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Wicklung für Wechselstrommaschinen.
Bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Turbogeneratoren mit kleiner Polzahl und hoher
Umdrehungszahl, bietet es oft erhebliche Schwierigkeiten, niedrige Spannung zu erreichen. Nach der vorliegenden Erfindung werden besonders niedrige Spannungen durch eine neue Wicklungsanordnung ermöglicht, die darin besteht, dass die Anzahl der parallel geschalteten Wicklungszweige pro Phase grösser ist als das Produkt aus der Leiterzahl pro Nut und der Polzahl und die einzelnen Wicklungszweige derartig ungleichmässig in der Wicklungszone verteilt sind, dass die Spannungssumme der einzelnen Zweige in Grösse und Phasenlage annähernd übereinstimmt, wobei die Nutenzahl der Maschine ein ganzzahliges
Vielfaches des Produktes aus Polzahl, Phasenzahl und der Zahl der parallel geschalteten Zweige ist.
Dies beruht auf der neuen Erkenntnis, dass sich unter den nach diesen Bedingungen gebauten
Wicklungen mehrere Möglichkeiten ergeben, die hinsichtlich der Ausgleichströme sehr wohl zulässig sind, während man bisher gerade mit Rücksicht auf die Ausgleichströme Wicklungen, bei denen eine
Anzahl von Wicklungszweigen parallel geschaltet wird, die grösser ist als das Produkt aus Polzahl und
Leiterzahl pro Nut, nicht für ausführbar gehalten hätte.
Um hiebei die Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen parallel geschalteten Phasenzweigen möglichst gering zu halten, werden die einzelnen Phasenzweige erfindungsgemäss aus Leitern hintereinander- geschaltet, die ungleichmässig in der Wicklungszone verteilt sind, so dass die vektorielle Spannungssumme der einzelnen Zweige soweit als möglich übereinstimmt, wobei, um einen sehr vollkommenen Ausgleich zu erreichen, die Nutenzahl als ein ganzzahliges Vielfaches des doppelten Produktes aus Polzahl und
Phasenzahl gewählt wird. Um durch Hintereinanderschaltung der Leiter überhaupt einen Ausgleich zu ermöglichen, müssen mindestens zwei Leiter je Phase in einem Zweig zugeordnet werden ; somit ergibt sich als kleinste Nutenzahl für eine zweipolige Maschine 2. 2. Phasenzahl. Polzahl, für eine Drehstrommasehine also 24 Nuten.
In der Fig. 1 ist das Schema der Leiteranordnung für eine Phase und einen Pol einer Wechselstrom- maschine mit 8 Nuten je Pol und Phase gezeichnet, die zweifach parallel geschaltet werden soll. Hiebei sind mit 1, 2, 3 und 4 vier nebeneinanderliegende Leiter einer Phase bezeichnet, denen vier weitere
Leiter 21, 22, 23 und 24 als Rftekleiter entsprechen. Es müssen nun immer je zwei Leiter der beiden
Gruppen miteinander in Reihe geschaltet werden. Wenn man die verschiedenen Kombinationsmöglich- keiten hinsichtlich der Differenz der Spannungen in bezug auf Grösse und Phasenlage vergleicht, so ergeben sich die in Fig. 2 und 3 gezeichneten Verbindungsmöglichkeiten als etwa praktisch brauchbar.
Bei der in Fig. 2 gezeichneten Anordnung ergibt sich Phasengleichheit, aber eine Differenz der
Spannungsgrösse von 2%. Die beste Möglichkeit stellt Fig. 3 dar, die in Fig. 4 als vollständiges Wicklung- schema gezeichnet ist. Bei dieser Anordnung sind die Spannungsvektoren untereinander gleich gross, der Phasenwinkel zwischen diesen beträgt aber nur 16 Minuten, so dass die Ausgleichsspannung nur 0'436% beträgt. Aus diesem Grunde wird für derartige Maschinen in erster Linie diese Art der Verbindung der Leiter in Frage kommen, jedoch stellt auch die andere Möglichkeit eine in sehr vielen Fällen brauchbare Lösungsmoglichkeit dar.
