CH621019A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine polumschaltbare Dreiphasenwicklung mit drei Wicklungssträngen aus jeweils gleichwertigen Wicklungszweigen, von denen eine Anzahl als Grundwicklungszweige bei beiden Polpaarzahlen pi, p2 und die übrigen Wicklungszweige als Nullzweige nur bei einer der beiden Polpaarzahlen stromführend sind, wobei die Grundwicklungszweige für die Polpaarzahl mit stromlosen Nullzweigen zu je einem Drittel allen drei Wicklungsträngen zugeordnet sind.

Eine derartige polumschaltbare Dreiphasenwicklung ist aus der DE-AS 10 98 600 bekannt. Diese bekannte Dreiphasenwick-lung ist im Verhältnis 3 :1 polumschaltbar, wobei in der ersten Polzahlstufe nur zwei Drittel der Spulen und in der zweiten Polzahlstufe mit der durch drei teilbaren Polpaarzahl alle Spulen stromführend sind. Ferner sind die drei Wicklungsstränge der

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in beiden Polzahlstufen wirksamen Grundwicklungszweige nicht phasengleich und damit nicht gleichwertig. Es liegen nämlich bei der Erstpolzahl jeweils zwei 40° breite und damit auch um 40° versetzte Abschnitte vor, die in der Zweitpolstufe mit dreifacher Polzahl auf 120° auf gespreizt werden und dann zu zwei verschiedenen Phasen gehören.

Vergleichbare Dreiphasenwicklungen sind ausserdem aus der DE-OS 23 32 769, insbesondere den Fig. 17 und 19 bekanntgeworden, bei denen für 4/6- bzw. 8/6polige Dreiphasenwicklungen mit nur sechs Anschlusspunkten in der einen Polzahlstufe nur drei Viertel aller Spulen wirksam sind. Die restlichen Spulen bilden die besagten Nullzweige. Die in beiden Polzahlstufen wirksamen Grundwicklungszweige sind in Dreifachstern mit getrennten Mittelpunkten geschaltet. Die Nullzweige sind an die zusammengefassten Enden der Grundwicklungszweige parallel oder in Reihe angeschlossen. Bei Reihenschaltung der Nullzweige ergibt sich bei einer 4/6poligen Dreiphasenwicklung im 4poligen Betrieb ein stark oberwellenhaltiges Drehfeld mit ausgeprägten Subharmonischen ( v = 1/2,5/2,7/2 usw.) und geradzahligen Oberfeldern. Durch solche Oberfelder wird das Betriebsverhalten ungünstig beeinflusst, wobei insbesondere bei Asynchronmaschinen mit relativ kleinem Luftspalt Geräusche, Schwingungen, Oberwellenmomente oder Wellenspannungen als parasitäre Effekte in Erscheinung treten können.

Bei den bekannten Dreiphasenwicklungen, bei denen die Polumschaltungen auf einer vertauschten Strangzuordnung einzelner Wicklungszweige beruhen, ist eine Anpassung der bei den beiden Polzahlen wirksamen effektiven Windungszahlen nur durch eine Sehnung der Spulen in relativ beschränktem Masse möglich, die stets eine Beeinträchtigung der Feldkurvenform ergibt Ausserdem entspricht die bezüglich der Feldform günstigste Spulenweite meist der Polteilung für die höhere Polzahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik mit einfachen Umschalteinrichtungen eine polumschaltbare Dreiphasenwicklung zu schaffen, die Polpaarzahlverhältnisse pi : p2 aus beliebigen nicht durch drei teilbaren Zahlenwerten im Zähler und Vielfachen von drei im Nenner bei grösseren Aufteilungsmöglichkeiten für Grund- und Nullwicklungszweige erlaubt, und die auch für sehr grosse Polzahlsprei-zungen geeignete Schaltungsmöglichkeiten ergibt, ohne Beeinträchtigung der Feldsymmetrie durch freizügige Anpassung der effektiven Windungszahlen in beiden Polzahlstufen unter Verwendung einfacher, konventionell ausgebildeter und weitgehend gleicher Spulen, so dass in beiden Drehzahlstufen eine zumindest weitgehende Feldsymmetrie erreicht und damit innere Ausgleichströme sowie geradzahlige und subharmonische Feldoberwellen möglichst vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer polumschaltbaren Dreiphasenwicklung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, dass sie ein gebrochenes Polpaarzahlverhältnis der Erst- und Zweitpolpaarzahlen pi : p2 = (3m± 1) : 3n aufweist, mit m und n als ganzen positiven Zahlen, wobei die Aufteilung in durch drei teilbare G Grundwicklungszweige sowie N Nullwicklungszweige nach der Beziehung G+N = 2pi/t erfolgt, mit t als ganzzahligem Teiler der Erstpolzahl 2pi, worin das Verhältnis 2pi/t die für die Erstpolzahl 2pi notwendigen gesamten gleichwertigen Wicklungszweige je Wicklungsstrang angibt, von welchen gesamten Wicklungszweigen die durch drei teilbaren G Grundwicklungszweige in Stern-, Dreifachstern-, Dreieck- oder Dreifachdreieckschaltung miteinander verbindbar und die Stern- bzw. Dreieckpunkte an Anschlusspunkte für die eine Polzahl geführt sind und die in Stern verbundenen Nullzweige parallel mit den freien Verbindungspunkten der in Stern oder in Dreieck an die schaltbaren Eckpunkte der in Dreieck angeordneten Grundwicklungszweige schaltbar sind, oder dass die jeweils einerseits mit den

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Anschlusspunkten für die andere Polzahl fest verbundenen Nullzweige andererseits an die Verbindungspunkte bzw. Anschlusspunkte für die eine Polzahl der in Stern oder Dreieck angeordneten Grundwicklungszweige anschaltbar sind, oder dass die Grundwicklungs- und Nullzweige in Reihe in den 5 jeweiligen Wicklungssträngen angeordnet und diese Wicklungsstränge in Dreieck- oder Sternschaltung an Anschlusspunkte für die andere Polzahl anschaltbar sind.

Im folgenden werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes beschrieben: 10

Eine zur Aufteilung in die G und N Wicklungszweige notwendige Voraussetzung ist daher, dass die bei der Erstpolzahl 2pi zu einem aus 2pi/t gleichphasigen Wicklungszweigen gebildeten Wicklungsstrang gehörenden Spulen hinsichtlich ihrer Phasenlage bei der durch drei teilbaren Zweitpolzahl 2p2 lük- 15 kenlos und überlappungsfrei auf die gesamte Peripherie des Spulenseitensterns aufgefächert sind. Während dies für Polzahlverhältnisse vom Typ «geradzahlig : ungeradzahlig» bei üblichen Wicklungsanordnungen mit Zonenbreiten 2 n/3 der Fall ist, müssen sich hierfür bei einem doppelt ungeradzahligen 20 Polzahlverhältnis die Wicklungszonen bei der Erstpolpaarzahl pi über einen Bereich von 2 7t/3 erstrecken. Hierzu kann man Dreizonenwicklungen oder eine entsprechende Strangver-schachtelung vorsehen.

Charakteristisch sind die sogenannten Nullzweige, die nur bei der Erstpolzahl 2pi gleichwertige Wicklungszweige bilden und bei der zweiten durch drei teilbaren Polpaarzahl p2 wirkungslos sind. Bei 2pi gleichachsig zur Grundwicklung ausgebildeten Nullzweigen ergänzen sich die im 2p2-poligen Betrieb induzierten Spulenspannungen jeweils zu Null.

Im Spulenseitenstern für p2 = 3n liegt eine dreiachsig symmetrische Zonenanordnung vor, mit abwechselnd zwischen den von Grundwicklungszweigen belegten Sektoren der Breite (p liegenden Nullzweigsektoren (o. Gemäss dem Aufteilungsverhältnis in Grund- und Nullwicklungszweigen betragen diese 35 Sektorwinkel insgesamt — 2 "iC/3

J &

m,t if = ïï

wobei die den Null- und Grundwicklungszweigen zugehörigen 40 Sektoren auch aus verschachtelt angeordneten Elementarsektoren zusammengesetzt sein können.

Für den praktischen Wicklungsentwurf ist der Spulenseitenstern bzw. der Zonenplan für 2p2 = 3n ein wichtiges Hilfsmittel, um die Zuordnung der Spulen zu den einzelnen Zweigen 45 vornehmen zu können.

Da die Erfindung von einer konventionellen Wicklungsverteilung bei 2pi ausgeht, liegen bei der Erstpolpaarzahl völlig symmetrische Verhältnisse vor, und zwar unabhängig von der gewählten Spulenweite. In der zweiten Polzahlstufe ist die 50 Grundwicklung allein wirksam. Aufgrund ihrer dreizonigen Wicklungskonfiguration treten nur dann keine geradzahligen Harmonischen auf, wenn, bezogen auf p2, Durchmesserspulen vorliegen. Eine abweichende Schrittweise beeinträchtigt also die Feldsymmetrie bei p2. 55

Während eine Änderung der Spulenweite die effektiven Windungszahlen beider Polzahlstufen - über die Sehnungsfak-toren - gleichzeitig beeinflusst, ist mittels Strangverschachte-lung eine voneinander unabhängige Festlegung erreichbar,

wobei man die Spulenweiten jeweils beim günstigen Wert W = 60 T2 belassen kann. Durch Strangverschachtelung bei der Erstpolzahl können insbesondere bei höheren Nutenzahlen je Pol und Strang vielfältige Varianten ausgeführt werden, wodurch die Zonen- bzw. Wicklungsfaktoren und damit das Verhältnis der Luftspaltinduktionen bei unveränderter Schaltung über einen 65 weiten Bereich veränderbar sind. Einen wichtigen Sonderfall stellen solche Strangverschachtelungen dar, bei denen 7t/3 breite Wicklungszonen auf einen verdoppelten Erstreckungs-bereich von 2 n/3 aufgefächert werden, da sich mit solchen

Wicklungen eine besonders günstige Feldsymmetrie ergibt, stige Feldsymmetrie ergibt.

Eine besonders einfache Polumschaltung mit nur sechs Anschlussklemmen und lediglich einem dreipoligen Umschalter wird erreicht, wenn die G Grundwicklungszweige für die Erstpolzahl 2pi fest in Dreifachstern-Schaltung mit galvanisch getrennten Mittelpunkten verbunden sind, wobei letztere die Anschlusspunkte für die zweite Polzahlstufe bilden. Die in ihrer Windungszahl entsprechend angepassten Nullzweige können wahlweise parallel oder in Reihe zur Grundwicklung angeschlossen sein. Im letzteren Fall wird die bei der Erstpolpaarzahl pi wirksame Windungszahl erhöht, was im Sinne eines erwünschten Angleichs der Luftspaltinduktion dann empfehlenswert ist, wenn pi grösser als die durch drei teilbare Zweit-polpaarzahl p2 ist. Mit Rücksicht auf gleiche Strombelastung und konstante Spulendurchflutung sind dabei die Spulenwindungszahlen wN der Nullzweige gegenüber den Spulenwindungszahlen wG der Grundwicklung auf Vi zu verringern und deren Leiterquerschnitte auf das Dreifache zu vergrössern. Bei stark differierenden Leistungen, z. B. Lüfterantrieben, sind bei den für die hohe Polzahl in Reihe geschalteten Nullzweigen ohne thermische Gefährdung erheblich vergrösserte Stromdichten zulässig, d. h. man kann ihren Querschnitt entsprechend verringern und dafür ihre Windungszahl erhöhen. Anstatt die Nullzweigwindungszahl zu vergrössern, kann man sie aber auch verringern.

Beide Fälle führen jedoch zu einer gestörten magnetischen Symmetrie und bewirken eine stark vergrösserte Felderwellig-keit mit Subharmonischen.

Bei einer Drehstromwicklung nach der Erfindung mit in Dreifachstern/Dreifachstern geschalteter Grundwicklung sind infolge der mehrfachen Parallelzweige die Spulenwindungszahlen grösser als bei den bekannten in Dreieck/Zweifachstern und Stern/Zweifachstern geschalteten PAM-Wicklungen, so dass entsprechend den ausführbaren ganzzahligen Spulenwindungszahlen eine feinstufigere Spannungsanpassung möglich ist bzw. eine Anwendbarkeit auch bei Niederspannungsmaschinen mit höheren Leistungen gegeben ist.

Die durch Strangverschachtelung, Änderung der Spulenweite sowie wahlweise Parallel- oder Reihenschalten der Nullzweige möglichen Massnahmen zur Anpassung der effektiven Windungszahlen reichen für grosse Polzahl-Spreizungen und/ oder für Ventilatormotoren nicht immer aus, zumal dann bei der kleineren Polzahl relativ geringe Wicklungsfaktoren hingenommen werden müssten, was die Maschinenausnutzung verschlechtert. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, bei der Grundwicklung eine Dreieck/Dreifachdreieck- oder Stern/Dreifach-dreieck-Umschaltung vorzusehen, wobei der in seiner Windungszahl entsprechend bemessene Nullzweig ebenfalls parallel oder in «innerer» oder «äusserer» Reihenschaltung an die Grundwicklung geschaltet sein kann. Die notwendige Klemmenzahl erhöht sich hierbei jenach Ausführung auf 9 bis 12 Klemmen und es müssen bei der Umschaltung Brückenverbindungen für die Mehrfachdreieck-Stufe gelegt werden. Im Vergleich zu den Ausführungen mit 6 Klemmen und in Dreifachstern/Dreifachstern geschalteter Grundwicklung vergrössert sich das Verhältnis der Strangwindungszahlen hochpo-lig : niederpolig von eins auf drei bei Dreieck/Dreifachdreieck bzw. 3^3 bei Stern/Dreifachdreieck-Umschaltung. Bei «innerer» Reihenschaltung der Nullzweige können diese Verhältnisse für pi>p2 noch um das (1 + N/G>fache vergrössert werden, wobei sämtliche Wicklungsspulen der Null- und Grundwicklungszweige mit gleicher Windungszahl oder gleichem Drahtquerschnitt ausgeführt sind.

