklung mit der kleineren Polzahl nicht in Dreieck schalten, wenn die andere Wicklung am Netz liegt; oder aber man muß die Dreieckschaltung öffnen. c) Parallele Zweige der induzierten Wicklung Weitere Beachtung verdienen die parallelen Zweige der Wicklungen. Bei der Parallelschaltung von Wicklungszweigen sind Punkte gleichen Potentials miteinander verbunden, die um n 360 0 in der Phase auseinander liegen (n = 0, 1, 2 ... ). Ist die induzierte Wicklung wieder die mit PI Polpaaren, so beträgt der Phasenwinkel der Punkte gleichen Potentials dieser Wicklung in bezug auf die induzierende Wicklung mit P2 Polpaaren n360 0 P2

PI

Ist nun n P21PI ein echter oder unechter Bruch, so würden in den Kreisen der parallelgeschalteten Zweige der induzierten Wicklung innere Ströme fließen, so daß also die Parallelschaltung vermieden oder bei Einschaltung der induzierenden Wicklung unterbrochen werden muß. Wir haben diese Überlegung bis jetzt für die Grundwelle des Feldes angestellt. Wenn wir aber unter P2 allgemein die Polpaarzahl des induzierenden Feldes verstehen ohne Rücksicht auf die Auslegung der Wicklung, so sind die vorstehenden Ergebnisse auch für die Oberwellen des Feldes anwendbar. Bei einem polumschaltbaren Drehstrommotor mit zwei getrennten Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 10: 6 z. B. kann, wenn die sechspolige Wicklung am Netz hängt, die zehnpolige Wicklung ohne weiteres in Dreieck geschaltet werden. Weist aber das sechspolige Feld eine Oberwelle fünfter Ordnung auf, so ist P2 = 15, und diese Oberwelle induziert in den in Dreieck geschalteten Strängen der Wicklung mit PI = 5 Polpaaren und Durchmesserspulen phasengleiche Spannungen, so daß ein innerer Kurzschluß entsteht. d) Bruchlochwicklungen Die vorstehenden Ausführungen gelten nicht für Bruchlochwicklungen, denn die PI Spulengruppen eines Stranges liegen bei diesen Wicklungen nicht mehr um einen Phasenwinkel von 360 0 auseinander, was bei der Herleitung der Formel (10) vorausgesetzt wurde. Damit auch in einem solchen Falle die Spannung E res der induzierten Wicklung Null wird, muß ß= n 360 0 sein (n = 1, 2, 3 ... ). Dies erfordert, daß nach GI. (9) P2 WI/PI Tl eine gerade Zahl ist [GI. (12).J Sind P2 und PI gegeben, so kann diese Forderung bei Zweischichtwicklungen durch eine geeignete Wahl der Spulenweite H't erzielt werden.

8

Getrennte \\'icklungen mit verschiedenen Polzahlen

Es soll noch betont werden, daß man die Zulässigkeit einer Parallelschaltung von Wicklungsteilen oder einer Dreieck- oder Ringschaltung einer von einer zweiten Wicklung induzierten \Vicklung sowohl für die Grundwelle des Feldes ·als auch für seine Oberwellen mit Hilfe des Spannungssternes prüfen kann. Es darf in diesen Kreisen keine Spannung induziert werden.

2. Verflechtung der getrennten Wicklungen zu einer Korbwicklung Meist führt man eine polumschaltbare Wicklungsanordnung mit zwei getrennten Wicklungen so aus, daß man die Wicklung mit der höheren Polzahl im Hinblick auf die Streuung gegen die Nutöffnung legt und die andere am Nutengrunde einbettet. Man kann aber auch die beiden Wicklungen so miteinander verflechten, daß sie eine einzige Zwei schicht wicklung pildet. Beziffern wir die Spulen der Wicklungen fortlaufend, so wie sie z. B. rechtsherum aufeinander folgen, so ordnen wir alle geradzahlig bezifferten Spulen der Wicklung mit der einen Polzahl zu, und die Spulen mit den ungeraden Bezifferungen der Wicklung mit der zweiten Polzahl. Eine solche ineinander verflochtene Wicklungsanordnung ist einfacher herzustellen als zwei getrennte Wicklungen.

Abb. 4. Schaltbild der Hälfte zweier ineinander verflochtener Drehstromwicklungen mit 6 und 4 Polen mit 72 Nuten

Natürlich müssen die beiden miteinander zu verflechtenden Wicklungen die gleiche Spulenweite erhalten; dies erreicht man dadurch, daß man den Schritt der Wicklung mit der größeren Spulenweite verkleinert und den der Wicklung mit der kleineren Spulenweite vergrößert. Bei der Wahl der Spulenweite kann man darauf Rücksicht nehmen, daß in jede Nut Spulenseiten beider Wicklungen zu liegen kommen. Dies ergibt eine gleichmäßige Verteilung der Wicklung und eine bessere Ausnutzung der Maschine. Abb. 4 zeigt das Schaltbild zweier ineinander verflochtener Wicklungen mit 6 und 4 Polen. Die drei Stränge der sechspoligen Wicklung sind voll ausgezogen gezeichnet; dabei sind die Stränge voneinander durch verschiedene Strichstärken unterschieden (stark, mittelstark und dünn). Die Spulen der vierpoligen Wicklung sind gestrichelt gezeichnet und ihre Wicklungsstränge ebenfalls durch drei verschieden starke Stricharten gekennzeichnet. Dargestellt ist nur die halbe Wicklung. Insgesamt stehen

Verflechtung der getrennten Wicklungen zu einer Korbwicklung

9

72 Nuten für die Aufnahme der Wicklungen zur Verfügung. Da somit sowohl auf die sechspolige als auch auf die vierpolige Wicklung je 36 Nuten entfallen, beträgt die Nutenzahl je Pol und Strang für die sechspolige Wicklung zwei und für die vierpolige drei. Nun zur Wahl der Spulenweite ! Bei Durchmesserspulen müßte die Spulenweite der sechspoligen Wicklung 12 und der vierpoligen Wicklung 18 Nutteilungen betragen. Wir wählen sie mit 15 Nutteilungen. Dies hat den Vorteil, daß in jeder Nut eine Spulenseite der beiden Wicklungen liegt. Hätten wir die Spulenweite mit 14 oder 16 Nutteilungen angenommen, so wäre dies nicht der Fall, sondern jede Nut enthielte nur Leiter der gleichen Wicklung.

-

- - 8polige f'0cklung 'tpolige Wicklung

- b

a

Abb. 5. a) Schaltbild der Hälfte zweier ineinander verflochtener Wicklungen mit 6 und 4 Polen in insgesamt 36 Nuten mit Unterteilung jeder zweiten Spule der vierpoligen Wicklung in zwei Hälften. b) Felderregerkurve der vierpoligen Wicklung

Selbstverständlich sind die Spulenfaktoren der beiden Wicklungen mit Rücksicht auf die verlängerten, bzw. verkürzten Schritte schlechter als wenn sie unverflochten mit Durchmesserspulen ausgeführt würden. Diese Verschlechterung beträgt für die sechspolige Wicklung mit . n

y

_.

n 15 _ .

slll2N/2P - slll272/6 - Slll 112,

50 925 - 0, ,

also 7,5 v. H., und für die vierpolige Wicklung mit . n

y

. n 15

.

slll2N/2P =slll272/4 =slll7

50

=0,9

66

,

also 3,4 v. H. Zwei ineinander verflochtene Wicklungen mit 6 und 4 Polen in insgesamt 36 Nuten können entweder nach Abb. 5 a oder 6 a entworfen werden. Mit Rücksicht darauf, daß hier 18 Nuten auf jede der beiden Wicklungen entfallen, haben wir es bei der sechspoligen Wicklung mit einer Einlochwicklung und bei der vierpoligen mit einer Eineinhalblochwicklung zu tun. Im Schaltbild nach Abb. 5 a ist jede zweite Spule der vierpoligen Wicklung in zwei Hälften geteilt. Die Anordnung nach Abb. 6 a läßt sich billiger herstellen. Die Felderregerkurven der vierpoligen Wicklung nach Abb. 5 a und 6 a sind in den Abb. 5 bund 6 b zu sehen. Sie beziehen sich auf jenen Augenblick, in dem die Zeitlinie gerade mit einer Phase zusammenfällt. Für Durchmesserspulen müßte die Spulenweite bei der sechspoligen Wicklung 6 und bei der vierpoligen Wicklung 9 N utteilungen sein; es wurde ein Schritt von 7 Nutteilungen gewählt.

Getrennte Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen

10

Man kann solche ineinander verflochtene Zweischichtwicklungen nur für Polzahlen ausführen, die nicht weit auseinander liegen, also z. B. für 6 und 4 Pole, für 8 und 6 Pole, für 10 und 8 Pole, für 12 und 10 Pole, für 12 und 8 Pole usw.

12J.56789mn~&~5$"&

-

-

-

6 po/tge Wiek/ung

------yp~geM~hng

a b Abb. 6. a) Schaltbild der Hälfte zweier ineinander verflochtener Wicklungen mit 6 und 4 Polen in insgesamt 36 Nuten. b) Felderregerkurve mit Einsattelung

- - - 8 polrge I'WCklung - - - 6 p(Jlige Wicklung

Abb. 7. Schaltbild der Hälfte zweier verflochtener Wicklungen mit 72 Nuten für 8 und 6 Pole

Abb. 7 zeigt eine verflochtene Wicklung mit 72 Nuten für 8 und 6 Pole. Die achtpolige Wicklung ist eine Eineinhalblochwicklung und nach Abb. 6 a ausgelegt. Die Spulenweite gibt mit 9 N utteilungen eine Durchmesserwicklung für die achtpolige Wicklung.

1 2 3 ~ S 6 7 8 9 10111213 1'f 15 16 17 18 192021 2223 2Y

- - - 8paltgeWick/ung -----6paltge~~ung

Abb. 8. Schaltbild der Hälfte zweier verflochtener Wicklungen mit 48 Nuten für 8 und 6 Pole

In Abb. 8 ist eine achtpolige Wicklung mit einer sechspoligen verflochten, für die 48 Nuten vorgesehen sind. Die Spulenweite umfaßt 7 Nutteilungen. Während die achtpolige Wicklung symmetrisch ist, betragen die Winkel zwischen den drei Strängen der sechspoligen Wicklung 122,95°, 122,95° und 114,1°.

Polumschaltbare Motoren mit mehreren getrennten Läuferwickhingen

11

Eine verflochtene Wicklung mit 60 Nuten für 10 und 8 Pole sehen wir in Abb. 9. Die Spulenweite ist gleich 7 Nutteilungen gewählt. Bei diesen ineinander verflochtenen Wicklungen bleiben die Wicklungen elektrisch getrennt voneinander und können in Stern oder Dreieck geschaltet werden. Natürlich ist das zu beachten, was vorhin über die gegenseitige magnetische Beeinflussung der Wicklungen gesagt wurde. Über die Bezeichnung der Klemmen von getrennten Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen wird in C 2 a 'YJ gesprochen werden.

Abb. 9. Schaltbild der Hälfte zweier verflochtener Wicklungen mit 60 Nuten für 10 und 8 Pole

3. Polumschaltbare Motoren mit mehreren getrennten Läufer:wicklungen Ein polumschaltbarer Induktionsmotor kann auch im Läufer mehrere getrennte Wicklungen bekommen. Man führt z. B. zwei getrennte dreisträngige Läuferwicklungen für verschiedene Polzahlen zu je drei Schleifringen. Im allgemeinen sind diese Schleifringe über dauernd aufliegende Bürsten mit zwei Steuergeräten verbunden. Wie man die sechs Schleifringe auf fünf vermindern kann, zeigt Abb. 88. Je ein Strang einer der

P"'W W w lli" Wm

1-FPff L-J..-J

mm mm L-&------J

a b c Abb. 10. Schaltungen eines polumschaltbaren Schleifringläufermotors für drei Drehzahlen

bei den Läuferwicklungen liegt an einem gemeinsamen Schleifring, der somit ein Punkt gleichen Potentials für beide Wicklungen ist. Wenn die getrennten Schleifringläuferwicklungen so ausgelegt werden, daß sie sich gegenseitig nicht beeinflußen, so können sie mit den gleichen Schleifringen verbunden werden, wie Abb. 10 zeigt. In der Schaltung nach Abb. 10 a liegt die 2 Pl-polige Ständerwicklung am Netz, in Abb. 10 b die 2 P2-polige; und in Abb. 10 c ist eine innere Kaskadenschaltung angedeutet, bei der die eine Ständerwicklung gespeist und die andere kurzgeschlossen ist. Die 2 Pl- und 2 P2-poligen Läuferwicklungen sind zu den gleichen drei Schleifringen geführt. Ein Motor dieser Bauart kann somit mit drei verschiedenen Drehzahlen laufen, nämlich in der Schaltung nach Abb. 10 a mit der der

12

Getrennte Wicklungen mit verschiedenen Polzahlen

Polpaarzahl PI entsprechenden Drehzahl, in der Schaltung nach Abb. 10 b mit einer Drehzahl, die durch die Polzahl 2 P2 bedingt ist, und schließlich mit der durch die Kaskadenschaltung in Abb. 10 c bewirkten Drehzahl no =

p;~ P2.

Statt die Ständerwicklung in Abb. 10 c kurzzuschließen,

kann man sie auch an einen Regelwiderstand legen. Will man bei einem polumschaltbaren Induktionsmotor für zwei Polzahlen die eine Drehzahl durch Läuferwiderstände regeln, die andere jedoch nicht, so rüstet man den Läufer mit zwei getrennten Phasenwicklungen aus. Die für die regelbare Drehzahl vorgesehene Läuferwicklung ist an drei Schleifringe angeschlossen, während die andere Kurzschlußpunkte aufweist. Soll stets nur eine einzige Läuferwicklung eingeschaltet sein, so muß die Kurzschluß- und Bürstenabhebevorrichtung beim Kurzschließen der ·zweiten Läuferwicklung gleichzeitig die Bürsten von den Schleifringen der ersten Wicklung abheben. Die kurzgeschlossene Läuferwicklung kann natürlich auch eine Käfigwicklung sein. Zum Beispiel stattet man den Läufer von polumschaltbaren Induktionsmotoren für den Antrieb von Wirk- und Strickmaschinen mit einer bei beiden Polzahlen wirksamen Käfigwicklung aus und mit einer nur bei der hohen Drehzahl ansprechenden, über Widerstände regelbaren Phasenwicklung. Sind die beiden Läuferwicklungen entweder in Dreieck geschaltet oder in Stern mit parallelen Zweigen in den Strängen, so kann man die einen Enden der beiden Wicklungen mit drei gemeinsamen Schleifringen verbinden, und die anderen Enden an eine mitumlaufende Umschaltvorrichtung so anschließen, daß wahlweise die elektrische Verkettung der einen oder der anderen Läuferwicklung hergestellt wird und gleichzeitig sämtliche inneren Abb. 11. Läuferwicklung als Kurzschluß- Stromkreise der außer Betrieb gesetzten Wicklung geöffnet werden. wicklung mit den Widerständen R 2 bei der Mit drei Schleifringen kommt man auch aus, doppelten Polzahl und wenn man die beiden Läuferwicklungen eines polals offene Wicklung mit den Widerständen umschaltbaren Induktionsmotors, der zwei getrennte R 1 und R 2 bei der ein- verschiedenpolige Ständerwicklungen besitzt, in fachen Polzahl Reihe schaltet und an die drei Schleifringe legt. Die jeweils nicht benutzte Ständerwicklung wird kurzgeschlossen. Auf Schleifringe kann man überhaupt verzichten, wenn man an die Wicklungsenden, die sonst mit den Schleifringen verbunden werden müßten, feste Widerstände anschließt, die mit dem Läufer umlaufen. Diese Widerstände werden so bemessen, daß bei der niedrigen Polzahl eines im Verhältnis 1: 2 polumschaltbaren Motors ein geforderter Verlauf des Drehmomentes erzielt wird. Bei der doppelten Polzahl soll die Läuferwicklung eine Kurzschlußwicklung sein. Ein Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß der Drehmomentenverlauf bei der doppelten Polzahl durch den Widerstand der Läuferwicklung allein festgelegt ist. Besser ist es, wenn man nach Abb. 11 zwei Gruppen von Widerständen in den Läuferkreis einschaltet. Bei der doppelten Polzahl bilden die beiden Teile der Läuferwicklung eine Kurzschlußwicklung aus, bei der jeder Strang über die

Zusammenfassung, Anlassen und Umschalten

13

Widerstände R 2 in sich kurzgeschlossen ist, was wir durch die gestrichelten Pfeile angedeutet haben. Für die einfache Polzahl bauen die Wicklungsteile eine offene Wicklung auf (voll ausgezogene Pfeile), die an die Widerstände R} und R 2 angeschlossen ist.

4. Polumschaltung mit Änderung der Motorspeisung Für zwei Polzahlen schaltbare Induktionsmotoren, vor allem für den Antrieb von Wirk-, Strick- und ähnlichen Maschinen, erhalten zwei Ständerund zwei Läuferwicklungen für die beiden Polzahlen. Die Läuferwicklung für die hohe Drehzahl ist an drei Schleifringe angeschlossen. Für die niedrige Drehzahl wird die eine der bei den Ständerwicklungen ans Netz gelegt. Die zu dieser Drehzahl gehörige Läuferwicklung ist in sich kurzgeschlossen. Bei der hohen Drehzahl wird die mit den Schleifringen verbundene Läuferwicklung vom Netz gespeist, während die Sekundärwicklung in diesem Falle die zweite Ständerwicklung darstellt. Bildet man diese als offene Wicklung aus, so kann der Motor bei der hohen Drehzahl geregelt werden.

