DE3814244A1

DE3814244A1 - Schaltungs- und wicklungsanordnung fuer eine mehrphasige elektrische drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE3814244A1
Application number: DE3814244A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-07-23
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1989-02-16
Also published as: US4890049A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungs- und Wicklungsanordnung für eine mehrphasige elektrische Drehfeldmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, zur Erhöhung der wirksamen Maschinenimpedanz, insbes. zum Verringern des Einschaltstromes von Käfigläufer-Induktionsmotoren.

Beim bekannten zweistufigen Stern-Dreieck-Hochlauf werden sechs herausgeführte Wicklungsanschlüsse (Anfänge und Enden der drei Stränge) durch drei 3-polige Schütze umgeschaltet. Dabei ergibt sich eine Verringerung des Einschaltstromes im Verhältnis 1 : 3 (0,58) und des Drehmomentes auf ungefähr 1 : 3 in der Sternschaltungs- Betriebsstufe gegenüber einer Direkteinstrahlung in der Dreieckschaltungs-Betriebsstufe.

Aus "Conti Elektro Berichte" (1965), insbes. S. 212-215 sind Schaltungsabwandlungen für mehrstufigen Stern-Dreieck-Anlauf bekannt, die neun herausgeführte Wicklungsenden und entsprechend aufwendigere Umschalteinrichtungen benötigen und Zwischenwerte bei der Strom- und Drehmomentverringerung ermöglichen.

Eine weitere Möglichkeit zum Anlassen von elektrischen Maschinen ist der sogenannte Teilwicklungsanlauf, wie er z. B. aus Seite 284 des Buches von Schuisky, "Induktionsmaschinen", Wien Springer Verlag (1957) oder aus den Seiten 359-364 des Buches von H. Sequenz, "Die Wicklungen elektrischer Maschinen", Band 3 "Wechselstrom-Sonderwicklungen", Wien Springer Verlag (1954) bekannt ist.

Bei dieser Anlaßmöglichkeit sind die im Normalbetrieb des Motors parallelgeschalteten Wicklungszweige jedes Stranges während des Anlaufvorganges aufgetrennt und nur zum Teil an das Netz geschaltet, wogegen der übrige Wicklungsteil stromlos bleibt. Dabei erhöht sich die wirksame Ständerimpedanz einerseits im Verhältnis von vollständige Wicklung zu den an Netz angeschlossenen Wicklungsteilen. Andererseits ergibt sich zusätzlich eine von der Wicklungsverteilung abhängige, im allgemeinen stark vergrößerte Oberwellen-Reaktanz, die von ausgeprägten Wicklungs-Oberfeldern (Feldober- und Feldunterwellen) infolge des Teilwicklungsbetriebes herrührt.

Für eine zweistufige Umschaltung steht gegenüber dem Stern- Dreieck-Hochlauf bei ebenfalls nur sechs herausgeführten Wicklungsenden dem Vorteil von nur zwei notwendigen 3-phasigen Schaltschützen der Nachteil gegenüber, daß infolge der Feldober- und Feldunterwellen nachteilige parasitäre Drehmomente auftreten, die unter Umständen ein Hängenbleiben des Motors beim Hochlaufen verursachen können. Außerdem konzentrieren sich die während der Hochlaufphase entstehenden Stromwärmeverluste im Ständer auf die an das Netz gelegten Wicklungsteile. Wenn also der Motor häufig in diesem Betriebszustand betrieben wird - wie dies z. B. bei Motoren für Schaltbetrieb der Fall ist - dann ergibt sich unerwünschterweise eine sehr ungleichmäßige thermische Beanspruchung der einzelnen Wicklungsteile im Ständer.