Der Unterschied zwischen «innerer» und «äusserer» Reihenschaltung besteht darin, dass die Null- und Grundwicklungszweige für die «innere» Reihenschaltung bei jedem Wicklungsstrang unmittelbar in Reihe liegen und die drei Stränge in Dreieck oder Stern geschaltet sind. Für die «äussere» Reihen-

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Schaltung sind die Nullzweige jeweils an Dreieckpunkten der bei nicht oder % gesehnten Spulen auf die gleiche Grösse ver-Grundwicklung angeschlossen. Da dann die Nullzweige den ringert werden, wie bei günstig gesehnten, nicht umschaltbaren V3-fachen Strangstrom führen, sind für gleiche Stromdichten Zweischichtwicklungen. Bei anderen Spulenweiten ergibt sich um den gleichen Faktor verringerte Spulenwindungszahlen bei ein darüber hinaus verminderter Oberwellengehalt (oberentsprechend erhöhten Leiterquerschnitten erforderlich. 5 wellenarme Wicklung). Das Versetzen von Teilwicklungen ist Wegen der gleichzeitig um rJ6 verschobenen Phasenlage die- hinsichtlich der Oberwellenminderung gleichwertig mit einer ser Ströme empfiehlt es sich, die Nullzweige mit ebenfalls um Spulensehnung. Der Fertigungsaufwand solcher Wicklungen jt/6 versetzten Achsen auszubilden. ist dann zwar ähnlich hoch wie bei getrennten Wicklungen, die

Zur praktischen Ausbildung von erfindungsgemäss polum- Maschinenausnutzung jedoch wesentlich besser.

schaltbaren Drehstromwicklungen eignen sich insbesondere io Auch auf die bei den bisherigen Darlegungen vorausge-Zweischichtwicklungen mit Spulen gleicher Weite. Bei allen setzte Gleichachsigkeit aller parallelgeschalteter Wicklungs-Wicklungsgruppierungen, bei denen mindestens jeweils zwei zweige kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn die dann demselben Wicklungszweig zugehörige Spulenseiten nebenein- auftretenden Ausgleichsströme hingenommen werden können, anderliegen, kann man diese zu konzentrierten Spulengruppen In diesem Fall lassen sich polumschaltbare Drehstromwicklun-zusammenfassen. Z. B. ist dies bei den in Tabelle XII dargestell- 15 gen für verringerte Nutenzahlen ausführen.

ten Varianten a, d und 1 möglich, wo sich jeweils zwei unmittel- Es ist auch möglich, in an sich bekannter Weise für eine der bar benachbarte Spulenseiten als konzentrisch verlegte Dop- beiden Polpaarzahlen eine niedrigere Speisespannung anzule-pelspulen zusammenfassen lassen. Eine Wicklungsausbildung gen, insbesondere durch Vorschaltdrosseln oder induktive mit solchen konzentrischen Spulengruppen ermöglicht ver- Spannungsteiler.

schiedene Leiterzahlen in den äusseren und inneren Spulen 20 Eine besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der ohne dadurch die Phasenlage der gesamten Spulenspannung zu erfindungsgemässen Wicklungen mit Dreifachstern/Dreifachverändern. stern-Umschaltung der Grundwicklung ist für Pumpspeicher-Auf diese Weise können bei Spulengruppen mit einem mitt- maschinen grosser Leistung gegeben, bei denen bisher wegen leren Durchmesserschritt für eine ungeradzahlige Zweitpol- Fehlens geeigneter polumschaltbarer Drehstromwicklungen paarzahl (p2 = 3n) die einzelnen Spulen abwechselnd mit unter- 25 getrennte Wicklungen notwendig waren (siehe BBC-Mitteilun-schiedlichen Leiterzahlen je Schicht ausgeführt werden, z. B. gen 7/74, Seiten 327 bis 331). Für die hierfür benötigten relativ 4+5 Leiter je Nut. Je nachdem, ob die effektive Windungszahl geringen Polzahlunterschiede bei generatorischem und motori-der höheren oder niederen Polpaarzahl vergrössert sein soll, schem Betrieb bietet sich die erfindungsgemässe Drehstromerhalten die inneren oder die äusseren Spulen die grössere wicklung in besonders vorteilhafter Weise an. Die bei der Windungszahl, wobei die Unterschiede zwischen den Win- 30 durch drei teilbaren Polpaarzahl mit Durchmesserschritt aus-dungszahlen beider Spulen auch grösser als «eins» sein können, geführten Spulen sind für die andere Polzahl praktisch optimal Der Unterschied «eins» erlaubt die üblichen «halben» Windun- gesehnt, so dass sich ein minimaler Oberwellengehalt ergibt, gen, z. B. 4,5 Windungen nach obigem Beispiel. Mit Spulen glei- ohne dass besondere Massnahmen, wie das Übereinanderlegen eher Weite lassen sich ansonsten nur bei einem von der Poltei- zweier gegenseitig versetzter Teilwicklungen für oberwellen-lung für pi abweichenden Spulenschritt unterschiedliche 35 arme Wicklungsvarianten, notwendig sind.

Leiterzahlen ausführen. Bei Verwendung in polumschaltbaren Asynchronmaschi-

Wenn man, ausgehend von einer solchen Zweischichtwick- nen kann ein wesentlich grösserer Leistungsbereich als bei den lung, jede zweite Spule weglässt, z. B. die innere oder äussere bekannten PAM-Wicklungen überdeckt werden; zum einen Spule einer zweifach konzentrischen Spulengruppe, und dafür wegen der günstigeren Wicklungssymmetrie und der davon die verbleibenden Spulen mit doppelter Windungszahl aus- 40 herrührenden geringeren Feldoberwelligkeit. Zum anderen führt, ergibt sich eine Einschichtwicklung, die zwar etwas gros- wird wegen der höheren Zahl paralleler Wicklungszweige und sere Oberwellenfelder als eine Zweischichtwicklung aufweist, den Möglichkeiten der Strangverschachtelung eine erheblich dafür aber besonders einfach im Aufbau ist. Notwendige Vor- feinstufigere Anpassung der Magnetisierung entsprechend den aussetzung für solche einschichtigen oder mit konzentrischen erzielbaren Stufensprüngen der effektiven Windungszahlen Spulengruppen ausgeführten Wicklungen ist eine gegenüber 45 erreicht.

der erforderlichen Mindestnutzahl auf das zwei- oder mehr- Die Erfindung ist sowohl für Drehstromwicklungen im fache vergrösserte Nutenzahl. Ständer und/oder Läufer bei rotierenden Maschinen als auch

Zweischichtwicklungen nach der Erfindung mit regulär aus- bei linearen oder sektorförmigen Wanderfeldmaschinen mit gebildeten Nullwicklungszweigen entsprechen bei unver- gleichen Vorteilen anwendbar.

schachtelter Zonengruppierung hinsichtlich ihrer bei pi = 50 Die Erfindung ist darüber hinaus eingehend, insbesondere 3m ± 1 vorhandenen Oberwellenfelder denen üblicher Dreh- für unterschiedliche markante Ausführungsbeispiele solcher Stromwicklungen. Mittels Strangverschachtelung lassen sich Drehstromschaltungen an Hand der Zeichnung und Tabellen die Wicklungsfaktoren in relativ weiten Grenzen verändern, nachfolgend auch theoretisch grundlegend erläutert.

um bei uneränderter Schaltung ein günstiges effektives Win- Es zeigen dungszahlverhältnis, bzw. eine günstige Flussdichterelation zu 55 Fig. 1 die Phasenlage der zu einem Strang gehörigen Wickerreichen. Es kann jedoch dadurch ein vergrösserter Oberwel- lungszonen bei der Erstpolpaarzahl pi für eine konventionelle lenanteil auftreten. Da solche Oberwellenfelder das Betriebs- sechszonige Wicklungsanordnung,

verhalten beispielsweise einer Asynchronmaschine ungünstig Fig. 2a, b geänderte Phasenlagen und Zonenbreiten für eine beeinflussen, ist man insbesondere bei grösseren Maschinen an von 2pi = 8 bzw. 10 auf 2p2 = 6 umschaltbare Wicklung,

deren Beseitigung oder Verringerung interessiert. t>o Fig. 3 die Unterteilung des Spulenseitensterns für p2= 3n in

Man kann hierzu zwei gegeneinander versetzte oder unter- Grundwicklungs- und Nullzweigzonen,

schiedlich ausgebildete Teilwicklungen übereinander legen und Fig. 4 ein Wicklungsschaltbild mit einer in Dreifachstern/ deren Wicklungszweige jeweils in Reihe schalten. Dabei lassen Dreifachstern geschalteten Grundwicklung mit sechs Kiemsich auch, analog zu DT-OS 2 221 115, in an sich bekannter men und parallelgeschalteten Nullzweigen mit G : N = 9:1, Weise einzelne Spulen zusammenfassen, wodurch sich einfa- bs Fig. 5 eine gleiche Schaltung wie Fig. 4 mit G : N = 3 :2,

eher herstellbare, sogenannte zonenüberlappte Zweischicht- Fig. 6 eine gleiche Schaltung der Grundwicklungszweige

Wicklungen ergeben. Bei symmetrischer Nullzweigausbildung wie Fig. 5 und in Reihe geschaltete Nullzweige mit G : N = 3 :2, können dadurch die Oberwellenfelder beider Polzahlen auch Fig. 7 bis 9 verschiedene Wicklungsschaltbilder für grössere

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Polzahlspreizungen mit in Dreieck/Dreifachdreieck bzw. Stern/Dreifachdreieck geschalteten Grundwicklungszweigen und jeweils parallelgeschalteten Nullzweigen,

Fig. lOa-e die Phasenlage der Ströme für Nullzweige in äusserer Reihenschaltung und Ausbildungsmöglichkeiten dafür mit um 7t/6 versetzten Wicklungsachsen,

Fig. 11 a, b, c und 12a, b, c verschiedene Schaltbilder für Dreieck/Dreifachdreieck oder Stern/Dreieck-Umschaltungen mit durchwegs gleichen Wicklungsspulen und in innerer Reihenschaltungen eingefügten Nullzweigen,

Fig. 13 bis 23 zeigen Beispiele, in denen jeweils die räumliche Spulenseitenverteilung eines Wicklungsstranges der Erst-polzahj, dessen Zuordnung zu den einzelnen Wicklungszweigen der Grundwicklung und zu den Nullzweigen, die vorhandene Feldform in der Polardarstellung des Goerges-Polygons für Zweischichtwicklungen mit verschiedenen Spulenschrittweiten und die Spulenseitensterne dargestellt sind.

Im einzelnen zeigen

Fig. 13 eine 10/6polige Wicklung für die Mindestnutzahl ZN = 45 Nuten, mit 2 %!3 breiten Ursprungszonen,

Fig. 14,15 zwei Varianten einer 10/6poligen Wicklung für ZN = 90 Nuten, mit Strangverschachtelungen,

Fig. 16 eine 10/12polige Wicklung für ZN = 90 Nuten, Fig. 17 bis 19 verschiedene 14/12polige Wicklungen für ZN = 63 und 126 Nuten,

Fig. 20 eine 20/6polige Wicklung für ZN = 72 Nuten, die für eine Dreieck/Dreifachdreieck- oder Stern/Dreifachdreieck-Umschaltung vorteilhaft ist,

Fig. 21 bis 23 in unterschiedlicher Weise zusammengefasste gleichachsige oder um tü6 versetzte Nullzweige für die äussere Reihenschaltung,

Fig. 24 in vereinfachter Darstellung den Unterschied zwischen dreiachsig-symmetrischen-sowie-periodischen Goerges-Polygonen.

Die ergänzenden Tabellen umfassen folgende Zusammenstellungen:

Tabelle I Systematische Aufteilungsmöglichkeiten in G Grundwicklungszweige und N Nullzweige bei verschiedenen m = 1 ...0 und 2pi = 4 bis 56.

Tabelle II Notwendige Klemmenzahl und vorliegende Windungszahlverhältnisse bei unterschiedlichen Schaltungen mit parallelen Nullzweigen.

Tabelle III Varianten, die eine Zonenerstreckung von 2 jt/3 bei ungerader Erstpolpaarzahl erfordern.

Tabelle IV Verschiedene Polzahlkombinationen bis pi = 52 und p2 = 36.

Tabelle V Erforderliche Mindestnutzahlen für Wicklungen mit 2p2 = 6,12,18 und 24.

Tabellen VI bis XI Wicklungsfaktoren, Flussdichterelationen und Feldformhinweise für die in den Fig. 13 bis 23 angegebenen Wicklungen bei verschiedenen Spulenschrittweiten und Wicklungsschaltungen.

Tabelle XII und XIII Verschiedenartige Strangverschachtelungen und deren Systematik bei der Erstpolzahl für ein Beispiel mit qi = 6 Nuten je Pol und Strang.

Tabelle XIV Verschiedene, aus Elementargruppierungen mit G : N = 3 :1 hergeleiteten, verschachtelten Zonenanordnungen für die Zweitpolzahl.

Tabelle XV Einfluss von Zonenbreite und Spulenschrittweiten auf die Feldform und Symmetrie bei beiden Polzahlen. Die nachfolgend benutzten Begriffe sind wie folgt definiert: Wicklungszweige bestehen jeweils aus gleichvielen in Reihe geschalteten Spulen.

Wicklungsstrang einer jeden Phase setzt sich aus mehreren Wicklungszweigen zusammen.

Nutenstern gibt die Phasenlage der einzelnen Nuten in elektrischen Winkelgraden an und gilt jeweils für eine zugeordnete Polzahl.

Spulenseitenstern {mit gleicher Bezifferung wie Nutenstern) bezieht sich jeweils auf die in einer Nutschicht liegenden Spulenseiten.

Wicklungszonen sind mit Spulenseiten des gleichen Wicklungsstranges bzw. Wicklungszweiges belegte Abschnitte (d. h. Umfangsbereiche in der Maschine oder Sektoren im Spulenseitenstern).

Zonenachse ist die Symmetrielinie einer Wicklungszone.

Mit den Symbolen O, A, □ sind die Grundwicklungszweige und mit O die Nullzweige bezeichnet. Die mit gleichen Symbolen gekennzeichneten Grundwicklungszweige gehören bei der Zweitpolzahl 2p2 jeweils zum gleichen Wicklungsstrang.