5. Zusammenfassung t Anlassen und Umschalten a) Zusammenfassung Es empfiehlt sich, die getrennten Wicklungen in Stern zu schalten und parallelgeschaltete Zweige zu vermeiden. Muß man jedoch z. B. bei größeren Motoren und Niederspannung die Dreieckschaltung oder parallelgeschaltete Zweige in den Strängen einer Stern- oder Dreieckschaltung vorsehen, so hat man, wenn die eine Wicklung am Netz liegt, die Dreieckschaltung der zweiten Wicklung an einem Dreieckspunkt zu öffnen; ebenso sind die parallelen Zweige voneinander zu trennen, wenn die eine Wicklung die andere beeinflussen kann (vgl. Tab. 3 und Abschnitt C 3). b) Anlassen Beim Anlassen eines Induktionsmotors mit getrennten Wicklungen schaltet man zuerst die Wicklung mit der kleinen Drehzahl ein und dann erst die Wicklung, die die höhere Drehzahl ergibt, weil der Anlaufstrom der Wicklung mit der größeren Polzahl meist niedrig ist. Zur Herabsetzung des Anlaufstromes verwendet man eher eine Widerstandsvorstufe als die Stern-Dreieck-Schaltung, die bei der Umschaltung auf die höhere Drehzahl stärkere Umschaltströme hervorrufen kann. Wird ein hohes Anzugsmoment gefordert, wie z. B. bei Förderschnecken, Förderbändern, Kalandern oder Holländern, so schaltet man die beiden Ständerwicklungen gleichzeitig parallel ans Netz. Dann addieren sich die von den beiden Ständerwicklungen erzeugten Drehmomente und der hochgelaufene Käfigläufer nimmt eine Drehzahl an, die etwas über der kleineren synchronen Drehzahl liegt. Eine der Wicklungen wird dann abgeschaltet. Somit braucht man die Wicklungen nur für etwa das halbe Anzugsmoment auszulegen.

14

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

c) Umschalten Beim Umschalten von der niedrigen auf die höhere Drehzahl ist es meist nicht nötig, den Umschaltstrom zu verkleinern. Ein günstiger Übergang von der niedrigen zur hohen Drehzahl durch Zwischendrehzahlen wird erzielt, wenn man mit der Wicklung mit der hohen Polzahl anfährt, und nach Erreichen der niedrigen Drehzahl die Wicklung mit der niedrigen Polzahl parallelschaltet. Schließlich wird die Wicklung mit der hohen Polzahl abgeschaltet.

c.

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Pob;ahlen im Verhältnis 1: 2

Wir wenden uns nun jenen Wicklungen zu, die für sich allein durch Umschaltungen zwei oder mehr verschiedene Polzahlen annehmen. Zuerst fragen wir uns, welche Forderungen wir an solche polumschaltbare Wicklungen stellen müssen.

I. Forderungen an polumschaltbare Wicklungen a) Eine polumschaltbare Wicklung soll aus möglichst wenig Wicklungsteilen bestehen, so daß also wenig Wicklungsenden da sind und die Umschaltung mit einem entsprechend kleinen Schalter bewerkstelligt werden kann. b) Zweitens muß eine polumschaltbare Wicklung so entworfen werden, daß die magnetischen und elektrischen Verhältnisse den bei den verschiedenen Drehzahlen vorgeschriebenen Leistungen angepaßt sind. Besonders die Anpassung der Magnetisierung an die Leistungsbedingungen bei den einzelnen Drehzahlstufen ist eine wichtige Forderung an polumschaltbare Wicklungen. Wir werden daher das Verhältnis der magnetischen Beanspruchungen im Luftspalt für die verschiedenen Polzahlen einer Wicklung in den meisten Fällen untersuchen, und, wo es nicht günstig ist, Mittel und Wege suchen, um die Wicklung so abzuändern, daß eben ein annehmbares Verhältnis der magnetischen Induktionen im Luftspalt auftritt. Eine gute Ausnutzung des Baustoffes verlangt möglichst große Wicklungsfaktoren. Wir müssen also unser Augenmerk auch diesen Wicklungsfaktoren bei den verschiedenen Polzahlen zuwenden. Durch die Verhältnisse der Luftspaltinduktionen und der Wicklungsfaktoren sind z. B. bei den Induktionsmotoren das Verhältnis der Kippmomente und das der Magnetisierungsströme bedingt. c) Eine weitere Forderung ist die nach günstigen Feld-Erregerkurven bei allen Polzahlen. Und zwar sollen die Erregerkurven von der Sinusform möglichst wenig abweichen. d) Eine Sonderforderung bei polumschaltbaren Wicklungen für Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen besteht darin, diese Wicklungen so zu entwerfen, daß sie auf die Oberwellen der F eldkuyve, die infolge der Pollücke stark verzerrt ist, nicht ansp1'echen. Diese Pollücken entstehen durch die magnetische Parallelschaltung aufeinanderfolgender Pole.

Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2

15

2. Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1: 2 Schon im Jahre 1893, also vor mehr als einem halben Jahrhundert, hat die Maschinenfabrik Oerlikon polumschaltbare Wicklungen verwendet. Doch waren diese Ringwicklungen. Diese Wicklungen haben ja keine eigene Polzahl. Man kann durch Verlegen der Anschlüsse die Polzahl beliebig ändern. Die älteste polumschaltbare Trommelwicklung ist sicherlich die 1897 von R. Dahlander angegebene. Die am meisten verwendeten polumschaltbaren Wicklungen sind die Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1: 2. Da sie jetzt meistens als Zweischichtwicklungen ausgelegt werden, wenden wir uns diesen zuerst zu. a) Zweischichtwicklungen mit sechsphasigem Strom belag bei der kleinen und drei phasigem Strom belag bei der größeren Polzahl (Dahlander- Wicklungen) a) Ableitung der Wicklung

Wir wollen uns, um möglichst viele Darstellungsarten kennen zulernen , verschiedener Abbildtingsmöglichkeiten der Wicklungen beim Entwurf von pol um schalt baren Wicklungen bedienen. Eine besteht z. B. darin, daß man jede Spule oder Spulengruppe durch einen Pfeil versinnbildlicht, der am (/ Ende einen Kreis trägt. In diesem Kreise ist die Ziffer eingetragen, die die Spule -/l ...... oder Spulengruppe bei fortlaufender Be.-.-- ' ...... zifferung am Umfang erhält. Die Spitze W' .... /1 des Pfeiles bedeutet den Anfang, und der -(/ Kreis das Ende der Spulengruppe oder "Po/e z,Ilo/e 3, auch umgekehrt. Die Buchstaben U, V, W, die neben den Pfeilen stehen, kennzeichnen die ~I,j " ,5 .. 1 .1 · klungss t range, W IC zu I'1 {j 11 -w .1 /I 1IZr, -{j 1 W 1 -/I I denen die betreffenden ~······t"--I-I····+ -l zp,: Z Pole (secns,ona.rljer.ft/'om/Je/3§/ Spulengruppen bei den 1 {j f 1 JIY 1 {j 1 V 1 W 1 . • . r--+····~--+····1 ZPz: "Po/e (g'/'I!/jJn3SI§I!/' .ft/'llm/Jel3§) verschIedenen Polzahlen j---Jz~ t----J I I 1 gehören (Abb. 13). i--+ - +-+ - --J uI'ujJ,Ilen {j, , ,(/, -(/, .. (/ {j.. ,Y, -{j". /I In Abb. 12a sind die f--+--I--f--,-+--i (/,. ,w, -(/, "w Zeiger eines dreiphasigen t~ ~ ~ ~-= -=~ ~.::-_-~ H /I, .. 11, -/I", (j und sechsphasigen Strom- L - r- - -+ - -i - - r - +- - 1 /I.. , Y, -/l".r /I, "w, -/I", W belages gezeichnet. In ~ - t - +-t- - i - +--t H w.,,1I, 'W",{j Abb. 12 b ist die Ver- ~=8---t-=-t....:.:::=~ w. .. f', -It'.. , /I teilung dieser drei- und I .. _.1 _ -1_...J __ L _ 1.._.J w."w, -w,,,w sechsphasigen StrombeAbb. 12. a) Zeiger eines dreiphasigen und sechsläge über die Polpaar- phasigen Strom belages. b) Verteilung des sechsphasigen teilung der kleineren Pol- Strom belages für 2 Pole und des dreiphasigen Strombelages für 4 Pole zahl eingetragen. Und zwar ordnen wir den sechsphasigen Strombelag der kleineren Polzahl und den dreiphasigen Strombelag der größeren Polzahl zu. Darüber sind sechs Spulengruppen durch Pfeile und Kreise angedeutet.

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16

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

Wir halten dabei fest, daß bei einer Wicklung mit dreiphasig verteiltem Strombelag jeder Wicklungsstrang 2/3 der Polteilung einnimmt; bei sechsphasig verteiltem Strombelag jedoch nur ein Drittel. Wir haben uns dabei nur um die Stromverteilung in der Oberschichte der Wicklung zu kümmern und lassen die Stromverteilung in der Unterschichte außer acht. Sie ist um die Spulenweite gegen die der Oberschichte verschoben. Auf die Wahl der Spulenweite kommen wir noch zu sprechen.

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Abb. 13. Schaltungen einer polumschaltbaren Drehstromwicklung für 2 und 4 Pole, a) SternReihenschaltung für 4 Pole und Doppelsternschaltung für 2 Pole, b\ Dreieck-Reihenschaltung für 4 Pole und Doppelsternschaltung für 2 Pole, c) Doppelsternschaltung für 4 Pole und Dreieckschaltung für 2 Pole

Wir grenzen nun jene Wicklungszonen am Ankerumfang ab, in denen sich bei der Umschaltung von 2 auf 4 Pole der Strombelag nicht ändert {Gruppe U ... U) oder in welchen er die Phase wechselt (- U . .. U, U ... V, - U ... V, U ... W, - U ... W, usw.). Und zwar gibt es in ·diesem Beispiele insgesamt 3 X 6 = 18 solcher Zonen. Sie sind in Abb. 12 b unter den Strombelägen festgehalten. Die Zonen oder Gruppen U ... U und - U ... U oder U ... V und - U ... V, oder U ... W und - U ... W, -oder V . .. U und - V . .. U, oder V . .. V und - V . .. V usw. sind nebeneinander gesetzt. Diese nebeneinander angeschriebenen Gruppen werden nämlich bei der einen Polzahl im gleichen Sinne vom Strome durchflossen, bei der anderen Polzahl aber im entgegengesetzten Sinne. Die stark aus:gezogenen waagrechten Striche im Zonen- oder Gruppenplan kennzeichnen -die in der Wicklung mit Rücksicht auf die Polumschaltung auftretenden Gruppen. Aus dem Gruppenplan in Abb. 12 b lassen sich die Schaltbilder für .2 und 4 Pole sofort ableiten. Die Spulengruppen 1 und 4 gehören, wie wir sehen, bei beiden Polzahlen zum Wicklungsstrang U; doch werden sie bei 4 Polen im selben Sinne, bei 2 Polen im entgegengesetzten Sinne vom Strom -durchflossen. Die Spulengruppen 3 und 6 sind bei 4 Polen dem Wicklungs,strange W, bei 2 Polen dem Wicklungsstrange V zuzuweisen. Und die Spulengruppen 2 und 5 schließlich bilden bei 4 Polen den Strang V und

Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2

17

bei 2 Polen den Strang W. Somit erhalten wir die in Abb. 13 gezeichneten Schaltbilder. Abb. 13 a stellt eine Stern-Reihenschaltung für 4 Pole und eine Stern-Parallelschaltung (Doppelsternschaltung) für 2 Pole dar; Abb. 13 b eine Dreieck-Reihenschaltung für 4 Pole und eine Doppelsternschaltung für 2 Pole. In Abb. 13 c sind die zusammengehörigen Spulengruppen 1 und 4, 3 und 6, 5 und 2 gegeneinander geschaltet. Es läßt sich dann bei 4 Polen eine Doppelsternschaltung und bei 2 Polen eine Dreieckschaltung bilden. Die Wicklung nach Abb. 13 a ist in den Abb. 30 a und d gezeichnet. 7

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Jw.J'_J.tr..L~_U:'J.!!'..l.JLJ_t.J.!Y.. LL1J....J.!Y..J OPole Abb. 14. Verteilung des sechsphasigen Strombelages für 4 Pole und des dreiphasigen Strombelages für 8 Pole

Der Witz bei dieser Schaltungsart von polumschaltbaren Wicklungen ist der, daß feder Wicklungsstrang in zwei Hälften geteilt wird und bei der Polumschaltung der Strom in der einen H äztte umgekehrt wird. Diese Schaltung wurde zuerst (1897) von R. Dahlander und K. A. Lindström angegeben und von der Allgemeinen Schwedischen Elektrizitäts-Gesellschaft in Västeras ausgeführt. Man bezeichnet sie allgemein als Dahlander-Schaltung oder Dahlander-Wicklung. Bei einer Drehstromwicklung, die von 4 auf 8 Pole umschaltbar sein soll, ergeben sich nach Abb. 14 für den Wicklungsstrang U X vier Spulengruppen: 1, 4, 7 und 10. Wir vereinigen die Spulengruppen 1 und 7 zur einen Stranghälfte und die Gruppen 4 und 10 zur zweiten. Wenn alle Spulengruppen gleichsinnig angeschlossen werden, so müssen wir bei der achtpoligen Schaltung nach Abb. 14 alle Spulengruppen eines Stranges hintereinanderschalten, was z. B. in Abb. 15 a geschehen ist. Die drei Stränge sind hier in Dreieck geschaltet. Die Schaltverbindungen sind für die achtpolige Schaltung voll gezeichnet. Bei 4 Polen müssen nach Abb. 14 die beiden Hälften jedes Stranges in entgegengesetztem Sinne vom Strom durchflossen werden. Wir erreichen dies durch den gestrichelt gezeichneten Anschluß der Klemmen U 4 , V 4 und W 4 an das gestrichelt gezeichnete Netz R, Sund T. Außerdem sind die Klemmen U s, V s und Ws miteinander zu verbinden. Auf diese Weise entsteht eint; Doppelsternschaltung für die 4 Pole. Aus Abb. 14 folgt auch, daß beim Übergang von 8 auf 4 Pole die Stränge V und W vertauscht werden. Diese soeben abgeleitete Schaltung ist in Abb. 16 ausführlich für 48 Nuten dargestellt. Mitunter wird diese Dreieck-Doppelstern-Schaltung allein nach Dahlander benannt. Doch betont Dahlander in der ersten Beschreibung seiner polumschaltbaren Wicklung als Kennzeichen die Teilung jedes Stranges in zwei Hälften und ihre Umschaltung, so daß man mit Recht alle hier behandelten Wicklungen als Dahlander-Wicklungen ansprechen kann. In Abb. 15 b sind die Stränge sowohl für 8 als auch für 4 Pole in Stern geschaltet. Es ergibt sich somit eine Stern-Doppelstern-Schaltung. Wieder bezieht sich die voll gezeichnete Schaltung auf die 8 Pole und die gestrichelt angegebene auf 4 Pole. Sequenz, Wicklungen elektro Maschinen III

2

18

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

In Abb. 15 c sind die Spulengruppen 1 und 7 gleichsinnig, die Gruppen 10 und 4 gegensinnig geschaltet. wie näher in Abb. 17 gezeigt ist (vgl. Abb. 13 cl. Das heißt, daß I?--~------die Wicklung von Haus aus S --t---~---­ als vierpolige SechszonenT--t---~--~Wicklung ausgelegt ist, wie ein Blick auf Abb. 14 lehrt. Auch die in Abb. 13 c dargestellte Wicklung ist als zweipolige r Sechszonen-Wicklung entworI I fen. Die Wicklungen in Abb. I 15 a und b sind dagegen als I achtpolige Dreizonen-WicklunI lUg gen aufgebaut und ebenso die I I I Wicklungen in Abb. 13 a und I? +------+-------1S - \ . - - - - - - - - - - - ....... 1t-~~/6' b als vierpolige DreizonenT~------------- ~d Wicklungen. R------------~--------

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Abb. 15. Schaltungen einer polumschaltbaren Drehstromwicklung für 4 und 8 Pole. a) Dreieckschaltung für 8 Pole und Doppelsternschaltung für 4 Pole. b) Sternschaltung für 8 Pole und Doppelsternschaltung für 4 Pole. c) Dreieckschaltung für 4 Pole und Doppelsternschaltung für 8 Pole. d) Doppeldreieckschaltung für 8 Pole und Vierfach Sternschaltung für 4 Pole

In Abb. 15 d und Abb. 18 ist die gleiche Wicklung wie in den Abb. 15 a, bund c für 8 Pole in Doppel-Dreieck und für 4 Pole in Vierfach-Stern ge-

Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2

19

schaltet. Es lassen sich alle Schaltungen wie Einfach-Dreieck, DoppelDreieck, Dreifach-Dreieck, Vierfach-Dreieck, usw. und Einfach-Stern, Doppel-Stern, Dreifach-Stern, Vierfach-Stern usw. miteinander für die Polumschaltung kombinieren. In der Tab. 2 ist dies geschehen. Es muß nur die entsprechende Zahl von Pol-Strang-Spulengruppen vorhanden sein.