Aus der DE-PS 6 95 698 ist eine zweistufig schaltbare Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Doppel-Sternschaltung nach Fig. 1 bekannt, bei der die im Normalbetrieb einem Strang zugehörigen Wicklungszweige aufgetrennt und jeweils unterschiedlichen Strängen zugeordnet sind. Aus der US-PS 18 49 519 und der japanischen Anmeldung JP-A 5 51 17 491 ist darüber hinaus auch noch eine zweistufig schaltbare vergleichbare Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Doppel-Dreieckschaltung nach Fig. 5 bekannt. In beiden Fällen sind drei Anschlußteile zu den sechs Wicklungsenden geführt. Ferner ist aus der DE-PS 75 22 48 eine mehrstufige Umschaltung nach der erstgenannten Patentschrift bekannt, bei der die Hälfte der Wicklung als zusätzliche, in Stern geschaltete Wicklungszweige nach Fig. 2 aufgeteilt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrstufig umschaltbare Schaltungs- und Wicklungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit möglichst wenig herausgeführten Wicklungsenden und möglichst wenig zugehörigen Schaltschützen als Umschalteinrichtung zu schalten, die es ermöglicht, durch jeweils entsprechende Anpassungen und Variationen eine gewünschte Begrenzung des Einschaltstromes sowie die Vermeidung störender Oberwellen des Drehmomentes zu erzielen und damit eine vielseitige Anwendung bei den betreffenden Drehfeldmaschinen zu ermöglichen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1.

Die Auftrennung der im Normalbetrieb einem Strang zugehörigen Wicklungszweige und deren Zuordnung zu unterschiedlichen Strängen wird nachfolgend als Merkmal A; der Betrieb der Wicklungszweige mit teilweise unterschiedlicher Durchflutungsrichtung wird nachfolgend als Merkmal B bezeichnet. Die Merkmale A und B können gemeinsam angewendet werden.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungs- und Wicklungsanordnungen sind in der Zeichnung dargestellt und in Tabellen zusammengestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die bekannte zweistufig umschaltbare "Stern-Grundschaltung" nach Merkmal A mit sechs Wicklungszweigen und sechs herausgeführten Klemmen,

Fig. 2 eine bekannte dreistufig umschaltbare Schaltung nach Merkmal A mit drei Zusatzwicklungszweigen Z und sechs herausgeführten Klemmen,

Fig. 3, 4 erfindungsgemäß abgewandelte drei-, vier- oder fünfstufig umschaltbare Sternschaltungen nach Merkmal A mit neun herausgeführten Klemmen,

Fig. 5 eine bekannte zweistufig umschaltbare "Dreieck-Grundschaltung" nach Merkmal A mit sechs Wicklungszweigen und sechs herausgeführten Klemmen,

Fig. 6, 7, 8 erfindungsgemäße zwei-, drei- oder vierstufige umschaltbare Abwandlungen der bekannten Schaltung nach Fig. 5 mit sechs oder neun herausgeführten Klemmen,

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Sternschaltung nach Merkmal B mit neun Wicklungszweigen und neun herausgeführten Klemmen,

Fig. 10 eine erfindungsgemäße dreifach umschaltbare Dreieck-Schaltung nach Merkmal B mit ebenfalls neun Wicklungszweigen und neun herausgeführten Klemmen,

Fig. 11 eine erfindungsgemäße drei-, vier- oder fünffach umschaltbare Sternschaltung nach Merkmal B mit neun Wicklungszweigen und neun herausgeführten Klemmen,

Fig. 12, 13, 14 verschiedene Varianten zur räumlichen Spulenanordnung der Wicklungszweige,

Fig. 15 eine nach Fig. 1 konzipierte komplette Drehstromwicklung mit einer Wicklungszweig-Gruppierung gemäß Tabelle X, c 2

Fig. 16 Grund- und Oberwellen Drehmoment/Drehzahl-Kennlinien.

Tabelle I
Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 2
Tabelle II	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 6
Tabelle III	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 3
Tabelle IV	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 7
Tabelle V	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 4
Tabelle VI	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 8
Tabelle VII	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 9
Tabelle VIII	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 10
Tabelle IX	Zusammenstellungen zur Schaltung nach Fig. 11
Tabelle X	Möglichkeiten zur Aufteilung in drei parallele Wicklungszweige
Tabelle XI	Möglichkeiten zur Aufteilung in zwei unterschiedliche Parallelzweige
Tabelle XII	Übersicht zur Gruppierung der beiden Wicklungszweige für eine 4-polige Wicklung mit 4 Spulen je Pol und Strang

In den Figuren ist jeweils der Schaltungszustand für die (Anlaß-)Betriebsstufe mit erhöhter wirksamer Maschinenimpedanz dargestellt, bei welcher der Anschluß an den Klemmen 1, 2 und 3 erfolgt. Die notwendigen Schaltverbindungen für die Normalbetriebsstufe sind in den Figuren gestrichelt angedeutet und nachfolgend anhand der zugehörigen Tabellen näher erläutert.

