CH390373A - Bar winding for AC machines with concentric coils - Google Patents

Bar winding for AC machines with concentric coils

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Publication number
CH390373A
CH390373A CH93762A CH93762A CH390373A CH 390373 A CH390373 A CH 390373A CH 93762 A CH93762 A CH 93762A CH 93762 A CH93762 A CH 93762A CH 390373 A CH390373 A CH 390373A
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CH
Switzerland
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bar
conductors
end connections
rod
winding
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Application number
CH93762A
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German (de)
Inventor
Kurt Dipl Ing Schmidt
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

  

      Stabwicklung    für     Wechselstrommaschinen    mit konzentrischen Spulen    W     echselstrommaschinen    grosser Leistung werden  im allgemeinen mit Stabwicklungen ausgeführt. Am  gebräuchlichsten sind dabei Wicklungen mit Spulen  gleicher Weite, die als     Einschichtwicklung    oder als       Zweischichtwicklung    ausgeführt sein können. Nur in  besonderen Fällen, und zwar hauptsächlich bei Ein  phasengeneratoren, werden diese Wicklungen mit  konzentrischen Spulen, also mit Spulen ungleicher  Weite ausgeführt.  



  Mit Rücksicht auf eine möglichst geringe Wider  standserhöhung durch Stromverdrängung, werden die  Wicklungsstäbe in bekannter Weise als Kunststäbe  ausgebildet, von denen die bekannteste Ausführung  der     Roebelstab    ist. Dabei wird durch eine geeignete       Verdrillung    der in zwei Schichten angeordneten Teil  leiter eine gleichmässige Stromverteilung über den  gesamten     Stabquerschnitt    erreicht. Im allgemeinen  werden solche Wicklungen mit einem Stab pro Nut  ausgeführt.

   Bei sehr grossen Stromstärken und ent  sprechenden     Nuttiefen    ist es aus fertigungstechni  schen Gründen aber notwendig, den Stab in zwei  elektrisch parallel geschaltete radial übereinander  liegende Stäbe aufzuteilen, die zweckmässig durch  eine Zwischenlage voneinander getrennt sind, in der  z. B. Widerstandsthermometer angeordnet sein kön  nen.  



  Um bei solcher     Unterteilung    der Stäbe nicht nur  eine gleichmässige     Stromverteilung    innerhalb der  Stäbe zu erreichen, sondern auch den Strom gleich  mässig auf die parallelen Wicklungszweige, in denen  die Stäbe liegen, zu erreichen, ist es -erforderlich, die  oben und unten in den Nuten liegenden Stäbe so auf  die parallelen Wicklungszweige zu verteilen, dass die  Summe ihrer     Streureaktanzen    jeweils gleich ist.  



  Bei den sonst üblichen     Zweischichtwicklungen     mit Spulen gleicher Weite ist diese Forderung immer       erfüllt,    da in den Stirnverbindungen an jeder Ver-         kröpfungsstelle    automatisch ein     Lagenwechsel    zwi  schen Ober- und Unterschicht     erfolgt.     



  Sind bei einer Wicklung der in Rede stehenden       Art    die konzentrischen Spulen von zwei (oder einem  Mehrfachen von zwei) Polen in Reihe     geschaltet,     so lässt sich dieses Ziel in einfacher Weise erreichen,  indem die in der einen Polspule oben in den Nuten  liegenden Stäbe mit den in der anderen Polspule  unten liegenden Stäben in Reihe verbunden werden  und     umgekehrt.    Eine solche Möglichkeit besteht aber  nicht, wenn z. B. bei einer zweipoligen Maschine die  Spulen der beiden Pole parallel zu schalten sind, so  dass die     ganze    Wicklung 4 parallele Zweige enthält.  



  Um insbesondere in solchen Fällen bei konzentri  schen     Spulenwicklungen    für     Wechselstrommaschinen,     bei denen in den Nuten zwei in parallel     geschalteten     Zweigen eines Wicklungsstranges liegende Stäbe  radial übereinander angeordnet sind, gleiche Im  pedanz der parallel geschalteten Zweige zu erzielen,  werden nach der Erfindung in den Stirnverbindungen  zwischen den Stäben Kreuzungen vorgesehen, in  welchen je ein oben und ein unten in einer Nut  liegender Stab     miteinander    verbunden sind.  