Eine Grundvoraussetzung für die polumschaltbaren Wicklungen nach der Erfindung ist, dass die jeweils gleichphasigen Wicklungszonen eines Wicklungsstranges für die Erstpolzahl 2pi hinsichtlich ihrer Phasenlagen bei der Zweitpolzahl 2p2 lük-kenlos und überlappungsfrei auf den gesamten Umfang des Nuten- bzw. Spulenseitensternes aufgefächert werden. Räumlich liegen die genannten Wicklungszonen gleichmässig über den Umfang verteilt im Abstand der Polteilung xi voneinander entfernt. Sie umfassen bei einer konventionell ausgebildeten unverschachtelten Ganzlochwicklung jeweils qi = ZN/6pi in nebeneinanderliegenden Nuten untergebrachte Spulenseiten. Aufeinanderfolgende Wicklungszonen sind abwechselnd gegensinnig durchflutet, was in Fig. 1 durch die bei den ungeradzahlig numerierten Zonenachsen vom Zentrum weg und bei den geradzahlig numerierten Zonenachsen zum Zentrum hin gerichteten Pfeilspitzen zum Ausdruck kommt. Die Zonenbreite beträgt ìt/3 bei der Erstpolpaarzahl pr, für die Zweitpol-paarzahl p2 wird sie im Polzahlverhältnis auf ß = n/3 • p2/pi verändert.

Aufeinanderfolgende Zonenachsen, die bei der Erstpolpaarzahl um den elektrischen Winkel 71 entfernt sind, schliessen dann den Winkel a = 7tp2/pi ein, wie es in Fig. 2a für eine 8/6polige Umschaltung und in Fig. 2b für eine 10/6polige Umschaltung gezeigt ist. Mit a' ist derjeweilige Winkel zwischen den unmittelbar benachbarten Zonenachsen bezeichnet.

Für die geforderte lückenlose und überlappungsfreie Auffächerung der Wicklungszonen auf die gesamte Peripherie des Nutensternes muss ß/a' eine ganze Zahl sein. Dies ist jedoch für Ursprungswicklungen mit Zonenbreiten jt/3 bei der Erstpolzahl 2pi nur der Fall, wenn das Polpaarzahlverhältnis pi : p2 oder p2 : pi ein geradzahlig : ungeradzahliger Bruch ist (Fig. 2a).

Bei einem ungeraden : ungeraden Polpaarzahl-Verhältnis (doppelt ungerades Verhältnis) ist hingegen ß : a' ein Bruch mit der Zahl Zwei im Nenner (Fig. 2b), so dass mit rc/3-breiten Wicklungszonen bei der Erstpolpaarzahl pi die gestellten Forderungen auf überlappungsfreies und lückenloses Ausfüllen des gesamten Umfanges des Spulenseitensternes für die Zweitpol-paarzahl p2 = 3n nicht erfüllt werden. In einem solchen Fall müssen daher entweder Dreizonenwicklungen mit der halben Anzahl doppeltbreiter Wicklungszonen 2 jt/3 vorgesehen werden, was jedoch die Aufteilungsmöglichkeiten in gleichphasige Wicklungszweige einschränkt, oder es ist bei uneingeschränkter Anzahl von Parallelzweigen eine Strangverschachtelung auf doppelte Zonenerstreckung notwendig, wozu im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen weiter unten eingegangen wird.

Weisen beide Polpaarzahlen einen gemeinsamen Teiler u auf, dann ergeben sich u-fach deckungsgleiche Sterne mit 2pi/u bzw. pi/u verschiedenphasigen Zonenachsen, u stellt dabei einen Vervielfachungsfaktor dar, entsprechend dem sich eine niederpoligere Wicklung im praktischen Fall u-mal am Maschi-nenumfang wiederholt.

Das kennzeichnende Merkmal von erfindungsgemässen Wicklungen ist die Unterteilung jedes Wicklungsstranges der Erstpolzahl 2pi in 2pi/t gleichphasige Wicklungszweige. Von diesen bildet eine durch drei teilbare Anzahl G die sogenannte

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Grundwicklung, die für beide Polzahlstufen wirksam ist und zur Polumschaltung auf die Zweitpolzahl 2p2 zu je einem Drittel auf alle drei Wicklungsstränge umgruppiert wird. Die restlichen N Wicklungszweige sind als sogenannte Nullzweige ausgebildet und nur bei der Erstpolpaarzahl pi wirksam. In der zweiten Polzahlstufe mit 2p2 = 3n ergänzen sich dagegen die in ihnen induzierten Spannungen zu Null.

In charakteristischer Weise werden hierzu die Wicklungsspulen den einzelnen Wicklungszweigen derart zugeordnet,

dass sich bei den für 2p2 = 6n hinsichtlich ihrer Phasenlage auf den ganzen Umfang des Spulenseitensterns aufgefächerten Wicklungszone eine dreiachsig symmetrische Sektoranordnung gemäss Fig. 3 ergibt. Zwischen den von den Grundwicklungszweigen O, A, □ gebildeten Sektoren, die Grundwicklungszonen mit der Breite cp liegen jeweils die von den Nullzweigen O gebildeten Sektoren die Nullzweigzonen mit der Breite \|/. Entsprechend der Aufteilung in Grundwicklungs- und Nullzweige verhalten sich die Sektorwinkel wie (p/ \|/ = G/N mit (p + \j/ = 2 W3.

Ausser der in Fig. 3 gezeigten Sektoraufteilung sind auch verschachtelte Zonenaufteilungen für p2 = 3n möglich, wozu die Sektoren (p und/oder \j/ unterteilt und gegenseitig versetzt angeordnet werden können, wie nachfolgend noch anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wird.

Jeder Nullzweig ist jeweils aus drei in Reihe liegenden Wicklungsabschnitten zusammengesetzt, die den drei gegenseitig um 2 tt/3 versetzten Nullzweigzonen O in Fig. 3 bzw. jeweils einem Teil derselben entsprechen.

Eine besonders einfache Polumschaltung nach Fig. 4 mit nur sechs Anschlussklemmen und lediglich einem dreipoligen Schalter als Umschaltvorrichtung ist möglich, wenn man die Wicklungszweige der Grundwicklung in an sich bekannter Weise in Dreifachsternschaltung (Y3) mit galvanisch getrennten Sternpunkten schaltet, wobei die drei Sternpunkte die Anschlusspunkte für die zweite Polzahlstufe bilden. Die Nullzweige können dann ebenfalls in Stern (Y) geschaltet und parallel an die Grundwicklung angeschlossen sein. Da sich sechszo-nige Ganzlochwicklungen regulär in maximal 2pi gleichwertige Parallelzweige unterteilen lassen, gilt für die Zahl der jeweils die Grund- und Nullzweigwicklungen bildenden Wicklungsteil G + N = 2pi/t, wobei t einen ganzzahligen Teiler von 2pi bedeutet.

Ein 2p i = lOpoliger Wicklungsstrang lässt sich z. B. in zehn oder fünf gleichphasige Zweige aufteilen. Die Zahl G der bei beiden Polzahlen vorhandenen Grundwicklungszweige ist drei oder eine durch drei teilbare Zahl, so dass man gemäss Fig. 4 bei zehn gleichphasigen Zweigen eine Aufteilung G/N = 9:1 wählen kann. Die Spulen der parallelgeschalteten Nullzweige müssen hierfür mit dreifacher Windungszahl ausgeführt werden. Ausgehend von fünf gleichphasigen Zweigen können aber auch alle Spulen gleiche Windungszahlen erhalten und gemäss Fig. 5 parallelgeschaltet sein. Die Nullzweige umfassen in diesem Fall % der gesamten Wicklung.

Da bei parallelgeschalteten Nullzweigen in beiden Polzahlstufen gleiche Windungszahlen wi = W2 wirksam sind, eignet sich diese Schaltung vor allem für nahe beisammenliegende Polpaarzahlen pi und p2, um bei Betrieb mit gleicher Spannung gemäss B ^ W g ^ g P -]

W1 * ^ 1 P2

angeglichene Luftspaltflussdichten Bi und B2 zu erhalten.

Gemäss Fig. 6 kann der Nullzweig bei gleicher Zahl von Anschlussklemmen auch in Reihenschaltung an die Grundwicklung angeschlossen sein. Dadurch wird die bei der Erstpolzahl 2pi wirksame Windungszahl erhöht, so dass sich diese Schaltungsvariante für pi>p2 und grössere Polzahlunterschiede empfiehlt, um die Flussdichten im Luftspalt einander anzupassen. Die Schaltung nach Fig. 6 ist z. B. für eine 10/6polig

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umschaltbare Wicklung geeignet, wobei mit Rücksicht auf eine konstante Strombelastung und ausgeglichene Spulendurchflu-tungenbei2pi = 10 die Windungszahlen der Grundwicklungsund Nullzweigspulen im Verhältnis 3 :2 stehen müssen.

Die Tabelle I zeigt eine systematische Zusammenstellung der bei verschiedenen Erstpolzahlen 2pi = 4...56 möglichen Aufteilungen der gesamten Wicklung in G Grundwicklungsund N Nullzweige. Die angegebenen Zahlen G und N sind Relati vzahlen, die sich jeweils auf die maximal mögliche Parallelzweigzahl amax = N + G = 2pi beziehen.

Bei den Schaltungen nach den Fig. 4,5 und 6 sind, abhängig davon, ob die Nullzweige in Parallel- oder in Reihenschaltung an die Grundwicklung angeschlossen werden, unterschiedliche Windungszahlen für die Grundwicklungs- und Nullzweigspulen erforderlich. Bei diesen Schaltungen sind zwar alle zu einem Strang gehörigen Wicklungszweige phasengleich und haben den gleichen Wicklungsfaktor; Null- und Grundwicklungszweige sind jedoch im allgemeinen aus einer unterschiedlichen Zahl von Spulen zusammengesetzt.

Mit Rücksicht auf Spannungsgleichheit gilt bei Parallelschaltung für die erforderliche Spulenwindungszahlen

Wn(ii) = G/(3N)-wG-aN

und wegen des dreifachen Spulenstroms bei Reihenschaltung:

wNI-)= Vi wG*aH,

worin wG und wN die Spulenwindungszahlen der Grundwicklungs* und Nullzweige und aN die Zahl der gegebenenfalls vorhandenen Nullzweig-Parallelpfade bedeuten. Durch eine aN-fache Nullzweig-Parallelschaltung wird die notwendige Spulenwindungszahl wN entsprechend vervielfacht; vergleiche z. B. Fig. 5, wo aN= 2 parallele Nullzweige vorgesehen sind, um durchwegs gleiche Spulenwindungszahlen wN = wG zu erhalten. Die Zahl der maximal möglichen Nullzweig-Parallelphasen aN,max ist durch den grössten gemeinsamen Teiler t der in Tabelle I aufgeführten Zahlenwerte für G und N festgelegt.

Für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere bei grossen Polzahlunterschieden und/oder für Motoren zum Antrieb von Pumpen oder Ventilatoren ist es wünschenswert, die bei der grösseren Polzahl wirksame Windungszahl beträchtlich zu vergrössern.

Für den Fall, dass pi>p2 ist, z. B. bei 16/6- oder 20/6poligen Maschinen, kann man hierzu für die Grundwicklung eine Dreieck-Dreifachdreieck ( AI A3)-Umschaltung verwenden, wie sie in Fig. 7 angedeutet ist. Die in ihrer Windungszahl entsprechend bemessenen Nullzweige liegen jeweils parallel zu den drei in Reihe geschalteten Nullzweigen. Im Gegensatz zu der für die vorherige Schaltung angegebenen Beziehung ist hierfür eine auf das Dreifache vergrösserte Spulenwindungszahl wN(Ii)A = G/N wG-aN erforderlich.

Mit den Bezeichnungen U, V, W ist auf die Zugehörigkeit zu den drei Wicklungssträngen bei der Erstpolpaarzahl pi hingewiesen. Es sind nunmehr neun statt bisher sechs Anschlussklemmen notwendig. In den Fig. 7b, 7c sind die Anschlussschemata gezeigt, wobei für 2p 1 eine Dreieckschaltung mit parallelem Nullzweig und für 2p2 eine Dreifachdreieckschaltung mit jeweils G/3 Grundwicklungszweigen und kurzgeschlossenem, d. h. wirkungslosem Nullzweig, vorliegt.

Ist im umgekehrten Fall p2>pi, z. B. 4/18poIig, dann können die Wicklungszweige gemäss Fig. 8 geschaltet werden. Der Nullzweig - dessen Spulen hierbei mit der gleichen Windungszahl wN(H) ausgeführt sind wie bei den eingangs behandelten Mehrfachstern-Umschaltungen mit sechs Klemmen - erfordert zwei zusätzliche Klemmen. In der hochpoligen Stufe erfolgt der Anschluss an den Klemmen 1,4 und 7, wobei nur die in Dreieck geschaltete Grundwicklung Strom führt, die kurzgeschlossenen Nuljzweige sind wirkungslos. Für niederpougen

7

'j

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

bO

fr5

621019

8

Betrieb werden die Netzanschlüsse an 1,2 und 3 gelegt und es sind acht Schaltbrücken jeweils zwischen den Klemmen 1-4-7, 2-5-8-10 und 3-6-9-11 für eine Vierfach-Dreieckschaltung notwendig.

Mit zehn Klemmen lässt sich auch eine Stern/Dreifachdrei- 5 eck-Umschaltung der Grundwicklung durchführen, wie es analog zu Fig. 7 in Fig. 9 für pi>p2 dargestellt ist. Die Klemme 10 ist in der zweiten Polzahlstufe mit p2 = 3n notwendig, um in Verbindung mit der Schaltbrücke 1-4-7 die Dreifachdreieckschaltung zu schliessen. Bei einem umgekehrten Polzahlverhältnis i o mit p2>pi und Stern/Vierfachdreieckschaltung sind analog zu Fig. 8 zwei zusätzliche Nullzweigklemmen notwendig.

