Anordnung zum stufenweisen Ums*chalten von Mehrphasen-, insbesondere
Drehstromwicklungen Bei elektrischen Maschinen und Geräten mit Mejarphasenwicklungen,
insbesondere Drehstromwicklungen, ist es oftmals notwenaig, daß die Wicklung in
mehreren Stufen umschaltbar ist. Dies ist u.a. der Fall, wenn eine Maschine oder
ein Gerät mit verschiedenen Anschlußspannungen und/oder Frequenzen betrieben werden
soll. So z.B. bei einem drehzahlgesteuerten Drehstrommotor, dessen Speisefregenz
über eine Thyristor-'steuerung bei konstanter Spannung variiert wird. Um im Motor
mögiichst konstante magnetische Verhältnisse und damit optimale
Betriebebedingungen
zu erhalten, muß bei der höheren Frequenz die Windungszahl de r Ständerwicklung
verkleinert. una reziprok dazu bei kleinerer-Frequenz vergrößert werden. Die Wicklung
des Motors muß also so umschaltbar sein, daß deren Windungszahl im gleichen Verhältnis
änderbar ist wie die.Drehzahl gesteuert werden soll, z.B. bei Änderung der Speisefre4uenz
von 60 bis 20 Hz im Verhältnis 1 : 3. Dabei sollten möglichst viele
Zwischenstufen einstellbar sein. Würde man für jede Schaltatufe eine eigene Wicklungsanzapfung
vorsehen,-so ergäben sich selbst bei einer kleinen Anzahl von Schaltstufen relativ
viele Anschlußenden, die aus dem Inneren der Maschine bzw. des Gerätes herausgeführt
werden müssen und deren Schaltung aufwendig ist. So sind beispielsweise für eine
Umschaltung in fünf Stufen von jedem Wicklungsstrang neben den zwei Wicklungsenden
noch vier Anzapfungen erforderlich. Es ergeben sich also dann bei einer Drehstromwicklung
insgesamt 3 - (4+2) = 18 Anachlußenaen, die an das Klemmenbrett geführt
und den jeweiligen Erfordernissen entsprechend geschaltet werden müssen. Daneben
brächten derartige Anzapfungen auch eine verschlechterte Wicklungsausnutzung mit
sich. Normalerweise erhöht sich nämlich bei Schaltung mit verringerter Windungszahl
die Stromaufnahme der Maschine. Da-) durch ergeben sich höhere Verluste, die aber
dann,entsprechend der Anzapfung, nur auf einen Wicklungsteil konzentriert sind
und
so die Viiellung gefährdende Wärmenester bilden können. Hinsichtlich der Nicklungeausnutzung
ist es bedeutend günstiger,-jeden Wicklungsstrang in bekannter Weise in zwei Teilstränge
aufzutrennen und diese wahlweise in Reihe oder parallel zu schalten. Hierzu sind
bei einer Drehstromwicklung zwölf herausgeführte Anschlußenden erforderlich, und
es ergeben sich fünf ver;schiedene Schaltungsmöglichkeiten: Stern-oder Dreieckschaltung
(Teilstränge in Reihe), Doppeletern-und Doppeldreieckschaltung (Teilstränge parallel)
sowie Stern/Dreieck-Mischschaltung. Die auf diese Weise erzielten wirksamen Windungszahlen
verhalten sich wie 1
2.
