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Polumschaltung für dreiphasige Ständerwicklungen im Verhältnis 3:2.
Bei Dreiphasenwechselstrommotoren ist es bekannt, die Spulen derart umzuschalten,
daß die gleichen Spulen zwecks Erzielung verschiedener Umlaufszahlen auf zwei verschiedene
Polzahlen umgeschaltet werden können. Eine solche bekannte Umschaltung, die sämtliche
Spulen bei beiden Polzahlen verwendet, besteht darin, :daß die dreiphasige n - 8polige
Wicklung auf eine zweiphasige n # 6polige Wicklung umgeschaltet wird. Unter Verwendung
zweier solcher Motoren, die entweder in Kaskaden- oder in Parallelschaltung laufe@n,
können vier verschiedene Geschwindigkeitstufen im Verhältnis von rlfz : 2 : 3 :
4 erzielt werden. Diese Geschwindigkeitstufen entsprechen jedoch nicht vollständig
den praktischen Bedürfnissen der Eisenbahnbetriebe, weil die niedrigste Geschwindigkeitstufe
im Verhältnis zu den übrigen etwas zu hoch und,der Schritt von der ersten zur zweiten
Geschwindigkeitstufe zu klein ist. - Die Erfindung betrifft nun eine Polumschaltung
für Dreiphasenwechselstrommotoren, mit der ahne Änderung -der Phasenzahl und unter
Ausnutzung sämtlicher Spulen bei beiden Polzahlen unter Verwendung zweier abwechselnd
in Kaskaden- und Parallelschaltung laufender Motoren die vier Geschwindigkeitstufen
im Verhältnis von z : 2 : 3 : 4 erzielt werden können, wenn für die letzte Stufe
die an und für sich bekannte Umschaltung von der Dreieck- in Sternschaltung unter
Verminderung der Polzahl auf die Hälfte herangezogen wird.
Das Wesen
der neuen Polumschaltung besteht darin, daß die Dreiphasenwicklung von n # 6 Pole
auf n # 4 Pole derart umgeschaltet wird, daß je drei um je
verschobene Spulen der n # 6poligen Wicklung samt den gegenüber diesen Spulen um
je 6 v verschobenen Spulen bei der Umschaltung auf n-4 Pole in die gleiche Phase
geschaitet werden.
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Hierbei bedeutet n eine beliebige ganze Zahl und ?c den Winkel von
r8o elektrischen Graden.
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Wird die Wicklung r2polig mit in zwei Ebenen liegenden Spulenköpfen
ausgeführt, so kann die für die Umschaltung auf 8 Pole zu befolgende, oben angegebene
Regel auch derart ausgedrückt werden, daB beim Umschalten auf 8 Pole drei nebeneinanderliegende
Spulen der einen Ebene mit den jeweils gegenüberliegenden Spulen der gleichen Ebene
in die gleiche Phase geschaltet werden.
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Da zur Ausführung dieser Umschaltung eine verhältnismäßig große Anzahl
Verbindungsleitungen zwischen dem Schalter und der Wicklung erforderlich sind, so
wird die Polumschaltung in der angegebenen Weise nur in der Ständerwicklung durchgeführt,
während der Läufer zweckmäßig in an und für sich bekannter Weise mit einer n # 6poligen
und einer besonderen n # 4poligen Wicklung versehen ist, die abwechselnd eingeschaltet
werden, je nachdem der Ständer auf n # 6 oder n # 4 Pole geschaltet ist.
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Mit einer in Dreieck geschalteten i 2poligen Wicklung, die in an und
für sich bekannter Weise derart eingerichtet ist, daß sie in Sternschaltung auf
6 Pole umgeschaltet werden kann, lassen sich z. B. mit zwei entweder in Kaskade
oder parallel schaltbaren Motoren nachstehende vier Geschwindi.gkeitstufen erzielen:
Stufe r: Wicklungen r2polig in Dreieck, Motoren in Kaskade geschaltet = 24 Pole,
Stufe 2: Wicklungen r2polig in Dreieck, Motoren parallel geschaltet - 12 Pole, Stufe
3: Wicklungen 8polig in Dreieck, Motoren parallel geschaltet = 8 Pole, Stufe 4:
Wicklungen 6polig in Stern, Motoren parallel geschaltet = 6 Pole.