  Sollen nur die     Nutstreureaktanzen    der parallelen  Zweige der Wicklung     ausgeglichen    werden, so genügt  es im allgemeinen, eine Kreuzung in der     mittleren     Windung jeder Polspule vorzusehen. Wenn aber  auch die Impedanzen der Stirnverbindungen berück  sichtigt werden sollen, so sind mehrere Kreuzungen  je Polspule erforderlich. Vorzugsweise wird in jeder  Windung eine Kreuzung der Stirnverbindungen vor  gesehen.  



  Um eine     Vergrösserung    des für die Stirnverbin  dungen erforderlichen Raumes durch die Anordnung  der Kreuzungen zu vermeiden, kann nach einer  Weiterentwicklung der Erfindung bei der Verwen  dung von Stäben     in    der Art eines     Roebelstabes    ein           Aufbau    der Kreuzungen vorgesehen werden, bei dem  die Teilleiter einer Schicht jedes Stabes     in    solchen  Abständen und in einem solchen stumpfen Winkel  in Richtung auf den anderen Stab um ihre Breitseite  abgebogen sind, dass zwischen ihnen Zwischenräume  entstehen, in welche die in gleicher Weise abgeboge  nen Teilleiter der anderen Schicht mit     Hilfe    von       Kröpfungen    eingeschoben sind,

   so dass sämtliche  Teilleiter eines jeden Stabes an der Stelle der Lagen  vertauschung in einer radialen Schicht flach über  einander     liegen    und die in gleicher Weise überein  ander liegenden Teilleiter des anderen Stabes kreuzen.  



  In der     Fig.    1 wird beispielsweise eine Stirnver  bindung einer solchen Wicklungsanordnung, an der  zur besseren     Demonstrierung    die Isolation teilweise       entfernt    ist,     in    Ansicht dargestellt.     Fig.    2 zeigt eine  Draufsicht in axialer Richtung der Wicklungsanord  nung.

       Fig.    3 zeigt eine schematische Darstellung  der     erfindungsgemässen        Anordnung.    Der Doppelstab  besteht aus zwei parallel geschalteten, übereinander       angeordneten    Stäben<I>a</I> und<I>b.</I> Um eine anschauliche  Darstellung zu erhalten, sind die Stäbe im Beispiel  aus nur zwölf Einzelleitern zusammengesetzt, die in       Form    eines     Roebelstabes    verdrillt sind. In dem Stab a  sind jeweils sechs Leiter 11-16 zu einer Leiterschicht  1 und 6, Leiter 21-16 zu einer Leiterschicht 2 zusam  mengefasst angeordnet, wobei die beiden Schichten  1 und 2 parallel nebeneinander liegen.

   Die Über  führung der Leiter des Stabes a aus der oberen Ebene  in die untere Ebene und des Stabes b in umgekehrter  Weise von der unteren Ebene in die obere Ebene  ist folgendermassen ausgeführt:  Der Leiter 11 ist zunächst gerade weitergeführt,  während der Leiter 21 nach unten und nach links  hin so     abgekröpft    ist, dass er unter den Leiter 11 zu  liegen kommt. Ebenso ist etwas weiter links der  Leiter 22 unter den Leiter 12 geführt usw. Wie aus  der Ansicht der     Fig.    1 gut ersichtlich ist, sind die  beiden Teilleiter 11 und 21 nach unten abgebogen.  Links von dieser     Abbiegestelle    sind die dort bereits  ebenfalls untereinander angeordneten Leiter 12 und  22 nach unten abgebogen usw.

   Die dadurch in einer  Schicht untereinander liegenden Leiter 11, 21, 12, 22  usw. werden bis in die untere Ebene herabgeführt,  dort wieder durch entsprechende Biegungen und       Kröpfungen    in zwei Schichten nebeneinander an  geordnet, so dass die Leiter 21, 11 und in der näch  sten Lage die Leiter 22, 12 usw. bis 26, 16 neben  einander zu liegen kommen. Auf dem     überführungs-          stück    von der oberen Ebene nach der unteren Ebene  besitzt der Stab a also nur die Breite eines Teilleiters,  der in der Darstellung der     Zeichnung    hinten an  geordnet ist.