so%ie
(bei Stern/Dreieck-hEischschaltung). Die sich ergebenden Schaltetufen sind ziemlich
ungleich. Eine Änderung dieser Stufung ist aber nicht«möglich.Arrangement for stepwise switching of multi-phase, especially three-phase windings In electrical machines and devices with Mejar phase windings, especially three-phase windings, it is often necessary that the winding can be switched over in several steps. This is the case, among other things, when a machine or a device is to be operated with different connection voltages and / or frequencies. For example, with a speed-controlled three-phase motor, the supply frequency of which is varied via a thyristor control at constant voltage. In order to maintain the most constant magnetic conditions in the motor and thus optimal operating conditions, the number of turns of the stator winding must be reduced at the higher frequency. una reciprocal to this can be increased at a lower frequency. The winding of the motor must therefore be switchable in such a way that the number of turns can be changed in the same ratio as the speed is to be controlled, e.g. when changing the feed frequency from 60 to 20 Hz in a ratio of 1: 3 . If a separate winding tap were to be provided for each switching stage, even with a small number of switching stages there would be a relatively large number of connection ends which have to be led out of the interior of the machine or the device and whose circuit is complex. For example, for a changeover in five stages of each winding phase, four taps are required in addition to the two winding ends. A three-phase winding then results in a total of 3 - (4 + 2) = 18 connections, which have to be connected to the terminal board and switched according to the respective requirements. In addition, such taps would also result in a worsened winding utilization. Normally, switching with a reduced number of turns increases the power consumption of the machine. This results in higher losses, which, however, depending on the tapping, are only concentrated on one part of the winding and can thus form hot spots that endanger the connection. With regard to the utilization of nickel, it is significantly more advantageous to separate each winding phase into two partial phases in a known manner and to connect them either in series or in parallel. For this purpose, twelve lead-out connection ends are required for a three-phase winding, and there are five different connection options: star or delta connection (partial strands in series), double and double triangle connection (partial strands parallel) and star / delta mixed circuit. The effective number of turns achieved in this way behave like 1 2. so% ie (with star / delta switch-on connection). The resulting shift levels are quite unequal. It is not possible to change this level.
Zwecl# der vorliegenden Erfindung Ist esq eine günstigere Anordnung
zur stulenweisen Umschaltung von irehstromwicklungen zu schaffen, die eine hohe
Zahl von Schaltungsmöglichkeiten bietet, weniger Anschlußenden benötigt und bei
der die Schaltstufen ohne weiteres einfach variiert werden können. Dieses Ziel mird
dadurch erreicht, daß die durch die Anzapfungen gebildeten Wicklungsteile innerhalb
eines jeden Wicklungsstranges verschiedenachsig sind. Die Umschaltung erfolgt durch
verschiedenartiges Zusammenschalten der einzelnen
Wicklungeaträngeg
wozu Anzapfungen und Wicklungeenden jeweils verschieden miteinander verbunden eind.
Voriugsweise erhält dabei jeder Wicklungastrang nur eine einzige Anzapfung, die
herausgeführt wird.For the purposes of the present invention, it is a more convenient arrangement
to create high-level switching of residual current windings
Number of circuit options, fewer connection ends required and with
which the switching steps can easily be varied. This goal is mundane
achieved in that the winding parts formed by the taps within
of each winding strand have different axes. The switchover is carried out by
different interconnection of the individual
Winding length g
for which purpose the taps and winding ends are connected to one another in different ways.
Preferably, each winding branch receives only a single tap, the
is led out.
An Hand der Zeichnung sind Ausführungebeispiele der Erfindung erläutert.
Dabei zeigen4. Fig. 1 das Schaltbild einer Drehatromwicklung" Fig. 2 das
Vektorbild eines aus sechs Spulen bestehenden Wicklungsstrangee, Fig.
3 bis 9 die verschiedenen Sebaltungsmöglichkeiten der Wicklungsanordnung
nach Fig. 1,
Fig. 10 eine Skala der mit den Schaltungen nach nach Fig.
3 bis 9 erzielbaren Windungezahlen, Fig. 11.bis 27 verschiedene
Klemmenbrettanordnungen. In Fig. 1 weist eine erfindungsgemäß ausgeführte
Drehstromwicklung nur neun herausgeführte Anschlußenden aufl die sechs Wicklungsenden
U, Vg Wv X, Y, Z und die drei Anzapfungen Ul, V, , Wl. Die
Wicklungsanzapfungen sind s o angeordnet, daß die beiden Wicklungsteile jeden Stranges
um den Winkelot versetzte AchBen aufweisen. Eine Verschiedenacheigkeit ergibt sich
bei in Nuten verteilten Wicklungen dadurch, daß die einzelnen Wicklungespulen entsprechend
ihrer örtlichen Lage um einen gewissen Winkel gegeneinander versetzt sind. Im Vektorbild
nach Fig. 2 ist bei einem aus sechs aerartigen Spulenbestebenden Wicklungsstrang
die
Anzapfung nach der vierten Spul@ angeordnet, wodurch sich die
zwei verschiedenacheigen Wicklungsteile X-U 1 (spu-
len 1 bis 4) und
Ul_U (Spulen 5 und 6) ohne besondere Maßnahmen zwanglos ergeben. In
den Fig. 3 bis 9 sind die verschiedenen Schaltungsmögl ich keiten
einer derartigen Wicklung an Hand der voll, gestrichelt und strichpunktiert eingezeichneten
Strangvektoren angedeutet. Es zeigen: Fig. 3 eine einfache Sternschaltung
%Anschluß erfolgt an U, V, W;ergibt die höchste effektive Windungazahl, Fig.