Grundschaltungen nach Merkmal A und Abwandlungen derselben

Bei beiden zweistufigen Grundschaltungen Fig. 1 und 5 des Merkmals A ist die Anlaufstufe mit Anschluß bei den Klemmen 1, 2 und 3 eine Dreieckschaltung, wobei jeder Strang zwei in Reihe liegende Wicklungszweige aufweist, welche in der Normalbetriebsstufe jeweils Parallelzweige unterschiedliche Stränge bilden.

Durch drei zusätzliche Wicklungszweige Z lassen sich eine Reihe von Abwandlungen der Grundschaltungen erzielen. Zusätzliche Wicklungszweige Z können z. B. wie bei den Fig. 2 oder Fig. 6 fest in Stern- oder Dreieckschaltung und parallel zur übrigen Wicklung an den Klemmen 1, 2 oder 3 angeschlossen sein. Jeder Wicklungszweig Z ist dann ständig wirksam. Eine zweistufige Umschaltung kann mit sechs Klemmen in unveränderter Weise wie bei den Grundschaltungen nach Fig. 1 und 5 erfolgen.

Macht man diese zusätzlichen Wicklungszweige Z gemäß Fig. 2 und 6 abschaltbar, wozu drei zusätzliche Klemmen 7, 8, 9 benötigt werden, dann lassen sich die in Tabelle I und II zusammengestellten jeweils vier Schaltungsstufen erreichen. Eine dreistufige Umschaltung erhält man durch Weglassen einer der Schaltstufen 1., 2. oder 3.

Bei fest angeschlossener Zusatzwicklung (mit nur sechs Klemmen und festen maschineninternen Verbindungen 1-7, 2-8 und 3-9) sind demgegenüber nur die in der Tabelle dick umrandeten Schaltstufen 3. und 4. möglich.

Um ein stufenweises Abnehmen der wirksamen Maschinenimpedanz zu erzielen, kann es abhängig von der jeweils vorliegenden Wicklungsaufteilung notwendig sein, die in den Tabellen aufgeführten Schaltstufen 1. und 2. von der schaltungstechnischen Ablauffolge her gegebenenfalls zu vertauschen.

Weitere Schaltungsvarianten entsprechend den Fig. 3, 4 und 7 ergeben sich dadurch, daß man die drei zusätzlichen Wicklungszweige Z unverkettet, d. h. jeweils einzeln an entsprechenden Stellen des in sich geschlossenen Wicklungszuges der übrigen Wicklung anschließt. Die dabei jeweils erreichbaren Schaltstufen sind in den zugehörigen Tabellen III, IV und V aufgelistet und erläutert. Durch Einrahmung hervorgehoben sind dabei wieder jene Schaltstufen, die sich bei nur sechs Klemmen erreichen lassen, wenn z. B. bei den Fig. 3 und 7 die zusätzlichen Wicklungszweige Z durch interne Schaltverbindungen 1-7, 2-8, 3-9 fest angeschlossen oder die Mittelpunktsanschlüsse 7, 8, 9 bei Fig. 4 nicht herausgeführt sind.

Besonders bemerkenswert sind die beiden Abwandlungen nach den Fig. 3 und 4 der "Stern-Grundschaltung" (Fig. 1), die gemäß Tabelle III und V bei neun Klemmen jeweils fünf Schaltstufen mit unterschiedlicher wirksamer Maschinenimpedanz ermöglichen.