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Abb. 16. Polumschaltbare Drehstrom-Zweischichtwicklung für 4 und 8 Pole mit 48 Nuten nach Abb. 15 a ~ Pole III ß Pole »-. Eine Sternschaltung für die doppelte Polzahl und eine Doppeldreieck-Schaltung für die einfache Polzahl deuten die Abb. 19 a und b an, während bei den Abb. 19 a und c bei der doppelten Polzahl die I :'! --- __ Strän&e in Stern und b.ei f!! 16 der emfachen Polzahl m "*---1.r H---- ___ i Dreieck geschaltet sind. Die Lt-H-- --'\ A~b. 19 a und d geben für \\\ S beide Polzahlen Sternschal\\\ -' > tungen an. \'-(.. Als letztes Beispiel zeigt -":::'" Abb. 20 eine Wicklung mit -'->..... "" 72 Nuten, die für 12 und - -:::~ .._---.-----, L_-••• ·'C-' 6 Pole umschaltbar ist. Es .. --------.--... u~ ergeben sich hier sechs Spulengruppen zu je 4 Spu- Abb. 17. Einlinienbild einer polumschaltbaren len in jedem Strange. Die Drehstromwicklung für 4 und 8 Pole nach Abb. 15 c drei ungeradzahlig bezifferten Spulengruppen bilden die eine Stranghälfte, die geradzahligen die andere. In der Abbildung sind die Schaltungen angegeben sowohl für 2'

20

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

12 Pole und Einfach-Dreieck und 6 Pole und Doppelstern als auch für 12 Pole und Einfach-Stern und 6 Pole und Doppelstern. Das Schaltungsgesetz für die Dahlander- Wicklungen schreibt also im allgemeinen vor, die ungeradzahligen Spulengruppen eines Wicklungsstranges z. B. durch Reihen- oder Parallelschaltung zu einer Stranghälfte zu vereinigen und mit den geradzahligen Spulengruppen das gleiche zu tun. Bei der Umschaltung von der einen auf die andere Polzahl ist die Richtung des Stromes in der einen Stranghälfte umzukehren. Die gebräuchlichsten Schaltungen sind die in den Abb. 15 a, bund c erläuterten. Zu beachten ist, daß \ \ \ ': beim Übergang von einer zur anderen \~ \ \ Polzahl stets die Anschlüsse zweier II!! Wicklungsstränge miteinander vertauscht werden müssen, damit der 11:' / Umlaufsinn des Drehfeldes erhalten "11..;'''' blel. 'bt //,'.:

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ß) Spulenweite Wir haben uns bis jetzt noch nicht um die Spulenweite bei diesen Abb. 18. Einlinienbild einer polumschaltpolumschaltbaren Wicklungen gebaren Drehstromwicklung für 4 und kümmert. Der Abb. 12 entnehmen 8 Pole nach Abb. 15 d wir noch einmal, daß voraussetzungsgemäß bei der größeren Polzahl der Strombelag dreiphasig ist, das heißt daß in diesem Falle i eder Wicklungsstrang 2/3 einer Polteilung (der größeren Polzahl) bedeckt. Abb. 21 zeigt die Felderregerc d kurve einer solchen WickIJ eil7fJc~~'efj-'Q'-/za-/l-/--_...::c... lung für jenen Augendoppelte I'Il/ul!! blick, in dem der Strom Abb. 19. a) Sternschaltung der Stränge für die in einer Phase gerade doppelte Polzahl, b) Doppeldreieckschaltung für die Null ist. Die bei den Halbeinfache Polzahl, c) Dreieckschaltung für die einfache Polzahl, d) Sternschaltung für die einfache wellen dieser Kurve sind Polzahl unsymmetrisch; aus diesem Grunde enthält die Felderregerkurve auch Oberwellen gerader Ordnungszahlen, von denen die zweiter Ordnung eine verhältnismäßig große Amplitude besitzt. Wählen wir nun die Spulenweite der polumschaltbaren Zweischichtwicklung so, daß die Spulen für die größere Polzahl Durchmesserspulen sind, so liefert die Oberschichte eines Stranges die in Abb. 21 abgeleitete Felderregerkurve und die Unterschichte die gleiche, aber um ;TI; phasenverschobene. Nach Abb. 22 entsteht dann als resultierende Erregerkurve eine symmetrische, der Oberwellen gerader Ordnungszahl fehlen. Es empfiehlt sich daher, für '"

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(25)

Man erhält gleiche Überlastbarkeit bei bei den Drehzahlen und ungefähr gleiche Stromdichte im Kupfer, wenn man

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BI PI wählt. Doch gilt dies nur, wenn man vom Einfluß der Wicklungsfaktoren einerseits und von der Verschiedenheit der Streu flüsse andererseits absieht. Mit B2 = 1

BI läßt sich bei der kleineren Polzahl eine (P2/PI)2 mal höhere Überlastbarkeit und eine P2/PI mal geringere Stromdichte als bei der höheren Polzahl erzielen. Im Falle konstanter Leistung ist das Verhältnis der Überlastbarkeiten (26)

Für die Regelung mit konstanter Leistung, die z. B. für den Antrieb von Drehbänken, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen und Holzbearbeitungsmaschinen in Betracht kommt, eignen sich z. B. die Doppelstern-DreieckSchaltung, die Stern-Stern-Schaltung, die Doppelstern-DoppelsternSchaltung, die Dreifachstern-Dreifachstern-Schaltung usw., die DreieckDreieck-Schaltung, die Doppeldreieck-Doppeldreieck-Schaltung, die Dreifachdreieck-Dreifachdreieck-Schaltung usw. Man kann aber auch die Dreieck-Doppelstern -Schaltung verwenden. Wünscht man aber Drehmomente bei den beiden Polzahlen, die mit der Drehzahl zu- oder abnehmen, wie es sich für Lüfterantriebe empfiehlt, so muß das Verhältnis der Luftspaltinduktionen B 21B 1 kleiner als Eins sein. Man wählt z. B. die Stern-Doppelstern-Schaltung oder die Dreieck-Doppeldreieck-Schaltung oder auch die Stern-Doppeldreieck-Schaltung. Außer durch die Änderung der Schaltungs art der Wicklungsgruppen und der Stränge könnte man das Verhältnis der Luftspaltinduktionen noch durch das Verhältnis der Wicklungsfaktoren beeinflussen. Bei den Zweischichtwicklungen hätte man ja bei der Wahl der Spulenweite freie Hand. Wie wir gehört haben, ist man jedoch mit Rücksicht auf die unerwünschten Oberwellen des Feldes an eine Spulenweite gebunden, die gleich der Hälfte der Polteilung bei der einfachen Polzahl ist. Von dieser Spulenweite wird man nur in Sonderfällen abweichen und dann Weiten wählen, die bis zu zwei Dritteln der Polteilung bei der einfachen Polzahl gehen und oft 5/9 dieser Polteilung betragen. Die am häufigsten verwendeten Schaltungsarten sind: die DreieckDoppelstern-Schaltung für ungefähr gleichbleib endes Drehmoment bei beiden Drehzahlen, die Doppelstern-Dreieck-Schaltung für nahezu gleichbleibende Leistung und die Stern-Doppelst ern-Schaltung für Drehmomente, die mit der Drehzahl steigen oder fallen.

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Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

Ein Hilfsmittel, um die Luftspaltinduktion . bei der kleinen Polzahl zu regeln, besteht darin, daß man nach Abb. 23 eine Hilfswicklung A verwendet, die mit der Hauptwicklung bei der kleinen Polzahl in Reihe geschaltet wird. Diese Hilfswicklung besteht aus nur wenigen Windungen, deren Weite gleich der Polteilung für die kleinere Polzahl ist. Diese Windungen werden in den gleichen Nuten wie die Hauptwicklung untergebracht. I? Mit ihrer Hilfe läßt sich das Verhältnis der magnetischen Beanspruchungen im Luftspalt beliebig regeln. Als weiteres Beispiel einer polumschaltA baren Wicklung mit Zusatzwicklung sei eine einphasige, einschichtige Wicklung der Maatschappij tot vervaanliging van Snijmachines volgens van Berkel's Patent en van andere werktuigen in Rotterdam Z Pole (DRP 527 563) beschrieben, obwohl diese Abb. 23. Schaltbilder einer polWicklung eigentlich nicht in den Abumschaltbaren Drehstrom wicklung schnitt gehört, der die zweischichtigen für 4 und 2 Pole mit einer HilfsDrehstromwicklungen behandelt. Aber wicklung A zur Regelung der Luftspaltinduktion bei der kleineren sie fügt sich bequem an die soeben erPolzahl klärte polumschaltbare Wicklung mit Hilfswicklung an. Abb. 24 zeigt diese einschichtige Ständerwicklung eines EinphasenWechselstrom-Induktionsmotors mit einer im Verhältnis 1: 2 umschaltbaren Polzahl. Die vollausgezogene Wicklung ist eine Dreilochwicklung für den vierpoligen Betrieb, für den die über den Nutenziffern eingetragenen r----.,

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Abb. 24. Ständerwicklung mit im Verhältnis 1 : 2 umschaltbarer Pol zahl eines Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors der Maatschappij tot vervaardiging van Snijmachines volgens van Berkel's Patent en van andere werktuigen in Rotterdam (DRP 527563)

Strompfeile gelten. Zwei Nuten bleiben unbenützt, so daß die Wicklung über etwa zwei Drittel des Umfanges verteilt ist. Um einen möglichst sinusförmigen Verlauf des Feldes der Wicklung zu gewährleisten, sind außerdem nur einige Nuten ganz mit Kupfer gefüllt. In Abb. 24 sind z. B. in den Nuten 1 und 8 die höchste Anzahl von Windungen untergebracht. Die anderen Nuten weisen nur einen Füllungsgrad von fünf Achteln bis drei Vierteln auf. Somit werden in die Nuten 3 und 6 die wenigsten Windungen eingebettet. In den freien oder teilweise bewickelten Nuten ist eine Zusatzwicklung angeordnet, die beim Einschalten der acht Pole mit der

Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2

27

Hauptwicklung in Reihe geschaltet wird. Durch diese Zusatzwicklung soll der Motor bei der gleichen Spannung sowohl bei der hohen als auch bei der niedrigen Polzahl dasselbe Drehmoment oder nach Wahl dieselbe Leistung entwickeln können. Die Zusatzwicklung ist in Abb. 24 gestrichelt gezeichnet. Für die achtpolige Schaltung sind die Strompfeile unter den Nutenziffern zu finden. Durch die geschilderte Auslegung der Wicklungen ist bei der niedrigen Polzahl die Hauptwicklung und bei der höheren Polzahl die Haupt- plus Zusatzwicklung so verteilt, daß die Windungszahlen in den an den Rändern der Polflächen gelegenen Nuten geringer ist als in den dazwischenliegenden Nuten.

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Abb. 25 und 26. Felderregerkurven einer zweischichtigen Drehstromwicklung nach Abb. 16 für 4 (voll gezeichnet) und 8 Pole (gestrichelt) mit Durchmesserspulen für 8 Pole für zwei um 1/12 Periode auseinanderliegende Zeitpunkte

s) Feld-Erregerkurven und Oberwellenstreuung Wir haben ja schon davon gesprochen, daß man mit Rücksicht auf die Feld-Erregerkurven bei den hier besprochenen im Verhältnis 1: 2 polumschaltbaren Wicklungen die Spulenweite im allgemeinen so wählt, daß die Spulen für die größere Polzahl Durchmesserspulen sind. An zwei Beispielen wollen wir die Richtigkeit dieser Maßnahme noch einmal bestätigen. In den Abb. 25 und 26 sind die Felderregerkurven einer zweischichtigen Drehstromwicklung mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2 und Durchmesserspulen für die größere Polzahl nach Abb. 16 gezeichnet. Die voll ausgezogenen Erregerkurven beziehen sich auf 4, die gestrichelt gezeichneten auf 8 Pole. Die Erregerkurven, die untereinander stehen, gelten für Zeitpunkte, die um 1/12 Periode auseinanderliegen. Wir sehen, daß die Erregerkurven für beide Polzahlen nicht nur symmetrisch zur Abszissenachse sind, sondern auch von der Sinusform nicht sonderlich abweichen. Anders ist es, wenn man in den Wicklungen die Spulenweite nicht mehr gleich der halben Polteilung der einfachen Polzahl wählt, sondern z. B. zu 2/3 der Polteilung der niedrigen Polzahl annimmt. Einen Wicklungsstrang dieser Wicklung zeigt Abb. 27. Die Felderregerkurven stellen die Abb. 28 und 29 für 4 und für 8 Pole dar. Wieder sind die Erregerkurven für zwei um 1/12 Periode gegeneinander verschobene Zeitpunkte angegeben.

28

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

Bei dieser Spulenweite sind die Erregerkurven für die doppelte Polzahl nicht mehr symmetrisch zur Abszissenachse und ihre Gestalt ähnelt nicht mehr der Sinuskurve. Als besonders günstig empfiehlt sich also tatsächlich die polumschaltbare Wicklung mit Durchmesserspulen für die größere Polzahl.

Abb. 27. Strang einer zweischichtigen Drehstromwicklung nach Abb. 16 für 4 und 8 Pole mit einer Spulenweite gleich 2/3 der Polteilung für 4 Pole

Wir stellen in den Abb. 25, 26 und 28,29 auch fest, daß die Erregerkurve bei der doppelten Polzahl im entgegengesetzten Sinne umläuft wie bei der einfachen Polzahl, so daß also bei der Umschaltung zwei Wicklungsstränge miteinander vertauscht werden müssen, soll die Drehrichtung bei beiden Polzahlen gleich sein. Darauf haben wir in unseren Schaltbildern Rücksicht genommen.

Abb. 28 und 29. Felderregerkurven der in Abb. 27 dargestellten Wicklung für zwei um 1/12 Periode gegeneinander verschobene Zeitpunkte

Ein Maß für die Abweichung der Feldkurve von der Sinus form und damit ein Maß für die Gesamtheit aller Oberfelder stellt der Koeffizient der Oberwellenstreuung oder der doppelt verketteten Streuung oder der Spaltstreuumg dar. Wir haben diese Streuziffer aus dem Durchflutungsvieleck in Bd. I, S. 319 berechnet.

Zweischichtige Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 : 2

29

In den Abb. 30 a und d ist eine polumschaltbare Drehstrom-Wicklung mit sechs Spulengruppen für 4 und 2 Pole nach Abb. 13 a gezeichnet. Die Durchflutungsvielecke sieht man in den Abb. c und t. Daraus sind die Felderregerkurven in den Abb. bund e abgeleitet.

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" )-v Abb. 77. Zweischichtige, polumschaltbare Drehstromwicklung mit 30 Nuten für 4 und 8 Pole. a) Aufteilung der Nuten, b) Wicklungsbild der Wellenwicklung. c) Feld· erregerkurven für 4 und 8 Pole

stufen günstig gestalten. Mithin sind die polumschaltbaren Wicklungen für Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen ein gutes Beispiel dafür, was mit Hilfe einer gut gewählten Wicklungsauslegung zu erreichen ist.

58

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

8. Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Stromhelägen hei heiden Polzahlen und angezapfte Wicklungen Wir wissen schon, daß wir Oberwellen gerader Ordnungszahl in der Feldkurve einer Zweischichtwicklung mit dreiphasigem Strombelag nur vermeiden können, wenn wir die Wicklung mit Durchmesserspulen ausführen. Dies ist bei einer polumschaltbaren Zweischichtwicklung mit dreiphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen nur für eine Polzahl möglich, aber nicht für beide Polzahlen. Wir wollen uns aus diesem Grunde mit diesen Wicklungen nicht näher befassen, sondern nur das Grundsätzliche herausstellen.

Abb. 78. Spulengruppenplan einer polumschaltbaren Zweischichtwicklung für 8 und 4 Pole mit dreiphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen

a) Wicklungen mit frei schaltbaren Wicklungsteilen Abb. 78 zeigt oben die Stromverteilung in der Oberschichte einer zweischichtigen Drehstromwicklung für 4 und 8 Pole. Die Zahl der Wicklungsteile ist allgemein bei zwei verschiedenen Polzahlen höchstens 9. Wie wir aber der Abb. 78 entnehmen, ist die Wicklung bloß in sechs WicklungsY'

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teile aufzulösen. Eine Stern-Stern-Schaltung ist in Abb. 79 a gezeichnet. Bei dieser Schaltung der Wicklung sind neun Wicklungs enden herauszuführen. Bei der Dreieckschaltung für beide Polzahlen nach Abb. 79 b verringert sich die Zahl der herauszuführenden Wicklungsenden auf sechs. Diese Schaltung läßt sich vereinfachen, wenn man in der Stromverteilung in Abb. 78 bei der kleinen Polzahl die Strombeläge von zwei Wick-

Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Strombelägen

59

lungssträngen miteinander vertauscht, wie es in Abb. 80 mit den Strombelägen der Stränge V und W geschehen ist. Hier fallen die Wicklungsteile 4, 6 und 8 weg und das Schaltbild ist das in Abb. 81, wobei wir beachten müssen, daß bei der kleinen Polzahl zwei Anschlüsse an das Netz vertauscht werden müssen, damit die Drehrichtung erhalten bleibt.

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Abb. 80. Spulengruppenplan einer polumschaltbaren Zweischichtwicklung für 8 und 4 Pole mit dreiphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen und zwei vertauschten Strombelägen bei der kleinen Polzahl

b) Geschlossene Wicklungen a) Dreiphasig angezapfte Wicklungen Wie bei einer geschlossenen Ringwicklung, läßt sich auch bei den gewöhnlichen zweischichtigen geschlossenen Sc'hleifen- und Wellenwicklungen die Polzahl der Wicklung durch Verlegung der Anschlüsse ändern. Abb. 82 stellt eine Schleifenwicklung mit 36 Spulen in 36 Nuten dar, die in Abb. 82 a für vier Pole und in Abb. 82 b für acht Pole dreiphasig angezapft ist. Die Spulenweite umfaßt sechs {/ {/ Nutteilungen, ist also kleiner als eine Polteilung bei 4 Polen und größer als eine solche bei 8 Polen und liegt somit zwischen der größeren z und kleineren Polteilung. Die Wicklung ist für jede Polzahl in 3 p gleiche Teile zu zerlegen, das heißt man zapft sie an 3 p gleich weit f 7 f auseinanderliegenden Punkten an. Selbstverständlich muß die Spulenzahl durch die Zahl IfPo/e 8Po/e 3 p der Anschlußpunkte für jede Polzahl teilAbb. 81. Schaltung der bar sein. Dies trifft in unserem Beispiele zu, Wicklung nach Abb. 80 denn 36/3·2 = 6 und 36/3' 4 = 3 sind ganze Zahlen. Bei einem Polzahlverhältnis 1: 2 fallen die Ableitungen für die kleinere Polzahl mit denen für die größere Polzahl zusammen, so daß sich insgesamt 12 Anschlußpunkte ergeben. In Abb. 82 sind die Ableitungen für 4 Pole voll gezeichnet und jene für 8 Pole gestrichelt. Die Erregerkurven sowohl bei 4 als auch 8 Pole sind unsymmetrisch zur Abszissenachse und ändern mit der Spulenweite der Wicklung ihre Gestalt. Und zwar weichen die Felderregerkurven umso mehr von einer Sinuskurve ab, je mehr sich die Spulenweite von der Polteilung für eine Polzahl entfernt. Bei einer Wellenwicklung müssen wir darauf achten, daß der resultierende Wicklungsschritt für eine Polpaarzahl bemessen wird, die ein

60

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

ganzzahliger Teiler der auszuführenden Polpaarzahlen ist, das heißt, wir haben bei einem Polzahlverhältnis 1: 2 den resultierenden Wicklungsschritt nach der kleineren. Polzahl zu ermitteln. Die Spulenweite soll wieder

Abb. 82. Dreiphasig angezapfte Schleifenwicklung für 4, 8 und 6 Pole

möglichst wenig von den Polteilungen für die beiden Polzahlen abweichen. Ist 2 a die Zahl der parallelen Zweige der gewöhnlichen Wellen-Wenderwicklung, so ist bei der dreiphasigen Anzapfung die Wicklung für die vier-

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Abb. 83. Dreiphasig angezapfte Wellenwicklung für 4 und 8 Pole

polige Schaltung z. B. in 3 a Teile zu teilen und bei der achtpoligen Schaltung in 6 a Teile zu zerlegen. Die drei Anschlußpunkte liegen bei der vierpoligen Anzapfung einer Wellenwicklung mit a = 1 um je 1/3 p = 1/6 des Ankerumfanges voneinander entfernt, und bei der achtpoligen An-

61

Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Strombelägen

zapfung ist die gegenseitige Entfernung der doppelt so vielen Anschlußpunkte nur halb so groß, also 1/12 des Ankerumfanges. . Abb. 83 zeigt in a die vierpolige und in b die achtpohge Anzapfung einer Wellenwicklung mit 36 Spulen in 36 Nuten mit a = 1 und einer Spulenweite von 7 Nutteilungen. Da die Formel für den resultierenden Wicklungsschritt y mit k = 36, a = 1 und P = 2 ! I nicht erfüllt werden kann, da ja j' 23 11 5 6 78 9 IfJ 1112 '3,..,5,6,71819 2OZ12ZZ3ZII! nk ± a n 36 ± 1 y=---=--P 2 I / I I I / I I I I I I ,

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keine ganze Zahl sein kann, so muß eine künstlich geschlossene Wellenwicklung herangezogen werden. Bei der achtpoligen Schaltung verbinden wir je zwei Anzapfpunkte miteinander, die um eine Polpaarteilung auseinander liegen und erhalten in jedem Wicklungsstrange zwei parallele Zweige. Im allgemeinen ist die Zahl der Anschlußpunkte bei einer polumschaltbaren Wellenwicklung kleiner als bei einer Schleifenwicklung.

