-
Wicklung für Dynamomaschinen Die Erfindung betrifft eine Wicklung
für den Ständerkern einer dynamoelektrischen Maschine, in der der elektrische Leiter,
der den zum Einlegen in eine Nut im Ständerkern bestimmten Teil der Wicklung bildet,
eine in zwei Reihen angeordnete Mehrzahl von Teilleitern hat, wobei jede Reihe eine
gleiche Anzahl von Teilleitern enthält und jeder Teilleiter durch Drehung um 360°
so verschränkt ist, daß er jede Lage der anderen Teilleiter in beiden Reihen über
im wesentlichen gleiche Teile der Leiterlänge einnimmt, und wobei jeder Teilleiter
durch eine zusätzliche Drehung so verschränkt wird, daß er an entgegengesetzten
Enden des Leiters in der Ständernut relativ umgekehrte Lagen einnimmt, die um 180°
gegeneinander gedreht sind, und keine Verschränkungen in den Stirnverbindungen außerhalb
der Enden der Ständemut stattfinden. Die Erfindung stellt eine Verbesserung und
weitere Ausbildung der ErfindungnachPatentanmeldungA26973 VIIIb/21d2, (deutsche
Auslegeschrift 1104 049) dar.
-
Zur Vermeidung von unzulässig hohen Wirbelstromverlusten in der Ankerwicklung
von Wechselstrommaschinen, welche insbesondere aus Leitern mit einem großen Querschnitt
und tiefer radialer Ausdehnung in den Nuten aufgebaut ist, ist es bekannt, den Leiter
aus einer Mehrzahl von gegeneinander isolierten Teilleitern zu bilden und diese
Teilleiter durch Drehen in der Nut so zu versetzen, daß sie unterschiedliche Lagen
in der Nut einnehmen. Durch diese Maßnahme werden in den einzelnen Teilleitern nahezu
gleiche Spannungen durch den mit dem Leiter verketteten Streufluß induziert. Es
stellt sich eine praktisch gleichmäßige Stromverteilung über den Leiterquerschnitt
mit nur kleinen Wirbelstromverlusten ein.
-
Nach der Hauptpatentanmeldung wird jeder Teilleiter zunächst zum Ausgleich
der vom Nutenstreufluß induzierten Teilleiterspannungen um 360° verschränkt und
zusätzlich durch eine weitere Drehung um 180° versetzt angeordnet, so daß dieser
Teilleiter an entgegengesetzten Enden des Leiters in der Nut relativ umgekehrte
Lagen einnimmt. Auf diese Weise werden auch die vom Stirnstreufluß hervorgerufenen
Spannungen ausgeglichen, ohne daß die Stirnverbindungen selbst verschränkt aufgebaut
werden müßten. Die Teilleiter sind also durch eine Drehung um insgesamt 540° längs
der Erstreckung des Leiters innerhalb der Nut zu versetzen.
-
Bei einer Verschränkung der Teilleiter um 540° verwendet man nach
der Hauptpatentanmeldung ungleiche Abstände zwischen den Verschränkungsstellen jedes
Teilleiters. Man erzielt die beste Wirkung, wenn die Teilleiter im ersten und vierten
Viertel der Leiterlänge in der Nut um je 180°, im zweiten und dritten Viertel jedoch
nur um insgesamt 180° verschränkt werden.
-
Diese Verschränkungsweise erfordert eine verhältnismäßig große Leiterlänge
in der Nut und bedingt dadurch auch eine große Ankerlänge, wodurch ihre Ausführung
bei kürzeren Maschinen auf erhebliche Schwierigkeiten stößt. Die Forderung an eine
bestimmte Mindestlänge des Ankers wird einmal durch die höhere Zahl von Überkreuzungsstellen
bei einer 540°-Verschränkung gestellt. So benötigt z. B. ein Leiter, der aus achtzig
Teilleitern besteht, welche in zwei Reihen mit je vierzig Teilleitern angeordnet
sind, je hundertzwanzig mechanische überkreuzungen der Teilleiter an der oberen
und unteren Seite des Leiters. Der Abstand zwischen zwei überkreuzungsstellen ist
aber durch den zulässigen Biegehalbmesser für einen Teilleiter begrenzt. Somit verlangt
eine bestimmte Anzahl von Überkreuzungen auch eine gewisse kleinste Länge des Leiters
innerhalb der Nut.