   Es ist daher möglich, den Stab b spiegel  bildlich zu dem Stab a auf eine     Teilleiterbreite     zusammenzufassen, so dass also unter dem Leiter  31 die Leiter 4.1, 3.2, 4.2 usw. bis 3.5, 4.5, 3.6, 4.6  zu liegen kommen. Dieser auf eine Leiterbreite  gebrachte Stab wird analog zu der Anordnung beim  Stab a nach oben gebogen und im Beispiel vor dem  Stab<I>a</I> vorbeigeführt. Der Stab<I>b</I> wird in der oberen    Ebene wieder so aufgelöst, dass in der ersten Lage  nebeneinander die Leiter 3.1 und 4.1, in der nächsten  Lage 3.2, 4.2 usw. bis 3.6 und 4.6 in der letzten  Lage zu liegen kommen. Durch die schräge Lage der  Leiter auf dem Überführungsstück erhöht sich selbst  verständlich die Gesamthöhe des Stabes.

   Der Ab  biegewinkel kann jedoch so gewählt werden, dass  die Erhöhung jedes Stabes nicht grösser wird, als  der ohnehin erforderliche vertikale Abstand zwischen  den beiden Stäben.  



  Bei einer solchen Anordnung ist es also möglich,  die Vertauschung der beiden     Stäbe   <I>a</I> und<I>b</I> vor  zunehmen, ohne dass die Höhe und die Breite der  beiden Stäbe insgesamt vergrössert werden muss.  Sind nicht nur die Leiter in den Nuten, sondern auch  in den Stirnverbindungen nach Art eines     Roebel-          stabes,    d. h. innerhalb jeder     Stirnveibindung    um  360  verdrillt, so werden die Kreuzungsstellen zweck  mässig so angeordnet, dass beiderseits der Kreuzungs  stelle je eine     Verdrillung    der     Teilleiter    um 180  vor  handen ist.  



  Die Erfindung ist an die beschriebene und im  Beispiel gezeigte Ausführung nicht gebunden. So  kann die     übereinanderordnung    der Teilleiter des  oberen Stabes ebenso gut auf der rechten und die  der anderen auf der linken Seite erfolgen. Ebenso  ist es möglich, die Leiterschichten nach der über  führung in die andere Ebene in ihrer alten Gruppie  rung anzuordnen, also keine Vertauschung ihrer  Schichten in     tangentialer    Richtung vorzunehmen.  Auch besteht die Möglichkeit, den ersten Teilleiter  nach oben     abzukröpfen    und auf den Parallelleiter  aufzulegen. Hierbei tritt jedoch eine kurze Erhöhung  der Gesamthöhe um die Höhe     eines    Teilleiters ein.



      Bar winding for alternating current machines with concentric coils Alternating current machines of high power are generally designed with bar windings. The most common are windings with coils of the same width, which can be designed as single-layer or two-layer windings. Only in special cases, mainly with a phase generators, these windings are made with concentric coils, that is, with coils of unequal width.



  With regard to the lowest possible resistance increase by current displacement, the winding bars are designed in a known manner as synthetic rods, of which the most famous version is the Roebel bar. An even current distribution over the entire cross-section of the rod is achieved by suitable twisting of the partial conductors arranged in two layers. In general, such windings are carried out with one bar per slot.

   With very large currents and ent speaking groove depths, however, it is necessary for fabrication technical reasons to divide the rod into two electrically parallel, radially superimposed rods, which are conveniently separated from each other by an intermediate layer, in the z. B. resistance thermometer can be arranged NEN.



  In order to not only achieve a uniform current distribution within the rods with such a subdivision of the rods, but also to achieve an even distribution of current to the parallel winding branches in which the rods are located, it is necessary to place the branches above and below in the slots Distribute the bars to the parallel winding branches so that the sum of their leakage reactances is always the same.