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62

Polumschaltbare Wicklungen für zwei Polzahlen im Verhältnis 1 : 2

in diesem Falle gleich der Polteilung bei der großen Polzahl sein. Die Abb. 84 a und b zeigen einerseits eine Schleifenwicklung und andererseits eine Wellenwicklung mit je 24 Nuten, die für 4 Pole sechsphasig und für

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Abb. 106. Polumschaltbare, zweischichtige Drehstromwicklung für 6 und 4 Pole mit dreiphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen. a) Plan für die Ermittlung der Wicklungsgruppen, b) Schaltungen der Wicklungsgruppen für 6 und 4 Pole

2. Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 2: 3 Wir beginnen bei der Besprechung der polumschaltbaren Drehstromwicklungen mit dem Polzahlverhältnis 2: 3 mit jenen Wicklungen, die bei beiden Polzahlen einen dreiphasigen Strombelag aufweisen. a) Zweischichtwicklungen mit dreiphasigen Strom belägen bei beiden Polzahlen Abb. 106 a zeigt den Plan für die Ermittlung der neun Wicklungsgruppen, in die eine zweischichtige Wicklung zerlegt werden muß, wenn sie für 6 und 4 Pole umschaltbar sein soll und wenn die Strombeläge bei beiden Polzahlen dreiphasig verteilt sein sollen. Im allgemeinen sind für

Für zwei Polzahlen umschaltbare \Vicklungen

80

die Umschaltung der neun Wicklungs teile 18 Klemmen notwendig. Man kommt aber mit 12 Klemmen aus, wenn man nach Abb. 106 b eine feste Dreieckschaltung annimmt und die Speisepunkte umlegt. Die Wicklungsfaktoren für die Grundwellen sind für beide Polzahlen ~I = 0,866 . Sehnungsfaktor. (65)

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Schaltbild einer zweischichtigen Drehstromwicklung für 6 und 4 Pole nach Abb. 106

Für das Verhältnis der magnetischen Beanspruchungen ergibt sich B 4 Sehnungsfaktor 6-polig 2 B 6 = Sehnungsfaktor 4-polig'"3' (66) Die theoretischen Leistungen sind daher bei beiden Drehzahlen gleich groß. Das Wicklungsschaltbild ist in Abb. 107 s T s T gezeichnet. In Abb. 108 sind die Klemmbretter für eine Sternschaltung der Stränge bei beiden r;, Polzahlen angedeutet. Bei dieser Schaltung 1 5 9 sind insgesamt 18 Anschlüsse notwendig. X,""-.. Y,''x".41 Der Nachteil dieser Schaltung liegt darin, 0~ ""1ft daß man die Forderung nicht erfüllen kann, 3 4 8 daß bei dreiphasigem Strombelag DurchX~Yzyzz messerspulen zu wählen sind. Dies ist eben nicht für beide Polzahlen möglich. Dann 0~ Z 6 ""113 7 entsteht bei jener Polzahl, für die die Spulen xJo ~ 0.(; keine Durchmesserspulen sind, eine un/jPo/e symmetrische Felderregerkurve, die Oberwellen gerader Ordnungszahl aufweist. Diese Abb. 108. Klemmbretter für eine Sternschaltung der Stränge Oberwellen setzen, wie wir gehört haben, entbei 6 und 4 Polen einer Wicklung weder das Hochlaufmoment herab, oder die nach Abb. 106 Überlastbarkeit des Motors, und können außerdem die Ursache von Geräuschen sein. Wenn man eine Gleichstrom-Ankerwicklung in 3 PI und 3 P2 um gleiche Entfernungen auseinander liegenden Punkten anzapft, so erhält man, wie wir schon wissen, eine im Verhältnis PI : P2 polumschaltbare Wicklung, bei der die Spulenseiten jedes Wicklungsstranges zwei Drittel jeder Polteilung einnehmen. Den Schaltplan und die Verbindungen einer dreiphasig angezapften Schleifenwicklung für 4 und 6 Pole sehen wir in Abb. 82 a und c.

Polumschaltbare Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 2 : 3

81

b) Zweischichtwicklungen mit sechsphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen a) Allgemeine Betrachtungen Die kleinste Zahl von Nuten, in denen eine Wicklung für 2 Pt Pole mit sechs Zonen untergebracht werden kann, ist 3·2 PI. Eine 2 P2-polige Wicklung verlangt mindestens 3·2 P2 Nuten. Und für eine polumschaltbare Wicklung für 2 PI und 2 P2 Pole müssen wenigstens so viele Nuten zur Verfügung stehen als das kleinste gemeinsame Vielfache von 3· 2 PI und 3 . 2 P2 beträgt . .-------,1; zr:., zr, ---.., [(J

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Abb. 109. a) Plan für die Ermittlung der 18 Wicklungsgruppen einer polumschaltbaren, zweischichtigen Drehstromwicklung für 6 und 4 Pole mit sechsphasigen Strombelägen bei beiden Polzahlen

Abb. 109. b) Polumschaltbare Zweischicht-Drehstrom-Wicklung für 4 und 6 Pole in 36 Nuten

Die Mindestzahlen der Nuten für die Drehstromwicklungen mit 2 PI = 4 und 2 P2 = 6 Polen sind 3 . 2 PI = 12 und 3 . 2 P2= 18. Eine polumschaltbare Wicklung für 4 und 6 Pole muß daher mindestens 36 Nuten besitzen. Mit Rücksicht auf den Oberwellengehalt der Felderregerkurven ist es vorteilhaft, eine Spulenweite zu wählen, die nicht gleich ist einer ganzen Zahl von Zonenbreiten, in unserem Falle also ein Vielfaches eines Drittels der Polteilung bei beiden Polzahlen. Außerdem soll die Spulenweite Sequenz, Wicklungen elektro Maschinen III

6

82

Für zwei Polzahlen umschaltbare Wicklungen

zwischen N/2 PI und N/2 P2 Nutteilungen liegen, wenn N die Nutenzahl des Ankers ist. Für eine Wicklung mit N = 144 Nuten für 2 PI = 8 und 2 P2 = 12 Pole finden wir N/2 PI = 144/8 = 18 und N/2 P2 = 144/12 = 12. Die Spulenweite kann somit 13, 14, 15 oder 17 Nutteilungen umfassen. Die Werte 12 und 16 scheiden aus, weil 12 = 2/3' N/2 PI = 2/3' 18 und 16 = 4/3' N/2 P2 = 4/3' 12 ist. Bei einer polumschaltbaren Wicklung mit N = 36 Nuten für 2 PI = 4 und 2 P2 = 6 Pole berechnen wir N/2 PI = 9 und N/2 P2 = 6. Die Zwischenwerte für die Spulenweite sind also 7 und 8 Nutteilungen. Da jedoch 8 = 4/3 N/2 P2 = 4/3' 6 ist, so bleibt nur der Schritt 7 übrig, zu dem noch der Schritt 9 treten kann. I 2 .1 ~ 5 0 7 6

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i) Läuferwicklungen für Induktionsmotoren a) Mit Widerstandsregelung bei beiden Polzahlen Ein Läufer, dessen Wicklung mit zwei Phasen bei der großen und sechs Phasen bei der kleinen Polzahl entworfen ist, muß mit sieben Schleifringen ausgestattet werden. Bei dreiphasiger Speisung sind die drei Schleifringe zu benützen, die statt der Klemmen U 4 , V 4 und W 4 in Abb. 116 angeordnet sind; für die Speisung mit Zweiphasenstrom braucht IJ man die vier Schleifringe, die die Klemmen u, x, v und y ersetzen. Es ist vorteilhaft, eine Spulenweite zu wählen, die um ein Viertel größer als die Polteilung .; IJ bei sechs Polen ist. Es sind auch Schaltungen Abb. 141. Schaltung für Abb. 142. Schaltung für die einphasige ersonnen worden, die es er- dreiphasige und einphasige lauben, mit fünf Schleif- Speisung ohne Umschal- Speisung mit insgesamt 6 Klemmen t1l;~g der Wicklung bei ringen auszukommen. Anderung der Polzahl Wird der Motor einerseits sechsphasig und andererseits zweiphasig gespeist, so sind acht Schleifringe nach Abb. 143 vorzusehen: zwei für das Zweiphasensystem und sechs für die sechs Phasen (Oerlikon). Der Mittelpunkt wird bei zweiphasiger Speisung durch die kurzgeschlossenen sechs Schleifringe I bis VI gebildet. Sequenz, Wicklungen elektro Maschinen

In

7

Für zwei Polzahlen umschaltbare Wicklungen

98

Besitzt der Läufer eine zweiphasige Wicklung tür beide Polzahlen, wie sie im Punkt e hergeleitet wurde, so muß er acht Schleifringe bekommen. Von ihnen gehören vier Schleifringe zur kleinen und vier zur großen Polzahl. 8 6,Pole

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Abb. 143. Sechsphasen-Zweiphasen-System der Maschinenfabrik Oerlikon mit acht Schleifringen

Mit dem Anlasser sind also immer nur vier Schleifringe verbunden. Eine solche Anordnung kommt dann in Betracht, wenn der Motor bei beiden Polzahlen mit einem hohen Moment anfahren soll, wie es z. B. beim Antrieb von Walzenstraßen notwendig ist. Einen derartigen Walzmotor zeigt Abb. 144. Die Polzahlen sind 12 und 18, die synchronen Drehzahlen 250 und i 67 U Imin. Die Nennleistung beträgt bei beiden Drehzahlen 900 kW, die Höchstleistung 1800 k W. Bei der kleinen Polzahl ist die Spannung 700 V und bei der großen Polzahl 950 V. Die S Schleifringe des Läufers sind auf beiden Seiten der Maschine verteilt. Abb. 145 zeigt eine von 6 auf 4 Pole umschaltbare Wicklung. Wir sehen, daß bei dieser Umschaltung die Wicklungszüge 1 und 2 sowohl die Phase als auch die Stromrichtung beibehalten, die Wicklungsteile 3 und 4 nur die Phase beibehalten und die Stromrichtung Abb. 144. Walzmotor der Siemens· Schuckertwerke mit Wicklungen nach Abb. 123 und 124 vertauschen, die Züge 5 und 6 für 900 kW und 250 und 167 U Imin die Phase und die Stromrichtung vertauschen und endlich die Wicklungsteile 7 und 8 die Phase vertauschen und die Stromrichtung beibehalten.

Polumschaltbare Wicklungen mit dem Pol zahl verhältnis 2 : 3

99

Aus den acht Wicklungszügen werden nach Abb. 146 vier parallelgeschaltete, verkettete Zweiphasenwicklungen I, II, I II und IV gebildet und ihre Enden an die. Schleifringe a, b, c, d, e, t, g und hangeschlossen. An den Schleifringen liegen die vier Widerstände A, B, C und D. Die Mitten dieser Widerstände sind miteinander und mit dem Schleifring i verbunden, an den auch die Verkettungspunkte der vier Zweiphasenwicklungen gelegt werden. Nach dem, was vorhin über die einzelnen Wicklungszüge 1 bis 8 gesagt wurde, geht hervor, daß sich die Ströme in den vier Zweiphasenwicklungen bei beiden Polzahlen ungehindert ausbilden können: eine UmschalAbb. 145. Polumschaltbare. zweiphasig aufgetung der Läuferwicklung schnittene Läuferwicklung für 6 und 4 Pole nach H. Traßl (DRP 472622) ist somit nicht notwendig. ß) Mit Widerstandsregelung bei nur einer Polzahl Genügt bei einem Motor, dessen Läuterwicklung nach Abb. 123 ausgelegt ist, ein größeres Anlaufdrehmoment nur bei der großen Polzahl, so kann man mit drei Schleifringen im Läufer auskommen, it wenn man die acht Wicklungsgruppen der Läuferwicklung 1 nach Abb. 147 schaltet. Bei der großen Polzahl verhält I A ~z sich die Läuferwicklung nämlich wie eine Zweiphasenb wicklung mit vier parallelgeschalteten Zweigen je Strang, c da die Spannungen der Wicklungsgruppen 1, 3, 5 und ,3 6 miteinander in Phase, gegen die Spannungen der Wick'1.1/8 lungsgruppen 2, 4, 7 und 8 aber um 90° in der Phase ri verschoben sind. Bei der kleinen Polzahl ist die Läufere wicklung eine kurzgeschlossene Zweiphasenwicklung. In 5 diesem Falle bilden die Wicklungsgruppen 1-5, 3-6, 6 111 c[ 2-7 und 4-8 je ein in sich kurzgeschlossenes Zweif phasensystem, da nach der Umschaltung des Ständers bei den Wicklungsgruppen 5 und 6, bzw. 7 und 8 die Phase 7 der induzierten Spannung um 90° verschoben und bei 8ff 0 den Wicklungsgruppen 3 und 5, bzw. 4 und 7 die Stromk richtung umgekehrt wird. i Auch für die in A bb. 145 dargestellte polttmschaltbare Wicklung gilt das Schaltbild in Abb. 147, wenn der Motor Abb. 146. Annur bei der niedrigen Drehzahl über drei Schleifringe schluß der Läuferwicklung mittels Widerständen geregelt werden soll. Denn für die nach Abb. 145 sechs Pole sind die Wicklungszüge 1, 3, 5 und 7 (in an regelbare Abb. 147 durch die eingeklammerten Ziffern gekenn- Widerstände für zeichnet), die der einen Phase angehören, parallelge- beide Polzahlen schaltet und ebenso die Wicklungsteile 2,4, 6 und 8 der anderen Phase. N ach der Umschaltung auf vier Pole vertauschen innerhalb der Wicklungsgruppe 1, 3, 5 und 7 die Teile 5 und 7 die Phase und die Teile 3 und 5 die Stromrichtung, das heißt es bilden sich in dieser Gruppe zwei 7*

100

Für zwei Polzahlen umschaltbare vVicklungen

in sich kurzgeschlossene, gegeneinander um 90° verschobene Stromkreise. In der Wicklungsgruppe 2, 4, 6 und 8 schaffen die Teile 2 und 4 einen Kurzschlußkreis und ebenso die Züge 6 und 8. Die Läuferwicklung ist für vier Pole somit eine kurzgeschlossene Zweiphasenwicklung. tCl (1) fe Schließlich kann eine Zweischichtwicklung mit 18 Spulen oder SpulenJe Jä. gruppen, deren Strombelag bei 6 Polen Se Sä. sechsphasig verteilt ist, nach Abb. 149 6eC...-

>c:::

;c:::. IC

. cos [Px -2n - (m - 1) -2n -p ] . U m Po_ Die Zerlegung dieser stehenden Wellen in je zwei fortschreitende Wellen nach W V, Felderregerkurven von Wechselstrom·Ankerwicklungen, A 2 Y liefert die Gleichungen:

>c: ~

x::

-- ---------------- - ----

--------

I C 2 und Cs an die Widerstände des Sekundärkreises an, so wird in diesen kein Strom fließen, der durch das primäre Abb.450_ Durchflutungsbild der Feld erzeugt würde, weil ja die Punkte Cl> C 2 Läuferwicklung in Abb_ 429 und Cs gleiches Potential besitzen. Die erste Bedingung, die die Ständerwicklung erfüllen muß, ist also genau eingehalten: die Anschlußpunkte für die Anlaßwiderstände bei 2 Polen sind bei 6 Polen Punkte gleichen Potentials. Nun ist zu prüfen, ob die Speisepunkte bei 6 Polen Punkte gleichen Potentials bei 2 Polen sind, oder ob in den drei parallelgeschalteten Zweigen jedes Wicklungsstranges bei 2 Polen keine Kurzschlußströme fließen_ Im linken Zweig der Abb_ 431 a ~ind die Spulengruppen 1, 20 und 12 hintereinandergeschaltet. Diese drei Spulengruppen schließen am Ständerumfang räumlich nur ungefähr einen Winkel von 120 0 miteinander ein, so daß die

Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 8 Pole nach Creedy

261

Summe der vom zweipoligen Sekundärfeld in ihnen induzierten Spannungen nur annähernd Null ist. Aus diesem Grunde wird in der Gesamtheit der drei parallelgeschalteten Wicklungszweige jedes Stranges ein schwacher Sekundärstrom fließen. Wir können diesen Strom verringern, wenn wir die Phasenzahl bei 6 Polen von drei auf sechs verdoppeln. Die Zahl der Spulengruppen ist dann die Je zwei Spulengruppen doppelte, nämlich 54. werden nach Abb. 431 b gegeneinander in Reihe geschaltet. Der erste Strang der Ständerwicklung baut sich dann bei 6 Polen aus den Spulengruppen 1, 2, 3, 10, 11, 12, 19, 20, 21, 28, 29, 30, 37, 38, 39, 46, 47 und 48 auf. Je zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen, z. B 1 und 28, haben sowohl im zwei- als auch im sechspoligen Felde Spannungen, die gleich groß, aber phasenentgegengesetzt sind. Während nun bei der Schaltung nach Abb. 431 a die Gesamtspannung eines parallelgeschalteten Wicklungszweiges 12,4 v. H. der algebraischen Summe der in den drei Spulengruppen dieses WicklungsAbb. 431. Strang der Ständerwicklung des zweiges induzierten Spannun- Motors nach Creedy. a) mit 9 Spulengruppen, b) mit 18 Spulengruppen gen beträgt, verringert sich diese Gesamtspannung bei der Schaltung nach Abb. 431 b auf 6,5 v. H. der algebraischen Summe der Spannungen in den sechs in Reihe liegenden Spulengruppen eines parallelen Zweiges eines Stranges. Da in der Schaltung der Ständerwicklung mit 54 Spulen oder Spulengruppen die Leiter der im Durchmesser einander gegenüberliegenden Spulen gleich große aber in der Phase entgegengesetzt gerichtete Spannungen aufweisen, können diese als Spulenseiten einer Einschichtwicklung mit 27 Spulen 432. Strang einer oder Spulengruppen aufgefaßt werden, so daß man Abb. Ständerwicklung, die diese Wicklung auch einschichtig ausführen kann. bei 2 Polen eine Kurzschlußwicklung ist Die Spulen, die bei 2 Polen Durchmesserspulen sind, sind es auch bei 6 Polen, und auch die soeben abgeleitete Einschichtwicklung setzt sich aus Durchmesserspulen zusammen. Je nach der Größe des Belastungsmomentes kann man für das Anlassen 1, 2, 3 oder 6 Gruppen von dreiphasigen Widerständen vorsehen. ß) Wicklung mit kurzgeschlossenem Sekundärkreis Verzichtet man auf ein Anlassen mit Widerständen, so daß die Ständerwicklung bei 2 Polen in sich kurzgeschlossen sein soll, so kann man sie aus 18 Spulengruppen nach Abb. 432 aufbauen. Ein Motor mit einer solchen

Motoren mit innerer Kaskadenschaltung

262

Ständerwicklung für 6 und 8 Pole ist sehr einfach, da der Ständer nur drei Netzklemmen erhält und für den Übergang von 8 auf 6 Pole bloß die vier Läuferschleifringe kurzzuschließen sind.

