DE400548C

DE400548C - Pole-changing winding for multi-phase machines with two-layer drum winding

Info

Publication number: DE400548C
Application number: DES47553D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1924-09-08

Description

Polumschaltbare Wicklung für 1Vlehrphasenmaschinen mit zweischichtiger Trommelwicklung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei nielirpliasigen polumschaltbaren Trommelwickhingen für beliebige Polzablverbältnisse und beliebige Phasenzahlen bei jeder Polzahlstufe eine reguläre Stromverteilung bei regulärem Drelifelrl zti erzielen. Bei der Ringankerwicklung sind solche Schaltungen für beliebige Polzahlverhältnisse ohne weiteres möglich. Man faßt dann die aufeinanderfolgenden Spulen einzeln oder in Gruppen zusammen und speist sie in einer solchen Reihenfolge aus den verschiedenen Phasen des Mehrpliasensvsterns, rlaß die gewünschte Polzahl entsteht.Pole-changing winding for single-phase machines with two-layer Drum winding. The object of the invention is to provide pole-changing with nielirpliasigen Drum winder for any Polzablverbältnisse and any number of phases achieve a regular current distribution with regular Drelifelrl zti for each number of poles. In the case of the ring armature winding, such circuits are available for any number of pole ratios easily possible. One then grasps the successive coils individually or together in groups and feed them in such an order from the various Phases of multiple pliasing, so that the desired number of poles is created.

In Abb. i ist beispielsweise ein derartiger Ringanker finit C Spulen abgerollt dargestellt. Man kann die Spulen von den drei Strömen eines Dreipliasensysterns derart durchfließen lassen, wie es die Buchstaben A, B, C darstellen, indem man je zwei nebeneinander liegende Spulen an die gleiche Phase schaltet. In dein veranschaulichten Beispiele erhält nian dann eine zweipolige Wicklung mit der doppelten Polteilung 2 7'. Schaltet man dagegen, wie es die Buchstaben der zweiten Zeile a, h, c zeigen, die aufeinanKlerfolgenden Spulen je an eine andere Phase, so erhält man ein vierpoliges Magnetfeld mit der doppelten Polteilung 2 -.In Fig. I, for example, such a ring armature is shown unrolled with finite C coils. The coils of the three currents of a three-phase system can flow through the coils in the way the letters A, B, C represent, by connecting two adjacent coils to the same phase. In the example illustrated, nian then has a two-pole winding with double the pole pitch 2 7 '. If, on the other hand, one switches the successive coils to a different phase, as the letters in the second line a, h, c show, one obtains a four-pole magnetic field with double the pole pitch 2 -.

Will man nun die Wicklun.- eines Trommelankers ebenfalls polumschaltbar in der für den Ringanker angegebenen Weise ausführen, so entsteht die Schwierigkeit, daß die beiden Leiter einer Windung auf der Trommeloberfläche liegen, so flaß es nicht ohne weiteres möglich ist, ein reguläres Drehfeld bei regulärer Stromverteilung zu erzielen.If you want the winding of a drum armature also pole-changing perform in the manner specified for the ring anchor, the difficulty arises that the two conductors lie one turn on the surface of the drum, so it did not matter is not easily possible, a regular rotating field with regular power distribution to achieve.