In Tabelle II sind die erforderlichen Klemmzahlen und die dabei vorliegenden Windungszahlverhältnisse für parallelgeschaltete Nullzeige zusammengestellt. 15

In allen Fällen könnte anstelle der in den Fig. 7 bis 9 vorgenommenen Parallelschaltung der Nullzweige auch eine äussere Reihenschaltung mit Anschluss an den Dreieckspunkten der Grundwicklung vorgesehen werden. Im Anschlussschema nach Fig. 7b und 7c sind dann die Nullzweige jeweils zwischen R, S, T 20 und den Klemmen 1,4 und 7 bzw. den Klemmen 1,2 und 3 einzufügen und es sind insgesamt zwölf Anschlussenden erforderlich. Die Nullzweige führen dann den V3fachen Strangstrom, so dass deren Spulen eine reziprok dazu auf t/313 verringerte Windungszahl benötigen. Wegen der gleichzeitig um 71/6 verscho- 25 benen Phasenlage dieser Ströme (Fig. 10a) empfiehlt es sich, die Nullzweige gemäss Fig. 10b so auszubilden, dass deren Achsen ebenfalls um jt/6 versetzt sind.

Als schematisches Beispiel zeigt Fig. 10c für die Erstpolzahl 2pi die Zonenachsen U, V, W der drei Stränge einer unver- 30 schachtelten sechszonigen Wicklung, von denen jede jeweils G gleichphasige Grundwicklungszweige repräsentiert. Letztere sind z. B. beim Strang U, wie es sich aus der Aufteilung der in Fig. 1 angedeuteten Wicklungszonen gemäss Fig. 3 ergibt, aus unterschiedlichen Teilen der oberen (ungeradzahlig numerier- 35 ten) und unteren (geradzahligen) Wicklungszonen gebildet.

Zwei Möglichkeiten zur erforderlichen Zusammensetzung der für äussere Reihenschaltung geeigneten um 7t/6 phasenversetzten Nullzweige für eine Grundwicklung in Dreieckschaltung gemäss Fig. 10b gehen aus den Fig. lOd und e hervor. 40

Nach Fig. lOd sind die Nullzweige dreizonig angeordnet, wobei jeweils zwei unmittelbar benachbarte Teilzonen zu einer Nullzweigzone zusammengefasst sind. In den normalerweise negativ stromdurchflossenen Teilzonen (-U, -V und -W) der drei Stränge wird dabei der Durchlaufsinn umgekehrt. 45

Bei hälftiger Unterhaltung einer jeden Teilzone lässt sich gemäss Fig. 10e auch eine sechszonige Nullzweiganordnung erreichen. Hierzu muss allerdings die Zahl verschiedenphasiger Spulenseiten je Teilzone gerade sein.

In analoger Weise können die Nullzweige bei dreizonigen 50 und/oder strangverschachtelten Wicklungsanordnungen für die Erstpolzahl 2pi ausgebildet werden.

Mit insgesamt 12 Anschlussenden lässt sich auch eine «innere» Reihenschaltung der Nullzweige ausführen, wie es in Fig. 11 für eine Dreieck/Dreifachdreieck- und in Fig. 12 für eine 55 Stern/Dreifachdreieck-Umschaltung dargestellt ist. Alle Wicklungsspulen sind hierfür völlig identisch ausgeführt und die Null- und Grundwicklungszweige phasengleich gruppiert.

Diese beiden Schaltungen eignen sich insbesondere dann, wenn die Erstpolzahl 2pi sehr viel grösser als die durch drei teilbare 60 Zweitpolzahl 2p2 ist. Infolge der Nullzweig-Reihenschaltung erhöht sich das Windungszahlverhältnis W1/W2 jeweils um das (1+N/G>fache.

Die Anschlussschemata für die hohe Erstpolzahl 2pi sind in den Fig. IIb und 12b gezeigt, die zur Umschaltung auf die nied- 65 rige Zweitpolzahl 2p2 notwendigen Schaltbrücken gehen aus den Fig. 11 c und 12c hervor. Die Nullzweige sind dann jeweils kurzgeschlossen.

Neben den bei Erläuterung des Grundprinzips betrachteten Ganzlochwicklungen sind auch Bruchlockwicklungen ausführbar. Da sich bei Ganzlochwicklungen die Spulenseitenanord-nung nach jedem Pol wiederholt, genügt es, wenn gemäss Fig. 2 bei der Ermittlung der bei der anderen Polzahl vorliegenden Phasenlage allein die Zonenachsen betrachtet werden. Bei Ergänzung zum Spulenseitenstern repräsentiert jeder Strahl im Stern der Zonenachsen jeweils ein symmetrisches Strahlenbüschel mit einer der Lochzahl qi entsprechenden Zahl von Spulenseiten. Im Gegensatz dazu sind bei Bruchlochwicklungen die Wicklungszonen abwechselnd jeweils aus einer unterschiedlichen Zahl von Spulenseiten gebildet, wobei sich die Anordnung erst nach u-Polteilungen wiederholt, worin u das sogenannte «Urschema» der Wicklung bedeutet. Die gebrochene Lochzahl q ist eine fiktive Zahl, die den Mittelwert der abwechselnd unterschiedlichen Spulenseitenzahlen je Pol und Strang angibt. Die Zonenachsen allein reichen für eine Beurteilung der Symmetrie des Spulenseitensterns nicht mehr aus, insbesondere dann, wenn die Erstpolpaarzahl pi ungeradzahlig ist.

Wie es für ein doppelt ungerades Polpaarzahlverhältnis bereits erläutert wurde, sind bei einer ungeraden Erstpolpaarzahl pi teilweise Zonenanordnungen mit einem Erstreckungs-bereich über 2 71/3 erforderlich.

Tabelle III enthält eine Zusammenstellung dieser Fälle. Die angegebenen Breiten und Erstreckungsbereiche der Wicklungszonen beziehen sich bei Bruchlochwicklungen auf den resultierenden 2pi-poligen Spulenseitenstern. Bei einer unverschachtelten Ganzlochwicklung sind Zonenbreite und Erstrek-kungsbereich identisch. Durch Strangverschachtelung lässt sich der Erstreckungsbereich der Wicklungszonen beliebig verbreitern. Einen wichtigen Sonderfall stellen solche Strangver-schachtelungen dar, bei denen 7t/3-breite Wicklungszonen auf einen genau doppeltbreiten Erstreckungsbereich von 2 71/3 aufgefächert werden. Solche Wicklungsanordnungen sind z. B. bei einem doppelt ungeradzahligen Polzahlverhältnis vorteilhafter als Dreizonenwicklungen, weil sie keine unerwünschten geradzahligen Harmonischen erzeugen.

Gemäss Tabelle III werden sich über 2 n!3 erstreckende Wicklungszonen bei ungerader Erstpolpaarzahl pi benötigt. Bei doppelt ungeradzahligem Polzahlverhältnis gilt dies allgemein, da andernfalls entsprechend Fig. 2b eine zu geringe Zonenaufspreizung ß/a' vorliegt.

Ungerade Erstpolpaarzahlen pi sind entweder Primzahlen (p*) oder Produkte aus mehreren Primzahlen, die grösser als drei sind. Im Hinblick auf die notwendige Aufteilung in mehrere phasengleiche Wicklungszweige für die Grundwicklungsund Nullzweige sind bei Primzahlen für pi nur Halblochwicklungen mit qi = Z/2 ausführbar, wobei es zum Erhalt gleichmäs-sig und dreiachsig symmetrisch gruppierter Spulenseitensterne notwendig ist, doppeltbreite (2 n/3) Wicklungszonen vorzusehen. Analoges gilt für Lochzahlen qi = Z/2p-, wenn pi ein Produkt aus Primzahlen p* grösser drei ist.

Unter Beachtung, dass bei beiden Polzahlen regulär ausführbare Lochzahlen - das sind die Nutenzahlen je Pol und Strang - qi und q2 vorliegen müssen, erhält man als erforderliche Mincfestnützahlen

ZN =

18 . p

1 . u = 9 & + N

u.

für n ^ 3k, d. h. bei p2 = 3,6,12,15... usw.

bzw.

ZM = 54 P1 • u = 27 G + N t ï

für n = 3k, d. h. bei p2 = 9,18,27... usw.

. U

621 019

Die letzte Gleichung resultiert aus den eingeschränkten Ausführbarkeitsbedingungen von Wicklungen mit p2 = 9»k, bei denen nur Bruchlochzahlen mit q2 = Z/2k möglich sind.

Der Faktor u in beiden Gleichungen ist dann einzusetzen, wenn pi und p2 kürzbar sind, d. h. wenn pi = u • pi ' und p2 = 5 u*p2' ist. Dies bedeutet, dass sich eine im Verhältnis pi' : p2' umschaltbare Wicklungsanordnung längs des Umfangs u-fach wiederholt.

Die angegebenen Gleichungen für die Mindestnutenzahlen lassen sich z. B. aus dem Spulenseitenstern für p2 = 3n gemäss 10 Fig. 3 herleiten. Die Öffnungswinkel <p, der von den Grund-, wicklungs- und Nullzweigen belegten Sektoren verhalten sich abhängig von der gewählten Aufteilung der Wicklungszweige wie G/N = <p/ \|/ mit <p + \)/ = 2 n!3.

Das kleinste Wicklungselement ist eine Einzelspule, die im 13 Spulenseitenstern als Strahl erscheint. Je nach der gewählten Aufteilung in Grundwicklungs- und Nullzweige ist eine Mindestzahl von gleichmässig verteilten Strahlen entsprechend G+N/t- 3 erforderlich. Da die Anzahl der Strahlen den bezüglich ihrer Phasenlage über den gesamten Umfang verteilten 20 Oberschichtspulenseiten eines einzigen Wicklungsstranges entspricht, muss die Mindestnutzahl das Dreifache, also G+N/t- 9 bei n # 3k betragen.

Die nochmals um das Dreifache erhöhten Nutenzahlen G+N/t • 27 bei n = 3k, d. h. p2 = 9,18,27 usw. sind notwendig, 25 um nicht regulär ausführbare Drittel-, Sechstel- usw. Lochwicklungen zu vermeiden.

In Tabelle IV sind eine Reihe praktisch ausführbarer Polpaarzahlverhältnisse mit Polzahlspreizungen pi : p2 bzw. p2 : pi bis etwa drei zusammengestellt. Sich längs des Umfanges mehr-30 fach wiederholende Wicklungsanordnungen sind jeweils als Zahlenwerte u* pi'/p2' (mit u als Vervielfachungsfaktor) angegeben. Die mit I bezeichneten Bereiche betreffen sechszonig ausführbare ungeradzahlig/geradzahlige Polpaarzahlverhältnisse. Falls dabei die Erstpolpaarzahl eine Primzahl ist (pi*), 35 sind ji/3-breite Wicklungszonen nur bei Ganzlochwicklungen entsprechend der Tabelle III ausführbar. Bei Halblochwicklungen und bei den mit II gekennzeichneten doppelt ungeradzahligen Polpaarzahlverhältnissen müssen Wicklungen mit doppeltbreiter Zonenerstreckung (2 n/3) vorgesehen werden. Die mit 40 Minuszeichen versehenen Polpaarzahlverhältnisse sind nicht ausführbar.

Für Wicklungen, die auf die Zweitpolzahlen 2p2 = 6,12,18 und 24 umschaltbar sind, enthält Tabelle V eine Zusammenstellung der erforderlichen Mindestnutenzahlen. Für die Auftei- 43 lung in Grundwicklungs- und Nullzweige sind dabei gemäss Tabelle I durchwegs jene Werte für G und N ausgewählt, die den grössten gemeinsamen Teiler t aufweisen. Die unterstrichenen Beispiele erfordern bei der Erstpolpaarzahl pi eine Wicklungsgruppierung mit 2 7i/3-breiten Zonen. Hierbei können aber50 auch bei geraden Zweitpolpaarzahlen p2 und verdoppelter Nutenzahl Sechszonenwicklungen ausgeführt werden. Ausführbare höhere Nutenzahlen ergeben sich durch Vervielfachung der angegebenen Mindestnutzahlen oder durch Wahl einer anderen Aufteilung in Grundwicklungs- und Nullzweige 35 nach Tabelle I. So beträgt z. B. für eine 20/18polige Wicklung für eine Aufteilung G : N = 3 :2 die nächstgrössere mögliche Nutenzahl ZN = 27 (3+2) = 135.

Es ist klar, dass mit steigenden Polzahlen auch die erforderlichen Mindestnutzahlen zunehmen. Besonders hohe Nuten- 60 zahlen ergeben sich insbesondere bei Zweitpolpaarzahlen p2 = 9,18,27 usw. und ebenso, wenn die Erstpolpaarzahl pi eine reine Primzahl (p*) ist, weil hier nur teilerfremde oder halbierbare Werte für G und N vorliegen.

Anders ist es dagegen bei ungeraden Erstpolpaarzahlen pi, die ein Produkt zweier Primzahlen (p*) grösser drei sind, z. B. für

65

pi = 5*5 = 25 pi =5-7 = 35 p, = 7.7 = 49

Hier sind Bruchlochzahlen mit den doppelten Primzahlenteilern im Nenner möglich, so dass sich z. B. eine 50/48polig umschaltbare Wicklung bereits mit ZN = 45 Nuten und einer Aufteilung der Wicklungszweige mit G = 30 und N = 20 ausführen lässt. Bei einer Verdoppelung der Nutenzahl auf ZN = 90 werden dann auch Wicklungsgruppierungen mit Tc/3-breiten Zonen im Spulenseitenstern und einer Aufteilung mit G : N = 9 :1, d. h. G = 45 und N = 5 möglich.

In Fig. 13 ist eine 10/6polig umschaltbare Wicklung für eine erforderliche Mindestnutenzahl ZN = 45 und einer Aufteilung G : N = 3 :2 gezeigt. Hierfür ist eine Ursprungsgruppierung mit 2 jt/3-breiter Wicklungszone erforderlich, für die in Fig. 13a die Oberschichtspulenseiten des 2pi = lOpoligen Wicklungsstranges gezeigt sind. Darunter sind in Fig. 13b die Zonenachsen für die Zweitpolzahl 2p2 = 6 eingezeichnet. Gemäss Fig. 13c sind zwei verschiedene 6polige Gruppierungen a, ß für eine Aufteilung mit G : N = 3 :2 möglich. Wahlweise gelten hierfür die in Fig. 13a oberhalb der Spulenseiten angegebenen Zuordnungssymbole zu den einzelnen Wicklungszweigen.