7. Motor mit innerer Kaskadenschaltung nach Creedy für eine Polzahlt die ein Vielfaches von 10 ist (PI = 3 und P2 = 2 oder P2 = 4 und P2 = lt PI + P2 = 5) Obwohl diese Motoren mit Rücksicht auf die magnetischen Zugkräfte nur für Polzahlen ausgeführt werden können, die ein Vielfaches von zehn sind, stellen wir die Schaltpläne für die Läuferwicklungen nur für 10 Pole auf und sprechen auch immer nur von 10 Polen a) Läuferwicklungen in SternVieleck- Schaltung Die Schaltpläne für eine Läuferwicklung in Stern-Vieleck-Schaltung für einen Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 10 Pole zeigen die Abb. 433 und 434. Abb. 434 a bezieht sich auf einen Motor mit 4 und 6 Polen, und Abb. 434 b auf einen solchen mit 2 und 8 Polen. Für den ersten Motor ist der Phasenabstand zwischen zwei im Creedvschen Schaubild aufeinander f~l-

Abb. 433. Stern-Vieleck-Schaltung der Läuferwicklung eines Motors mit innerer Kaskadenschaltung für 10 Pole nach Creedy Z

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198"i I I

Abb. 434. Schaltplan der Läuferwicklung nach Abb. 433 mit Phasenwinkeln, a) für einen Motor mit 4 und 6 Polen, b) für einen Motor mit 2 und 8 Polen

genden Höchstwerten gleich 2· 360°/5 = 144°; für den zweiten Motor l' 360°/5 = 72° Bei der sechs- und vierpoligen Schaltung ist das Verhältnis der Ströme in den Stern- und Vieleckspulengruppen 2 cos 18° = 1,90, und bei der acht- und z\veipoligen Schaltung 2 cos 54° = 1,176. Die Creedyschen Schaubilder für die sechs- und vierpolige Wicklung und für die acht- und zweipolige Wicklung sind in den Abb. 435 und 436 zu sehen.

Motor mit innerer Kaskadenschaltung nach Creedy für 10x Pole

263

Für den Übergang von der Kaskadenschaltung zu einer Grunddrehzahl schließt man jene Sternzweige über fünf Schleifringe kurz, die in Abb. 434 a gestrichelt angedeutet sind. b) Ständerwicklungen a) Ständerwicklung für 8, 12, 16 und 20 Pole Eine Ständerwicklung, die als Primärwicklung acht-, zwölf- und sechzehnpolig und als Sekundärwicklung zwölf-, acht- und vierpolig ist, und 20 Pole in Kaskadenschaltung liefert, kann aus 24 Spulengruppen gebildet werden und benötigt 24 Klemmen (Abb. 437). Die Spulengruppen werden zu je vier zusammengeschaltet, so daß insgesamt sechs solcher Wicklungsteile entstehen.

10

1.l

19

Abb. 435. Durchflutungsbild der 6- und 4-poligen Läuferwicklung

.9

Abb. 436. Durchflutungsbild der 8und 2-poligen Läuferwicklung

Für die Kaskadenschaltung mit 16 Polen primär und 4 Polen sekundär schaltet man je zwei der genannten Wicklungsteile in Reihe und die Stränge in Dreieck (vollausgezogene Verbindungen in Abb. 437 a). Soll der Motor mit 16 Polen allein laufen, so werden je zwei Wicklungsteile parallel- und die Stränge in Stern geschaltet (gestrichelte Verbindungen in Abb. 437 a; die durchgestrichenen voll gezeichneten Verbindungen fallen weg). Für den Lauf mit 12 Polen werden die Wicklungsteile zu je drei parallelgeschaltet und zu einer Scottschen Schaltung mit Hilfe eines Spartransformators vereinigt (Abb. 437 b). Eine Parallelschaltung von je zwei Wicklungsteilen und eine Dreieckschaltung der Wicklungsstränge liefert nach Abb. 437 c eine Ständerwicklung für 8 Pole. Die Spulen sollen Durchmesserspulen bei 16 Polen sein. Zum Anlassen können zwei, drei oder sechs Widerstände benützt werden. ß) Ständerwicklung für 8, 12 ttnd 20 Pole Eine Ständerwicklung in mehrfacher Sternschaltung, so wie wir sie in Abb. 116 für 4 und 6 Pole entwickelt haben, eignet sich für unseren Zweck hier, weil die Klemmen in der achtpoligen Wicklungsschaltung gleiches Potential im zwölfpoligen Felde haben und umgekehrt. Die Zahl der Klemmen verringert sich hier auf sieben.

264

Motoren mit innerer Kaskadenschaltung

8. Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 12 Pole (PI = 4 und P2 = 2, oder PI = 5 und P2 = 1, PI + P2 = 6) Ein solcher Motor kann sechs Drehzahlen entwickeln entsprechend den Polzahlen 2, 4, 6, 8, 10 und 12. a) Läuferwicklungen Eine Stern-Vieleck-Schaltung der Läuferwicklung mit sechs Schleifringen ermöglicht 2, 4, 8, 10 und 12 Pole. Den Lauf mit 6 Polen kann man

nicht durch Kaskadenschaltung bewirken, sondern der Motor muß bei dieser Drehzahl als gewöhnlicher Motor laufen, wozu um zwei Schleifringe mehr notwendig sind, so daß der Läufer im ganzen mit acht Schleifringen auszurüsten ist. Die Läuferwicklung ist für alle ungeraden Polpaarzahlen im Kurzschluß, wenn man die im Durchmesser einander gegenüberliegenden Spulengruppen parallelschaltet. Sehen wir vom Lauf mit zwei Polen ab, und lassen wir bei 6 und 10 Polen eine kurzgeschlossene Läuferwicklung zu, so können wir die drei Schleifringe des Motors nach Hunt beibehalten. b) Ständerwicklungen für 4, 6, 8, 10 und 12 Pole Um die Ständerwicklung mit zwölf Spulengruppen des Motors von Hunt nach Abb. 422 für 6 Pole umzuschalten, müssen wir die vier Spulengruppen in jedem der drei Stränge voneinander trennen und sie so schalten wie es Abb. 438 zeigt, also in Scottscher Schaltung mit einem Spartransformator anordnen. Diese Schaltung führt auf 24 Klemmen.

Abb.437. Ständerwicklung für 16, 12 und 8 Pole. a) Schaltung für Kaskadenlauf mit 16 Polen primär und 4 Polen sekundär, b) Schaltung für 12 Pole, c) Schaltung für 8 Pole

Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 12 Pole

265

Man kann aber auch im allgemeinen den Läufer vom Netz aus als zweiphasige Primärwicklung speisen und den Ständer als zweiphasige Sekundärwicklung nach Abb. 439 schalten. Hier genügen 18 Ständerklemmen. Für den Lauf mit 10 Polen ist eine besondere Wicklung vorzusehen. Als Ständerwicklung für die vorhin angegebenen Polzahlen läßt sich auch die Ständerwicklung mit 24 Spulengruppen des Huntschen Motors verwenden. In diesem Falle aber muß man wohl oder übel alle Spulengruppen unabhängig voneinander machen und 48 Klemmen zu diesem Zwecke bereitstellen. Für die sechspolige Arbeitsweise des Motors sind die Spulengruppen zweiphasig in ähnlicher Weise anzuordnen, wie wir dies bei der Wicklung mit zwölf Spulengruppen gemacht haben, und für 10 Pole halten wir uns an die Schaltung in Abb. 368. Wenn man auf den Lauf mit 10 Polen verzichtet und für 6 Pole den Läufer als zweiphasige Primärseite benützt, kann man die Ständerwick- Abb. 438. Ständerwicklung als achtphasige Sekundärwicklung mit lung für 6 Pole 36 Klemmen in ähnlicher Art schalten, wie es bei der Wicklung mit zwölf Spulengruppen geschehen ist.

9. Motor mit innerer Kaskadenschaltung für eine Polzahl, die ein Vielfaches von 14 ist (PI = 6 und P2 = 1, oder PI = 5 und P2 = 2 oder PI = 4 und P2 = 3, PI + P2 = 7) Dieser Motor eignet sich für die Polzahlen, die ein Vielfaches von 2, 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind, wobei der Lauf mit der höchsten Drehzahl wohl kaum in Frage kommt. a) Läuferwicklungen Als Läuferwicklung empfiehlt sich die gewöhnliche Wicklung in Stern-Vieleck-Schaltung mit sieben Schleifringen.

Abb. 439. Schaltung der Ständerwicklung als zweiphasige Sekundärwicklung für 6 Pole

b) Ständerwicklungen

a) Motoren mit 8, 12, 16, 20, 24 und 28 Polen Die Ständerwicklung baut sich aus 36 Spulengruppen auf. Die Schaltung ist dreiphasig für 24 Pole und sechsphasig bei 12 Polen. Für 20, 16 und 8 Pole ist eine neunphasige Speisung erforderlich. Für 8, 16 und 24 Pole schlieBen wir das Netz an Wicklungspunkte an, die den Punkten A und C in der Abb. 412 entsprechen und die Widerstände an Bund D; für 12 und 20 Pole liegt das Netz an Bund D, und die Widerstände an A und C. Die Schaltpläne dieser Wicklung für 24 und 28 Pole einerseits und für 20 Pole andererseits sind in der Abb. 440 a und b zu sehen. Für 24 und

266

Motoren mit innerer Kaskadenschaltung

20 Pole ist Sternschaltung, für 12 und 8 Dreieckschaltung zu wählen. Bei

16 Polen ist die magnetische Beanspruchung im Luftspalt bei Sternschaltung gering, bei Dreieckschaltung genügend groß. Je nach der Verwendung zieht man die eine oder andere Schaltung vor. 36 Klemmen sind für den Motor und neun für den Spartransformator auszuführen. Die Spulen sind Durchmesserspulen bei 24 Polen.

Abb. 440. Schaltpläne der Ständerwicklungen für a) 24 und 28 Pole, b) 20 Pole

ß) Motoren mit 12, 16 und 28 Polen Beschränkt man sich auf die den Polzahlen 12, 16 und 28 entsprechenden Drehzahlstufen, so kann man eine Ständerwicklung in mehrfacher Sternschaltung nach Abb. 172 heranziehen, bei der die Klemmen für 12 Pole gleiches Potential im sechzehnpoligen Felde haben und umgekehrt. Die Klemmenzahl der Ständerwicklung verringert sich auf sieben.

10. Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 16 Pole (PI = 5 und P2 = 3, PI + P2 = 8) Wir begnügen uns mit 6, 8 und 10 Polen und mit 16 Polen in Kaskadenschaltung. a) Läuferwicklungen a) Gewöhnliche Wicklung in Stern- Viel-

eck-Schaltung mit zwei Teilwicklungen Jede der beiden Teilwicklungen baut sich nach Abb. 441 aus acht Spulengruppen auf. Die fünf Schleifringe sind mit Sv 52 ., 55 bezeichnet. Sowohl die Kaskadenschaltung als auch beim Lauf mit 6 und 10 Polen Abb. 441. Stern-Vieleck-Schaltung mit ist der Strom in den Sternzweigen zwei Teilwicklungen als LäuferwickV2-mal so groß als in den Vieleckzweigen, lung eines Motors mit innerer Kasdenn auch bei 6 und 10 Polen ist das kadenschaltung für 16 Pole Vieleck der induzierten Spannungen der beiden Teilwicklungen ein Quadrat. Bei 8 Polen aber ist jede der Teilwicklungen einphasig und die gesamte Läuferwicklung zweiphasig. Der

267

Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 16 Pole

Strom in den Sternzweigen ist bei dieser Polzahl doppelt so groß als in den Vieleckzweigen. Im übrigen sind die Spannungszeigerbilder für 6, 8 und 10 Pole ähnlich den in den Abb. 386 a, c und e wiedergegebenen. I

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i 2251

' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + - - - = = 3'[[

'--------c=4 1

Abb. 442. Schaltplan einer Hälfte einer Teilwicklung nach Abb. 441

Die ungleichen Durchflutungen der Stern- und Vieleckzweige legen es nahe, den Spulen der Sternzweige 2 w Windungen und denen der Vieleckzweige 3 w Windungen zu geben. Das Verhältnis der Durchflutung der Sternzweige zu jener der Vieleckzweige ist 27 7 dann bei 16, 10 und 6 Polen V"Z/1,5 und bei 8 Polen 4/3. Der Schaltplan einer Hälfte einer Teilwicklung ist in Abb. 442 darge';':':'--""71.1 stellt; das Creedysche Schaubild zeigt Abb. 443. ß) Verbesserte Läujerwicklung In Abb. 444 sehen wir den Schaltplan einer Läuferwicklung, die ein günstigeres Creedysches Schaubild (Abb. 445) gibt als die soeben besprochene Wicklung. Wieder haben wir es mit einer aus zwei Teilwicklungen in Stern-Vieleck-Schaltung bestehenden Wicklung zu tun. Abb. 444 zeigt

77

Abb. 443. Durchflutungsbild der Läuferwicklung nach Abb. 441

Abb. 444. Schaltplan einer verbesserten Läuferwicklung

nur die Hälfte des Schaltbildes. Die in diesem Bilde mit dünnen Strichen gezeichneten Spulen haben nur die Hälfte der Windungen jener Spulen, die mit dicken Strichen ausgezogen sind. Somit stellt bei den Sternzweigspulen z. B. ein starker Strich 4 Windungen und ein dünner Strich 2 Windungen dar, während bei den Vieleckzweigspulen ein dicker Strich 6 Windungen und ein dünner 3 Windungen andeutet.

268

Motoren mit innerer Kaskadenschaltung

b) Ständerwicklungen Die Ständerwicklung bauen wir aus zwei getrennten Wicklungen auf: aus einer sechs- und zehnpoligen Wicklung und aus einer achtpoligen Wicklung. Die Wicklung für 6 und 10 Pole besteht aus 30 Spulengruppen 1 in Mehrfach-Sternschaltung (Abb. 446). Je zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen sind in Reihe geschaltet. Die Verteilung der Durchflutungen ist bei 10 Polen sechsphasig und bei 6 Polen zehnphasig. Für die Speisung ist bei S Z5 6 Polen ein Fünfphasensystem und damit ein eigener Hilfstransformator notwendig, während bei 10 Polen die Wicklung dreiphasig gespeist wird. Die zweite Ständerwicklung ist eine gewöhnliche achtpolige Drehstromwicklung. Der Ständer erhält 11 Klemmen: Abb. 445. Durchflutungsbild der 8 für die sechs- und zehnpolige WickLäuferwicklung nach Abb. 444 lung und 3 für die achtpolige Wicklung.