Bei der Variante nach Fig. 4 und Tabelle V sind sogar bei nur sechs Klemmen drei Schaltungszustände erreichbar. Die sternpunktseitigen Klemmen 7, 8 und 9 brauchen dabei nicht herausgeführt oder verbunden zu werden. In der Normalbetriebsstufe liegt dann eine 3fach Sternschaltung mit drei galvanisch getrennten Mittelpunkten vor. Erwähnenswert ist hier auch die erste Betriebsstufe bei Einspeisung an den Klemmen 4, 5 und 6 der zusätzlichen Wicklungszweige Z. Der in sich geschlossene Wicklungszug der restlichen Wicklung fungiert hierbei lediglich als impedanzbehaftete Sternpunkt-Ringverbindung. Die prinzipiell gleiche Situation liegt im übrigen auch bei der Fig. 3, Tabelle III, Schaltstufe 1. vor.

Bei den beiden Abwandlungen nach Fig. 7 und 8 der Dreieck-Grundschaltung (Fig. 5), die gemäß Tabellen IV und VI bei neun Klemmen ebenfalls jeweils fünf verschiedene Schaltstufen ermöglichen, sind folgende Besonderheiten hervorzuheben: Legt man bei Fig. 7 den Anschluß an die Klemmen 7, 8 und 9 (Tabelle IV, 1. Stufe), dann liegen die Zusatzwicklungszweige Z teilweise gegensinnig in Reihe zur übrigen Wicklung in Dreieckschaltung und werden von einem 3fachen Strom durchflossen. In dieser Betriebsstufe ergeben sich ähnliche impedanzvergrößernde Zustände wie bei den nachfolgend erläuterten Schaltungen nach Fig. 9, 10 und 11 gemäß Merkmal B.

Bei Fig. 8 sind die drei nicht näher gekennzeichneten Zusatzwicklungszweige innerhalb des sich bezüglich seiner Phasenlage nach drei Umläufen schließenden Wicklungszweiges eingefügt.

Die in den Tabellen angegebene Reihenfolge der einzelnen Schaltstufen erhebt keinen Anspruch auf Allgemeingültigkeit im Sinne einer stufenweise abnehmbaren Maschinenimpedanz. Wie bereits bei Tabelle I und II hingewiesen wurde, hängt dies in starkem Maß von der jeweils vorliegenden Wicklungsaufteilung ab. Wie bereits erwähnt wurde, können jeweils auch einzelne Schaltstufen weggelassen werden.

Grundschaltungen nach Merkmal B und Abwandlungen derselben

Eine Stern-Grundschaltung nach dem Merkmal B ist in Fig. 8, 9 dargestellt. Bei der in Fig. 10 gezeigten Stern-Schaltung liegt, ebenso wie bei der Dreieck-Schaltung in Fig. 11, eine Kombination der beiden Merkmale A und B vor. Bei Vertauschung der Klemmen 1 mit 7, 2 mit 8 und 3 mit 9 in Fig. 11 ergibt sich eine andere Ausführung nach dem Merkmal B allein. Der Vorteil der in Fig. 10 und 11 gezeigten merkmalskombinierten Ausführungen liegt darin, daß man durch die sich ändernde Strangzuordnung einzelner Wicklungszweige einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Wicklungsbemessung bzw. zur Beeinflussung der auftretenden Durchflutungsharmonischen schafft.

Charakteristisches Kennzeichen von Schaltungsanordnungen nach Merkmal B ist es, daß in der Stufe mit der größten wirksamen Maschinenimpedanz jeweils zwei aufeinanderfolgende Wicklungszweige entgegengesetzt durchflutet sind. Sie tragen damit zur resultierenden Grundwellendurchflutung nicht bei, sondern erhöhen nur die wirksame Imdedanz. Da zur Wicklungsumschaltung neun Anschlußenden herauszuführen sind, bieten sich zusätzliche Schaltstufen durch Überbrücken dieser Wicklungszweige sowie Teilwicklungsbetrieb an. Insgesamt lassen sich auf diese Weise die in Tabelle VII, VIII und IX für die Schaltungen nach Fig. 9, 10 und 11 erläuterten Schaltstufen erreichen.