Die Gruppierung a entspricht der in Fig. 3 dargestellten Zonenanordnung; Gruppierung ß ist eine symmetrisch verschachtelte Variante mit dreifach unterteilten und aufgefächerten Grundwicklungszonen (jeweils eine Spulenseite). Dazwischen liegen die von jeweils einer Spulenseite gebildeten Nullzweigteilsektoren 1 und 2. Gegenüber der vollständigen sektorartigen Darstellung in Fig. 3 ist in Fig. 13c jeweils nur der Bereich einer Grundwicklungszone mit der Breite (p und die unmittelbar benachbarten Nullzweig-Teilsektoren mit einer Gesamtbreite \|/ - also insgesamt nur ein Drittel des 2p2-poligen Zonenplans - in linearer Abwicklung dargestellt.

Zur gegenseitigen Anpassung der Flussdichten im Luftspalt empfiehlt sich eine Reihenschaltung der Nullzweige gemäss Fig. 6.

Je nach Schrittweite ergeben sich die in Tabelle VI zusammengestellten Wicklungsfaktoren und Flussdichterelationen. Die zugehörigen Durchflutungspolygone sind in den Fig. 13d und 13e dargestellt. Bei der gewählten Mindestnutenzahl ZN = 45 betragen die Polteilungen te = 7,5 Nuten und tio = 4,5 Nuten. Bei Wahl des xt am nächsten kommenden Schrittes 1 bis 8 (Schrittweite W = 7) wären die Spulen für die andere Polzahl mit W/ tI 0 = 7/4,5 = 1,56 stark übersehnt und somit der Wicklungsfaktor |io sehr niedrig. Es ist daher vorteilhafter, die Schritte auf 1 bis 7 oder 1 bis 6 (Schrittweiten W = 6 oder W = 5) zu verkürzen.

Da beide Polpaarzahlen pi und p2 ungerade Zahlen sind, könnte man auch einen Schritt 1 bis 23 (Schrittweite W = 22) wählen. Dies entspräche dem halben Maschinenumfang und ergäbe für beide Polzahlen die kleinstmögliche Sehnung, weil dann die Spulenweite W von drei Polteilungen (3 t«) bei 2p2 = 6 bzw. von fünf Polteilungen (5 tio) bei 2p 1 = 10 jeweils nur um eine halbe Nutteilung abweichen würde. Eine solche Wicklung würde aber relativ lange Wickelköpfe aufweisen.

In den Fig. 13d und 13e sind für 2pi = 10 sowie für 2p2 = 6, Gruppierungen a und ß für Schrittweiten W = 6, W = 5 und W = 7 sowie für W = 22 Polardiagramme der Felderregerkurven (Goerges-Polygone) dargestellt. Die zugehörigen Werte der Wicklungsfaktoren und Flussdichteverhältnisse Be/Bio sind in Tabelle VI zusammengestellt.

Aus den nicht polarsymmetrischen Goerges-Polygonen nach Fig. 13d und e lässt sich erkennen, dass bei der Mindestnutzahl ZN = 45 geradzahlige Harmonische auftreten, die sich bei doppelter Nutenzahl ZN = 90 vermeiden lassen. Hierzu können zwei Wicklungen nach Fig. 13a so ineinander verschachtelt werden, dass die Spulenseiten der einen Wicklung (eine Hälfte) jeweils die ungeradzahligen Nuten und die Spulenseiten der

621019 10

anderen Wicklung (andere Hälfte) jeweils die geradzahligen die Goerges-Polygone insgesamt unregelmässiger werden. Nuten belegen, wobei die beiden Hälften um den halben Als weiteres Beispiel sind für eine 10/12polig umschaltbare

Umfang der Maschine versetzt und entgegengesetzt ström- Wicklung die Oberschichtspulenseiten eines 1 Opoligen Wickdurchflossen sind. lungsstranges für ZN = 90 Nuten in Fig. 16a für konventionelle

Diese Wicklung ist in Fig. 14 angedeutet, wobei die Spulen- 5 7t/3-breite Wicklungszonen und in Fig. 16b für strangverschach-seiten der zweiten Hälfte gestrichelt dargestellt sind. Die telte.auf 2 n/3 Erstreckung aufgefächerte Wicklungszonen dar-

Zuordnung zu den Wicklungszweigen ist nach Variante a gestellt. Die mit den Zuordnungssymbolen gekennzeichnete

Fig. 13c vorgenommen. Es ergibt sich hiermit eine symmetrisch Zugehörigkeit zu den einzelnen Wicklungszweigen ergibt im strangverschachtelte Sechszonenwicklung mit verdoppelter 6poligen Spulenseitenstern entsprechend dem gewählten Auf-Zonenerstreckung. Bei einer Spulenweite W = 10 (Schritt 1 bis io teilungsverhältnis G : N = 9 :1 in beiden Fällen die gleiche 11) sind die Wicklungsfaktoren und die Flussdichteverhältnisse Gruppierung mit Sektorbreiten <p = 108° und \|/ = 12°. identisch mit den Werten in Tabelle VI für Schritt 1 bis 6, Grup- In Tabelle VIII sind für Spulenweiten W = 7 und W = 8 die pierung a (1. Zeile). zugehörigen Wicklungsfaktoren und Flussdichterelationen bei

Bei Vergrösserung der Spulenweite auf W = 11 ergibt sich einer wahlweisen Parallel- oder Reihenschaltung des Nullzwei-|io = 0,793, = 0,861 und Be/Bio = 0,921. Bei Verringerung der is ges angegeben. Die beiden Spulenweiten weichen von der Pol-Spulenweite auf W = 9 wird |10 = 0,844, = 0,762 und Bs/Bio = teilung tu = 7,5 jeweils nur um eine halbe Nutteilung ab, so 1,11, wobei in beiden Fällen eine unveränderte Reihenschal- dass sich durchwegs gleiche Wicklungsfaktoren £12 = 0,855 tung der Nullzweige gemäss Fig. 6 angenommen ist. Die zuge- ergeben.

hörigen Durchflutungskurven auch für W = 10 (Goerges-Poly- Aus den Goerges-Polygonen nach Fig. 16c und 16d ergibt gone) sind in Fig. 14b und 14c dargestellt. Es zeigt sich, dass sie 20 sich, dass die Ausgangsgruppierung nach Fig. 16b eine wesent-bei beiden Polzahlen unabhängig von der Schrittweite j eweils lieh geringere Oberwelligkeit und bessere Wicklungssymme-sechsachsig spiegelsymmetrisch sind, was durch die auf 2 n/3 trie im 12poligen Betrieb aufweist (Fig. 16d). Hier sind dreiach-verdoppelte Zonenerstreckung bedingt ist. sig symmetrische und enger zusammenliegende Polygonzüge

Die durch besagte Strangverschachtelung auf 2 n/3 vorhanden. Die Polygonzüge nach Fig. 16c sind dagegen nur

Zonenerstreckung aufgefächerten Wicklungszonen lassen eine 25 einachsig symmetrisch und die innere und äussere Polygonuneingeschränkte Zahl von phasengleichen Wicklungszweigen schleife klaffen relativ weit auseinander. Die nur einachsige zu, so dass eine solche 1 Opolige Wicklung fürZN = 90 Nuten Symmetrie deutet auf unterschiedlich gruppierte Wicklungs-gemäss Fig. 15a auch im Verhältnis G : N = 9 :1 aufgeteilt wer- stränge hin. In allen Fällen schliessen sich die Polygonzüge erst den kann. Den zugehörigen Spulenseitenstern für 2p2 = 6 zeigt nach zwei Umläufen, was zeigt, dass eine Unterwelle halber Fig. 15b. Dort sind die Spulenseiten des in ungeradzahligen 30 Polzahl angeregt wird.

Nuten liegenden ersten Teilsystems ausserhalb des Kreises und Für eine 14/12polig umschaltbare Wicklung sind in die Spulenseiten des zweiten Teilsystems innerhalb des Kreises Fig. 17a die Oberschichtspulenseiten eines Stranges für 2pi = mit negativer Stromrichtung eingetragen. 14 mit 2 7t/3-breiten Wicklungszonen angedeutet. Bei der

In Tabelle VII sind die sich für verschiedene Schrittweiten gewählten Mindestnutenzahl ZN = 63 betragen die Lochzahlen ergebenden Wicklungsfaktoren und Flussdichteverhältnisse 35 qu = 1,5 und qi2 = 1,75 Nuten pro Pol und Strang. Die angege-unter Hinweis auf die zugehörigen Goerges-Polygone zusam- bene Zuordnung der Spulenseiten zu den einzelnen Wicklungs-mengestellt. Der Nullzweig kann wahlweise parallel oder in zweigen findet man anhand des 12poligen Spulenseitensterns Reihe zu den Grundwicklungszweigen geschaltet sein. Bei in Fig. 17b, wobei zur Aufteilung in Grundwicklungs- und Null einer Parallelschaltung nach Fig. 4 sind die Nullzweigspulen zweige G:N = (p:\|/ = 6:l festgelegt ist.

gegenüber den Spulen der Grundwicklungszweige mit dreifa- 40 Der Nullzweig kann parallel oder in Reihe zu der in Drei-cher Windungszahl auszuführen, wogegen sie bei Reihenschal- fachstern/Dreifachstern geschalteten Grundwicklung ange-tung nur ein Drittel der Windungszahlen wie für die Spulen der schlössen sein. Die Parallelschaltung erfordert dann Spulen mit Grundwicklungszweige benötigen. Die zugehörigen Goerges- verdoppelter Windungszahl gegenüber den Grundwicklungs-Polygone sind für 6poligen Betrieb in Fig. 15c dargestellt. Sie zweigen.

weisen eine dreiachsige Periodizität auf. Für die lOpolige Stufe 45 Für Spulenweiten von W = 5 und W = 4 - entspricht th± Vi bleiben die Polygone nach Fig. 14c unverändert 6achsig sym- - ergeben sich die in Tabelle IX eingetragenen Zahlenwerte metrisch. sowie die in Bild 17c und d dargestellten Goerges-Polygone.

NachFig. 15b sind den einzelnen Wicklungszweigen von Durch Verdoppelung der Nutenzahl auf ZN = 126 lassen jedem Teilsystem (Stranghälften mit voll und gestrichelt darge- sich sowohl die geradzahligen Feldharmonischen bei beiden stellten Spulenseiten in Fig. 15a) jeweils gleichviele Spulensei- 50 Polzahlen (fehlende Polarsymmetrie bei den Goerges-Polygo-ten zugeordnet, und zwar von den innerhalb des Kreises einge- nen) als auch die Subharmonischen bei 2p2 =12 (Auseinanderzeichneten je fünf der Grundwicklung (Sektor <pi) und von den klaffen der Polygonzüge) erheblich verringern, wenn man eine ausserhalb des Kreises liegenden je vier der Grundwicklung strangverschachtelte Ursprungsgruppierung mit verdoppelter sowie eine Spulenseite dem Nullzweig (Sektoren cp2 und \j/). Zonenerstreckung vorsieht. In Fig. 18a ist die räumliche Lage Analog zu Fig. 3 gilt hier 55 der Spulenseiten eines 14poligen Stranges und in Fig. 18b der zugehörige Spulenseitenstern für 2p2 = 12 gezeigt. Die ausser-~G_ q,! + <p2 halb des Kreises gezeichneten geradzahlig numerierten Spu-- lenseiten sind positiv, die übrigen negativ stromdurchflossen.

^ Die Achsen der beiden Teilsysteme sind um den einer halben

60 Nutteilung aN entsprechenden Winkel ô = aN/2 = (6077) Infolge der Gleichphasigkeit beider Teilsysteme lassen sich gegeneinander versetzt.

auch unterschiedliche Aufteilungen ausführen. In den Überlap- Im Vergleich zu den Werten in Tabelle IX verringern sich pungssektoren ü kann die Zuordnung einzelner Spulenseiten daher die Wicklungsfaktoren £12 bei gleicher relativer Spulenvertauscht werden, z. B. 55 und -10 oder 57 und -12, ohne weite auf das cos 8/2-fache. Es ist auch möglich, den Winkel S dadurch die Wicklungsfaktoren und §10 zu verändern. 65 grösser zu wählen, z. B. 8= 3 aN/2. Die in Fig. 18a gestrichelt Jedoch wird dies die Feldoberwelligkeit und Strangsymme- eingezeichneten negativ stromdurchflossenen Spulenseiten trie im 6poligen Betrieb beeinflussen, so dass die gemäss sind dann anders den einzelnen Zweigen zugeordnet. Bei 8 = 3 Fig. 15c vorhandene dreiachsige Periodizität verlorengeht und aN/2 ist z. B. diese Zuordnung für aufeinanderfolgende Wiek-

11 621 019

lungszonen paarweise gleich, d. h. die Spulenseiten 11,13,15 stante Spulendurchflutungen bzw. Stromdichten angenommen, sind dann in gleicher Folge wie die Spulenseiten 2,4,6 den ein- Prinzipiell sind jedoch auch davon abweichende Spulenwin-zelnen Zweigen zugeordnet und ebenso die Spulenseiten 29,31, dungszahlen wN möglich.

33 wie 20,22,24 usw. Die in Fig. 20 angegebene Spulenzuordnung weist Null-

Die für eine Wicklung nach Fig. 18a und b geltenden Durch- 5 zweige auf, die gleichphasig zur Grundwicklung sind. In Fig. 21 flutungspolygone sind in Fig. 18c und d für Spulenweiten von W s'n(^ a"e den Nullzweigen zugehörigen Spulenseiten wiederum = 10 und W = 9 dargestellt. Die wesentlich verbesserte Feld- dargestellt, wobei Fig. 21a für die Erstpolzahl 2pi = 20 und form wird beim Vergleich der Polygone für Schritt 1 -11 mit Fig. 21 b für die Zweitpolzahl 2p2 = 6 gilt. Wie aus Fig. 21 b den Fig. 17c und d für Schritt 1 -6 deutlich. In beiden Fällen ist ersichtlich ist, ergänzen sich im 6poligen Betrieb die induzier-die relative Spulenweite gleich und beträgt: 10 *en Spannungen zu Null, so dass dann die Nullzweige span nungslos sind und daher kurzgeschlossen werden können.