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Die den vier Stufen entsprechenden Polzahlen 24, 12" 8, 6 ergeben
-die gewünschten Verhältniszahlen r : 2 : 3 : 4 der Geschwindigkeitstufen.
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In der Zeichnung zeigt Abb. r eine dreiphasige Ständerwicklung mit
Polumschalter auf 12. Pole und Alb. 2 auf 8 Pole geschaltet, und zwar sind die drei
Phasen durch volle, gebrochene und strichpunktierte Linien unterschieden.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen der Übersichtlich- i keit wegen das vereinfachte
Schaltbild der Spulen in der r2poligen bzw. 8poligen Schaltung.
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Die Wicklung ist mit in zwei Ebenen liegenden Spulenlcöpfen ausgeführt,
und zwar ist für jede Spule nur eine Windung des Spulenkopfes mit je zwei guten
dargestellt; der hintere Spulenkopf deckt sich mit dem vorderen; die in die einzelnen
muten mündenden Stromzuleitungen schließen sich nicht an die. vorderen Spulenköpfe
an, sondern führen durch die Nuten nach dem hinteren Spulenhopfe. Die 36 sind mit
fortlaufenden Zahlen versehen, die gleichzeitig das betreffende Ende der in der
fraglichen ut liegenden Spule bezeichnen.
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2 ersichtlich ist, Wie aus den Abt. r stehen die Spulen zum größten
Teil miteinander in ständiger Verbindung, während die Spulenenden r, 5, g, 2o, 28,
33 und 34 durch Zuleitungen mit dem Umschalter Ik verbunden sind, mit dem die von
auf 8 Pole ausgeführt wird. führen von der Verbindungsleitung s der Spulenenden
30, 35, von der Verbindungsleitung t der Spulenenden 26, 35 von der Verbindungsleitung
r der Spulenenden 24, 2g und endlich der Verbin-Stromdungsleitung i der Spulenenden
22, zuleitungen zum Polumschalter . In der in Abt. r dargestellten Schaltung ist
die Phasenzuleitung I über den Schaltarm f des Umschalters I, Abzwei-Zuleitung z23
mit der Spule 33-36, gung x diese über die Verbindungsleitung 7t. mit der Spule
diese wieder über z1°, Schaltverbunden, arm b und z° mit der Spule die ihrerseits
über o mit der Spule 27-30, ferner über s mit Spule 3-6 und über w mit und HI r
Phasenzuleitung 11-14, 17-20
-.v', 7 Spule 2r-24 in Reihe geschaltet ist.
Das Ende z4 dieser letzteren Spule ist über r z24 durch den Schaltarm h an die Phasenzuleitung
angeschlossen. Da das Ende 24 in ständiger Verbinder Spule 2r-2d. durch @dung mit
-dem Ende 2g der Spule 2g-32 steht, so ist die III gleichzeitig an die Spule 29-32
angeschlossen, die ihrerseits mit den Spulen 5-8, 23-26, 35-2 und in Reihe geschaltet
ist, während das Ende 2o dieser letzteren Spule durch Vermittelung des Schaltarmes
g mit der Phasenzuleitung II in Verbindung steht. Die vom Umschalter K zum Spulenende
zo führende Leitung z2° besitzt eine Abzweigung die zum Ums.chalterkontakt h2° führt,
der durch den Schaltarm e mit dem Spulenende r der Spule r-4 in Verbindung steht,
so daß das Ende r dieser Spule gleichzeitig an die Fhasenzuleitung II angeschlossen
ist. Die letztere Spule r-4 ist mit den Spulen rg-22, -ro, 25-28, r3-r6 und 3r-34
in Reihe geschaltet.
Das Ende 34 dieser letzten Spule steht mit
dem Schaltarm d in Verbindung, der auf dem Kontakt k33 des Umschalters liegt. Dieser
letztere ist durch die Abzweigung x mit dem Kontakt k33' in Verbindung, der durch
den Schaltarm f an die Phasenzuleitung I angeschlossen ist. Die Schaltung der Spulen
ist in dem vereinfachten Schaltbild der Abb. 3 übersichtlich dargestellt. In dieser
Schaltung bilden die Spulen eine gewöhnliche 12polige Dreiphasenwicklung.
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-Wird der Umschalter K in die Stellung Abb. 2 umgelegt, so erfolgen
nachstehende Änderungen in der Schaltung.