Es ist zwar auch fier Trouinielwicklung von Mehrphasenmaschinen eine Reihe von Lösungen vorgeschlagen worden. Sie liefern jerloch entivcler unregelmäßige Strom- und Feldverteilung oder sind nur für bestimmte Polzahlverhältnisse brauchbar, oder nian muß mit der Polumschaltun- die Phasenzahl wechseln, oder für ,lie versclüe#lenen Pnlzalilen von vornherein verschie-lene Wicklungen auf der Maschine vorsehen- Derartige Anordnungen hat inan als ein- oder mehrschichtige Spulenwicklungen ausgefiilirt oder als zweiscliiclitige Schleifen- oder Wellenwicklungen nach Art gier Gleichstromwicklungen. Durch riie Anordnung gemäß cler t-rfindting wird es auch bei zweischichtigen Trommelwicklungen für 1Iehrpliasenniascliinen ermöglicht, in den einzelnen Schichten eine reguläre Stromverteilung bei regulärem Drehfelri für jedes heliehige Polzahlverhältnis zu erzielen, bei der ini besonderen auch heim Übergang von einer Polzahl zur anderen ein Wechsel der Phasenzahl nicht erforderlich ist. Der Erfindung gemäß wird eine zweischichtige polumschaltbare Trommelwicklung für mehrphasige Maschinen dadurch erhalten, daß Spulen der für einschichtige Trommelwicklungen (Patentschrift 289348, hl. 2,id) bekannten Art mit gleicher, zwischen rler großen und der kleinen Polteilung liegenden Spulenweite verwendet werden. Es bildet dann bei Zweischichtwicklung gemäß der Erfindung diie eine Spulenseite die Oberschicht einer Nut, die zweite Spulenseite die Unterschicht einer anderen Nut, die sich von der ersten in einem @lcr Spulenweite entsprechenden Abstand befindet. lin besonderen wird nun gemäß der Erfindung beim Übergang von einer Polzahlstufe auf die analere in allen oder dein größten Teil der Spielen die Phase des Stromes geändert, und zwar so, daß in jeder Schicht geie Wicklungszonen der einzelnen Phasen mit unter sich gleicher Spulenzahl aufeinanderfolgen, und daß für beule Polzahlstufen @ler Sinn der Aufeinanderfolge einander entsprechender Phasen beibehalten bleibt. In beiden Stufen wird somit ohne Änderung .der Phasenzahl am Ankerumfang sowohl in der Oberschicht als auch in der Unterschicht eine reguläre Stromverteilung bei regulärem Drehfeld erzielt.A number of solutions have also been proposed for the troublesome winding of multiphase machines. They deliver irregular current and field distribution or can only be used for certain pole number ratios, or they must change the number of phases with the pole changeover, or for different windings on the machine to have different windings on the machine from the outset in the form of single or multi-layer coil windings or as two-part loop or wave windings in the form of direct current windings. The arrangement according to the finding makes it possible, even with two-layer drum windings for secondary windings, to achieve a regular current distribution in the individual layers with a regular rotating field for each number of poles ratio Number of phases is not required. According to the invention, a two-layer pole-changing drum winding for multi-phase machines is obtained by using coils of the type known for single-layer drum windings (patent specification 289348, hl. 2, id) with the same coil width between the large and the small pole pitch. With two-layer winding according to the invention, the one coil side then forms the upper layer of a slot, the second coil side the lower layer of another slot, which is located at a distance corresponding to the first coil width. In particular, according to the invention, when changing from one number of poles to the more analog, the phase of the current is changed in all or most of the games, in such a way that in each layer geie winding zones of the individual phases with the same number of coils follow one another, and that for bulging number of poles the sense of the sequence of mutually corresponding phases is retained. In both stages, a regular current distribution with a regular rotating field is thus achieved without changing the number of phases on the armature circumference, both in the upper layer and in the lower layer.

Die Abb. 2 bis 8 zeigen Beispiele von Wicklungen gemäß der Erfindung. In Abb. 2 ist eineWicklung fürVierpliasenstroni dargestellt. Und zwar für eine Umschaltung von zwei auf vier Pole. Für die Leiter der Oberschicht ist durch die in der oberen Zeile angegebenen großen Buchstaben die Phasenfolge für die zweipolige Anordnung angedeutet, ebenso für die Oberschicht für die vierpolige Anordnung die Phasenfolge durch kleine Buchstaben in Ier zweiten Zeile.Figures 2 to 8 show examples of windings according to the invention. In Fig. 2, a winding for four-plias stroni is shown. For a switchover from two to four poles. For the head of the upper class is through those in the upper Line indicated the phase sequence for the two-pole arrangement in capital letters indicated, as well as the phase sequence for the top layer for the four-pole arrangement by small letters in the second line.

Die einzelnen Spulen werden für beide Polzahlen derart geschaltet, claß sowohl in der Oberschicht als auch in der Unterschicht je für sich eine der Phasenzahl entsprechende regelmäßige Stromverteilung atn Umfange entsteht. Die Abbildung läßt dies ohne weiteres erkennen. Da nun in beiden Schichten für jede Polzahl ein reguläres Drehfeld ausgebildet wird, so wird ohne weiteres erreicht, daß sich die beiden regtilüren Einzeldrehfelder zu einem regulärei Gesamtdrehfeld zusammensetzen. Beim Arbeiten weder mit cler einen noch mit der anderen Polzahl können somit störendeUnregelmäßigkeiten auftreten.The individual coils are for both pole numbers like that switched, class both in the upper class and in the lower class for itself a regular current distribution corresponding to the number of phases arises at the extent. The figure shows this without further ado. Since now in both layers for each Number of poles a regular rotating field is established, it is easily achieved that the two rain-free individual rotating fields form a regular total rotating field put together. When working with neither one nor the other number of poles disruptive irregularities can thus occur.