W = 1 0 b ZW. V = 20 Im Gegensatz dazu ist dies bei den für äussere Reihenschal-

tf * . 9 Zip 2T tung vorgesehenen Nullzweige nach Fig. 22 und 23 nicht der

Fall. Wie aus den Fig. 22b und 23b hervorgeht, verbleiben im Bei der Nutenzahl ZN = 126 betragen qi4 = 3 und qi2 = 3,5. 15 öpoligen Betrieb in Richtung der Resultierenden R weisende Für die Erstpolzahl 2pi = 14 lässt sich daher auch eine normale Restspannungen. Da diese für alle drei Stränge gleich gross jt/3-Zonenanordnung ausführen, wie es Fig. 19a zeigt. Zwar ist sind, dürfen zwar die äusseren Nullzweigklemmen verbunden dann der Wicklungsfaktor £14 höher, jedoch ist die Feldform im werden; ein Kurzschluss zwischen Anfang und Ende der Null-12poligen Betrieb ungünstiger. Wie bei der 12/10poligen Wiek- zweige muss jedoch vermieden werden. Für die Erstpolzahl lung nach Fig. 16a und c ist das zugehörige Goerges-Polygon 20 sind die Nullzeigspulen so zusammengefasst, dass die Null-nach Fig. 19b nur mehr einachsig symmetrisch. Die beiden zweigachsen jeweils um nJt gegen die Strangachsen der Grund-

Durchflutungspolygone in Fig. 19b für 14- und 12poligen wicklung versetzt sind. Voll eingezeichnet sind jeweils die Null-

Betrieb gelten für einen Spulenschritt von 1-11. zweigspulen für (U-W), wobei Fig. 22a eine 6zonige Nullzweig-

In Tabelle X sind die Flussdichteverhältnisse, Wicklungs- anordnung entsprechend Fig. 1 Oe und Fig. 23a eine 3zonige faktoren und Hinweise auf Feldformen für verschiedene Spu- 25 Nullzweigausbildung entsprechend Fig. lOd angibt.

lenschritte zusammengestellt. Die Zahl der bei der Erstpolzahl 2pi durch Strangver-

Bei den zu Fig. 13 bis 19 beschriebenen Ausführungsbeispie- schachtelung möglichen Varianten nimmt verständlicherweise len sind die neun Zweige der Grundwicklung durchwegs in bei erhöhten Nutenzahlen stark zu. Tabelle XII soll dies am Bei-

Dreifachstern geschaltet, so dass in beiden Stufen die gleiche spiel einer 6zonigen Drehstromwicklung mit qi = 6 Nuten je Windungszahl vorliegt. Anpassungsmöglichkeiten für die bei 30 Pol und Strang verdeutlichen. Unter a bis 1 sind unterschiedlich beiden Polzahlen effektiven Windungszahlen sind durch verschachtelte Zonengruppierungen für die 2pi-polige Stufe

Strangverschachtelung, Änderung der Spulenschritte sowie zusammengestellt, die sich alle zur erfindungsgemässen Polum-durch wahlweises Parallel- oder Reihenschalten des Nullzwei- Schaltung eignen und die in identische 2p2-polige Gruppierun-ges bei der Erstpolpaarzahl pi = 3m± 1 erreichbar. gen nach Fig. 3 oder verschachtelten Abwandlungen hiervon

Bei grossen Polzahlspreizungen und/oder für Ventilatoren- 35 überführt werden können. In der rechten Rubrik sind jeweils motoren ist es vorteilhaft, für die Grundwicklung Dreieck/Drei- die zugehörigen Zonenfaktoren angegeben.

fachdreieck- oder Stern/Dreifachdreieck-Umschaltungen vor- Die Gruppierungen a bis g sind jeweils symmetrisch, die zusehen, wobei der in seiner Windungszahl entsprechend Gruppierungen h bis 1 dagegen unsymmetrisch. Wie in Tabelle bemessene Nullzweig gemäss den Fig. 7 bis 12 jeweils parallel XII durch Punkt und Kreis angedeutet ist, werden die Varianoder in innerer oder äusserer Reihenschaltung an die Grund- 40 ten h bis k dadurch erhalten, dass man z. B. in den ungeradzahli-wicklung angeschlossen sein kann. Als Beispiel hierzu ist in den gen Nuten eine verschachtelte und in den geradzahligen Nuten Fig. 20 bis 23 eine 20/6polige Wicklung für ZN = 72 Nuten dar- eine unverschachtelte Teilgruppierung für die halbe Nutenzahl gestellt. Fig. 20a zeigt die räumliche Lage der bei der Erstpol- q' 1 = 3 angeordnet und diese für sich jeweils symmetrisch teilzahl 2pi = 20 zum Wicklungsstrang U gehörenden Ober- gruppierten Wicklungen um eine, drei oder fünf Nuten versetzt schichtspulenseiten, die gemäss der vorliegenden Bruchloch- 45 anordnet. Variante 1 ergibt sich unmittelbar aus einer mögli-zahl qi = 72/3-20 = 1,2 nach dem Gruppierungsschema chen unsymmetrischen Gruppierung für q' 1 = 3 durch Verdop-1-1-1-1-2 auf die einzelnen Pole verteilt sind. Darunter sind pelung der Nutenzahl.

die Zonenachsen für die Zweitpolzahl 2p2 = 6 eingezeichnet Bei den symmetrischen Gruppierungen kann man sich die

(Fig. 20b), mit deren Hilfe die in Fig. 20a angegebene Zuord- Varianten a, b, c und f aus zwei unverschachtelten und um 1,3,5 nung zu den einzelnen Wicklungszweigen gemäss Fig. 20c 50 und 7 Nuten versetzten Teilgruppierungen und die Varianten d gefunden wird. und e aus zwei symmetrisch auf verdoppelte Erstreckung 2 n/3

Die Phasenlage der einzelnen Spulenseiten bei beiden Pol- verschachtelten und um 1 oder 3 Nuten versetzten Teilgruppie-zahlen ist aus den Spulenseitensternen in Fig. 20d für 2pi = 20 rungen halber Nutenzahl entstanden denken.

und in Fig. 20e für die Zweitpolzahl 2p2 = 6 ersichtlich. Es liegt In Tabelle XII ist die Zahl der bei qi = 6 möglichen Zonen-

jeweils eine unverschachtelte Zonenanordnung gemäss den 55 gruppierungen keineswegs vollständig. Durch Kombination Fig. 1 und 3 vor, wobei die Aufteilung in Grundwicklungs- und einer unsymmetrischen Teilgruppierung mit symmetrischen Nullzweige G : NM = <p : \|/ = 3 :1 beträgt. Gruppierungen jeweils für die halbe Lochzahl q' 1 = 3, die

Die Spulenschrittweite ist vorteilhafterweise mit 1 -13,1 -12 j eweils um den Winkel ô versetzt angeordnet werden, lassen oder 1-11 festgelegt. Sie entspricht dann im ersten Fall genau sich noch andere unsymmetrische Verschachtelungen errei-der Polteilung T2 und liegt jweils nahe bei der dreifachen Poltei- 60 chen (Tabelle XIII). Weitere symmetrische Strangverschachtelung für xi (3 xi = 3 • 3,6 = 10,8). lungen, die sich aus spiegelbildlich kombinierten unsymmetri-Die hierbei vorhandenen, durchwegs hohen Wicklungsfak- sehen Teilgruppierungen für q' 1 = 3 erreichen lassen, sind im toren £20 und sind im Kopfteil der Tabelle XI angegeben. Je unteren Teil der Tabelle XIII gezeigt.

nach Schaltung und Ausbildung der Nullzweige ergeben sich Alle diese Verschachtelungen nach Tabelle XII und XIII

die aufgeführten Induktionsverhältnisse B20/B6 im Luftspalt. 65 lassen sich auch bei der 20/6poligen Wicklung für ZN = 72 Die jeweiligen Windungszahlverhältnisse und erforderlichen Nuten mit qi = 6/5 ausführen. Die dargestellten Zonenvertei-Spulenwindungszahlen für die Nullzweige sind ebenfalls ange- lungen ergeben sich dann allerdings nur in der Summe über geben. Für die Reihenschaltung sind dabei durchwegs kon- jeweils 5 Pole (vgl. Fig. 20d), die einer unverschachtelten

621 019

12

Anordnung gemäss Tabelle XII, Variante a entspricht.

Wie bereits erwähnt ist, sind auch bei der durch drei teilbaren Zweitpolpaarzahl strangverschachtelte Zonengruppierungen möglich. Solche lassen sich bei um den Faktor k erhöhten Mindestnutzahlen durch k gegenseitig versetzte Elementar- 5 gruppierungen bilden.

Zum Beispiel sind für eine Aufteilung mit G : N = 3 :1 zwölf solche (30/k)° breiten Elementarsektoren vorzusehen, wie es im Kopfteil von Tabelle XIV angedeutet ist, aus denen sich unterschiedlich verschachtelte Zonenanordnungen herleiten lassen, i o Diese Elementargruppierung entspricht der Grundanordnung nach Fig. 3 mit (p = ît/2 und \|/ = ti/6. Drei benachbarte Elementarsektoren mit (30/k)° elektrischer Breite gehören der gleichen Grundwicklungszone an, deren Zonenverteilungsfaktor somit §2 = '/ä • (cos 0° + 2 • cos 30°) = 0,917 beträgt. Der vierte 15 Sektor ist jeweils der Nullzweigzone zugeordnet.

Durch gegenseitiges Versetzen von k solcher Elementargruppierungen ergeben sich die einzelnen in Tabelle XIV für k = 2 und 3 dargestellten Varianten. Mit grösser werdender gegenseitiger Verschiebung der Elementargruppierungen wird 20 der Zonenfaktor £z immer schlechter. Die Verschiebungsfaktoren |v infolge der Verschiebungswinkel zwischen den einzelnen Elementargruppierungen sind in Tabelle XIV angegeben.

Derartige verschachtelte Gruppierungen setzen eine hinreichend hohe Nutenzahl pro Pol voraus. Während die unver- 25 schachtelte Gruppierung nach Fig. 3 mit der Mindestnutenzahl ZN/2p2 = 6 Nuten je Pol ausführbar ist, benötigen die Gruppierungen nach Tabelle XIV ZN/2p2 = 12 Nuten je Pol für k = 2. Die Varianten a bis ti für k = 3 nach Tabelle XIV erfordern mindestens ZN/2p2 = 18 Nuten pro Pol. Allgemein sind bei der 30 Polpaarzahl p2 = 3n für eine k-fach unterteilte Elementargruppierung und bei einer Aufteilung in Grund- und Nullzweigwicklungen im Verhältnis G : N = 3 :1 mindestens ZN/2p2 = k-6 Nuten je Pol erforderlich.

Für andere Aufteilungsverhältnisse, insbesondere solchen 35 mit N>2 erhöht sich die Zahl der bei p2 = 3n möglichen Verschachtelungen noch beträchtlich. Zum Beispiel lassen sich bei G : N = 3 :2 bereits bei der erforderlichen Mindestnutzahl ZN = 45 die in Fig. 13c angegebenen zwei unterschiedlichen Elementargruppierungen a und ß ausführen. Mit beiden kann man 40 nun bei höheren Nutenzahlen durch Verschachtelung und gegenseitiges Kombinieren eine lawinenartig zunehmende Variantenzahl erzielen.

Mittels Strangverschachtelung ist es möglich, die effektiven 45 Windungszahlen beider Polzahlen unabhängig voneinander festzulegen. Da man die Spulenweite jeweils beim günstigen Wert W = T2 belassen kann, zieht diese Massnahme, im Gegensatz zu einer geänderten Spulensehnung, keine Beeinträchtigung der Feldsymmetrie nach sich (vgl. Tabelle XV). Im Sinne 50

einer angepassten Luftspaltinduktion ist es nötig, dass bei der höheren Polzahl auch die grössere effektive Windungszahl vorliegt. Man wird daher bei den Mehrfachstern-Umschaltungen mit parallelen Nullzweigen und nur 6 Klemmen die Strangverschachtelung bevorzugt bei der kleinen Polzahl anwenden.

Wie aus Tabelle XV entnehmbar ist, haben die Zonenbreiten und Spulenschrittweiten einen wesentlichen Einfluss auf die Feldform und Symmetrie bei beiden Polzahlen. Als Symmetriekriterium ist jeweils die Zahl Z der Perioditätsachsen des Goer-ges-Polygons angegeben, durch welche gemäss v = k - Z± 1 die auftretenden Ordnungszahlen der Feldharmonischen bestimmt sind.

Der Unterschied zwischen Periodizität und Symmetrie wird anhand von Fig. 24 deutlich. Reale Beispiele dreiachsig periodischer Polygone sind in Fig. 15c. Sechsachsig periodische Polygone ergeben sich bei der Erstpolzahl 2pi und unsymmetrischen Strangverschachtelungen. Bei sechsachsigen Polygonen ist Periodizität gleichbedeutend mit Polarsymmetrie. Nicht oder symmetrisch strangverschachtelte Sechszonenwicklungen weisen unabhängig von der Spulenweite stets eine sechs-achsige Symmetrie auf.

In der zweiten Polzahlstufe (p2 = 3n) ist nur die Grundwicklung wirksam. Aufgrund ihrer dreizonigen Wicklungskonfiguration treten nur dann keine geradzahligen Feldoberwellen auf, wenn bezogen auf 2p2 ein Durchmesserschritt vorliegt. Bei abweichender Schrittweite und Ursprungswicklungen mit n/3 breiten Wicklungszonen bei pi wird das Georges-Polygon für p2 normalerweise nur einachsig symmetrisch.

Bei in Reihe geschalteten Nullzweigen, die phasenversetzt sind und/oder abweichende Spulenwindungszahlen aufweisen, verschlechtert sich die Feldform und es treten subharmonische Oberwellen auf. Das Georges-Polygon schliesst sich erst nach mehreren Umläufen und die Zahl der verbleibenden Symmetrieachsen ist halbiert.

Ein wichtiger Sonderfall liegt bei strangverschachtelten Ursprungsgruppierungen mit 2 ti/3 Zonenerstreckung vor. Solche führen bei geradzahligem pi zu einer dreiachsigen Symmetrie, wie es auch bei dreizonigen Ursprungswicklungen immer der Fall ist. Bei einem doppelt ungeraden Polzahlverhältnis lässt sich die Wicklung nach Fig. 14 bis 18 in zwei Teilsysteme unterteilen, von denen jedes einer Dreizonenwicklung für die halbe Nutenzahl entspricht. Wird die Aufteilung in Grundwicklungs- und Nullzweige so vorgenommen, dass beide Teilsysteme identisch und phasengleich gruppiert sind, dann ergeben sich auch hier unabhängig von der Spulenweite 6 Symmetrieachsen (Fig. 14c). Für eine Aufteilung, bei der nur die Zahl der vom ersten und zweiten Teilsystem den einzelnen Wicklungszweigen zugeordneten Spule konstant ist, verbleiben drei Symmetrie- bzw. Periodizitätsachsen (Fig. 15c). Bei unterschiedlicher Aufteilung geht die Symmetrie verloren.