4 und 5 Stern/Dreieck-Mischschaltungeni wobei die Wicklungsteile mit kleinerer
Windungszahl U-Ul. V-V- 1 und W-W 1 in Dreieck verkettet sind. Der.Anschluß
erfolgt jeweils an X, Y, und Z, Fig. 6 und 7 Stern/Dreieck.-Mischschaltungen,
bei denen die Wicklungsteile mit größerer Windungezahl U i-xl V i-Y und W i-Z in
Dreieck Verkettet sind. Anschluß erfolgt jeweils an Ue V, We Fig. 8 und
9 die beiden Möglichkeiten der Dreie*ckschaltung. Anschluß kann sowohl an
den Dreieckepunkten (Ug Y)p (V,Z) und.(XW) bei Fig. 8 und (U,Z),' (VPX)y
(W,Y) bei Fig. 9 erfolgen - ergibt jeweils gleiche effektive Windungszahl
- als auch bei den Anzapfungen Ul, V 1 und W-1 , wobei Fig.
8 und 9
jeweils verschiedene, entsprechend kleinere, wirksame Windungszahlen
ergeben.
Weiter ist es möglichl auch bei Sternschaltung nach Fig.
3
den Anschluß an die Anzapfungen Ul, Vl, W, zu legen oder ihn bei den Schaltungen
nach Fig. 6 und 7 an die Dreieckspunkte zu legkn, so daß sich insgesamt
zehn Schaltungsmöglichkeiten mit jeweils verschiedener effektiver Windungszahl ergeben.-
Bei den beiden zuletzt genannten Anachlußmöglichkeiten sind allerdinge nur die-Wicklungsteile
U i-xl, V 1-y und W i- Zmit höheren Teilwindungszahlen wirksam.
-
Wie bereits erwähnt, ergibt sich die größte effektive Windungszahl bei der
Sternschaltung nach Fig. 3 und Einspeisung an den Endpunkten U, Vt W. Die
kleinste Windungszahl hingegen ist bei der Dreieckschaltung nach Fig.
9
wirksam, wenn an den Anzapfungen Ulg V, und W, angeschlossen .wird. Sie
beträgt gemäß den Fig.- 3 und 9 etwa 1/3 der maximalen Windungsz
ahl. Der skalenartigen Darstellung in Fig. 10 können die mit den einzelnen
Schaltungen erzielbaren Windungezahlen als Streckenabschnitte bis 000 entnommen
werden. Diese Aufteilung gilt allerdings nur für die den Fig. 3 bis
9 willkürlich zugrundegelegten Verhältnisse. Bei entsprechender Anordnung
der Anzapfung lassen sich in Abhängigkeit vom Achsenverschiebungswinkel c"- zwischen
den Wicklungsteilen jeden Stranges sowie deren Teilwindungszahlen beliebig abgestufte
Zwischenwerte
erzielen. Wie man aus-Fig. 10 ersieht, ergeben
hier aie Schaltunge'n nach Fig. 6 (A) bzw. Fig. 7 (A) A bedeutet Anschluß
an den Anzapfungen Ul, V, und W, - und Pig. 3 (A)
zufällig die gleiche
effektive Windungezahl. Es kan auch durch eine an anderer Stelle angeordnete Anoapfung
der Umschalttereich, d.h. das Verhältnis von kleinster su größter Windungszahl,
welches bei dem gewählten Beispiel etwa 1 : 3 trägt, anders ausgelegt werdem.