Bei dieser Anordnung kann sich naturgemäß nicht für beide Polzahlstufen eine vollkommene Ausnutzung des Wicklungsmaterials ergeben, ,la die Spulenweite auf jeden Fall von einer der Polteilungen almweichen muß. Die Ströme der Ober- und Unterschicht addieren sich dabei nicht arithmetisch, sondern geometrisch, da sie nicht in allen Nuten die gleichen Phasen besitzen. Um nun für beide Polzahlstufen eine möglichst günstige Ausnutzung zu erreichen, gibt man der Spulenweite s (Abb. 3) zweckmäßig in an sich bekannter Weise einen Wert, der zwischen der kleinen Polteilung und cler großen Polteilung T liegt. Will man für beide Polzahlen gleiche Ausnutzung erzielen, so ergibt seich die erforderliche Spulenweite aus folgender Betrachtung: Die Ausnutzung der Wicklung - ist proportional dein Sinus des Verhältnisses von Spulenweite zu Polteilung. Es ergibt sich also als Bedingung für gleiche Ausnutzung Da nun s größer als und kleiner als T sein soll, so .ist diese erfüllt, wenn sich die Argumente der rechten und linken Seite der Gleichung zu r8o° ergänzen, wenn also übereinander aufheben. , Breite Wicklungszonen wie 3:2, V die A Wicklung b W 24 H der dieser Phase y Phase Strom oder Stromzweig und Übergang veranschaulicht.With this arrangement, of course, full utilization of the winding material cannot result for both pole number levels, since the coil width must in any case deviate from one of the pole pitches. The currents of the upper and lower layers do not add up arithmetically, but geometrically, since they do not have the same phases in all slots. In order to achieve the best possible utilization for both number of poles, the coil width s (Fig. 3) is expediently given a value between the small pole pitch and the large pole pitch T in a manner known per se. If you want to achieve the same utilization for both numbers of poles, the required coil width results from the following consideration: The utilization of the winding - is proportional to your sine of the ratio of coil width to pole pitch. It is therefore a condition for equal utilization Since s is supposed to be greater than and less than T, this is fulfilled if the arguments on the right and left side of the equation complement each other to form r80 °, i.e. if pick up on top of each other. , Wide winding zones such as 3: 2, V illustrates the A winding b W 24 H of this phase y phase current or current branch and transition.

beiden nur us Beziehung ergibt sich somit für jc.ae Polumschaltung mit gegebenem und Polteilung im Spulen weite s, man wählt, .; um gleiche Wicklungsausnutzung für beide Polzahlstufen zu erhalten.both only us relation results for jc.ae pole switching with a given and pole pitch in the coil width s, one chooses,.; in order to obtain the same winding utilization for both number of poles.

Es ergibt sich beispielsweise für ein ; r : eine Spulenwei e von 2l; der größeren Polteilung, für ein Polzahh-erhältnis 2: 3 eine Spulenweite von größeren Polteilung.It results, for example, for a; r: a coil width of 2l; the larger pole pitch, for a pole number ratio 2: 3 a coil width of larger Pole pitch.

Bei der einer etwa derartigen Spulenweite ergibt sich der weitere Vorteil, daß tie Stromverteilungen der Ober- und Unterschickt sich derart lagern, claß die Oberfelder stark gegeneinander wirken und sich zum größten Teil Abb. ,l. zeigt .eine Wicklung gemäß Abb.2 sowohl bei zweipoliger als auch vierpoliger Schaltung für zwei verschiedene (gestrichelt und ausgezogen) Augenblicke des vierphasigen Stromdurchflusses. Es ist ohne weiteres zu übersehen, daß sie wesentlich günstiger ist als die einer normalen Vierphasenwiclclung.In the case of a coil width of this type, the further one results Advantage that the power distributions of the upper and lower sections are located in such a way that claß the upper fields act strongly against each other and for the most part Fig. l. shows a winding according to Fig. 2 both with two-pole and four-pole connections for two different (dashed and solid) moments of the four-phase Current flow. It can easily be overlooked that they are much cheaper is than that of a normal four-phase winding.