13

621 019

Tabelle I

Aufteilungsmöglichkeiten in jeweils- G Grundwicklungs- und N Nullzweige für Sechs- und Dreizonenwicklungen mit Ausnahme der unterstrichenen Werte für G + N, die nur als Sechszonenwicklungen ausführbar sind.

m

2p -,

G + N

*1 ^

(Primzahlen mit * gekennz i ^ r* . "M" -z . -t

1

4

(3 + 1)

ü LJ11 LI L 1 1 cX _L O Li • IM — •

8

(6 + 2)

G + N

2

10*

9 + 1

6 + 4

14*

12+2

9+5

3

16

15 + 1

(12 + 4)

20

18+ 2

(15 + 5)

G + N

4

22*

21 + 1

18 + 4

15 + 7

26*

24+2

21 + 5

18+8

5

28

27 + 1

24 + 4

(21 + 7)

32

30+2

27 + 5

+ CM

G + N

6

34*

33 + 1

30 + 4

27 + 7 '

24+10

38*

36 + 2

33 + 5

30 + 8

27 + 11

7

40

39 + 1

36 + 4

33 + 7

(30 + 10)

44

42+2

39 + 5

36 + 8

(33 + 11)

G + N

8

46*

45 + 1

42 + 4

39 + 7

36 + 10

33 + 13

50

48 -i 2

<Ti + 5

4 2 + 8

3Q + 11

36 + 14

9

52

51 + 1

48+4

45 + 7

42 + 10

(3? + n

56

54+2

51 + 5

48+8

45 + 11

(42 + 14)

621019

14

Tabelle H

Klemmenzahl für parallele Nullzweige

"bei hoher

Polzahl

Grundwicklungsschaltung bei niedriger Polzahl

Dreifachstern

Dreifachstern

1:1

Dreieck

Dreifach ireieck

11

31

10

Stern

3V3:1

Dreifach dreieck

12

Windungs Zahlverhältnis hochpolig : niederpolig

Tabelle IH

Pi p2

notwendige îxfe Zonenerstreck. bei p., = ungerade ausführbar Zonenbreite % und Strangverschachtel auf doppelte2_» ïïrstreckune- A

mit

Zonenbreite -y * unverschachtelt ungerade ungerade in allen Fällen bei Ganz- oder Bruchlochzahlen Z

*1 = p*

bei Halb- und Bruchlochzahlen Z

q1 ~ 2p*

ungerade gerade nur bei Halboder Bruchlochzahlen Z

^1 2p*

nein

Da p* ist Primzahlteiler > 3 der Erstpolpaarzahl p1

Tabelle E" Ausführbare Polpaarzahlverhältnisse

( I.Teil I

Sruppe

P2

2*

3*

4

5*

6

7>

8

9

10

11 '<■

12

13*

14

15

16

17

18

19*

20

21

22

23*

24

25

26

1

3

I

=

I

II

-

II

I

-

6

-

-

2x 2:3

I

=

I

2x 4:3

3x 3:2

2x 5:3

I

-

I

2* 7:3

-

2x 8:3

I

-

2

9

-

I

II

3x 2:3

II

I

I

II

3x

4:3

II

I

3x

5:3

I

II

-

II

I

3x

7:3

I

II

3*

8;3

II

I

12

-

I

-

I

4x 2:3

3x 4:3

2x 5:6

I

—

I

2x 7:6

4x 4:3

I

6x 3:2

I

4x 5:3

2x 11:6

?

I

I

2x 13:6

3

15

-

-

II

I

3x 3:5

5x 2:3

II

-

II

I

=

I

II

3x 6:5

II

5x

4:3

-

I

II

-

5x 5:3

I

18

-

I

2x

4f9

-

2x

5:9

I

6x

2:3

I

2x

7:9

3x 5:6

2x 9:8

I

=

I

2x

10:9

3x 7:6

2x

11:9

I

6x

4:3

I

2x

13$

4

21

-

I

3x 3:7

I

II

-

II

I

-

I

II

3x 6:7

II

I

=■

I

II

3x 8:7

II

I

24

-

3x 3:8

2x 5:12

I

-

I

2x

7:12

-

8x 2:3

I

6x 3:4

I

4x 5:6

-

2x 11:12

I

=

I

2x 1?12

5

27

I

II

3x 4:9

II

I

3x 5:9

I

II

9x 2:3

II

I

3x 7:9

I

II

3x 8:'?

II

I

30

-

I

I

2x

7:15

-

2x 8:1 €

I

6x

3:5

I

10x

2:3

-

2x 11:15

I

-

5x

?:6

2x

15S15

6

33

-

-

II

I

-

I

II

3x 11 :(

II

I

-

!1x

2:3

II

-

II

I

^6

-

I

2x 7:16

3x 5:12

4x 4:9

I

-

I

4x

5:9

3x 7:12

2x 11:12

I

12x

2:3

I

2x 13r18

Polpaarzahlverhäl tnis : gerade bZw. Un^er^

ungerade gerade

JT/3 Zonen ausführbar

II

Polpaarzahl Verhältnis: ^gg^de Zonenerstreckung von 2jf/3 erforderlich

Tabelle H"

(2.Teil)

27

28

29^

30

31-

32

33

34

35

36

37-

38

39

40

41'

42

43-x

44

45

46

47*

48

49

50

51

52

i

-

I

4x 7:3

I

-

I

4x 8:3

-

2x 17:6

I

3x 9:5

I

II

-

II

I

-

I

5x 7:3

3x 12:5

II

I

-

5x 8:3

II

-

II

I

-

9x 3:2

2x

14:9

I

6x

5:3

I

2x 16:9

3x 11:6

2x

17:9

II

-

I

2x 19:9

3x 13:6

2x 20:9

I

6x

7:3

I

2x 22:9

-

2x

25:9

I

6x 8:3

1

2x

25:9

3x 17:6

2x 26:9

3x 9:7

I

II

-

II

I

-

I

II

3x 12:7

II

I

-

I

II

-

II

I

3x

15:7

I

II

-

7x 7:3

I

-

I

3x 9:8

4x 7:6

I

-

I

8x

4:3

-

2x 1"jS12

I

1 2x

3:2

I

2x 19:12

-

8x

5:3

I

-

I

4x 11:6

-

2x 23:12

I

-

I

2x 25:12

-

4x 13:6

=

I

II

3x 10:9

II

I

3x 11:9

I

II

9x 4:3

II

I

3x 13:9

I

II

3x 14:9

II

I

9x

5:3

I

II

3x 16:9

II

I

3x

17:9

I

3x 9:10

2x 14:15

I

-

I

2x 16:15

-

2x

17:15

I

6x 5:5

I

2x 1c,1 c

-

10x 4:3

I

-

I

2x 22f15

15x 3:2

2x

2515

I

-

I

10x

5:3

2x 26:15

3x 9:11

I

II

-

II

I

=

I

II

3x 12:11

II

I

-

I

II

-

II

I

3x 15:11

I

II

-

II

I

-

I

9x

4x 7:9

I

6x 5:6

I

4x 8:9

5x 11:12

2x T/S 18

I

«

I

2x 19^8

3x 13^2

4x 10:9

I

6x 7:6

I

4x 11: 9

-

2x 23^8

I

1 2x

4:3

I

2x 5^8

3x 17:12

4x 13:9

....x

Mehrfache Wiederholung einer niedrigerpoligen Wicklung, z.B. durch Aneinanderfügen zweier 8/6poliger Wicklungen entsteht eine l6/l2polige Wicklung nicht ausführbar

17

621019

Tabelle Y Erforderliche Mindestnutzahlen Z^

2P1 "

4

8

10*

14*

16

20

22*

26*

* bedeuten Primzahlen für unterstrichene Erstpolzahlen weisen Zonenbreite 2TC/3 auf.

2P2 - 6

ZN

36

36

45

63

36

36

99

117

7 G+N 9 N " t,*9

q1

3

1,5

1,5

1,5

3/4

3/5

1,5

1,5

q2

2

2

2,5

3,5

2

2

5,5

6,5

G:N

3:1

3:1

3:2

6:1

3:1

3:1

9:2

12:1 9:4

2P2 ■ 12 7 n G*N

N" 9*T*U

u X

W

2x 2:3

2x 4:3

2x 5:3

2x 7:3

2x 8:3

2P"1 *

8

10*

14*

16

20

22*

26*

28

32*

ZN

72

45

63

72

90

99

117

126

72

q1

3

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

3/4

q2

2

5/4

7/4

2

2,5

11/4

13/4

3,5

2

G:N

3:1

3:2

6:1

3:1

3:2

9:2

12:1 9:4

6:1

3:1

2P2 - 18

7 97 N " t u X

P1':P2'

3x 2:3

3x 4:3

3x 5:3

3x 7:3

2pl"

8

10*

12

14*

16

20

22*

24

26*

28

30

32

34*

38*

40

M

44

46*

ZN

108

135

108

189

108

108

297

108

351

108

135

108

459

513

108

189

108

621

q1

4,5

4,5

3

4,5

9/4

9/5

4,5

1,5

4,5

9/7

1,5

9/8

4,5

4,5

9/10

1,5

9/11

*,5

q2

2

2,5

2

3,5

2

2

3,5

2

6,5

2

2,5

2

8,5

9,5

2

3,5

2

11,5

G:N

3:1

3:2

3:1

6:1

3:1

3:1

9:2

3:1

12:1 9:4

3:1

3:2

3:1"

15:2 12:5

18:1 15:4

3:1

6:1

3:1

21:2 18:5

2P2 - 24 7 0 G+N

ZN " T 'u u X

P1':p2'

4x

2:3

3x 3:4

2x 5:5

2x 7:6

4x 4:3

6x 3:2

4x 5:3

2x 11:6

2x 13:6

3x 9:4

V

10*

14*

16

18

20

22*

26*

28

32

34*

36

38*

40

44

46*

50

52

54

•ZN

45

63

144

108

90

99

117

126

144

153

216

171

180

198

207

45

334

324

q1

1,5

1,5

3

2

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

2

1,5

1,5

1,5

1,5

3/10

1,5

2

q2

5/8

7/8

2

1,5

5/4

11/8

13/8

7/4

2

17/8

3

19/8

2,5

11/4

23/8

5/16

13/4

4,5

G:N

3:2

6:1

3:1

3:1

3:2

9:2

12:1 9:4

6:1

3:1

15:2 12:5

3:1

15:4

3:2

9:2

18:5

3:2

12:1 9:4

3:1

621019

18

Tabelle Y1

10/6polig

Z„ = 45 Nuten

N

G:N = 3:2 N in Reihe

V

C7> C 3 S.

Schri tt

- 6

- 7

- 8

- 23

- 6

- 7

- 8

- 23

_KL

10po1ig 3+2 - 5

no

0,831 0,731 0,543 0,831

0,831 0,731 0,543 0,831

Feldfora

> Fi g.13d

> Fi g.13d

6polig Kc - 3

Q_

0,816 0,896 0,937 0,937

0,675 0,741 0,775 0,775.

Feldform

> Fig.13e

Fig.13e

B6/B10

1,02 0,816 0,579 0,887

1,23 0,986 0,701 1,07

Tabelle YII

10/épolig

ZN =

90 Nuten G:N = 9:-1

Schritt

1 - 8 1 - 9 1 - 10

6poli g

0,5470 0,6080 0,6619

Feldform

Fig. 15c

10polig

10

0,793 0,831 0,844

Feldform

Fig.14b

VB10

N parallel vv9

N in Reihe

W10-1°:W6 *9

0,869 0,820 0,765

0,966 0,911 0,850

tabelle VM.

10/12polig

12polig

10polig

B10^B12

ZN =

90 Nuten G:N = 9:1

Schritt w

Feldform fio

Zonen-erstreckung

N parallel

H12"W10"9

N in Reihe

W12"10;^10"9

1 - 8 1 - 9

0,855 0,855

Fig. 16c

0,902 0,945

Fig. 16a T/3

0,79 0,75

0,88 0,84

1 - 8 1 - 9

0,855 0,855

Fig. 16c

0,793 0,831

Fig. 16b 21T/3

0,90 0,86

1,00 0,95

Tabelle K

14/12polig

ZN "

63 Nuten G:N = 6:1

Schritt

1 - 6 1 - 5

14polig i

14

0,831 0,831

Feldform

Fig. 17c

12polig

0,872 0,814

Feldform

Fig. 17d

812/'B14

N parallel

W12-V

0,817 0,875

N in Reihe

0,953 1,02

19

621019

Tabelle X

14/1 2poli^

ZN =

126 Nuten G:N = 6:1

Hpolig

12pol i g

-d" GD

CNJ OD

Schritt

Feldfor«

Feldform

N parallel

*12"V6

N in Reihe w

1 - 11 1 - 10

0,831 0,844

Zonenerstreckung 2x/3

Fig. 18c

0,869 0,850

Fig. 18d

0,820 0,851

0,956 0,993

1 - 11

0,945

Zonenbreite tc/3 Fig. 19b

0,869

Fig. 19b

0,923

1,087

Tabelle M

verschiedene Zonengruppierungen für = 6 (nur eine Schicht)

Zonenfaktor fz a)

b)

c)

d)

e)

f),

g)|

%

12

• • •

• • •

• • • • •

Ii"

0,956

h)

dì

k)

d!