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Die drei Spulen 33-36, 1-4 und 5-8, -die bei der 12poligen Schaltung
um je 24o elektrische Grade, also gegeneinander verschoben waren, ferner
die Spulen 15-r8, r9-22 und 23-26, die in bezog auf -die erstgenannten Spulen 33-36,
-r-4 und 5-8 um je 3 mal 36o elektrische Grade, also um den Winkel 6 7c verschoben
waren, sind in der 8poligen Schaltung in die gleiche Phase zwischen die beiden Phasenzuleitungen
I und III geschaltet (vgl. das .der 8poligen Schaltung entsprechende vereinfachte
Schaltbild 4). Bei dem dargestellten Beispiel befinden sich sämtliche Spulen in
Reihenschaltung. Selbstverständlich könnten aber die Spulen auch parallel oder in
gemischter Schaltung geschaltet werden.
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Die Phasenzuleitung I ist nämlich durch den Schaltarm f an die die
beiden Spulenenden 26 und 35 verbindende Leitung t angeschlossen, wodurch die Phasenzuleitung
I gleichzeitig mit dem Spulenende 26 in Verbindung steht. Das andere Ende der Spule
26-23 ist durch die Verbindungsleitung p mit dem Spulenende B. verbunden, während
das andere Ende dieser Spule 8-5 über den Schaltarm a des Umschalters an das Spulenende
18 angeschlossen ist. Das andere Ende 15 der Spule r8-15 steht durch die Leitung
u mit dem Spulenende 36 in Verbindung; und das Ende 33 dieser Spule 36-33 ist über
die Abzweigung x und den Schaltarm e mit dem Ende r -der Spule 1-4 verbunden, deren
anderes Ende über Leitung q mit dem Ende 19 der Spule 19-22 in Verbindung steht.
Diese letztere ist durch die Abzweigung z22 und den Schaltarm g -des Umschalters
an die Phasenzuleitung II angeschlossen, wie dies das vereinfachte Schaltbild 4
veranschaulicht.
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Desgleichen sind die Spulen 27-30, 31-34 und 35-2, die bei der 12poligen
Schaltung in bezog aufeinander um 18o elektrische Grade verschoben sind, ferner
die gegenüber diesen bei der 12poligen Schaltung um je 3 mal 36o elektrische Grade,
also 6 - 7c, verschobenen Spulen 9-12, 13-16 und 17-2o in die gleiche Phase, d.
h. zwischen die Phasenzuleitungen I und III, geschaltet, wie dies Abb. q. veranschaulicht.
Die Stromwege sind die folgenden: Phasenzuleitung I, Schaltarm f, Kontakt k3°, Zuleitung
z3 , t, Spule 35-2, Verbindungsleitung v, Spule r7-20, Zuleitung z2°, A@bzwe@ügung
x , Kontakt h2°, Schaltarm d, Zuleitung z34, Spule 34-3r, Verbindungsleitung m,
Spule 16-r3, Zuleitung z13, Kontakt k13, Schaltarm b,
Spule 9-r2, Verbindungsleiter
o, Spule 27-30, Abzweigung z22, Kontakt k3, Schaltarm lz und Phasenzuleitung III.
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In gleicher Weise sind die übrigblei enden Spulen in die dritte Phase
zwischen die Phasenzuleitungen II und III (Abb. 4) geschaltet.
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Die Stromwege sind: Phas:nzuleitung III, Schaltarm lz, Kontakt k22,
Zuleitung Verbindungsleiter s, Spule 3-6, Verbindungsleiter Spule 21-2d., Verbindungsleiter
y, 2g-32; Verbindungsleiter y, Zuleitung z14, Abzweigung x", Kontakt k'14, Schaltarm
c, Zuleitung z= , Spule 28-25, Verbindungsleiter j,
Spule 1o-7, i,
Zuleitung z3, Kontakt k3, Schaltarm g und Phasenzuleitung II.
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Wie sich aus 4 ergibt, bei Umschaltung auf 8 Pole die Anschlüsse der
Phasenzuleitung II III an die Wicklung vertauscht. Eine Verfolgung durch die in
den Spulen fließenden Ströme magnetomotorischen Kräfte ergibt, daß bei dieser Schaltung
tatsächlich 8 entstehen, die am Umfang praktisch gleichmäßig verteilt sind.