Abb. 5 zeigt ebenfalls für eine Vierphasenwicklung ein Beispiel für eine Polumschaltung im Verhältnis a : 3. Damit alle Nuten stets von Strom durchflossen werden, ist es hier wie auch in den anderen Fällen, erforderlich; daß die der jeder Phase am Umfange sich bei den verschiedenen Polzahlen umgekehrt die Zahl der Polpaare, also liier wie erhält, daß also jede Wicklungszone einerPhase, für einePolzahlstufe aus einer Spulenzahl besteht, die der Polpaarzahl der anderen Polzahlstufe zahlenmäßig entspricht.Fig. 5 also shows an example for a four-phase winding a pole change in the ratio of a: 3. So that all slots are always flowed through by current it is necessary here as in the other cases; that the everyone Phase at the circumference with the different numbers of poles the number of pole pairs is reversed, So there is how, that means that each winding zone of a phase, for one pole number stage consists of a number of coils that corresponds to the number of pole pairs of the other pole number stage is equivalent to.

uch hier bilden sowohl Ot.-erschicht als auch Unterschlicht j e für sich eine Wicklung mit regulärer Stromverteilung bei regulärem Drehfeld. Für die vierpolige Anordnung ist die Stromverteilung der einzelnen Phasen mit A, R usw. bezeichnet, für die sechspolige Anordnung mit a, b usw.Here, too, both the outer layer and the lower layer each form a winding with regular current distribution with a regular rotating field. For the four-pole arrangement, the current distribution of the individual phases is marked with A, R, etc., for the six-pole arrangement with a, b, etc.

Bei der . 2 sind 8 Spulen nach Ab vorhanden, die beim Übergang von einer Polzahl auf die andere für sich geschaltet werden müssen. Dies ist bei den ick-Spulen der lung nach Abb. 5 nicht mehr erforderlich. i.er sind vielmehr stets 3 Spulen vorhanden, die sich bei der Umschaltung gleichartig verhalten. Für einen Stromzweig ist dies in . Zeichnung durch starke Striche hervorgehoben. Zwei Spulen müssen z. B. bei der Umschaltung von 13@auf c gelegt werden, die dritte von P auf a. Da nun aber im Vierphasens stem durch D stets der Pntgegengesetzte wie in Phase B und in Phase e der entgegengesetzte Strom wie in Phase a fließt, so kann man diese dritte Spule im umgekehrten Wicklungssinn stets in Reihe zu den erstgenannten Spulen geschaltet Lassen.In the . 2 there are 8 coils after Ab, which have to be switched separately when changing from one number of poles to the other. This is no longer necessary with the ick coils of the development according to Fig. 5. Rather, there are always 3 coils that behave in the same way when switching. For a branch this is in. Drawing highlighted by strong lines. Two coils must e.g. B. when switching from 13 @ to c, the third from P to a. But since in the four-phase system through D the opposite current flows through D as in phase B and the opposite current flows in phase e as in phase a, this third coil can always be connected in series with the first-mentioned coils in the opposite direction of winding.

Das gleiche -erhalten zeigen stets j e drei andere Spulen der Wicklung nach Abb. 5, so daß man diese Gruppen von je drei Spulen zu einem zusammenfassen bann, demnach nur 8 umzuschaltende Stromkreise erhält, die beim von der .1poligen zur Geoligen Schaltung an passend vertauschte Phasen gelegt werden müssen.The three other coils of the winding always show the same according to Fig. 5, so that these groups of three coils can be combined into one ban, therefore only receives 8 circuits to be switched, which are used by the .1-pole for the Geoligen circuit must be placed on appropriately reversed phases.

Die Stromverteilung und Feldattsbnldttng der Wicklung nach Abb.5 ist in Abb. 6 Man erkennt auch hier, daß für die gezeichneten Zeitpunkte der Ströme geringfügige Oberfelder vorhanden sind. Die Anwendung derWicklung gemäß derErfin(Iting ist nattirgeinäß nicht nur für Vierphasenstroin verwen;lhar, sondern auch für jede beliebige andere Phasenzahl. Als Beispiel ist in Ahl). 7 für drei Phasen die Wicklungsanordnung, Strom- und 1# elrlatisbildung für das Polzalllverhältnis 4 : f dargestellt, in Ahle. 8 eine ,lreipliasige Anordnung für ein Polzalilverhältnis (, : B. Auch hier lassen sich wiederum in rler oben beschriebenen Weise immer mehrere Spulen zu einem Stromzweig zusammenfassen, so in Abh.; je zwei, in Abb. 8 je vier, die in sich unverändert beim L'l)ergang von einer Polzahl zur anderen an vertauschte Phasen geschaltet werden müssen. An welche der Mehrpliasenleitungen rlie Stromkreise hei jeder Polzahl geschaltet werden müssen, gellt aus rlen zu den Spulen gehörigen Phasenhuchstahen .l. B usw. bzw. a, h usw. ohne weiteres eindeutig hervor.The current distribution and Feldattsbnldttng of the winding according to Fig.5 is in Fig. 6 It can be seen here that for the points in time of the currents minor upper fields are present. The application of the winding according to the Erfin (Iting is of course not only used for four-phase stroin; lhar, but also for any other number of phases. An example is in Ahl). 7 for three phases the winding arrangement, current and 1 # elrlatisbildung for the pole ratio 4: f shown, in awl. 8 a, lifelong arrangement for a Polzalil relationship (,: B. Here, too, several Combine coils to form a branch, as in Dep .; two each, in Fig. 8 four each, which in itself unchanged in the case of the l) change from one number of poles to the other Phases have to be switched. To which of the multiple cables rlie circuits If every number of poles has to be switched, it doesn’t matter what the coils belong to Phase Huchstahen .l. B etc. or a, h etc. are clearly evident.

