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Die Erfindung bezieht sich auf eine aus miteinander verdrillten Teilleitern bestehende Zweischichtwicklung für elektrische Maschinen, bei der sich die Verdrillung der Teilleiter bei einer Windung der Wicklung auf mehr als eine Nut erstreckt, die Teilleiter in der dazwischenliegenden Stirnverbindung bzw. den Stirnverbindungen isoliert weitergeführt sind und sich die Reihenfolge der Teilleiter beim Übergang von einer Nut zur andern in der Stirnverbindung umkehrt.
Bei elektrischen Maschinen werden Wechselstromwicklungen für hohe Stromstärken fast ausnahmslos mit Kunststäben ausgeführt. Diese sind in zahlreiche dünne und gegeneinander isolierte Teilleiter unterteilt, die längs des Stabes alle Höhenlagen mindestens einmal, u. zw. auf bestimmte Weise durchlaufen. Durch die feine Leiterunterteilung einerseits werden die Stromverdrängungsverluste gegenüber einem massiven Stab erheblich vermindert, der Lagenwechsel anderseits hat zur Folge, dass alle Teilleiter mit einem möglichst gleich grossen Fluss verkettet sind, wodurch inneren Ausgleichsströmen vorgebeugt ist.
Aus der Vielfalt von Kunst- und Gitterstäben hat sich der Roebelstab als vorteilhafteste und technisch verbreitetste Lösung herausgebildet (DE-PS Nr. 277012). Flache Teilleiter sind in zwei nebeneinanderliegenden Reihen (Ebenen) angeordnet und über die Länge des Ankerblechkörpers miteinander verdrillt. Jeder Teilleiter führt beim Durchlaufen der Nut einen vollständigen Schraubengang, also eine Drehung um 360 bei gleichbleibender Steigung aus, so dass alle Teilleiter einmal und gleichmässig umeinander herumgeführt sind.
Bei elektrischen Maschinen mit vergleichsweise kleinen Eisenlängen ist es nun nicht immer möglich, eine vollständige (360 -) Verdrillung im Aktivteil unterzubringen. Um die Anzahl der Kröpfungen eines verdrillten Leiters zu verringern, wurde in der DE-PS Nr. 311868 vorgeschlagen, die vollständige 3600-Verdrillung einer Nut hälftig auf zwei Nuten zu verteilen, unter gleichzeitiger isolierter Weiterführung der Teilleiter in der dazwischenliegenden Stirnverbindung. Diese Massnahme bringt bei einer Einschichtwicklung eine vollständige Unterdrückung der zwischen den einzelnen Teilleitern fliessenden zusätzlichen Ströme, die als Schlingströme bezeichnet werden.
Die Aussagen in der oben genannten DE-PS Nr. 311868 hingegen, wonach die vollständige Schlingstromunterdrückung nach dieser Art auch für eine Zweischichtwicklung möglich sei, basieren auf der Annahme einer linearen Querfeldverteilung über die Nuthöhe, und treffen daher auch dann nicht zu, wenn die oben genannte Verdrillung auf eine kürzere Länge des Ankereisens verteilt ist.
Für Zweischichtwicklungen hat Roebel in der DE-PS Nr. 311868 vorgeschlagen, bei hälftiger Aufteilung der 3600-Verdrillung auf zwei Nuten, die 1800-Verdrillung der Oberschicht nur über die halbe Ankerlänge auszuführen. Dadurch ergeben sich jedoch abgesehen von variabler Induktivität über die Nutenlänge Probleme bei der Herstellung. Die grosse Anzahl von Kröpfungen, zusammengedrängt auf relativ geringe Eisenlänge führt zu Schwierigkeiten bei der Isolation, so dass gefährliche Glimmentladungen in Lunkern auftreten können. Ferner ist ein solcher Stab grossen inneren mechanischen Spannungen unterworfen. Schliesslich ist die Herstellung von ungleichmässigen Verdrillungen über die Nutlänge unwirtschaftlich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aus miteinander verdrillten Teilleitern bestehende Zweischichtwicklung zu schaffen, bei der auch bei kurzen Aktivteillängen eine möglichst vollständige Unterdrückung der Schlingströme realisiert werden kann, wobei die Wicklung einfach und wirtschaftlich herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Wicklung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei jeweils gleichmässig über die gesamte Nut verteilter Verdrillung die Verdrillung in beiden Spulenseiten zwischen 200 und 3000 beträgt, und beide Spulenseiten entgegengesetzten Verdrillungssinn aufweisen.