Die Umschaltung der Wicklung erf;lgt Jeweils durch andereis Verbinden der herausgeführten
Wicklungsendan und Anzüpftlagen. Hierzu ist die Verwendung eines StufenschallLers,
oiner selbsttätig arbeitenden ReleizschG1tung ni. dgl. vor allem dann zweckmäßig,
wenn betri,.öaLiäOig Ader gosamte Umschaltbereilch laufend ausgenutzt werden'muß.
Werden hingegen betriebsmäßig einzelne Scbaltstufen fest eingegW11t und nur im Zedarfafall
umgeschaltet - z.B. wenn die Naechine oder das
Gerät an ein Netz mit
anderer Spannung oder Frequenz angeschlossen werden soll -9 so genügt eine
Umschaltung am Klemmenbrett der Ma?chine. In den Fig. 11 bis.17 ist eine
Klemmenbrettanordnung dargestellt, die es gestattet, alle Schaltungsvarianten entsprechend
den Fig. 3 bis 9 mit drei einfachen Schaltbrücken
vorzunehmen.
Es sind hierzu zwölf K#emmenbolzen erforderlich, wobei die Wicklungsenden U, V und
W jeweils an zwei Bolzen angeschlossen sind. Wie die Schaltbrücken jeweils zu verlegen
sind, ist in den Fig. 11 bis 17 dargestellt; ebenso sind die zum Klemmenbrett
führenden Anschlußleitungen durch volle bzw. gestrichelt eingezeichnete Linien angedeutet.
Wenn nicht alle Schaltungsmöglichkeiten ausgenutzt zu werden brauchen, kann auch
eine Klemmenbrettanordnung mit nur zehn Klemmenbolzen gewählt werden. Die dabei
möglichen Schaltungen sind in den Fig. 18 bis 22 dargestellt. Wie man sieht,
läßt sich dabei keine Dreieckschaltung entsprechend den Fig. 8
und
9 vornehmen. Durch eine andere Anordnung von ebenfalls nur zehn Klemmenbolzen,
entsprechend den Fig. 23 bis 27, wird auch eine Dreieckschaltung gemäß
Fig. 8 ermöglicht. Allerdings entfällt dafür die Stern/Dreieck-Mischschaltung
nach Fig. 7.
Am vorteilhaftesten.erweist es sich, wenn man in jedem Wicklungsstrang
nur eine einzige Anzapfung vorsieht, weil sich auf diese Weise bgi nur neun berausgeführten
Wicklungsanachlüssen bereite zehn verschiedene Schalt- bzw. Anschlußmöglichkeiten
ergeben, Natürlich läßt sich die Zahl der Schaltungsmöglichkeiten durch Anordnung
weiterer Anzapfungen noch beträchtlich
erhöhen. Auch ist es ohne
weiteres mö"glich, die erfindungsgemäße Anordnung zur Wicklungsiumschaltung mit
bereits bekannten anderen Schaltungen zu kombinieren, so z.B. mit einer Aufteilung
in mehrere Zweige, die wahlweise parallel oder in Serie geschaltet werden, wodurch
jeweils auch Doppelstern- und Doppeldreieck-Schaltungen möglich sind. Allerdings
erhöht sich dabei auch die Zahl der erforderlichen Wicklungsanschlüsse beträchtlich,
und die Verdrahtung sowie die Wicklungsumschaltung ist aufwendiger.Exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. Show 4. Fig. 1 is a circuit diagram of a Drehatromwicklung "Fig. 2, the vector image of a group consisting of six coil winding Strangee, Fig. 3 to 9 different Sebaltungsmöglichkeiten the winding arrangement of Fig. 1, Fig. 10 is a scale with the circuits according to FIGS. 3 to 9 achievable number of turns, Fig. 11 to 27 different terminal board arrangements. In Fig. 1 , a three-phase winding designed according to the invention has only nine lead-out connection ends, the six winding ends U, Vg Wv X, Y, Z and the three taps Ul, V , Wl. The winding taps are arranged in such a way that the two winding parts of each strand have their axes offset by the angular ot. In the case of windings distributed in slots, the individual winding coils are offset from one another by a certain angle according to their local position 2 is the tap n in a winding strand consisting of six aer-like coils After the fourth coil @ arranged, which results in the two different-like winding parts XU 1 (coils 1 to 4) and Ul_U (coils 5 and 6) without any special measures. 