  In the otherwise usual two-layer windings with coils of the same width, this requirement is always met, since a change of layer between the upper and lower layers takes place automatically in the end connections at every cranking point.



  If the concentric coils of two (or a multiple of two) poles are connected in series in a winding of the type in question, this goal can be achieved in a simple manner by connecting the rods in one of the pole coils in the slots at the top with the in the other pole coil lower rods are connected in series and vice versa. However, such a possibility does not exist if z. B. in a two-pole machine, the coils of the two poles are to be connected in parallel so that the entire winding contains 4 parallel branches.



  In particular in such cases with concentric coil windings for AC machines, in which two bars lying in parallel branches of a winding strand are arranged radially one above the other in the grooves, the same Im pedance of the parallel branches are to be achieved according to the invention in the end connections between the Rods intersections are provided, in each of which a rod lying above and a rod below in a groove are connected to one another.



  If only the slot stray reactances of the parallel branches of the winding are to be compensated, it is generally sufficient to provide a crossing in the middle turn of each pole coil. However, if the impedances of the end connections are to be taken into account, several crossings per pole coil are required. A crossing of the end connections is preferably seen in each turn.



  In order to avoid an increase in the space required for the end connections by the arrangement of the crossings, a structure of the crossings can be provided according to a further development of the invention when using bars in the manner of a Roebel bar, in which the sub-conductors of a layer of each bar are bent around their broad side at such intervals and at such an obtuse angle in the direction of the other rod that gaps are created between them, into which the subconductors of the other layer, which are bent in the same way, are inserted with the help of bends,

   so that all sub-conductors of each rod lie flat on top of each other in a radial layer at the point where the layers are interchanged and the sub-conductors of the other rod that are in the same way on top of each other cross.



  In Fig. 1, for example, a Stirnver connection of such a winding arrangement, on which the insulation is partially removed for better demonstration, is shown in view. Fig. 2 shows a plan view in the axial direction of the Wicklungsanord voltage.

       3 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention. The double bar consists of two bars <I> a </I> and <I> b </I> and <I> b. </I> that are connected in parallel and arranged one above the other of a Roebel rod are twisted. In the bar a, six conductors 11-16 are respectively arranged to form a conductor layer 1 and 6, conductors 21-16 to form a conductor layer 2, with the two layers 1 and 2 lying parallel to one another.

   The transfer of the head of the rod a from the upper level to the lower level and the rod b in reverse from the lower level to the upper level is carried out as follows: The head 11 is initially continued straight, while the head 21 down and is bent to the left so that it comes to lie under the head 11. Likewise, a little further to the left, the conductor 22 is guided under the conductor 12, etc. As can be clearly seen from the view in FIG. 1, the two sub-conductors 11 and 21 are bent downwards. To the left of this turning point, the conductors 12 and 22, which are already arranged one below the other, are bent downwards, etc.

   The conductors 11, 21, 12, 22, etc., lying one below the other in a layer, are brought down to the lower level, where they are again arranged next to each other in two layers by corresponding bends and cranks, so that the conductors 21, 11 and in the next Most position the conductors 22, 12, etc. to 26, 16 come to lie next to each other. On the transfer piece from the upper level to the lower level, the bar a therefore only has the width of a partial conductor, which is arranged at the back in the representation of the drawing.

   It is therefore possible to summarize the bar b in mirror image to the bar a on a partial conductor width, so that the conductors 4.1, 3.2, 4.2 etc. to 3.5, 4.5, 3.6, 4.6 come to lie under the conductor 31. This bar, which has been brought to the width of a ladder, is bent upwards analogously to the arrangement for bar a and, in the example, passed in front of bar <I> a </I>. The bar <I> b </I> is dissolved again in the upper level so that in the first layer the conductors 3.1 and 4.1 lie next to each other, in the next layer 3.2, 4.2 etc. to 3.6 and 4.6 in the last layer come. The inclined position of the ladder on the transfer piece naturally increases the overall height of the rod.

   However, the bending angle can be selected so that the increase in each rod is not greater than the vertical distance between the two rods, which is required anyway.