Es wird also nicht mehr die vollständige Verdrillung von 360 auf zwei Nuten verteilt, sondern in Abweichung vom Stand der Technik bewusst keine Vielfachen von 180 -Verdrillungen mehr vorgeschlagen. Darüber hinaus wird von der zu unwirtschaftlichen Lösungen führenden These abgegangen, ungleichmässige Verdrillungen in einer Nut vorzusehen.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass - Maschinen, mit vergleichsweiser kurzer Aktivteillänge (grosse Mittelmaschinen, kurze
Gross-Maschinen) mit verdrillten Teilleitern ausgeführt und auf diese Weise die Zusatz-
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verluste gering gehalten werden können, - bei an sich ausreichenden Aktivteillängen die Anzahl der Leiterkröpfungen verringert und dadurch die Herstellung der Wicklung vereinfacht wird, - die Verdrillung eine kleinere Neigung hat, so dass die Querschnittsausnutzung verbes- sert wird, die Isolation nicht beschädigt wird und keine mechanischen Spannungen im
Stabinneren auftreten.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit isolierter Weiterführung der Teilleiter, bei der die Lage der einzelnen Teilleiter im Stabquerschnitt sich bei Übergang von einer Nut zur andern umkehrt, wobei sich also die Teilleiter in der Stirnverbindung kreuzen, liegt das Optimum zwischen Verdrillungsaufwand einerseits und Schlingstrom-Unterdrückung anderseits bei einer Unterschicht-Verdrillung von zirka 210 und einer OberschichtVerdrillung von 270 . Die Rest-Schlingstromverluste liegen dabei etwa bei 20% der ohmschen Verluste.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt : Fig. 1 die schematisierte Seitenansicht zweier in verschiedenen Nuten liegenden Roebelstäbe mit gekreuzter Weiterführung der Teilleiter in der dazwischenliegenden Stirnverbindung, Fig. 2 die Stirnverbindung zwischen einer Ober- und einer Unterschicht-Spulenseite mit gekreuzter Weiterführung der Teilleiter.
In Fig. 1 sind die mit --LI und L 2 -- bezeichneten Leiterteile in den Nuten der elektrischen Maschine angeordnet, der mit --S-- bezeichnete Teil stellt die Stirnverbindung dar.
Die Teilleiter --1 bis 6-- sind in dem die Oberschicht-Spulenseite veranschaulichenden Lei- terteil --L I -- über die gesamte Nut- bzw. Aktivteillänge gleichmässig um 2700 verdrillt. In der Stirnverbindung --S-- sind die Teilleiter --1 bis 6-- gegeneinander isoliert und gekreuzt weitergeführt, d. h. die Reihenfolge der Teilleiter wird beim Übergang von einer Nut zur andern umgekehrt (Fig. 2). In dem die Unterschicht-Spulenseite veranschaulichenden Leiterteil --L2 -- sind die Teilleiter --1 bis 6-- über die gesamte Nut- bzw. Aktivteillänge gleichmässig um 210 verdrillt. Der Verdrillungssinn im Leiterteil-L t-ist entgegengesetzt zu dem im Leiterteil-L-.
Auch hier sind an den Enden --A, E-- des Leiters die Teilleiter --1 bis 6-- miteinander elektrisch verbunden.
EMI2.1
1973, S. 70 ff) befinden sich in der schematisierten Seitenansicht der Fig. 1 die vollausgezogenen Teilleiterbahnen auf der Vorderseite ; unterbrochene Linien zeigen die Bahnen der Teilleiter auf der Rückseite. Zudem wurde aus Gründen übersichtlicherer Darstellung die zweite Leiterebene nicht dargestellt. In diesem Zusammenhang sei auf das vorzitierte Buch von Sequenz, dort S. 71, insbesondere Fig. 18, oder auch Fig. 5 der DE-PS Nr. 277012 verwiesen, wo die Verschachtelung beider Leiterebenen ausführlich dargestellt ist.