Abb. 446. Schaltplan einer Ständerwicklung für 6 und 10 Pole mit 30 Spulengruppen

11. Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 24 Pole (PI = 7 und P2 =5, oder PI = 8 und P2 = 4, PI + P2 = 12) a) Läuferwicklungen Die Läuferwicklung besteht wieder aus zwei Teilwicklungen mit je zwölf Spulengruppen in Stern-Vieleck-Schaltung. Die Zahl der Schleifringe ist 6 für 8, 1O~ 14, 16 und 24 Pole; ein siebenter Schleifring muß hinzugefügt werden, um 12 Pole zu bekommen. Für den Fall, daß der Motor nur mit 10, 14 und 24 Polen laufen soll, kann man die Zahl der Schleifringe auf drei herabsetzen. Ständerwicklungen Für die Drehzahlen, die 8, 12, 16 und 24 Polen entsprechen, setzt man zwei Wicklungen für 4, 6, 8 und 12 Pole (PI P2 = 6) nebeneinander, die wir schon beim Motor für 12 Pole (8 b) kennengelernt haben. Der Motor muß mit 24 Klemmen bei 24 Ständer-Spulengruppen versehen werden, b)

+

Motor mit innerer Kaskadenschaltung für 24 Pole

269

wenn man den Ständer bei 12 Polen speist; es genügen jedoch 18 Klemmen bei dieser Polzahl, wenn die Läuferwicklung die Primärwicklung ist. Eine Wicklung in mehrfacher Sternschaltung mit fünf und sieben Phasen und 2 X 5 X 7 = 70 Spulengruppen ist für 10 und 14 Pole vorzusehen. Hier werden je zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen in Reihe geschaltet. Will man die Polzahlen 8, 10, 12, 14 und 16 alle verwirklichen und versucht man, die beiden soeben besprochenen Ständenvicklungen im Ständer unterzubringen, so stößt man auf die Unmöglichkeit, eine entsprechende Nutenzahl zu finden; denn diese soll für die Wicklung mit 8, 12 und 16 Polen ein Vielfaches von 24 und für die Wicklung mit 10 und 14 Polen ein Vielfaches von 70 sein. Wenn man auf die 14 Pole verzichtet, so läßt sich neben der Wicklung mit 8, 12 und 16 Polen eine zweite Wicklung mit 10 Polen unterbringen, indem man gegebenenfalls ein paar Nuten leer läßt. Doch kommt man um diese Schwierigkeiten herum, wenn man die Wicklung mit 24 Spulengruppen wählt und den Spulen eine Weite von zwei Zehntel des Ständerumfanges gibt, was z. B. möglich ist bei fünf Nuten je Spulengruppe oder bei insgesamt 120 Nuten. Da diese Spulenweite gleich einer Polpaarteilung bei 10 Polen ist, kann ein zehnpoliges Feld in dieser Wicklung keine Spannung induzieren. Wir können dann die Wicklung für 14 Pole so schalten, wie es Abb. 384 angibt. Die Spulenweite ist bei 8 Polen gleich 8· 2/10 = 1,6 der Polteilung, bei 12 Polen gleich 12' 2/10=2,4 der Polteilung, bei 14 Polen gleich 14· 2/10 = 2,8 und bei 16 Polen gleich 16· 2/10 = 3,2 der zugehörigen Polteilung. Für 10 Pole ist eine eigene Wicklung im Ständer anzuordnen. Scheidet man die Polzahl 14 aus, so lassen sich die Polzahlen 8, 10, 12, 16 und 24 mit einer einzigen Wicklung hervorbringen, wenn man die Weite der Spulen gleich 4/14 des -Umfanges annimmt. Die Ständernutenzahl ist dann 168. Die gewählte Spulenweite ist in diesem Falle bei 8, 10, 12 und 16 Polen gleich 8· 4/14 = 2,28; 10' 4/14 = 2,86; 12·4/14 = 3,42 und 16· 4/14 = 4,38 der zu diesen Polzahlen gehörigen Polteilungen.

12. Motoren mit innerer Kaskadenschaltung. deren Drehz;ahl der Differenz; der Polpaarz;ahlen umgekehrt proportional ist Führt man die Verbindungen der Läuferwicklungen der Vorder- und Hintermaschine so aus, daß beide Drehfelder im gleichen Sinne relativ zum Läufer umlaufen, so ist die Drehzahl einer solchen Kaskadenschaltung zweier Induktionsmaschinen gleich

no =

P1

2P , 2

(90)

also umgekehrt proportional der Differenz der Polpaarzahlen der beiden Maschinen. Wegen der großen Verluste wird diese Kaskadenschaltung im allgemeinen nicht verwendet. Trotzdem hat man auch einen Motor mit innerer Kaskadenschaltung für PI - P2 = 2 Pole entwickelt, der jedoch mit Rücksicht auf seinen schlechten Wirkungsgrad, auf schlechte Ausnutzung, auf seine schwierige Bauart usw. kaum noch gebaut wird. Wir verweisen auf das englische Patent von Creedy (Nr. 1753{)6 vom 5. August 1920).

270

Motoren mit innerer Kaskadenschaltung

13. Motoren mit innerer Kaskadenschaltung, wo die Läuferwicklung der Vordermaschine die Ständerwicklung der Hintermaschine speist Man kann auch zwei Induktionsmaschinen so in Kaskade schalten, daß der Läufer der Vordermaschine den Ständer der Hintermaschine speist, wie Abb. 447 zeigt. Die gleiche Anordnung ist auch bei innerer Kaskadenschaltung möglich. Ein paar Beispiele wollen wir kurz besprechen. a) Motor für 8, 12 und 20 Pole Wir rüsten sowohl den Ständer als auch den Läufer mit einer Wicklung für 8 und 12 Pole in mehrfacher Sternschaltung nach Abb. 116 aus, die bei 8 Polen dreiphasig und bei 12 Polen zweiphasig ist. Wir wissen, daß die Speisepunkte bei 8 Polen Punkte gleichen Potentials bei 12 Polen sind und umgekehrt. Speisen wir den Motor bei 8 Polen dreiphasig, und verbinden wir die drei Schleifringe des achtpoligen Läuferkreises mit den zweiphasigen - - - - r - - - - - - - Klemmen des Ständers unter Zwischenschaltung -~-t-------- eines Dreiphasen-Zweiphasen-Transformators, so werden die Ströme über die Schleifringe des achtpoligen Läuferkreises im Ständer ein zwölfpoliges Feld erregen und dieses induziert in der Läuferwicklung Ströme, die sich über die vier Schleifringe des zweiphasigen, zwölfpoligen Läuferkreises schließen. Im Ständer und im Läufer überlagern sich Ströme von zwei verschiedenen Frequenzen. Insgesamt benötigt der Läufer sieben Schleifringe. Abb. 447. Kaskadenschaltung zweier DrehstromInduktionsmaschinen mit Speisung des Ständers der Hintermaschine durch den Läufer der Vordermaschine

b) Motor für 12, 16 und 28 Pole Auf die gleiche Weise wie vorhin läßt sich ein Motor für 12, 16 und 28 Pole bauen, wenn man die Wicklung für 6 und 8 Pole nach Abb. 172 verwendet. Der Läufer erhält sieben Schleifringe.

c) Motor für 4, 8, 12, 16 und 20 Pole Auf dem Ständer bringen wir zwei Wicklungen auf: eine für 12 Pole und eine für 4 und 8 Pole. Der Läufer trägt eine zwölfpolige Schleifringwicklung, die eine Kurzschlußwicklung für 4 und 8 Pole ist. Legt man die zwölfpolige Ständerwicklung ans Netz, so speist die Läuferwicklung über die Schleifringe die zweite Ständerwicklung, und diese erregt ein Feld, für das der Läufer in sich kurzgeschlossen ist. Je nachdem ob die zweite Ständerwicklung für 4 oder für 8 Pole geschaltet ist, haben wir es mit einer inneren Kaskadenschaltung mit 16 oder 20 Polen zu tun. Die den Polzahlen 4, 8 und 12 entsprechenden Drehzahlen erhalten wir, wenn wir die zweite Ständerwicklung, die für 4 und 8 Pole schalt bar ist, unmittelbar ans Netz anschließen. Der Motor ist für diese beiden Polzahlen mit Rücksicht auf die Läuferwicklung ein Kurzschlußläufermotor. Die erste Ständerwicklung ist zwölfpolig; der Motor kann für diese Polzahl mit Widerständen über die Schleifringe des Läufers angelassen werden. Der Motor ist mit drei Schleifringen und neun Ständerklemmen auszurüsten, von denen drei zur zwölfpoligen Ständerwicklung und sechs zur vier- und achtpoligen Wicklung gehören.

Motor mit 6, 8, 12 und 16 Polen mit Änderung der Speisung

J.

271

Polumschaltung von Induktionsmotoren durch Änderung der Speisung

Wir haben bei den verschiedenen bisher beschriebenen Verfahren zur Änderung der Polzahl auch auf die Möglichkeit hingewiesen, bei Induktionsmotoren verschiedene Drehzahlen dadurch zu erreichen, daß man einmal die Ständerwicklung ans Netz legt und das andere Mal die Läuferwicklung speist, die für eine andere Polzahl ausgelegt ist. Im folgenden werden noch einige Induktionsmotoren für mehrere Drehzahlen mit Änderung der Speisung angeführt.

1. Motor mit 4t 6t 8 und 12 Polen mit Änderung der Speisung Die Läuferwicklung ist sechs- und zwölfpolig ausgelegt, wird bei diesen beiden Polzahlen als Primärwicklung gespeist und befindet sich für 4 und 8 Pole im Kurzschluß. Je drei Spulengruppen sind parallelgeschaltet. Der Läufer besitzt sechs Schleifringe. A Die Ständerwicklung setzt sich aus 24 '!J Spulengruppen zusammen. Je zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen sind parallelgeschaltet, wie Abb. 448 zeigt. Diese Ständerwicklung ist Primärwicklung bei 4 und 8 Polen und soll in sich kurzgeschlossen sein bei 6 und 12 Polen. Für 4 und 8 Pole erfolgt die Schaltung der sechs Punkte A a, Ab, Ac, Ba, Bb und Bc in der üblichen Weise. Die zu je zwei parallelgeschalteten Spulengruppen bilden Kurzschlußkreise für 6 Pole. Für den Kurzschluß bei 12 Polen sind die Punkte Aa, Ab, Ac, Ba, Bb, Bc, Ca, Cb, Cc, Da, Db, Dc und E kurzzuschließen, das sind 13 Klemmen. Sind die Stränge für 8 Pole in Dreieck geschaltet, so Abb. 448. Ständerwicklung mit hat man nur 12 Klemmen kurzzuschließen, 24 Spulengruppen als Primärbei 4 und 8 Polen da der Sternpunkt fehlt. Im übrigen ist es wicklung und als Kurzschlußwicklung bei möglich, den Motor bei 12 Polen über 6 und 12 Polen Widerstände anzulassen, wenn man diese einerseits zwischen A a, Ab, Ac, E und Ba, B h, Bc und andererseits zwischen Ca, Ch, Ce und Da, Dh, Dc legt.

2. Motor mit 6t 8t 12 und 16 Polen mit Änderung der Speisung In der Ständerwicklung für 6 und 12 Pole sind die um 120 0 räumlich voneinander entfernt liegenden Spulengruppen parallelgeschaltet. Sie ist eine Kurzschlußwicklung für 8 und 16 Pole. Um genügend viele Kurzschlußkreise bei 16 Polen zu haben, führt man zusätzliche Verbindungen in den Spulengruppen nach Abb. 303 aus. Die Läuferwicklung ist acht- und sechzehnpolig und im Kurzschluß bei 6 und 12 Polen, wenn jene Spulengruppen parallelgeschaltet werden, die um 90° räumlich auseinanderliegen.

272

Polumschaltung von Induktionsmotoren durch Änderung der Speisung

3. Motor mit 4, 6, 8, 12 und 16 Polen und Änderung der Speisung Die Ständerwicklung ist eine polumschaltbare Wicklung mit 4, 8 und 16 Polen, wie wir sie schon kennengelernt haben, mit Parallelschaltung jener Spulengruppen, die im Durchmesser einander gegenüberliegen. Für 6 Pole ist sie eine Kurzschlußwicklung und für 12 Pole muß man alle Klemmen kurzschließen. Bei der sechs- und zwölfpoligen Läuferwicklung mit sechs Schleifringen sind die um 120 0 räumlich voneinander entfernten Spulengruppen parallelgeschaltet. Sie ist in sich kurzgeschlossen für 4, 8 und 16 Pole. 4. Motor mit 6, 8, 10, 12 und 16 Polen und Änderung der Speisung Die Läuferwicklung mit sechs Schleifringen ist die gleiche wie beim vorher besprochenen Motor., Der Ständer trägt zwei Wicklungen: eine zehnpolige und eine acht· und sechzehnpolige. Die Wicklung für 8 und 16 Pole ist in Abb. 449 dargestellt. ] e zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen sind in Reihe geschaltet. Das sechs- und zehnpolige Feld induziert in jedem aus zwei hintereinandergeschalteten Spulengruppen bestehenden Zweige Spannungen, deren Summe Null ist so daß diese Wicklung für 6 und 10 Pole unwirksam erscheint. Im zwölfpo ligen Felde jedoch addieren sich die Spannungen in jedem Zweige. Diese Zweigspannungen sind in je zwei parallelgeschalteten Zweigen in Gegenphase und somit befindet sich die Wicklung für Abb. 449. Ständerwicklung für 8 und 16 Pole, 12 Pole im Kurzschluß. die für 6 und 10 Pole unDen Schaltplan der zehnpoligen Ständerwickwirksam und für 12 Pole lung sehen wir in Abb. 450. ]e zwei im Durchmesser im Kurzschluß ist einander gegenüberliegende Spulengruppen sind in Reihe und gegeneinandergeschaltet. Auf diese Weise induzieren Felder mit gerader Polpaarzahl keine Gesamtspannungen in den einzelnen Zweigen, während Felder mit ungerader Polpaarzahl Spannungen in den Spulen-

Abb. 450. Zehnpolige Ständerwicklung, im Kurzschluß für 6 Pole und unwirksam für 4, 8 und 12 Pole

gruppen jedes Zweiges hervorrufen, die sich addieren. Je fünf Zweige schalten wir nach Abb. 450 parallel. Diese zehnpolige Wicklung ist im Kurzschluß für 6 Pole und unwirksam für 4, 8 und 12 Pole.

273

Strangwicklungen

K. Läuferwicklungen von Induktionsmotoren für mehrere Polzahlen I. Strangwicklungen a) Läuferwicklungen, die für bestimmte Polzahlen in sich kurzgeschlossen sind Wir haben immer wieder bei unseren Besprechungen der polumschaltbaren Maschinen Läuferwicklungen kennengelernt, die bei einer Polzahl gewöhnliche Schleifringläuferwicklungen, aber bei anderen Polzahlen in sich kurzgeschlossene Wicklungen sind. Wir wollen nun noch einmal die Grundsätze zusammenfassen, nach denen solche Wicklungen entworfen werden können. a) Von den beiden, durch ihren größten gemeinsamen Teiler geteüten Polpaarzahlen ist 'eine gerade, die andere ungerade

Als Beispiel wählen wir eine Läuferwicklung, die bei 10 Polen eine Schleifringwicklung und bei 8 Polen eine Kurzschlußwicklung sein soll. Wir entwerfen eine gewöhnliche zehnpolige Wicklung mit sechs Phasen, also mit drei Spulengruppen je Pol oder mit insgesamt 30 Spulengruppen. Da in einem bestimmten Augenblicke zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen im zehnpoligen Felde vor ungleichnamigen Polen sich befinden, so haben die in ihnen induzierten Spannungen entgegengesetzte Phase. Um diese Spulengruppen parallel zu schalten, muß man die Verbindungen kreuzen. Wir erhalten in jedem der drei Wicklungsstränge fünf Gruppen von je zwei solchen parallelgeschalteten Spulengruppen, die in Reihe geschaltet werden. Die Wicklungsstränge selbst kann man in Dreieck- oder Abb. 451. Schleifringläuferwicklung für Sternschaltung an die Schleifringe 8 Pole, die für 4 Pole kurzgeschlossen ist legen. Im achtpoligen Felde sind die im Durchmesser einander gegenüberliegenden und mit gekreuzten Verbindungen parallelgeschalteten Spulengruppen vor gleichnamigen Polen; aus diesem Grunde sind die in ihnen induzierten Spannungen nicht nur der Größe sondern auch der Phase nach gleich und die bei den Spulengruppen bilden mit Rücksicht auf die gekreuzten Verbindungen einen Kurzschluß. Bei diesen 8 Polen sind somit je zwei Spulengruppen ein Kurzschlußkreis und die Läuferwicklung ist eine fünfzehnphasige Kurzschlußwicklung. Will man im Gegensatz dazu einen Schleifringläufer bei 8 Polen und einen Kurzschlußläufer bei 10 Polen, so legt man die Wicklung sechsphasig für 8 Pole aus, so daß jeder der drei Stränge acht Spulengruppen erhält. Wieder schalten wir je zwei im Durchmesser einander gegenüberliegende Spulengruppen parallel, diesmal aber mit ungekreuzten Verbindungen, weil die zwei parallelen Spulengruppen im achtpoligen Felde vor gleichnamigen Polen liegen und die in ihnen induzierten Spannungen gleichphasig sind. Im zehnpoligen Felde jedoch haben diese Spannungen einander Sequenz. Wicklungen elektro Maschinen III

18

274

Läuferwicklungen von Induktionsmotoren für mehrere Polzahlen

entgegengesetzte Phasenlagen, so daß die beiden parallelen Spulengruppen einen Kurzschlußkreis bilden. Diese Art der Parallelschaltung der Spulengruppen ist immer dann anwendbar, wenn eine Polzahl gerade und die andere ungerade ist. Haben die beiden Polzahlen den Teiler d gemeinsam, so teilt man die ganze Wicklung in d Teile und behandelt jeden Teil so, wie es eben geschildert wurde. Die gleichartigen Spulengruppen der d Teile werden in Reihe geschaltet. Um z. B. einen Schleifringläufer mit 8 Polen zu ermitteln, der für 4 Pole in sich kurzgeschlossen ist, betrachten wir nur eine Läuferhälfte mit 4 und 2 Polen. Nach Abb. 451 schalten wir je zwei Spulengruppen parallel, die im Felde mit der großen Polzahl vor gleichnamigen Polen liegen. Diese Spulengruppen befinden sich im Felde mit der kleinen Polzahl vor ungleichnamigen Polen und bilden Kurzschlußkreise. Jede Phase umfaßt vier Gruppen von je zwei parallelgeschalteten Spulengruppen, die hintereinandergeschaltet werden. 1 :.

5

q.

J

:

IJ

~ 2.P1~

7

~

:

:

I I,

,+,

I

:

I

f

I

:

Ir:

:

, 11 : -JII' f/ '-11 ' J1I: -f/ 1 11 1 -J1I' f/ : -11' J1I ' -/I : 11 1 -JII 1 j/ 1 -11 I J1I 1 -/I 1 i""i········~--;-"j······T-G········t--r,·······f----r:-t·······t--~······t-~bPo/e

I

I

I

I

~2~~ ,

II

+"

I 1 -

I

I

,-

I I'

I

+,

I ,I -

I 1 1

,+

I

I

I,

I

,-

I

'7fJPo/e

I

Abb. 452. Verteilungsplan. der Spulengruppen einer Läuferwicklung für Widerstandsregelung bei 6 Polen, die für 10 Pole eine Kurzschlußwicklung ist

ß) Die beiden, durch ihren größten gemeinsamen Teiler geteilten Polpaarzahlen sind ungerade, aber keine gleich eins In diesem Falle würde eine Parallelschaltung von im Durchmesser einander gegenüberliegenden Spulengruppen keine Lösung der Aufgabe geben, weil ja bei beiden Polzahlen die genannten Spulengruppen Spannungen gleicher Phase hätten. Man schaltet daher diese Spulengruppen in Reihe und legt alle auf diese Weise entstandenen Wicklungsgruppen einer Phase parallel. Soll z. B. eine Schleifringwicklung mit 6 Polen entworfen werden, die für 10 Pole eine Kurzschlußwicklung ist, 50 legen wir die Wicklung normal sechsphasig für 6 Pole aus, so daß jeder Wicklungsstrang sechs Spulengruppen erhält (Abb. 452 und 453). Abb.453. Schaltung der Spulengruppen Je zwei im Durchmesser einander der Läuferwicklung nach Abb. 452 gegenüberliegende Spulengruppenschalten wir in Reihe, z. B. 1 und 10, oder 7 und 16, oder 3 und 12, usw. In jedem der drei Stränge entstehen je drei solcher Gruppen von je zwei hintereinandergeschalteten Spulengruppen, die parallelge5chaltet werden (Abb. 453). Im zehnpoligen Felde liegen diese drei Gruppen um 2 n/3 auseinander und in ihnen werden dreiphasige Ströme induziert, deren Summe Null ist. Haben die beiden Polzahlen den Teiler d gemeinsam, so schaltet man die d gleichartigen Spulengruppen in Reihe.