-
Hinzu kommt, daß längs des ersten und vierten Viertels einer Leiterlänge
eine Drehung der Teilleiterlagen um je 180° anzustreben ist, so daß auf diesen Teil
des Leiters mehr überkreuzungsstellen entfallen als auf die mittleren zwei Viertel
des Leiters
mit nur einer einzigen Verschränkung um 180°. Da nun
der erforderliche kleinste axiale Abstand für jede mechanische überkreuzungsstelle
durch den Biegehalbmesser, welcher zulässig ist, ohne daß die Teilleiter oder deren
Isolierung beschädigt werden, auf etwa das Anderthalbfache einer Teilleiterbreite
begrenzt ist, bestimmen der kleinstmögliche Abstand zwischen den Überkreuzungen
im ersten und vierten Viertel eine kleinste mögliche Gesamtlänge von Leiter und
Anker. Im mittleren Teil des Leiters erhält man wegen der pro Längeneinheit um die
Hälfte geringeren Anzahl von Überkreuzungen den doppelten Abstand zwischen zwei
Überkreuzungsstellen.
-
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, die Verschränkungsweise der
Teilleiter nach der Hauptpatentanmeldung auch bei Wechselstrommaschinen mit einer
kürzeren Ankerlänge befriedigend durchführen zu lassen.
-
Nach der Erfindung werden die Überkreuzungen so ausgebildet, daß die
überkreuzungsstellen zwischen den Teilleitern jeder Reihe über die Länge des Leiters
gleiche Abstände voneinander haben.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Teilleiter
in Reihe angeordnet, wobei jede Reihe eine gleiche Anzahl von Teilleitern enthält.
Über das erste und letzte Viertel der Leiterlänge in der Nut werden die Teilleiter
um jeweils 180° verschränkt angeordnet, wobei jedoch nicht - wie üblich - jede überkreuzungsstelle
durch einen einzigen der radial übereinanderliegenden Teilleiter ausgebildet wird,
sondern in diesen Teilen der Ankerlänge die Überkreuzung mit zwei radial übereinanderliegenden
Teilleitern zugleich vorgenommen wird. Im mittleren Teil des Leiters wird jeder
Teilleiter, wie üblich, einzeln versetzt. Somit sind im ersten und vierten Viertel
der Leiterlänge nur je die Hälfte der Anzahl von Überkreuzungen wie im mittleren
Teil vorzusehen. Da letzterer Teil die doppelte Länge umfaßt wie ein jeder der beiden
Endabschnitte des Leiters mit einer vollständigen Verschränkung um 180'a folgen
die überkreuzungsstellen nunmehr mit einem gleichmäßigen Abstand längs des gesamten
Leiters aufeinander. In dem oben angeführten Beispiel benötigt man nach der Erfindung
nur noch achtzig überkreuzungsstellen mit gleichem Abstand untereinander.
-
Die Anzahl der Überkreuzungen, die gesamte Leiterlänge und damit die
Länge der Nut sind jetzt für eine Verschränkung von 540° die gleichen, wie sie bei
einer bekannten Verschränkung um 360° gefordert werden, ohne daß letztere Verschränkungsweise
jedoch die aus der Hauptpatentanmeldung bekannten Vorzüge aufweist.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist günstiger als die an sich naheliegende
Lösung, über die ganze Länge des Ankers zwei übereinanderliegende Teilleiter gleichzeitig
zu verschränken, um die Anzahl der Überkreuzungsstellen zu vermindern, weil mit
der jetzigen Anordnung jedes Paar im ersten und letzten Viertel der Ankerlänge zusammengenommener
Teilleiter nochmals im mittleren Teil der Ankerlänge relativ zueinander versetzt
wird. Diese Versetzung von Teilleiterpaaren wird dadurch erreicht, daß man im zweiten
und dritten Viertel Einzelteilleiter-Überkreuzungen benutzt.
-
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels durch die schematischen
Zeichnungen veranschaulicht. Fig. 1 ist eine Längs-Seitenansicht eines Leiters für
eine Kernnut, woraus die Versetzung der Teilleiter gemäß der Erfindung zu ersehen
ist, und Fig. 2 ist die zugehörige Draufsicht. (Hierbei ist die von der deutschen
abweichende amerikanische Darstellungsweise angewandt, bei der die Ansicht von oben
oberhalb der Längsansicht erscheint und nicht unter die Seitenansicht heruntergeklappt
wird).