Für die Wicklung einer Maschine, bei der die Nutenzahl das zehnfache Produkt von Pol-und
Phasenzahl ist, also beispielsweise einer zweipoligen Drehstrommasehine mit 60 Nuten, ergibt sich unter den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten eine günstigste Anordnung mit einer Spannungsdifferenz
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von 1'96% der Nennspannung. Das Schema dieser Ausführungsmöglichkeit, bei der die Anschlüsse der miteinander parallel geschalteten Teile auf verschiedenen Seiten der Wicklung liegen, ist in Fig. 5 dargestellt.
Bei einer Maschine mit 72 Nuten (3.24 Nuten, also zwölffaehem Produkt) ergibt sich wieder eine Reihe von praktisch brauchbaren Lösungen, bei denen die Werte der Ausgleichsspannungen 3'8%, 3'1%, 3%, 2'7%, 1'8%, 1%, 0'8% und als Bestwerk 0-055% darstellen. Die Anordnung, die diesen letztgenannten Wert aufweist und daher wohl in erster Linie praktisch in Frage kommt, ist in Fig. 6 dargestellt. Hiebei sind die Leiter 1-6 mit Leitern 30-35 hintereinandergeschaltet und zu parallel geschalteten Kreisen zusammengefasst.
FÜr eine Maschine mit 14fachem Produkt aus Phasen und Polzahl als Nutenzahl, also beispielsweise einer zweipoligen Maschine mit 84 Nuten, ergibt sich die günstigste Möglichkeit, die in Fig. 7 dargestellt ist, mit einer Spannungsdifferenz von 0'52%.
Die günstigste Anordnung für eine Maschine mit 96 Nuten mit einem Spannungsuntersehied von 0-436% ist endlich in Fig. 8 dargestellt. Hiebei sind Leiter 1-8 mit Leitern 40-47 hintereinander-
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selbe wiederholt sich sinngemäss für die Leiter 48-55 und 89-96, so dass also pro Pol zweifache Parallelschaltung vorliegt.
Es besteht nun ohne weiteres die Möglichkeit, die einzelnen aneinanderliegenden Gruppen derselben Phase untereinander zu verschaehteln, u. zw. am einfachsten, indem immer abwechselnd ein Leiter der einen Gruppe neben einen Leiter der andern Gruppe gelegt werden kann, etwa, wie dies in Fig. 9 für die in Fig. 3 dargestellte Anordnung gezeigt ist. Hiebei bleibt derselbe geringe Wert für die Ausgleichs-
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Phase. In Fig. 10 ist dies für die in Fig. 9 dargestellte Anordnung bei einer Sehnung von 20/24 dargestellt.
Die beiden nach Fig. 9 miteinander verschachtelten Gruppen derselben Phase verschieben sich hierdurch je um zwei Nuten, wobei zwischen den beiden äussersten Leitern Platz für Leiter fremder Phasen (4 und 45) offen bleibt. Die Ausgleichsspannung dieser gesehnten Wicklung beträgt 1'4%. Die Anwendung dieses Erfindungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere kann auch neben den günstigsten Werten unter Umständen die Anwendung der Anordnungen mit weniger günstigen Werten von Vorteil sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wechselstromwicklung für elektrische Maschinen, insbesondere für Turbogeneratoren mit kleiner Polzahl und niedriger Spannung mit mehreren parallel geschalteten Wieklungszweigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der parallel geschalteten Wicklungszweige pro Phase grösser ist als das Produkt aus der Leiterzahl pro Nut und der Polzahl und die einzelnen Wieklungszweige derartig ungleichmässig in der Wicklungszone verteilt sind, dass die Spannungssumme der einzelnen Zweige in Grösse und Phasenlage annähernd übereinstimmt, wobei die Nutenzahl der Maschine ein ganzzahliges Vielfaches des Produktes aus Polzahl, Phasenzahl und der Zahl der parallel geschalteten Zweige ist.