Wicklungsanordnung und -aufteilung α) Aufteilung in zwei Parallelzweige

Die bei den verschiedenen Varianten mit drei parallelen Wicklungszweigen in der Normalbetriebsstufe (Fig. 2-4 und Fig. 6-11) bestehenden Möglichkeiten zur Wicklungsaufteilung zeigt Tabelle X. Da sich die hier in Betracht zu ziehenden, bei Käfigläufer-Induktionsmotoren allgemein verwendeten Ganzlochwicklungen mit q-Nuten je Pol und Strang nur in 2 p/T-Wicklungszweige aufteilen lassen - wobei 2 p die Polzahl ist und T einen ganzzahligen Teiler von 2 p bedeutet - muß man die drei parallelen Zweige bei einer nicht durch drei teilbaren Polpaarzahl p unterschiedlich strukturieren.

Tabelle X zeigt hier in Abhängigkeit von der Polzahl

- im oberen Teil die vorzusehenden Spulenzahlen je Polpaar
- im Mittelteil die erforderlichen Spulenwindungszahlen, wenn alle Spulen jeweils in Reihe geschaltet werden; reziprok dazu ist der Leiterquerschnitt vorzusehen
- im unteren Teil als Alternativmöglichkeit die innerhalb jeden Wicklungsstranges vorzusehende Zahl von Parallelpfaden bei Verwendung durchwegs einheitlicher Wicklungsspulen (2. Variante).

Aufgrund der notwendigen relativ hohen Zahl von Parallelpfaden je Strang (a = 2 p) dürfte der letzteren Möglichkeit eine nur eingeschränkte praktische Bedeutung zukommen.

Eine Aufteilung in hinsichtlich Anzahl und/oder Ausführung der Wicklungsspulen unterschiedlich zusammengesetzte Parallelzweige kann man auch bei den beiden Grundschaltungen nach Fig. 1 und 5 mit zwei parallelen Zweigen in der Normalbetriebsstufe vorsehen, wie es z. B. in Tabelle XI angedeutet ist. In analoger Weise werden dann Spulen unterschiedlicher Windungszahlen und Drahtquerschnitte bzw. in entsprechende Parallelpfade unterteilte Wicklungszweige benötigt um eine jeweils gleiche effektive Zweigwindungszahl zu erreichen.

β) Räumliche Anordnung der Wicklungszweige

Zur räumlichen Verteilung der einzelnen Wicklungszweige bestehen vielfältige Gruppierungsmöglichkeiten, wie nachfolgend am konkreten Beispiel einer 2 p = 4poligen Drehstromwicklung für N = 48 Nuten dargelegt wird. Für dieses Beispiel beträgt die Nutenzahl je Pol und Strang

Hierfür übliche Spulenanordnungen sind

- konzentrische Spulengruppen
Fig. 12 mit je 1 × 4 Spulen
- teilkonzentrische Spulengruppen	Fig. 13 mit je 2 × 2 Spulen
- Spulen gleicher Weite	Fig. 14 mit je 4 × 1 Spulen

Die Aufteilung in zwei Wicklungszweige für eine Grundschaltung nach Fig. 1 oder Fig. 5 kann gemäß den in Tabelle XII systematisch aufgelisteten Spulengruppierungen vorgenommen werden.

Kleinstes Wicklungselement bei den Varianten a und b ist die Spulengruppe eines Poles, so daß sich hierfür als zweckmäßigste Wicklungsausführung zusammenhängend gewickelte konzentrische 4fach-Spulengruppen nach Fig. 12 oder zusammenhängend 2 × 2 teilkonzentrische Spulen nach Fig. 13 anbieten. Selbstverständlich sind diese Varianten auch mit Spulen gleicher Weite nach Fig. 14 ausführbar.

Bei den Gruppierungen c, d, e sind Doppelspulen das kleinste Wicklungselement, so daß hierfür insbesondere eine Wicklungsausführung nach Fig. 13 gegebenenfalls auch Fig. 14 in Frage kommt.