-
Fig. 3, 4, 5 und 6 sind senkrechte Querschnitte durch den Leiter an
den Stellen III ... III, IV ... IV, V ... V, VI ...
VI von Fig. 1, woraus die jeweilige Lage der einzelnen Teilleiter im Querschnitt
zu ersehen ist.
-
Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung der mechanischen Überkreuzungen
der Teilleiter in Fig. 2. Der elektrische Leiter 10, der als Teil der Dynamowicklung
in eine axiale Nut ihres Ankers eingelegt wird, weist auf seine ganze Länge versetzte
Teilleiter auf. Nach Fig. 1 und 2 ist ein Leiter mit acht Teilleitern von der Länge
L angenommen. Die Teilleiter sind in zwei Reihen angeordnet, so daß sie in üblicher
Weise in eine der Ankernuten der Dynamomaschine passen. Die Teilleiter sind durch
eine nicht gezeigte dünne Umwicklung mit Isolierstoff - voneinander isoliert, und
ebenso ist der Leiter als Ganzes durch eine ebenfalls nicht gezeigte Gesamtisolation
in herkömmlicher Weise gegen die Ankernut isoliert.
-
Die Lage jedes Teilleiters ändert sich über die ganze Länge des Leiters.
Die in Fig. 3 bis 6 mit den Buchstaben A bis H bezeichneten Teilleiter
des Leiters 10 werden durch Drehen versetzt. Die Teilleiter in der einen
Reihe rücken fortschreitend nach oben vor, während sich die Teilleiter in der anderen
Reihe fortschreitend nach unten bewegen. Wenn ein Teilleiter hinreichend gewandert
ist und an dem letzten Teilleiter in der anderen Reihe vorbeikommt, kreuzt er zu
der anderen Reihe hinüber und folgt dem letzten Teilleiter in dieser Reihe, indem
er so in dem Querschnitt des Leiters rund herumwandert.
-
An dem einen Ende des Leiters 10 sind die Teilleiter in der relativen
Lage angeordnet, wie sie Fig. 3 wiedergibt. Über das erste Viertel der Leiterlänge
werden die Teilleiter durch eine Drehung um 180° versetzt. Als Beispiel ist hier
eine Drehung im Uhrzeigersinn gezeigt; selbstverständlich wäre der entgegengesetzte
Drehsinn ebensogut möglich. Über das erste Stück der Leiterlänge erfolgen die Überkreuzungen
der Teilleiter oben und unten am Leiter immer mit zwei radial übereinanderliegenden
Teilleitern und nicht, wie sonst üblich, mit einem einzigen Teilleiter.
-
Am Ende des ersten Viertels der Länge des in die Ankernut eingelegten
Leiterstücks sind die Teilleiter um 180° gedreht worden, so daß sie in der in Fig.
4 gezeigten Lage ankommen. Da sie aber paarweise versetzt worden sind, sind sie
im einzelnen Paar selbst nicht gegeneinander versetzt worden: der Teilleiter A beispielsweise,
der in der Ansicht von Fig. 3 oberhalb des Teilleiters & lag, liegt auch nach
der Versetzung in der Ansicht von Fig. 4 immer noch oberhalb dieses Teilleiters.
Nachdem sie als Paar gemeinsam um 180° gedreht worden sind, liegen sie jetzt am
Grunde der Nut in der anderen Reihe.
-
Über das Mittelstück der Leiterlänge, d. h. das zweite und dritte
Viertel der zum Einlegen in die Ankernut bestimmten Leiterlänge, werden die Teilleiter
wieder durch Drehung um 180° versetzt. In diesem Stück der Leiterlänge werden jedoch
die
Teilleiter in der normalen Art an der oberen und unteren Überkreuzung
am Leiter einzeln versetzt. Am Ende des dritten Viertels der Leiterlänge, d. h.
am Ende des Mittelstücks, sind die Teilleiter wieder um 180° gedreht, so daß die
Lage nach Fig. 5 erreicht wird.
-
Man beachte, daß durch das Versetzen jedes einzelnen der radial übereinanderliegenden
Teilleiter in diesem mittleren Abschnitt die ein Paar bildenden beiden Teilleiter
nunmehr auch gegeneinander versetzt worden sind. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist,
liegt jetzt der Teilleiter A unterhalb des Teilleiters B.