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In gewi sei Spulen findet bei der auf 8 Pole eine Umkehr in der Stromrichtung
statt, oder werden in gewissen Spulen die Anschlüsse der Spulenenden in bezog aurf
die vertauscht. Um die diesbezüglichen Verhältnisse klar Ausdruck zu bringen, soll
in Alen Ab . 3 und 4 Reihenfolge der die Spulenenden bezeichnenden bzw. die Umkehrung
der Reihenfolge derselben die Umkehr der Stro ei htung andeuten. So z. B. ist die
Spule 33-36, die in A b. 3 zwischen die Phasenzuleitungen I und III geschaltet ist,
in Abb. 2 zwischen die Phasenzuleitungen I und -II geschaltet und Andeutung der
Umkehr .der mit 36-33 bezeichnet.
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Bei Wicklungen, deren Polzahl ein Vielfaches von 12 beträgt, werden
bei der Umschaltung auf eine Polzahl, die ein Vielfaches von 8 Polen beträgt, diejenigen
Spulen, die bei der 12poligen Schaltung 24a elektrische Grade gegeneinander verschoben
sind,
und diejenigen Spulen, die um 6 7r sowie um ein Vielfaches von 6 ;r gegen erstere
verschoben sind, in die gleiche Phase geschaltet.
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Soll die Wicklung, zwecks Erzielung der höchsten Geschwindigkeitstufe,
von der i :2poligen Dreieckschaltung in an und für sich bekannter Weise auf die
6polige Sternschaltung umgeschaltet werden können, so erfolgt bei der in den A@bb.
i und 3 angegebenen Gruppierung der Spulen diese Umschaltung in der Weise, daß die
Phasenzuleitungen an die Punkte W gelegt und die ursprünglichen Anschlußstellen
I, 1I, III kurzgeschlossen werden.
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Um nun diese Schaltung mit möglichst wenig "Zuleitungen ausführen
zu können, ist eine andere Gruppierung der Spulen innerhalb der einzelnen Phasen
erforderlich.
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Diese erfolgt gemäß der Erfindung derart, daß je drei in bezug aufeinander
um a 7r verschobene Spulen derselben Phase nebeneinanderzuliegen kommen. So würde
man statt der zwischen den Phasenzuleitungen II und I in Abb. 3 gewählten Reihenfolge
der Spulen 1-a, i9-22, 7-i0, 25-28, 13-16 und 31-3d. gemäß der Erfindung die Reihenfolge
1-q., 13-I6, 25-28 und 7-10, I9-22, 31-3q. wählen, so daß die Spulen 1-q., 13-16
und 25-28 bzw. 7-1o, i9-22 und 31-3q. derselben Phase, die in bezug aufeinander
um 47r verschoben sind, nebeneinanderliegen.
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Wie bereits eingangs erwähnt worden ist, wird die beschriebene Umschaltung
zweckmäßig nur an den Ständern der Motoren benutzt, wahrend der Läufer zweckmäßiger
mit besonderen i 2poligen und 8poligen Wicklungen und besonderen Schleifringen für
die beiden ausgerüstet wird, wie dies an und für sich bekannt ist.
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Gemäß der Erfindung kann man einen der Schleifringe ersparen, indem
man die eine j "Zuleitung Tier n - 6poligen und der n - 4poligen Läuferwicklung
vereinigt. Da die Summe der durch die n - 6polig geschaltete Ständer-Wicklung in
der n - 4poligen Läuferwicklung induzierten elektromotorischen Kräfte und umgekehrt
bei ti -4poliger Schaltung die Summe der in der n - 6poligen Läuferwicklung induzierten
elektromotorischen Kräfte -Nuli ist, so ist diese Verbindung der beiden Läuferwicklungen
zulässig. Werden die bei-(len Läuferw=icklungen um einen aus dein. Wicklungsschenia
leicht feststellbaren geeigneten Winkel gegeileinander verschoben, so kann man erzielen,
daß an der Vereinigungstelle der beiden Läuferwicklungen die in der jeweils außer
Betrieb befindlichen Läuferwicklung induzierte elektromotorische Kraft der in der
im Betrieb befindlichen Wicklung induzierten elektromotorischen Kraft stets entgegengesetztgerichtet
ist.