Prinzipiell ließe sich auch bei konzentrischen 4fach-Spulen gemäß Fig. 12 eine Aufteilung in zwei innere und zwei äußere Spulen vorsehen, was jedoch fertigungstechnisch aufwendiger wäre. Wie es bei den Gruppierungen c, d im einzelnen angegeben ist, gibt es abhängig davon in welcher Reihenfolge man die linken und rechten Doppelspulen den beiden Zweigen zuordnet, jeweils noch zwei Varianten, die sich trotz der sehr ähnlichen Gesamtstruktur beim Oberwellengehalt deutlich voneinander unterscheiden.

Ein vollständiges Beispiel nach einer Grundschaltung Fig. 1 geschalteten Drehstromwicklung nach Gruppierung c2 ist in Fig. 15 gezeigt.

Zusätzliche Gruppierungsvarianten gibt es insbesondere auch bei den Gruppierungen f bis m. Hierbei werden als kleinstes Wicklungselement Einzelspulen benötigt, so daß eine Spulenanordnung gemäß Fig. 14 am zweckmäßigsten ist. Vielfältige Varianten sind dadurch möglich, daß für die Einzelspule, z. B. bei der Gruppierung f unter dem zweiten und dritten Pol jeweils der Freiheitsgrad besteht, von den betroffenen vier Spulen je Pol gemäß Fig. 14 die erste, zweite, dritte oder vierte Spule auszuwählen. Dieser Hinweis möge genügen, um die vielfältigen Variationsmöglichkeiten anzudeuten. Erwählt werden muß noch, daß auch die beiden Wicklungszweige I und II untereinander verschieden strukturiert werden können - siehe Gruppierungen 1 und m in Tabelle XII.

Festlegung der Wicklungsaufteilung und Spulengruppierung

Die zur Verringerung des Einschaltstromes angestrebte Erhöhung der wirksamen Maschinenimpedanz während des Hochlaufes geschieht durch folgende zwei physikalische Mechanismen:

1. Durch Reihenschaltung von betriebsmäßig parallelen Wicklungszweigen. Die Strangwerte für den ohmschen Widerstand R₁ und die Streureaktanz X _σ ₁ erhöhen sich dadurch bei den beiden Grundschaltungen Fig. 5 und Fig. 1 auf das 4- bzw. 4/3fache gegenüber dem Normalbetrieb.
2. Durch ganz erheblich vergrößerte Oberwellenakzeptanzen, infolge einer Vielzahl zusätzlich angeregter Durchflutungs-Oberwellen mit ungeraden, geraden und auch gebrochenen Ordnungszahlen.

Bei der Festlegung der Wicklungsaufteilung und Spulengruppierung der Wicklungszweige kommt es darauf an, eine Variante auszuwählen, die einerseits die gewünschte Impedanzerhöhung bringt, andererseits jedoch störende Oberwellenfelder möglichst vermeidet.

Störend sind insbesondere solche Feldoberwellen, die die Drehmoment/Drehzahl-Kennlinie im Hochlaufbereich einsatteln, z. B. zusätzliche asynchrone Oberwellenmomente vom Typ B nach Fig. 16, welche zusammen mit dem Grundwellenmoment A eine starke Einsattelung im resultierenden Drehmoment/Drehzahlverlauf R ergeben. Muß beim Hochlaufen ein bestimmtes Gegenmoment, z. B. G₁ = konstant oder G₂ = f(n) überwunden werden, dann besteht die Gefahr, daß der Motor bei einer Schleichdrehzahl n _s hängen bleibt. Es stören also vor allem mitlaufende Feldoberwellen deren synchrone Drehzahlen im Hochlaufbereich des Motors liegen. Ein gegenläufiges Oberwellendrehfeld Typ C sowie mit- oder gegenläufige Drehfelder vom Typ D oder E von "Unterwellen" mit entsprechend hoher Umlaufgeschwindigkeit stören diesbezüglich kaum. Ihre asynchronen Drehmomentanteile wirken im gesamten Hochlaufbereich bremsend oder zusätzlich antreibend.