Die verschiedenen Stromzweige rler Wicklung können hinter- oder nebeneinan.,ler geschaltet werden oder in Stern- oder Vieleck-s schaltun -. Die Art der Schaltung ist für die Ausbildung der Fehler gleichgültig und richtet sich nach den jeweiligen Verhältnissen. Anrierseits ist es auch ilic*)glicli, jede in <lein Ausführungsbeispiel veranschaulichte Spule aus mehreren Spulen zusammenzusetzen die Wickhingen (-]er einzelnen Spulen auf mehrere Nuten zu verteilen oder unter Umständen umgekehrt @iie Wicklungen mehrerer Nuten in einer Nut ztlsaln.nlellzulegen. Kennzeichnend ist jedoch ininier, daß die Anordnung gemäß der Erfindungsich auf eine Zweischichtwicklung zurückführen läßt, clie die oben gekennzeichneten Merkmaie aufweist.The various current branches rler winding can nebeneinan behind or are switched ler or star or Vieleck- s Circuits. -. The type of circuit is irrelevant for the formation of the error and depends on the respective conditions. On the other hand, it is also possible to assemble each coil illustrated in an exemplary embodiment from several coils, to distribute the winding rings (-] of the individual coils over several slots or, under certain circumstances, vice versa, to lay the windings of several slots in one slot however, it is understood that the arrangement according to the invention can be traced back to a two-layer winding, which has the features identified above.

Claims

PATR \ T-A \ Si'Rt ci-i F_: i. Poltini shifter winding for multi-plied sewing machines with two-light dry winding, characterized in that the two-layer winding from coils of the same type between the large and the small pole pitch lying width is set up, but different from friends, at home from one number of poles to the other in all or Most of the pulses change the phase of the current in this way in each layer. the winding zones of the individual phases with the same under each other The number of coils in succession and the sense of the succession for ideal situations mutually corresponding phases is retained, so that in beirlen pole number stages Both in the upper class and in the lower class with the help of the maintenance of the number of phases A regular stroke distribution with a regular rotating field is achieved at the anchorage will.

2. Pole-changing winding according to claim i, characterized by such a coil width (s) for the different pole pitches (T and -), rlaß -, let Sunnn the ratios of coil width to pole pitch s S) is equal to 2.

3. Pole-changing winding according to claim i for two-phase machines for (read the number of poles ratio i: 2, -ehellnzeiclillet by e coils for each pole pair of the greetings speed, of which two coils leading to the Stroin # e icher Pliase are adjacent to each other for high speed, while they are apart for low speed and the pole pitch of the high speed.

Pole-changing winding according to claim i for two-phase machines for the Number of poles ratio 2: 3, labeled with 12 coils for each pole pair high speed of those for high speed the same as the stroin Pliase leading coils are three next to each other, while for my speed two of them in '11.; the pole division of the great speed apart lie.

5. Poluinschalthare winding according to claim i for three-phase machines for The ratio of the number of poles is 2: 3, characterized by 9 coils for each pair of poles high speed, of which the stroin for high speed is the same Phase leading coils are three next to each other, while for low speed they are separated by two at 21, double the pole pitch at high speed lie.

6. Pole-changing winding according to claim i for three-phase sewing machines for the pole number ratio 3: .1, characterized by 12 coils for each pole pair of the rumbling speed, from -ien for great Gescli @ i-indigl: eit die Str () ni The same Pliase leading coils are four next to each other, A would be for small speed three of them in 1l / 2 of the pole pitch of the high speed to be apart.