Strangwicklungen

275

y) Läuferwicklungen, die für mehrere Polzahlen im Kurzschluß sind

Soll eine Läuferwicklung für mehr als zwei Polzahlen im Kurzschluß sein, so muß man die Zahl der parallelgeschalteten Spulengruppen vermehren. Die Untersuchungen sind in jedem Falle in der vorstehend beschriebenen Weise durchzuführen. Aus der folgenden Tab. 37 können wir die kleinste Zahl n der parallel zu schaltenden Spulengruppen entnehmen, die eine Schleifringläuferwicklung für ps Polpaare besitzen muß, damit sie für Pk Polpaare im Kurzschluß ist. Die Tab. 37 a bezieht sich auf Wicklungen, bei denen die Verbindungen der parallelgeschalteten Spulengruppen nicht gekreuzt sind; die Tab. 37 b betrifft Wicklungen, in denen die Hälfte der parallelgeschalteten Spulengruppen gekreuzte Verbindungen haben. Und zwar ist eine Schleifringläuferwicklung für eine bestimmte Polzahl 2 ps mit n parallelgeschalteten Spulengruppen für alle jene Polzahlen im Kurzschluß, die unter Pk in der entsprechenden waagrechten Reihe angeführt sind. . Tabelle 37. Mindestzahl n der parallel zu schaltenden Spulengruppen in einer Schleifringwicklung für Ps Polpaare, die für 2 Pk Pole eine Kurzschlußwicklung sein soll. a) Die Verbindungen der parallelen Spulengruppen sind nicht gekreuzt; b) die Verbindungen der parallelgeschalteten Spulengrup1?en sind für die Hälfte der Spulengruppen gekreuzt

I

2 3 a 4 5 6 --

I

2 4 6

b

I

2

5 6 -b

2, 3, 4, 5, 6,

4, 6, 8, 10, 12, .. . 6, 9, 12, 15, 18, .. . 8, 12, 16, 20, 24, '" 10, 15, 20, 25, 30 ... . 12, 18, 24, 30, 36, .. .

1, 3, 5, 7, 9, .. . 2, 6, 10, 14, .. . 3, 9, 15, 21, .. .

(alle (alle (alle (alle (alle

Vielfachen Vielfachen Vielfachen Vielfachen Vielfachen

von von von von von

2) 3) 4) 5) 6)

(alle ungeraden Zahlen) (alle ungeraden Vielfachen von 2) (alle ungeraden Vielfachen von 3)

n

I 43 a -

Ps

n

2 4 6

1, 3, 5, 7, 9,. . . 1, 2, 4, 5, 7, 8,. . . 1,2,3,5,6,7,9, ... 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, ... 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8,. ..

(alle Zahlen, (alle Zahlen, (alle Zahlen, (alle Zahlen, (alle Zahlen,

die keine Vielfachen von 2 sind) die keine Vielfachen von 3 sind) die keine Vielfachen von 4 sind) die keine Vielfachen von 5 sind) die keine Vielfachen von 6 sind)

2, 4, 6, 8, . . . 1, 3, 4, 5, 7, 8, ... 1, 2, 4, 5, 6, 7, ...

(alle geraden Zahlen) (alle Zahlen, die keine ungeraden Vielfachen von 2 sind) (alle Zahlen, die keine ungeraden Vielfachen von 3 sind)

In einigen Fällen ist es notwendig, zusätzliche Kurzschlußkreise dadurch zu schaffen, daß man nach Abb. 303 die Mittelpunkte P und q der beiden parallelgeschalteten Spulengruppen miteinander verbindet. Bei der Polpaarzahl ps durchfließt diese Verbindung kein Strom, weil die beiden Spulengruppen ab und cd in bezug auf das Feld eine gleichartige Lage haben. Nehmen wir an, daß die Breite jeder Spulengruppe ungefähr einer 18·

276

Läuferwicklungen von Induktionsmotoren für mehrere Polzahlen

Polteilung bei der großen Polzahl gleich ist, so ist der Kurzschluß bei dieser Polzahl fast einphasig. Dank der Verbindung p q jedoch hat man etwa zwei kurzgeschlossene Spulengruppen je Pol und daher einen zweiphasigen Kurzschluß. c5) Die heiden, durch ihren größten gemeinsamen Teiler geteilten Polpaarzahlen sind ungerade, und eine von ihnen gleich eins Wir beschränken uns darauf, auf die Lösung nach Abb. 233 hinzuweisen, die vier Schleifringe erfordert. Die Wicklung ist eine gemischte Dreieck-Stern-Schaltung bei zwei Polen. Damit diese Wicklung bei 6 Polen kurzgeschlossen ist, muß man die vier Schleifringe miteinander verbinden. Das Verhältnis der Windungszahlen der beiden Teilwicklungen - Sternund Dreieck-Wicklung - ist gleich Die Wicklung ist bei 2 Polen zwölfphasig und bei 6 Polen zweiphasig. Hat man eine zweipolige Läuferwicklung, die bei 10 Polen kurzgeschlossen sein soll, so führt man eine fünfphasige, in Vieleck geschaltete Wicklung aus, die bei 10 Polen eine Kurzschlußwicklung ist wie die Dreieckwicklung des vorigen Beispiels bei 6 Polen. Um aber diesen Kurzschluß zu einem mehrphasigen zu machen, muß man noch zwei Wicklungen vorsehen, die gegeneinander um 90°/5 = 18° bei 2 Polen verschoben sind. Im Falle einer Wicklung für 2 und 14 Pole sind sieben Phasen und sieben Schleifringe erforderlich, usw.

Vf."

2. Käfigwicklungen und Kurzschlußwicklungen a) Käfigwicklungen Wir haben schon hervorgehoben, daß einerseits eine Käfigwicklung für jede beliebige Polzahl des Ständerdrehfeldes geeignet ist, daß sich jedoch andererseits der Widerstand des Käfigläufers mit der Polzahl ändert (I C 10 a). Und wir haben bereits eine Anordnung einer Käfigwicklung kennengelernt, bei der z. B. der Läuferwiderstand für die eine Polzahl klein und für die doppelte Polzahl groß ist, so daß der für den Betrieb mit der kleinen Polzahl günstige Läuferwiderstand gewährleistet ist (Abb. 86). Wir wollen nun allgemein Käfigwicklungen oder Kurzschlußwicklungen betrachten, die für eine bestimmte Ständerdrehfeld-Polzahl als gewöhnliche Käfigwicklungen mit geringem Läuferwiderstand wirken, für eine andere Polzahl unempfindlich sind, und schließlich bei einer dritten Polzahl wie Schleifringankerwicklungen mit einem gewünschten LäuferwiderAbb. 454. Käfigwicklung stand arbeiten. a) Ableitung der Grundgleichungen Wir bezeichnen in der schematischen Abb. 454 eines gewöhnlichen Läuferkäfigs mit ~l> i 2 ,. i 3 , : . . die Augenblickswerte der Ströme in den N 2 Stäben, mit 21,2, 22,3, 13,4, • •• die Augenblickswerte der Ströme in

Käfigwicklungen und Kurzschlußwicklungen

277

den Ringsegmenten, mit eh, e2., e3., ... die in den Stromkreisen zwischen den Stäben 1 und 2, 1 und 3, 1 und 4, ... induzierten Spannungen der Welle 'I'-ter Ordnung, mit R s den Widerstand eines Stabes und mit RR den Widerstand eines Ringsegmentes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäben des Käfigs. Für die genaimten Ströme und Spannungen gelten die Gleichungen; i 1 + i 2 + i 3 + ... + iN, = 0, (91) iN". - i 1,2 = i 1 , i 1, 2 - i2,3 = i 2 ,

}

(92)

i(N,-l), N, - iN,,] = iN, . e1.= R s (i2- i1) + 2RRi 1,2 } e2o=Rs(i3-i1)+2RR(il,2+i2,3) . (93) e(N,-l). = R s (iN,-i l ) + 2 RR (i1,2 + i 2,3 + ... + i(N,-l),N.). In diesen Gleichungen sind Blindwiderstände nicht berücksichtigt. Vernachlässigt man die Widerstände der Ringsegmente gegenüber jenen der Stäbe, so errechnet man aus den GIn. (93): i 1 = N 21R s (eh + e2. + ... + e(N,-l).). (94) Die Ströme Iv 12' 13' ... sind gegeneinander in der Phase verschoben, der Größe nach aber gleich. Mit der Induktion B xv der Welle 'I'-ter Ordnung für den Stab x, mit der Läuferlänge 1 und der Umfangsgeschwindigkeit v des Läufers ergibt sich:

ex• = (B lv -

B(x+ll') 1 v

=

B maxv [sin

wt -

sin

(w t -

~ X)] 1v.

'I' P

(95)

Daraus folgt: x=Na-l

I

ex• =

Bmaxvlv (N 2 -1) sin

x=l

wt - Bmaxvlv {sin (w t - 'I'p ~:) +

~: 2) + ... + sin [ w t - 'I' P 7v: (N I)]} = = Bmaxolv {N sinwt- s~n:::sin[wt_'I'P ;2 (N -1)]}. (96) + sin ( w t -

'I' P

2 -

2

sm - -

2

N2

Wenn 'I' p/N 2 keine ganze Zahl ist, wird das zweite Glied in der geschlungenen Klammer Null und die GI. (94) gibt: .

1'1

B' = 1Rv s maxv sm w t.

(97)

Ist dagegen l' PIN 2 eine ganze Zahl, so kann die Formel (96) nicht verwendet werden. Doch erkennt man aus der Formel (95), daß in diesem Falle ex• = 0 ist, und daß daher in den Stäben des Käfigs keine Ströme auftreten. Somit ergibt sich die Regel, daß eine Käfigwicklung für eine Welle bestimmter Polzahl dann wirksam ist, wenn die Polzahl der Welle durch die Stabzahl des Käfigs nicht teilbar ist. Doch spricht die Käfigwicklung nicht an, wenn die Polzahl der Feldwelle ein Vielfaches der Stabzahl des Käfigs t·st.

278

Läuferwicklungen von Induktionsmotoren für mehrere Polzahlen

ß) Ausführung mit mehreren voneinander isolierten Käfigen Würde man eine für eine gegebene Polzahl 2 p unempfindliche Käfigwicklung nach der soeben gewonnenen Regel bauen wollen, so erhielte man eine zu geringe Zahl von Käfigstäben. Man kann sich aber so helfen, daß man den Läufer mit N 2 /N 2 ' Einzelkäfigen ausrüstet, die voneinander isoliert sind. N 2 ist eine beliebige Stabzahl, und N 2' ist die Zahl der gleich weit voneinander entfernten Stäbe jedes Einzelkäfigs. N 2 ' muß ein gemeinsamer Teiler der gegebenen Polpaarzahl p und der gewählten, gesamten Zahl N 2 der Stäbe aller Käfigwicklungen auf dem Läufer sein. Die Abb. 455 zeigt eine aus N 2 1N2 ' = 4 Käfigen bestehende Käfigwicklung mit inggesamt N 2 = 48 Stäben. Jeder Einzelkäfig besitzt N 2 ' = 12 Stäbe. Nach dem, was vorAbb.455. Käfigwicklung mit 4 Käfigen hin gesagt wurde, ist diese Käfigund insgesamt 48 Stäben wicklung für alle jene Polzahlen unwirksam, die ein Vielfaches von 2 N 2' = 24 sind. Ein Konstruktionsbeispiel ist in Abb. 456 skizziert. Die Kurzschlußringe können auf einer Stirnseite des Läufers zu einem einzigen Ringe vereinigt werden, wie Abb. 457 andeutet. Man kann auch die N 2/ N 2' Einzelkäfige in M gleich weit voneinander abstehende Gruppen aufAbb. 456. teilen und die Einzelkäfige jeder Gruppe durch Konstruktionsbeispiel Widerstände miteinander verbinden. M ist natürlich ein Teiler der Zahl N 2 /N 2 '. Eine solche Gesamtkäfigwicklung ist unempfindlich für alle Polzahlen, die ein Vielfaches von 2 M N 2 ' sind; sie wirkt als Käfigwicklung mit geringem Widerstand für jene Polzahlen, die mit der Zahl 2 N 2 ' teilerfremd sind; und als Käfigwicklung mit hohem Widerstande für die übrigen Polzahlen. In der Abb. 457 sieht man zwei Möglichkeiten A und B der Anordnung der Widerstände.

b) Kurzschlußwicklungen a) Wicklung mit kurzgeschlossenen Spulen Man ordnet auf dem Läufer eine Reihe von gleichmäßig verteilten, kurzgeschlossenen Spulen an, die eine Weite von Yl N utteilungen haben. Gilt für den Spulenschritt Yl die Gleichung 2n YJ N 2 /P = 2nK, (98)

so ist der von einer Spule umschlossene Induktionsfluß Null, und die Läuferwicklung ist für die Polzahl 2 p unwirksam. K ist eine ganze Zahl. Erfüllt jedoch der Spulenschritt die Bedingung 2n Yl N 2 /P = 2n (2 K + 1), (99)

Käfigwicklungen und Kurzschlußwicklungen

279

so ist der von einer Spule umfaßte Fluß ein Höchstwert, und die Läuferwicklung verhält sich für die Polzahl 2 p wie ein gewöhnlicher Käfiganker mit geringem Widerstande. Verbindet man die Spulen so miteinander, daß neue Kurzschlußkreise mit den Schritten K' Jz, K' Y2-Yl und K' Y2 + Yl entstehen, so bleibt die Läuferwicklung für alle jene Polzahlen unempfindlich, für die die Beziehungen bestehen:

p=

P= und

K"N

K' Y2 2 ,

K"N

K' Y2 ~ Yl' (100)

K"N p = K' +2

Y2 Yl Abb.457. Käfigwicklung mit 4 Käfigen und insgeK' und K" stellen wieder samt 48 Stäben. 4 Kurzschlußringe auf einer ganze Zahlen dar. Und zwar Läuferstirnseite und ein Ring auf der anderen. müssen alle drei BeziehunA und B sind Widerstände gen (100) erfüllt werden. Wird jedoch für eine Polzahl2 p einer der folgenden Gleichungen genügt

P=

(2K" + 1)N2 K' Y2 '

p=

(2K"+1)N 2 K'y 2 - - Y1

(101)

und

(2K"+1)N 2 K' Y2 + Yl ' so arbeitet die Läuferwicklung wie eine Käfigwicklung. Man kann den Läuferwiderstand dadurch erhöhen, daß man die Verbindungen der Spulen mit großem Widerstande ausführt.

P=

ß) Wicklung mit kurzgeschlossenen Spulengruppen

Die Gesamtspannung UG • einer aus b Spulen mit der Weite W sich aufbauenden Spulengruppe berechnet man nach GI. (64) und (78) in VV 111 C 1 und 2 zu U

G. =

U

.

s.max SIn

1'C W

sinvbt1'C

v2"-:r.

SlllV

!r

HZ

P'

t 1'C N

2

wenn U svmax die Spannung einer Durchmesserspule für ein Feld v-ter Ordnung, W die Spulenweite, T die Polteilung für die Polzahl 2 p der Grundwelle, f den gegenseitigen Abstand der Spulen einer Spulengruppe in Nutteilungen und N 2 die Läufernutenzahl bedeuten.

280

Geräuscharme, polumschaltbare Induktionsmotoren

Um nun die Läuferwicklung für ein Feld v-ter Ordnung unwirksam zu machen, kann man entweder w= 2gT (l02) wählen, wobei g eine ganze Zahl ist, oder es müssen v t P/N 2 keine ganze Zahl, wohl aber vb t P/N 2 eine ganze Zahl sein; (l03a) und schließlich kann man in Anlehnung an Bedingung (103 a)

p 1 v t N2 =2K

und

b=2K

(l03b)

annehmen, wenn unter K wieder eine ganze Zahl verstanden wird. In diesem letzten Falle bestehen zwischen den Spannungen der 2 K Spulen einer Spulen gruppe die Beziehungen: U sl • = Us(I+K)v, U s2 • = U S (2+K) • ••• U sK • = -- Us2K •. Die vorhin genannten Möglichkeiten, um den Einfluß bestimmter Feldwellen auf die Läuferwicklung auszuschließen, lassen sich miteinander kombinieren und auf Wellen verschiedener Ordnungszahlen anwenden.

Abb. 458. Zerlegung einer Käfigwicklung in mehrere, symmetrisch angeordnete Teile

c) Zerlegung der Läuferwicklung in mehrere Teilwicklungen Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß man die Läuferwicklung in mehrere Teilwicklungen zerlegen kann, die nach den verschiedenen, besprochenen Regeln ausgelegt werden, um die Läuferwicklung dem Einfluß bestimmter Wellen des Ständerdrehfeldes zu entziehen. Zum Beispiel ist die Käfigwicklung in Abb. 458 in mehrere Teile aufgeteilt, die symmetrisch angeordnet sind. Jede dieser Teilwicklungen befolgt die Regeln der Abschnitte a ß oder b a.

L. Geräuscharme, polumschaltbare Induktionsmotoren Den Abschluß des Hauptabschnittes über die polumschaltbaren Wicklungen sollen ein paar Bemerkungen über polumschaltbare Induktionsmotoren bilden, die kein magnetisches Geräusch hervorbringen.