Anhand der in den Tabellen XI und XII angedeuteten Aufteilungsmöglichkeiten für die Wicklungszweige gilt es, geeignete Varianten auszuwählen, wobei noch weitere Freiheitsgrade darin bestehen, daß man die drei Wicklungsstränge

(1) neben einer untereinander gleichartigen und jeweils um 120° zueinander versetzten Anordnung auch
(2) in zueinander unterschiedlicher Weise strukturieren kann.

Während sich bei (1) die von jedem Strang erregten Feldoberwellen zu paarweise abwechselnd mit- und gegenläufigen Oberwellendrehfeldern ergänzen, treten bei unsymmetrischer Ausführung nach (2) auch Wechselfelder auf. Für den Entwurf erfindungsgemäßer Schaltungen und zugehöriger Wicklungsanordnungen besteht somit ein weites Feld von Variations- und Anpaßmöglichkeiten.

Tabelle I (zu Fig. 2)

Tabelle II (zu Fig. 6)

Tabelle III (zu Fig. 3)

Tabelle IV (zu Fig. 7)

Tabelle V (zu Fig. 4)

Tabelle VI (zu Fig. 8)

Tabelle VII (zu Fig. 9)

Tabelle VIII (zu Fig. 10)

Tabelle IX (zu Fig. 11)

Tabelle X

Aufteilung in drei parallele Wicklungszweige

Tabelle XI

Aufteilung in zwei unterschiedliche Parallelzweige

Tabelle XII

Systematische Übersicht der verschiedenen Aufteilungsmöglichkeiten für 2 p = 4 mit q = 4 Spulen je Pol und Strang

Claims

1. Schaltungs- und Wicklungsanordnung für eine in drei oder mehr Betriebszuständen zu betreibende mehrphasige elektrische Drehfeldmaschine, insbesondere zum Anlassen von Käfigläufer- Induktions-Motoren, wobei zur Erhöhung der wirksamen Maschinenimpedanz in der normalen Betriebsstufe einem Strang zugeordnete parallelgeschaltete Wicklungszweige aufgetrennt und unterschiedlichen Zweigen zugeordnet und/oder mit teilweise unterschiedlicher Durchflutungsrichtung betrieben sind, gekennzeichnet durch zumindest in einzelnen Betriebsstufen stromlose und in der Normalbetriebsstufe parallel geschaltete Zusatzwicklungszweige (Fig. 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11).

2. Anordnung in dreiphasiger Ausführung nach Anspruch 1, bei der zumindest ein Teil der Wicklungsspulen zu einem in sich geschlossenen, aus sechs Wicklungszweigen bestehenden Wicklungszug verbunden ist, der an drei Stellen Anschlußpunkte für eine erste Betriebsstufe in Dreieckschaltung mit erhöhter wirksamer Maschinenimpedanz aufweist und mit drei zusätzlich herausgeführten Wicklungsanschlüssen der Sternpunkt für die Normalbetriebsstufe in Doppelsternschaltung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungszweige (Z) in der Normalbetriebsstufe in Stern geschaltet sind (Fig. 2, 3, 4).

3. Anordnung in dreiphasiger Ausführung nach Anspruch 1, bei der zumindest ein Teil der Wicklungsspulen zu einem in sich geschlossenen, aus sechs Wicklungszweigen bestehenden Wicklungszug verbunden ist, der an drei Stellen Anschlußpunkte für eine erste Betriebsstufe in Dreieckschaltung mit erhöhter wirksamer Maschinenimpedanz aufweist und mit drei zusätzlichen herausgeführten Wicklungsanschlüssen und entsprechenden Schaltverbindungen eine Doppeldreieckschaltung für die Normalbetriebsstufe gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungszweige (Z) in der Normalbetriebsstufe in Dreieck geschaltet sind (Fig. 6, 7).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungszweige (Z) fest in Stern oder Dreieck geschaltet sind (Fig. 2, 6).

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungszweige (Z) einzeln jeweils an mittig zwischen den Anschlußklemmen (1, 2 und 3) befindlichen Stellen des in sich geschlossenen Wicklungszuges der übrigen Wicklung angefügt sind (Fig. 3, 4, 7).