  With such an arrangement it is possible to swap the two bars <I> a </I> and <I> b </I> without having to increase the height and width of the two bars as a whole. Are not only the conductors in the grooves but also in the end connections in the manner of a Roebel bar, i. H. Twisted 360 within each frontal connection, the crossing points are expediently arranged in such a way that the partial conductors are twisted by 180 on both sides of the crossing point.



  The invention is not bound to the embodiment described and shown in the example. So the superimposed arrangement of the sub-conductors of the upper bar can just as well be done on the right and that of the others on the left. It is also possible to arrange the conductor layers in their old grouping after they have been transferred to the other level, i.e. not to interchange their layers in the tangential direction. There is also the option of cropping the first partial conductor upwards and placing it on the parallel conductor. However, there is a brief increase in the total height by the height of a partial conductor.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Stabwicklung für Wechselstrommaschinen mit konzentrischen Spulen, bei der in den Nuten zwei in parallel geschalteten Zweigen eines Wicklungsstranges liegende Stäbe radial übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, d'ass in den Stirnverbindun gen zwischen den Stäben Kreuzungen vorgesehen sind, in welcher je ein oben und ein unten in einer Nut liegender Stab miteinander verbunden sind. UNTERANSPRÜCHE 1. Stabwicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jede Windung der Wicklung eine Kreuzung der Stirnverbindungen erhält. 2. PATENT CLAIM Bar winding for alternating current machines with concentric coils, in which two bars lying in parallel branches of a winding strand are arranged radially one above the other in the slots, characterized in that crossings are provided in the end connections between the bars, in each of which one above and one a rod lying below in a groove are connected to one another. SUBClaims 1. Bar winding according to claim, characterized in that each turn of the winding receives an intersection of the end connections. 2. Stabwicklung nach Patentanspruch, mit zwei radial übereinanderliegenden Stäben, die aus je zwei Schichten von flach übereinanderliegend'en Teilleitern nach Art eines Roebelstabes aufgebaut sind, gekenn zeichnet durch einen Aufbau der Kreuzungen in den Stirnverbindungen, bei dem die Teilleiter einer Schicht jedes Stabes in solchen Abständen und in einem solchen stumpfen Winkel in Richtung auf den ande ren Stab um ihre Breitseite abgebogen sind, dass zwischen ihnen Zwischenräume entstehen, in welche die in gleicher Weise abgebogenen Teilleiter der anderen Schicht mit Hilfe von Kröpfungen ein geschoben sind, Bar winding according to claim, with two radially superimposed bars, each made up of two layers of flat superimposed partial conductors in the manner of a Roebel bar, characterized by a structure of the crossings in the end connections, in which the partial conductors of a layer of each bar at such intervals and are bent at such an obtuse angle in the direction of the other rod around their broad side that gaps are created between them, into which the subconductors of the other layer bent in the same way are pushed with the help of cranks, so d'ass sämtliche Teilleiter eines jeden Stabes an der Stelle der Kreuzung in einer radialen Schicht flach übereinanderliegen und die in gleicher Weise übereinanderliegenden Teilleiter des anderen Stabes kreuzen. 3. Stabwicklung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Teilleiterschichten jedes Stabes beiderseits der radialen Lagevertau schung in Richtung der Stabbreite vertauscht ist. so that all the sub-conductors of each rod lie flat on top of each other at the point of intersection in a radial layer and cross the sub-conductors of the other rod, which are superimposed in the same way. 3. Bar winding according to dependent claim 2, characterized in that the position of the partial conductor layers of each bar on both sides of the radial Lagevertau research is swapped in the direction of the bar width. 4. Stabwicklung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d'ass die nach Art eines Roebel- stabes verdrillten Stirnverbindungen beiderseits der Kreuzungsstelle je eine Verdrillung der Teilleiter d'er Stirnverbindungen um 180 vorhanden ist. 4. Bar winding according to dependent claim 2, characterized in that the end connections twisted in the manner of a Roebel bar on both sides of the crossing point are twisted by 180 each of the partial conductors d'er end connections.
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