^icr^—

O • •Ol»

—1 • 30° [—

o| • • o

50°—]

o • •

• • • •

Tabelle 3E

Kombinationsschema

Verschiebung S

, resultierende Zonengruppierung

Zonenfaktor

5Z •

90°

• •

• • o«o o

*

0,685

p 1

O '

o c-

• • o omo

0,760

• • • O 0 o o o

• • o o o«

0,814

o o

CO

• mo o o •

0,843

10°

•o#o o •

0,847

-10°

omomo •

0,826

o o

KA I

O 090* •

0,779

•

-50°

O 0 o# • •

0,710

o

03 •H

ÎH

r—cf—i

70° 50°

• • 0 O« 0

• • (> o «o

0,707 0,738

+3 0

i i • • • O 0 o o o

• o# o o#

0,785

S

e

Kl £

1

S. i o o o o

0« »O 0 •

o • o • o •

0,789 0,769

2

-30°

O 0« «o •

0,725

i o o

0 0 •o« •

0,660

90°

• •<> IOO

0,650

Ä o m r—l

• • «O 0 0

70° 50°

• 0 • o • 0 o • • o o#

0,700 o,729

•H fH -P CD

•

O O 1

o o fOl 1—

1

O • • 0 0 •

o • «o 0 •

0,726 0,720

E S

>5

CO

-10° -30°

o «o*o • o o*o« •

0,623 0,625

Tabelle JN Strangverschachtelung bei = 3n

Elementargruppierung mit (30/k)° elektr. breiten Teilzonen für 2p^ = 3m und G s N = 3 : 1

|-30o-K30o-j-30°-j loi loi loi | □ | I □ | I □ | loi |A| |A| | Aj loi loi I ^3o°)r !

Zonenverteilungsfaktor

= 0,9107

*)

Gesamter Zonenfaktor fz =fz fv cm

II

M

Variante ex

ß in

0 o 0 o 0 O □ □ □ □ □ □ O C' A A A A A A O O O O (— /.5° —]

O 0 0 O □<:«□□□ □ o □ A o a a a a 0 a o O O O

h—750—H

0 O □ O □ O □ □ 0 □ A □ A 0 A A 0 A 0 A 0 O 0 O

fv fz

0,9914 • 0,9239

0,7934

0,9029 0,8414 0,7225

variante

oc

OOOOOOOOO O O□□□□□□□□□O O O A A A A AA A A A O O O O

0,9899

0,9015

-*j 20° 120° f—'"1

ß

O O O O O O O □ C- □□□□□□□ O □ O A C : A A A A A A A O A O O O O O O

0,9598

0,8741

f— 40°—fXrj-i—?")

X

O OO OO OO □ O □ O □□ AO OA A A A A AO AA O O O O 0

0,9302

0,8471

fov

\*— 50° —■-) 20° \~—*1

Ii

S

OOOODO O □ O □ □ □ □ O □ □ A □ O A O AA AAOAAO ACOOOOO

0,8724

0,7944

1* ■ 40 •j"* A0 ^| 1

0,7686

t

O OOO O O O □ O O □ □ O □ □ □ O D □ A O □ A A O A A A O A A O O A O O

0,8440

50° •"l- 50° »I *)

n

O O O O O O □ O G □ O □ □ O □ O □ □ A □ O A □ A A O A O A A O A O O A O

0,7619

0,6938

*1 mit als Verschiebungsfaktor infolge Verschiebungswinkel zwischen den Elementargruppierungen

621019

22

Tabelle HZ Zahl der Periodizität "bzw. Symmetrieachsen bei den Goergespolygonen

Zonenbreite bei p^

U/3

t"/, strangverschachtelt auf lTC/ò

bei p1

Spulenweite W

beliebig

6

6

3

v=c

Nullzweig in

Reihe "mit

/ w„ wt>t r G N ~y~

3

3

3

CM P(

•H

0) rO

Spulenweite W

gleioh f2

6

6

6

Spulenweite W

ungleich tg

1

P1 = gerade

3

^1 doppelt Pg ungerade

3

1) 6

2)

3

3)

0

1) Zwei Teilsysteme (pos.-neg.) identisch und phasengleich gruppiert

2) Alle Wicklungezweige aus jeweils gleichvielen Spulen vom einen und anderen Teilsystem zusammengesetzt.

5) Bei unterschiedlicher Aufteilung.

G

15 Blat Zeichnungen

Claims (31)

621 019 PATENTANSPRÜCHE

1. Polumschaltbare Dreiphasenwicklung mit drei Wicklungssträngen aus jeweils gleichwertigen Wicklungszweigen, von denen eine Anzahl als Grundwicklungszweige bei beiden Polpaarzahlen pi, p2 und die übrigen Wicklungszweige als Nullzweige nur bei einer der beiden Polpaarzahlen stromführend sind, wobei die Grundwicklungszweige für die Polpaarzahl mit stromlosen Nullzweigen zu je einem Drittel allen drei Wicklungssträngen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein gebrochenes Polpaarzahlverhältnis der Erst- und Zeitpolpaarzahlen pi : p2 = (3m ± 1) : 3n aufweist, mit m und n als ganzen positiven Zahlen, wobei die Aufteilung in durch drei teilbare G Grundwicklungszweige sowie N Nullwicklungszweige nach der Beziehung G + N = 2pi/t erfolgt, mit t als ganzzahligem Teiler der Erstpolzahl 2pi, worin das Verhältnis 2pi/t die für die Erstpolzahl 2pi notwendigen gesamten gleichwertigen Wicklungszweige je Wicklungsstrang angibt, von welchen gesamten Wicklungszweigen die durch drei teilbaren G Grundwicklungszweige in Stern-, Dreifachstern-, Dreieckoder Dreifachdreieckschaltung miteinander verbindbar und die Stern- bzw. Dreieckpunkte an Anschlusspunkte für die eine Polzahl geführt sind und die in Stern verbundenen Nullzweige parallel mit den freien Verbindungspunkten der in Stern oder in Dreieck an die schaltbaren Eckpunkte der in Dreieck angeordneten Grundwicklungszweige schaltbar sind, oder dass die jeweils einerseits mit den Anschlusspunkten für die andere Polzahl fest verbundenen Nullzweige andererseits an die Verbindungspunkte bzw. Anschlusspunkte für die eine Polzahl der in Stern oder Dreieck angeordneten Grundwicklungszweige anschaltbar sind, oder dass die Grundwicklungs- und Nullzweige in Reihe in den jeweiligen Wicklungssträngen angeordnet und diese Wicklungsstränge in Dreieck- oder Sternschaltung an Anschlusspunkte für die andere Polzahl anschaltbar sind (Fig. 4 bis 9,11,12).

2

2. Wicklung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Wicklungsverteilung, dass die bei der Erstpolzahl 2pi zu einem aus 2pi/t gleichphasigen Wicklungszweigen gebildeten Wicklungsstrang gehörenden Spulen hinsichtlich ihrer Phasenlage bei der durch drei teilbaren Zweitpolzahl 2p2 lückenlos und überlappungsfrei auf die gesamte Peripherie des Spulenseitensternes aufgefächert sind (Fig. 1,2).

3. Wicklung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Spulenseitenstern für die Zweitpolpaarzahl p2 = 3n die von den bei pi = 3m± 1 jeweils einen Strang bildenden Grundwicklungszweigen belegten Sektoren, die Grundwicklungszonen, eine Gesamtbreite von <p elektrisch und die jeweils dazwischenliegenden Sektoren, die Nullzweigzonen, eine Gesamtbreite von ro elektrisch aufweisen und mit (p : co = G : N und cp+ \j/ = 2* 7t/3 (Fig.3, Fig. 13c).

4. Wicklung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwicklungs- und Nullzweigzonen ineinander verschachtelt sind (Fig. 13c, Tabelle XIV).

5

5. Wicklung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verschachtelte Gruppierung des Spulenseitensternes aus k = 2,3... gegenseitig versetzten Elementargruppierungen zusammengesetzt ist, wobei eine jede Elementargruppierung aus in Abständen von jeweils k Sektorteilungen aufeinanderfolgenden Elementarsektoren gebildet ist, von denen jeweils G Elementarsektoren der gleichen Grundwicklungszone und N Elementarsektoren jeweils der Nullzweigzone angehören (Tabelle XIV).

6. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Erstpolpaarzahl pi = 3m± 1 jeweils einem Wicklungsstrang zugehörigen Spulenseiten der Grundwicklungs* und Nullzweige strangverschachtelt angeordnet sind (Tabelle XII, XIII).

7. Wicklung nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch eine solche Strangverschachtelung, dass bei Zonenbreiten 7t/3

eine verdoppelte Zonenerstreckung auf 2 7t/3 erreicht ist.

8. Wicklung nach Patentanspruch 7 für eine ungeradzahlige Erstpolpaarzahl pi, dadurch gekennzeichnet, dass die verdoppelte Zonenerstreckung aus zwei um eine Umfangshälfte gegeneinander versetzten und entgegengesetzt stromdurch-flossenen Teilsystemen der halben Nutenzahl gebildet ist, von dem das eine die ungeraden und das andere die geraden Nuten belegt und jedes - bezogen auf die halbe Nutenzahl - eine unverschachtelte Zonenanordnung mit 2 n/3 Breite aufweist (Fig. 14,15,16 und 18).

9. Wicklung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenweite ein ungerades Vielfaches der Nutteilung beträgt.

10

10. Wicklung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilsysteme in gleicher Weise unterteilt und den einzelnen Wicklungszweigen der Grund- und Nullzweigwicklung zugeordnet sind (Fig. 14).

11. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Null- als auch Grundwicklungszweige jeweils aus Spulen gleicher Windungszahl und gleichen Leiterquerschnitts bestehen (Fig. 4 bis 9).

12. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die G Wicklungszweige der Grundwicklung für die Erstpolzahl 2pi fest in Dreifachsternschaltung mit galvanisch getrennten Mittelpunkten verbunden sind, die die Anschlusspunkte für die zweite Polzahlstufe 2p2 bilden (Fig. 4,5,6).

13. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die G Wicklungszweige der Grundwicklung für die höhere Polzahl fest in Dreieck geschaltet und für die kleinere Polzahl in Dreifachdreieck umschaltbar sind (Fig. 7).

14. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die G Wicklungszweige der Grundwicklung für die höhere Polzahl fest in Stern geschaltet und für die kleinere Polzahl in Dreifachdreieck umschaltbar sind (Fig. 9).

15

15. Wicklung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die N Nullzweige fest in Stern geschaltet und parallel zur Grundwicklung an die Anschlusspunkte für die Erstpolzahl angeschlossen sind, wobei deren Spulenwindungszahl wN = G/3N • wG • aN beträgt, mit wG = Spulen windungszahl bei der Grundwicklung und aN = Zahl gegebenenfalls vorhandener Nullzweig-Parallelpfade (Fig. 4,5).

16. Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die N Nullzweige fest in Dreieck geschaltet und bei der Erstpolzahl 2pi parallel an die in Dreieck bei pi>p2 bzw. Dreifachdreieck bei pi<p2 geschalteten Grundwicklungen angeschlossen sind, wobei die Windungszahl der Nullzweigspulen im ersten Fall wN = G/N• wG- aN, dagegen im zweiten Fall wN = G/3N • wG • aN beträgt (Fig. 7, Fig. 8).

17. Wicklung nach Patentanspruch 14 für pi>p2, dadurch gekennzeichnet, dass die N Nullzweige fest in Stern geschaltet und bei der Erstpolzahl 2pi parallel an die ebenfalls in Stern geschaltete Grundwicklung angeschlossen sind, wobei die Windungszahl der Nullzweigspulen wN = G/N • wG-aN beträgt (Fig. 9).

18. Wicklung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfänge der Nullzweige jeweils unmittelbar mit den drei jeweils zu einem Anschlusspunkt zusammengefass-ten Enden der Grundwicklungszweige verbunden sind und die Enden der Nullzweige die Anschlusspunkte für die Erstpolpaarzahl bilden (Fig. 6).

19. Wicklung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen der Nullzweige eine kleinere Windungszahl und einen grösseren Leiterquerschnitt als die Spulen der Grundwicklungszweige aufweisen (Fig. 6).

20

20. Wicklung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spulen der Nullzweige hinsichtlich Windungszahl und Leiterquerschnitt von denen der Grundwicklungszweige um den Faktor drei unterscheiden.

21. Wicklung nach Patentanspruch 1 für pi>p2, dadurch gekennzeichnet, dass die Null- und Grundwicklungszweige bei jedem Wicklungsstrang unmittelbar in Reihe liegen und die drei Stränge in Dreieck bzw. Stern geschaltet sind (Fig. 11,12).

22. Wicklung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wicklungsspulen der Null- und Grundwicklungszweige gleiche Windungszahl und gleichen Drahtquerschnitt aufweisen (Fig. 11,12).

23. Wicklung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfänge der Nullzweige jeweils unmittelbar mit den Dreieckspunkten der Grundwicklung verbunden sind und die Enden der Nullzweige die Anschlusspunkte für die Erstpolzahl bilden (Fig. 10, Tabelle XI).

24. Wicklung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen der Nullzweige eine um den Faktor y3 kleinere Windungszahl und einen um den gleichen Faktor grösseren Drahtquerschnitt als die Spulen der Grundwicklung aufweisen.

25. Wicklung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullzweige so zusammengefasst sind, dass deren Achsen gegenüber den Grundwicklungszweigen um tc/6 versetzt sind (Fig. 10).

25

26. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wicklungsspulen mindestens angenähert mit einem Durchmesserschritt für die durch drei teilbare Polpaarzahl ausgeführt sind, wobei die Spulenweite ungefähr xi oder ein ungerades Vielfaches davon beträgt.

27. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsspulen zu konzentrischen Spulengruppen zusammengefasst sind.

28. Wicklung nach Patentanspruch 27, als Zweischichtwicklung mit einheitlicher Nutfüllung ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahlen innerhalb jeder konzentrischen Spulengruppe unterschiedlich gewählt sind.

29. Wicklung nach Patentanspruch 27, als Einschichtwicklung ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Hälfte der konzentrischen Spulen weggelassen und dafür die andere Hälfte der konzentrischen Spulen mit doppelter Windungszahl ausgeführt ist.

30. Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei in den Nuten neben- oder übereinander angeordneten und/oder gegenseitig versetzt liegender und/ oder in unterschiedlicher Weise ausgebildeter Teil Wicklungen besteht, deren Wicklungszweige jeweils in Reihe geschaltet sind.

30

35

40

45

50

55

60

65

31. Wicklung nach Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Wicklungsspulen der beiden Teilwicklungen zusammengefasst sind, so dass sich zonenüberlappte Zweischichtwicklungen ergeben.