I. Heulen der Motoren beim Umschalten Wie gewöhnliche Drehstrom-Induktionsmotoren geräuscharm zu bauen sind, ist bekannt. (Vgl. Jordan, H.: Geräuscharme Elektromotoren, Essen: Verlag W. Girardet. 1950.) Polumschaltbare Motoren mit zwei Drehzahlen können aber z. B. bei beiden Polzahlen ruhig laufen, beim Überschalten von der einen zur anderen Polzahl jedoch heulen. Nach H. Jordan ist diese Erscheinung im folgenden begründet. Schaltet man die Wicklung mit der Polzahl 2 PI ab, so verschwinden die Ständer-

Regeln für die Ständer- und Läufernutenzahlen von polumschaltbaren Motoren

281

felder, die von dieser Wicklung erzeugt wurden. Die Stromverteilung im Läufer aber wird zu einer Gleichstromverteilung, die mit der Zeitkonstanten des Läuferkreises abklingt. Schaltet man nun die zweite Wicklung mit der Polpaarzahl P2 ein, bevor noch die Läuferfelder genügend abgeklungen sind, so interferieren die von der neuen Wicklung hervorgerufenen Ständerfelder mit den noch am Läufer klebenden, alten, abklingenden Läuferfeldern. Dadurch werden flüchtige Radialkraftwellen entwickelt, die das Heulen beim Umschalten verursachen.

2. Regeln für die Ständer- und Läufernutenzahlen von polumschaltbaren Motoren Damit im stationären Betrieb mit P Polpaaren magnetische Geräusche vermieden werden, dürfen von den ersten Nutoberwellen des Ständers mit der absoluten Ordnungszahl y'

= ± N]

+P

im Zusammenwirken mit den ersten Nutoberwellen des Läufers mit der absoluten Ordnungszahl ).'=

±N2 +P

keine radialen Drehkraftwellen der Ordnungszahien r = 0, 1, 2 und ;) hervorgerufen werden. Dies ist der Fall, wenn die Differenz der Ständernutenzahl NI und der Läufernutenzahl N 2 die Bedingungen erfüllt: IN I

-

N 2 i =1=

INI _ .. N 2 1 =1=

IN 1 -

N 2 1 =1=

IN 1 -

N 2 1 =1=

{~p

L

(keine Nullschwingungen, r

P1± 1

{

2

2P ± 2

I;)

12 P ± ;)

= 0)

(keine Rüttelkraft, r = 1) (keine elliptische Verformung, r =

(104)

2)

(keine dreieckige Verformung, r = 3)

Diesen vorstehenden Ungleichungen muß jede der vorgesehenen Polpaarzahlen des polumschaltbaren Motors genügen. Um Heultöne beim Umschalten von PI Polpaaren auf P2 Polpaare zu vermeiden, muß gelten: IN I - N 2 1 =1= IN I -N 2 1 =1= IN I -N 2 1 =1=

IPI ± P21 ip1 ±P2 ±

1!

IPI ± P2 ± 21 IN 1 -N 2 =1= IPI ± P2 ± 31·

) (105)

1

Es darf aber nicht übersehen werden, daß die magnetischen Geräusche von Induktionsmotoren nicht allein von den Oberfeldern beeinflußt werden, die durch das Verhältnis der Nutenzahlen bestimmt sind, sondern daß sie ebenso sehr von der Modellgröße, also von den mechanischen Abmessungen abhängen. Es ist möglich, daß ein Induktionsmotor kleiner Leistung bei einem bestimmten Nutenzahlverhältnis als geräuscharm angesprochen werden

282

Schrifttum

kann. Bei einer Steigerung der Typengröße erhält man aber beim gleichen Verhältnis der Nutenzahlen eine laute Maschine und bei einer weiteren Steigerung der Maschinengröße wieder einen geräuscharmen Motor. Es gelten also die Nutenzahlregeln nur in Verbindung mit den für die einzelnen Modellgrößen maßgebenden konstruktiv festgelegten Abmessungen. Schrifttum Arnold, A. H. M.: The two speed cascade induction motor. Journal J. E. E. 63 (1925), S. 1115. A rnold, E.: Die Wicklungen der Wechselstrommaschinen, 2. Aufl., Berlin : Verlag von J. Springer, 1912. Barth, F.: Im Verhältnis 14: 12: 8: 4 polumschaltbare 12 n-polige Dreiphasenwicklung, DRP 641 334. - Im Verhältnis 12 n : 6 n : 4 n : 2 n polumschaltbare, 4 n-polig ausgeführte, 36 n-nutige Dreiphasenträufelwicklung, DRP 650418. Polumschaltbare Dreiphasenträufelwicklung, DRP 651554 (Zusatz zum Patent 650418). - Im Verhältnis 6 n : 8 n polumschaltbare Dreiphasenträufelwicklung, DRP 667300. Polumschaltbare Dreiphasenträufelwicklung, DRP 667748 (Zusatz zum Patent 650418). Behn-Eschenburg, H.: Drehstrommotor der Maschinenfabrik Oerlikon mit vier Geschwindigkeitsstufen: 500, 750, 1000 und 1500 U. p. M. und Gleichstrommotor von 350 bis 1600 U. p. M. ETZ 23 (1902), S. 1055. - Über Anzugskraft von Drehstrommotoren mit veränderlicher Polzahl (Stufenmotoren) ETZ 24 (1903), S. 1004. Bergmann-Elektrizitäts-Werke: Polumschaltbarer Induktionsmotor, bei dem Ständer und Läufer für die einzelnen Polzahlen getrennte \Vicklungen aufweisen, DRP 510118. Bianchi, Giuseppe: Riassunto di studi su locomotori con motori asincroni. L'Elettro· tecnica 28 (1924), S. 334, 361. Böttcher, A.: Verfahren zum Anlassen polumschaltbarer Asynchronmotoren mit zwei für verschiedene Polzahlen ausgeführten Ständerwicklungen, DRP 657483. Asynchronmotor mit innerer Kaskadenschaltung, DRP 675 138. - Asynchronmotor mit innerer Kaskadenschaltung, DRP 676 749 (Zusatz zum Patent 675 138). - Polumschaltbarer Asynchronmotor, DRP 721 076 (alle AEG-Berlin). Boucherot, P.: Moteurs a courants polyphases, a induits fermes sur eux-memes, Bulletin de la Societe internationale des Electriciens 15 (1898), S. 68. Brown, Boveri C'>' Cie.: Polumschaltbarer Asynchronmotor, DRP 579 121. - Dreiphasen-Induktionsmotor für Bergbahnlokomotiven mit einer im Polzahlverhältnis von 1 : 2 umschaltbaren Ständerwicklung, DRP 483 228. Catterson-Smith, J. K.: The Hunt Motor. The Electrician 70 (1912), S. 109. Cotton, H.: Operation of Induction Motors in Cascade. Journal J. E. E. 61 (1923), S. 284. . Creedy, F.: A Sketch of the Theory of the Adjustable-Speed, Single-Phase, Shunt Induction Motor. Proceedings of the American Institute of Electrical Engineers 28 (1909), S. 831. Some Developments in Multi-Speed-Cascade Induction Motors. Journal J. E. E. 59 (1921), S. 511. Variable Speed Alternating Current Motors without Commutators. The Electrician 90 (1923), S. 35. Dahlander, R.: Drehstrommotor mit variabler Polzahl, ETZ 18 (1897), S. 257. Dahlander und Lindström: Wicklung für zwei verschiedene Polzahlen, DRP 98417 (1897). Denton, F. M.: The Hunt Cascade Induction Motor. The Electrician 72 (1914), S. 524. Fasola, J. J.: Direct Application of the Single Winding Three-Phase Cascade Motor to Rolling-Mill Work. The Electrician 70 (1912), S. 497. Garbe, Lahmeyej' &- Co.: Induktionsmotor für zwei Drehzahlen, insbesondere für Zentrifugen antriebe, DRP 568 026. Guastalla, G.: Note sui motori asincroni trifasi. Rivista tecnica delle ferrovie italiane 13 (1918), S. 30.

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286

Möglichkeiten der Sehnung einer Wicklung

11. Mehrfach gesehnte Wicklungen A. Möglichkeiten der Sehnung einer Wicklung Es bestehen vier Möglichkeiten der Sehnung einer Wicklung, die wir im ersten Bande schon alle kennengelernt oder wenigstens kurz gestreift haben: Die Sehnung der Spulen, iJ,OZg die Änderung der Zonenbreite, die Zonenverschiebung und o.OZ8 die Strangverschachtelung. o.OZ7 Wir betrachten diese Sehnungen hier nur im Hinblick auf die Unterdrückung von Oberwellen in der Spannungskurve oder in der Felderregerkurve.

1. Wicklungen mit gesehnten Spulen Die Sehnung der Spulen wurde ausführlich im ersten Bande W III C 1, S. 120 bis 126, und W IV G 3 a a, S. 237, behandelt. Es soll hier nur nachgetragen werden daß einer Schrittverkürzung eine Verringerung der Stirn- und Nutstreuung entspricht. Wie sich eine Verkürzung der Spulenweite um Nj2 p - y = 3 q - y Nutteilungen auf die Oberwellen streuung (Spaltstreuung) auswirkt, entnimmt man für der Drehstrom-Ganzlocnwicklungen Abb. 459. Daraus geht hervor, daß das günstigste Verhältnis der Spulenweite zur Polteilung N

~ P = i q= ~

R3

0,8

(106)

ist.

IJ1Z.3I1.f678 II/Zjl-!l-.3IJ-!l-

Abb.459. Koeffizienten T der Oberwellenstreuung in Abhängigkeit von den Verkürzungen (N/2 p - y = = :5 q - y) der Spulenweite bei Drehstrom- Ganzlochwicklungen mit q Nuten je Pol und Strang

~s. =

2. Änderung der Zonen breiten Im Abschnitt W III C 4 c, S. 134, wurde bewiesen, daß die Spulensehnung oder Schrittverkürzung, bzw. Schrittverlängerung ersetzt werden kann durch eine Änderung der Zonenbreite. Für eine Ganzlochwicklung mit 3 q Nuten je Pol z. B. sind die Sehnungs- und Zonen ver kürzungsfaktoren . n3q-v (107) sm v"2 3 q

und (108)

Wicklungen mit Zonenverschiebung

287

v bedeutet die Zahl der Nutteilungen, um die die Spulenweite von der

Polteilung abweicht; Zl und Z2 sind die Zahlen der Spulen der beiden Zonen eines Wicklungsstranges bei einer Sechszonenwicklung. Somit entspricht die Schrittabweichung v der Änderung der Zonenbreite 1/2 (Zl-Z2)' was auch im Abschnitt W IV G 3 a a und ß, S. 237, gezeigt wurde. Soll der Wicklungsfaktor einer gewöhnlichen, gesehnten Zweischichtwicklung zwischen zwei Werten liegen, die zwei aufeinanderfolgenden Schrittverkürzungen entsprechen, so müßte man die Wicklung mit Spulen verschiedener Weite ausführen, was natürlich nicht leicht ist. Ersetzt man aber die Schrittverkürzungen durch Zonenverkürzungen, so ist die Aufgabe lösbar. Wir wählen zu diesem Zwecke eine Wicklung, bei der der größte gemeinsame Teiler von Spulengruppenzahl G und Polpaarzahl p gräßer als Eins ist (t > 1) und bilden die einzelnen Teil- oder Urwicklungen mit verschiedenen Zonenverkürzungen aus.

3. Wicklungen mit Zonenverschiebung a) Unterteilung der Zonen und Verschiebung der Zonenteile gegeneinander a) Grundgedanke Wir bilden aus dem Spannungsvieleck in W Abb. 166 d neue Spannungsvielecke, indem wir die Spannungszeiger aller ersten, zweiten usw. bis d-ten von je d aufeinanderfolgenden Spulengruppen aneinanderfügen. Jedes dieser Spannungsvielecke teilen wir in abwechselnd gleich lange und gleich kurze Zonen, so daß insgesamt sechs Zonen in jedem Spannungsvieleck entstehen, mit abwechselnd Zl und Z2 Spulengruppen. Es besteht somit die Beziehung: (l09)

Die in den d Spannungsvielecken einem Wicklungsstrange angehörenden Zonen mit Zl' bzw. Z2 Spulengruppen verschieben wir nun derart, daß sie voneinander um r Nutteilungen entfernt sind. Dies ist eine Möglichkeit, Wicklungen mit Zonen verschiebung zu entwerfen. ß) Zonenverschiebungsfaktor und Verteilungsfaktor Für den Zonenverschiebungsfaktor können wir schreiben:

;zvs.=

. n dr sm "'2N/2 p d .

n

r

(110)

sm "'2N/2P

Der Verteilungsfaktor ist für Wicklungen mit Zonenverschiebung n p cos -", YG3 t

~v.= 1 G .

P

6" t d sm v YG d G 'J7:

(111)

Möglichkeiten der Sehnung einer Wicklung

288

y) Beisp1:ele Es ist eine zehnpolige Drehstromwicklung mit 33 h Nuten je Pol und Strang so zu entwerfen, daß durch eine Spulensehnung die Oberwelle fünfter Ordnung und durch eine Zonenverschiebung die Oberwelle siebenter Ordnung unterdrückt werden. Z

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.iV·iV~:';~i'·:'.:~ Abb. 566. Schaltung einer vierpoligen, einschichtigen Drehstrom-Ständerwicklung für 380 V

Abb. 567. Schaltung einer sechspoligen. einschichtigen Drehstrom - Ständerwicklung für 380 V

jedes Stranges parallel und die Stränge in Stern schaltet (Abb. 566). Der wirtschaftlichste Betrieb eines Motors soll bei dieser Schaltung zwischen Vollast und Dreiviertellast liegen. Für Dreiviertellast bis Halblast empfiehlt sich dann eine Reihenschaltung der beiden Zweige eines Stranges und eine Dreieckschaltung der Stränge. Die Spannung eines Zweiges ist nur

Spannungsumschaltbare Wicklungen

378

das 0,866-fache. Für den Belastungsbereich zwischen 50 bis 30 v. H. kann man eine Verbindung der Stern- und Dreieckschaltung nach Abb. 560 wählen. Die Zweigspannung vermindert sich hier auf das 0,75-fache. Beträgt schließlich die Belastung nur mehr 30 v. H. der Vollast, so schaltet man die zwei Zweige jedes Stranges in Reihe und die Stränge in Stern. In diesem Falle ist die Zweigspannung die halbe Phasenspannung.

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Abb. 568. Spannungs- und polumschaltbare Einphasenwicklung mit Anlaufwicklung nach DRP 569 638

5. Spannungs- und polumschaltbare Wicklungen Als Beispiel einer Wicklung, die sowohl spannungs- als auch pol umschaltbar im Verhältnis 1 : 2 ausgelegt ist, sei die Ständerwicklung eines einphasigen Induktionsmotors mit acht Teilwicklungen (1 a . .. 1 e, 2 a . .. 2 e, 3 a . .. 3 e, ... 8 a . .. 8 e) angeführt. Wir erkennen in Abb. 568 zwei Wicklungsgruppen (1, 2, 5, 6 und 3, 4, 7, 8), die untereinander gleichartig auf1/ gebaut und um eine Polteilung bei der kleineren Polzahl le ~ /Je (2P = 2) gegeneinander verZe setzt sind. Es handelt sich hier um einen zwei- und vierpoligen Z" Jd, IM Motor für zwei Spannungen Je 'Ie 1d, 6e~ r-7e 5e 8e im Verhältnis 1 : 2. Bei einem acht- und vierpoligen Motor wären die Wick3,z 5d.~6" lungsgruppen um 90° räum~8 d. lich gegeneinander zu ver{j {/ schieben. Die Zahl der WickZp'''' Zp-Z 11fJI/ lungsgruppen ist gleich der JlfJ 1/ Abb. 570. Schaltung kleineren Polzahl. Abb. 569. Schaltung für 2 Pole und 110 V Für die größere Polzahl für 4 Pole und 110 V und die kleinere Spannung liegen nach Abb. 569 je zwei Teilwicklungen parallel (1,2 und 3,4) und diese Wicklungspaare sind hintereinandergeschaltet. Die andere Hälfte der Teilwicklungen (5, 6, 7, 8) bleibt unbenützt. Für die kleinere Polzahl und die kleinere Spannung bildet man aus den Teilwicklungen 1 und 2,3 und 4 je zwei parallelgeschaltete Wicklungspaare, und schaltet die Teilwicklungen 6 und 7, bzw. 5 und 8 in Reihe. Die hintereinandergeschalteten Wicklungspaare 6 und 7, 5 und 8 werden nun parallel'------0

~

Phasenumschaltbare Wicklungen

379

geschaltet und in Reihe mit den parallelgeschalteten Wicklungspaaren 1 und 2, 3 und 4 gelegt (Abb. 570). Die Schaltungen für die höheren Spannungen und die beiden Polzahlen sind in den Abb. 571 und 572 angegeben. Die Anlaufwicklungen 9, 10, 11 und 12 sind in der Abb. 568 gestrichelt gezeichnet. Die Teilwicklungen 1 und 2, 5 und 6, bzw. 3 und 4, 7 und 8 liegen in den gleichen Nuten.

C. Phasenumschaltbare Wicklungen Bei den polumschaltbaren Wicklungen wurden auch Wicklungen angeführt, die für verschiedene Polzahlen verschiedene Strangzahlen haben. Natürlich lassen sich auch Wicklungen angeben, die bei ein und derselben Polzahl an verschiedene Phasensysteme angeschlossen werden können. Wir wollen uns mit einem einzigen Beispiele begnügen; und zwar soll eine Wicklung geschaffen werden, die sowohl durch ein Drehstrom- als auch durch ein Zweiphasennetz wahlweise zu speisen ist. Zu diesem Zwecke teilt man nachAbb. 573 einen Strang einer Drehstromwicklung in zwei 5d L ...:6.::d:::Jtlr--,sd gleiche Teile (AIE l undAl' EI' t/ in Abb. 573) und fügt nach Abb. 311- 2 2/l=* 574 je einen Teil des unterteil33(JII Z3(JII ten Stranges den anderen bei den Wicklungssträngen zu. Auf Abb. 571. Schaltung Abb. 572. Schaltung für 4 Pole und 220 V für 2 Pole und 220 V diese Weise entsteht eine Zweiphasenwicklung mit einer Phasenspannung, die gleich dem V2"-fachen jener der Drehstromwicklung ist. Dies geht aus der Abb. 574 ohne weiteres hervor.

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