-
Über das dritte und letzte Stück, d. h. das vierte Viertel der Leiterlänge
in der Nut, werden die Teilleiter wieder um 180° gedreht, und zwar in der gleichen
Weise wie im ersten Viertel paarweise. Die gegenseitige Lage der Teilleiter am anderen
Ende der Leiterlänge, d. h. am rechten Ende in Fig. 1 und 2, entspricht somit der
Fig. 6. Durch das paarweise Versetzen werden also die ein Paar bildenden Teilleiter
hier nicht gegeneinander versetzt.
-
Da das erste und das zweite Stück der Leiterlänge nur halb so lang
ist wie das Mittelstück, ergeben sich längs der ganzen Leiterlänge gleiche Abstände
der Überkreuzungen.
-
Da die Teilleiter im ersten und im letzten Stück der Leiterlänge im
wesentlichen dieselben Lagen einnehmen, so daß die Hälfte aller Teilleiterlagen
auf die halbe Leiterlänge kommt, und da die Teilleiter in dem mittleren Stück die
restlichen Stellungen einnehmen, hat jeder Teilleiter für sich jede Lage in beiden
Reihen über ungefähr gleiche Teile der Leiterlänge eingenommen. Da ferner jeder
Teilleiter um 540° gedreht worden ist, sind die Stellungen der Teilleiter an entgegengesetzten
Enden des Leiters einander umgekehrt.
-
Das paarweise Versetzen von Teilleitern im ersten und vierten Viertel
erzeugt zwar einen Teilleiter von doppelter Stärke. Da jedoch in dem Mittelstück
die Überkreuzung für jeden Teilleiter vorgenommen wird, werden Unterschiede in den
Spannungen zwischen den Teilleitern eines Paares im wesentlichen ausgeglichen.
-
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird in den Teilleitern eine Biegung mit vorbestimmtem
Halbmesser hergestellt, damit der Teilleiter von der einen Seite zur anderen kreuzt.
Da der Abstand zwischen zwei überkreuzungen über die ganze Leiterlänge gleich ist,
kann man jetzt den kleinsten Biegehalbmesser für jede Biegung benutzen und nicht
mehr bloß für das erste und letzte Viertel der Leiterlänge, wie bei der Versetzung
um 540° mit Überkreuzungen jedes einzelnen Teilleiters längs der ganzen Länge des
Leiters.
-
Im Betrieb einer Dynamomaschine mit erfindungsgemäßer Ankerwicklung
erzeugt ein durch die Ankerwicklung und durch den Leiter 10 fließender Strom einen
Induktionsfluß rund um den Leiter, der am Nuten- und Stimstreufiuß besteht. Da jeder
Teilleiter des Leiters 10 wie beschrieben versetzt ist, werden die Spannungen, die
von den Änderungen des Nutenstreuflusses herrühren, im wesentlichen ausgeglichen.
Darüber hinaus werden auch die Teilleiterspannungen aus Veränderungen des Stirnstreuflusses
im wesentlichen ausgeglichen. Durch die Verdrehungsanordnung mit Überkreuzung jedes
einzelnen radial übereinanderliegenden Teilleiters in dem mittleren Teil der Leiterlänge
werden auch die Spannungen zwischen den Teilleitern eines Paares im wesentlichen
ausgeglichen.
-
Da die Zunahme des Versetzungsmaßes in dem ersten und vierten Viertel
durch das paarweise Versetzen von zwei Teilleitern für jede Überkreuzung erreicht
wird und nicht durch eine relative Herabsetzung des Abstands zwischen zwei Überkreuzungen,
erkennt man, daß der Abstand zwischen den Überkreuzungen längs der ganzen Leiterlänge
gleichbleibt. Die Zahl der Teilleiterüberkreuzungen im ersten und vierten Viertel
der Leiterlänge wird vermindert. Weniger Überkreuzungen auf der ganzen Leiterlänge
werden erforderlich. Da der Abstand zwischen den Überkreuzungen längs der Leiterlänge
gleich ist, kann man längs der ganzen Leiterlänge einen kleinsten Abstand zwischen
je zwei Überkreuzungen verwenden und erhält eine verkürzte Leiter- und damit auch
Ankerlänge, ohne die Vorteile der Versetzung um 540° einzubüßen.