3 to 9 , the various Schaltungsmögl I capabilities of such a winding on the basis of the phase vectors drawn in full, dashed and dash-dotted lines are indicated. They show: Fig. 3 a simple star connection% connection is made to U, V, W; results in the highest effective number of turns, Figs. 4 and 5 star / delta mixed circuitsi where the winding parts with a smaller number of turns U-U1. VV- 1 and WW 1 are linked in a triangle. The connection is made at X, Y, and Z, Fig. 6 and 7, star / delta mixed circuits, in which the winding parts with a larger number of turns U i-xl V iY and W iZ are concatenated in a triangle. Connection is made to Ue V, We Fig. 8 and 9, the two possibilities of triangular connection. Connection can be made to both the triangles points (Ug Y) p (V, Z) and (XW) in Figure 8 and (U, Z), '(VPX) y (W, Y) in Fig. 9 -.. In each case gives same effective number of turns - as well as for the taps U1, V 1 and W-1 , with FIGS. 8 and 9 each showing different, correspondingly smaller, effective numbers of turns. Further, it is möglichl to also place for star connection of FIG. 3 to be connected to the taps Ul, Vl, W or legkn it in the circuits of FIGS. 6 and 7 to the triangle points, so that a total of ten circuit possibilities of different, each effective number of turns.- In the case of the two last-mentioned connection options, only the winding parts U i-xl, V 1-y and W i-Z with a higher number of partial turns are effective. - As already mentioned, the largest effective number of turns results in the star connection according to Fig. 3 and feed at the end points U, Vt W. The smallest number of turns, however, is effective in the delta connection according to Fig. 9 if at the taps Ulg V, and W, is connected. According to FIGS. 3 and 9, it is about 1/3 of the maximum number of turns. The scale-like representation in FIG. 10 shows the number of turns that can be achieved with the individual circuits as route sections up to 000. However, this division only applies to the arbitrarily underlying relationships in FIGS. 3 to 9. Each strand as well as their Teilwindungszahlen between the winding portions arbitrarily stepped intermediate values achieve As seen from-10, here aie Schaltunge'n result of Figure 6 (A) or - with a corresponding arrangement of the tap can be a function of the axis shift angle c "... 7 (A) A means connection to the taps U1, V, and W, - and Pig. 3 (A) happens to have the same effective number of turns From the smallest to the largest number of turns, which in the selected example is about 1: 3 , are interpreted differently. The winding is switched over in each case by connecting the lead-out winding ends and pick-up layers in a different way The like is particularly useful when the entire switchover area has to be used continuously n operationally, individual switching levels are permanently set and only switched when necessary - e.g. if the Naechine or the device is to be connected to a network with a different voltage or frequency -9 a switchover on the terminal board of the machine is sufficient. In FIGS. 11 to 17, a terminal board arrangement is shown which allows all circuit variants corresponding to FIGS. 3 to 9 to be carried out with three simple switching bridges. Twelve tie-bar bolts are required for this, whereby the winding ends U, V and W are each connected to two bolts. How the jumpers are to be laid is shown in FIGS. 11 to 17 ; Likewise, the connecting lines leading to the terminal board are indicated by solid or dashed lines. If not all circuit options need to be used, a terminal board arrangement with only ten terminal bolts can be selected. The possible circuits are shown in FIGS. 18 to 22. As can be seen, a delta connection according to FIGS. 8 and 9 cannot be made. A delta connection according to FIG. 8 is also made possible by a different arrangement of likewise only ten terminal bolts, corresponding to FIGS. 23 to 27. However, the star / delta mixed circuit according to Fig. 7 is omitted for this. It turns out to be most advantageous if only one tap is provided in each winding phase, because in this way there are only nine winding connections that provide ten different switching or connection options result, Of course, the number of circuit options can be increased considerably by arranging additional taps. It is also easily possible to combine the arrangement according to the invention for winding changeover with other known circuits, for example with a division into several branches that are optionally connected in parallel or in series, whereby double star and double triangle connections are also possible However, this also increases the number of winding connections required considerably, and the wiring and the winding switching are more complex.