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Zusatzwicklungszweigen (Z) zur Erzielung einer mehrstufigen Wicklungsumschaltung (Tab. I bis V) drei gesonderte Wicklungsanschlüsse herausgeführt sind (Fig. 2, 3, 4 und Fig. 6, 7, 8; Klemmen 7, 8, 9).

7. Anordnung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Normalbetriebsstufe eine 3fach Sternschaltung mit drei galvanisch getrennten Sternpunkten gebildet ist (Fig. 4, Tab. V).

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei insgesamt nur sechs Anschlußklemmen eine dritte Betriebsstufe durch Einspeisung an den Zusatzwicklungszweigen (Z) gebildet ist (Fig. 4, Anschluß bei 4, 5 und 6, Tab. V).

9. Anordnung in dreiphasiger Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neun Wicklungszweige der in der Normalbetriebsstufe in Dreifach- Dreieck geschalteten Wicklung fest zu einem in sich geschlossenen Wicklungszug verbunden sind (Fig. 8, 11).

10. Anordnung in dreiphasiger Ausführung nach Anspruch 1, wobei zur Bildung der Betriebsstufe mit der höchsten wirksamen Maschinenimpedanz (Anschluß an 1, 2 und 3) bei jedem Strang drei im Normalbetrieb parallele Wicklungszweige mit abwechselnder Durchflutungsrichtung hintereinander liegend in Stern oder in Dreieck geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung weiterer Betriebsstufen jeweils zwei hinsichtlich ihres Durchflutungssinnes entgegengesetzte Wicklungszweige überbrückt sind und/oder Teilwicklungsbetrieb vorgesehen ist (Fig. 9, 10, 11 Tab. VII und VIII und IX).

11. Anordnung in dreiphasiger Ausführung nach mindestens einem der Ansprüche 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, gekennzeichnet durch eine fünfstufige Wicklungsumschaltung bei neun herausgeführten Wicklungsanschlüssen (Fig. 3, 4, 7, 8, 10; Tab. III, IV, V, VI, VIII).

12. Anordnung für eine dreiphasige Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche mit in der Normalbetriebsstufe drei parallelen Wicklungszweigen je Strang, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wicklungszweige hinsichtlich Anzahl und/oder Ausführung der Wicklungsspulen nach Spulenwicklungszahl und Leiterquerschnitt unterschiedlich zusammengesetzt sind (Fig. 2, 3, 4, 6-11, Tab. X, 1. Variante).

13. Anordnung für eine dreiphasige Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche mit in der Normalbetriebsstufe drei parallelen Wicklungszweigen je Strang, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung durchwegs einheitlich ausgeführter Wicklungsspulen die einzelnen Wicklungszweige ihrerseits eine unterschiedliche Zahl von Parallelzweigen aufweisen (Tab. X, 2. Variante).

14. Anordnung für eine dreiphasige Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 mit in der Normalbetriebsstufe zwei parallelen Wicklungszweigen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungszweige jeden Stranges hinsichtlich ihrer räumlichen Spulenverteilung und/oder Anzahl und Ausführung der Wicklungsspulen bezüglich Windungszahl und Leiterquerschnitt unterschiedlich strukturiert sind.

15. Anordnung für eine Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung konzentrischer oder teilkonzentrischer Spulengruppen (Fig. 12, 13, 15).

16. Anordnung für eine dreiphasige Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 für eine nicht durch drei teilbare Polzahl, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Stränge identisch gruppiert und um jeweils ein Drittel des Umfanges gegeneinander versetzt angeordnet sind (Fig. 14).

17. Anordnung für eine dreiphasige Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 für beliebige Polzahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Stränge hinsichtlich ihrer Verteilung und Gruppierung der einzelnen Wicklungszweige unterschiedlich aufgebaut sind.

18. Anordnung für eine Anlaß-Schaltung eines Käfigläufer- Induktionsmotors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine derartige räumliche Verteilung der einzelnen Wicklungszweige, daß im Hochlaufbereich störende Einsattelungen der Drehmoment/Drehzahl- Kennlinie vermieden sind (B in Fig. 16).