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Kunststab für die von einem Wechselstrom durchflossene Wicklung einer
elektrischen Maschine Die Leiter wechselstremdurchflo@ssener Wicklungen in elektrischen
Maschinen werden zur Verringerung der Zusatzverluste durch einseitige Stromverdrängung
infolge des Nutenstreufeldes aus gegeneinander isolierten Einzelleitern aufgebaut.
Bei den großen, immer stärker ausgenutzten Maschinen genügt es nicht mehr, den Einfluß
des Nutenstreufeldes auszugleichen, es sind auch die Wirkungen des Stirnstreufeldes
im Wickelkopf zu berücksichtigen. Um den Einfluß des Stirnstreufeldes weitgehend
zu vermindern, sind Vorschläge bekanntgeworden, die die Verdrillung der Einzelleiter
im Bereich des Stabes außerhalb des Eisens fortsetzen, was jedoch ein Biegen des
Wickelkopfes in die erforderliche Form sehr erschwert. Ein anderer bekannter Vorschlag
sieht eine Verdrillung der Einzelleiter um mindestens 540' vor. Da gemäß diesem
Vorschlag zweimal eine Verdrillung um 180° jeweils auf einem Viertel der Nutlänge
untergebracht werden muß, erscheint eine Verwirklichung ohne erhebliche fertigungstechnische
Schwierigkeiten nur bei sehr langen Maschinen möglich.
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Zum Ausgleich des Einflusses der tangentialen Komponente des Stirnstreufeldes
auf die Zusatzverluste wurde ein Stab entwickelt, der in seinem Aufbau sehr einfach
ist und sich von dem bekannten Roebelstab und den oben beschriebenen Stäben vorteilhaft
unterscheidet. Bei einem Kunststab für die von einem Wechselstrom durchflossene
Wicklung einer elektrischen Maschine, der aus gegeneinander isolierten, in zwei
parallelen Ebenen übereinander angeordneten und über die Länge einer Nut verdrillten
Einzelleitern besteht, sieht die Erfindung vor, daß die Verdrillung innerhalb der
Nut an einer oder mehreren Stellen ausgesetzt ist. Die in den verdrillten Bereichen
des Kunststabes vom Nutenstreufeld induzierten Spannungen heben sich wie bei bekannten
und vorgeschlagenen Kunststäben auf. Zwischen den Einzelleitern verbleiben jedoch
infolge der nicht verdrillten Bereiche durch das Nutenstreufeld induzierte Restspannungen,
denen sich die durch das Stirnstreufeld induzierten Spannungen überlagern. Die Differenz
dieser überlagerten Spannungen zwischen zwei beliebigen Einzelleitern wird bereits
durch eine Aussetzung erheblich verkleinert und kann durch mehrere Aussetzungen
noch erheblich herabgedrückt werden. Da die Differenzspannungen maßgebend für die
Größe der Wirbelströme sind, vermindern sich mit ihnen auch die Zusatzverluste.
Die Lage und Länge der Aussetzungen muß entsprechend der Stärke und Verteilung des
tangentialen Stirnstreufeldes gewählt werden. Wie die in den Abbildungen aufgeführten
Beispiele zeigen, bringt bereits eine Aussetzung der Verdrillung einen guten Erfolg.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 ein Kunststab
mit acht Einzelleitern 11 bis 18 und drei Aussetzungen der Verdrillung im Bereich
der Eisenlänge LI", aufgezeichnet. Der Einfachheit halber sind die Teilleiter durch
ihre Mittellinien dargestellt. Die stark ausgezogenen Striche deuten den Verlauf
der Einzelleiter in der vorderen Ebene, die dünn gezeichneten Linien den Verlauf
in der hinteren Ebene an. Die Stellen für die Aussetzungen sind bei einem Viertel,
der Hälfte und drei Vierteln der Eisenlänge Lp,, vorgesehen. Die Länge jeder Aussetzung
19, 20 und 21 ist hier gleich groß angenommen. Die Fig. 2 bis 6 sind Schnittbilder
des Kunststabes an den Stellen Il-II bis VI-VI der Fig. 1. An diesen Figuren ist
zu erkennen, daß der Stab über seine gestreckte Länge im Bereich des Eisens einmal
um 360° verdrillt ist, so daß das Nutenstreufeld bis auf die Bereiche der Aussetzungen
ausgeglichen wird.
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In den Fig. 7 bis 9 sind die Wirkungen aufgezeichnet, die sich bei
der an unterschiedlichen Stellen und teilweise mit unterschiedlicher Länge ausgesetzten
Verdrillung einstellen. Die Fig. 7 bis 9 bestehen jeweils aus zwei Teilen. Über
der Stabhöhe ist im linken Teil jeweils der in den drei Figuren verschieden angenommene
Verlauf .der tangentialen Komponente des Stirnstreufeldes dargestellt (Kurven 22
bis 24), während im rechten Teil der Figuren ebenfalls über der Stabhöhe die resultierenden
Spannungen aufgetragen sind, die in einer Schleife induziert werden, die aus einem
durch seine Lage in der Nut am Anfang und Ende des Stabes gekennzeichneten
Leiter
und einem fiktiven Leiter gebildet wird, der an der Unterkante des Stabes sowohl
in der Nut als auch im Wickelkopf liegend gedacht ist. Es wurde eine Vielzahl von
Einzelleitern mit kleiner Leiterhöhe übereinander angenommen. Um den durch die Erfindung
erzielten Fortschritt deutlich hervorzuheben, zeigen die Kurven 25 bis 27 die bei
der jeweils angenommenen Feldverteilung nach den Kurven 22, 23 und 24 in einem bisher
verwendeten normalen Roebelstab auftretenden Einzelleiterspannungen. Für die Stromverteilung
im Kunststab ist nicht die absolute Höhe der Einzelleiterspannungen sondern die
zwischen zwei Einzelleitern auftretende Differenzspannung maßgebend. Zum Vergleich
mit Kunststäben gemäß der Erfindung wurde bei den Beispielen der Fig.7 bis
9 jeweils die sich beim normalen Roebelstab ergebende maximale Differenzspannung
zwischen zwei Einzelleitern mit 100% angesetzt. In den Kurven 28 bis 32 ist für
die angenommenen Verteilungen der tangentialen Komponente des Stirnstreufeldes (Kurven
22 bis 24) der Verlauf der Einzelleiterspannungen angegeben; wenn gemäß der Erfindung
die Verdrillung der Einzelleiter innerhalb der Nut an einer oder an mehreren Stellen
zum Teil mit unterschiedlicher Länge ausgesetzt ist.
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In der Fig. 7 entspricht die Strecke 33 der mit 100 1/o angesetzten
Differenzspannung zwischen zwei Einzelleitern in einem herkömmlichen Roebelstab.
Die in der Mitte der Eisenlänge einmal über die Länge l ausgesetzte Verdrillung
der Einzelleiter durch die Überlagerung der Einflüsse von Stirn- und Nutenstreufeld
den in der Kurve 28 dargestellten Verlauf der Einzelleiterspannungen. Die größte
noch auftretende Spannungsdifferenz 34 zwischen zwei Einzelleitern beträgt nur noch
50 % der Spannungsdifferenz 33. Die einmalig ausgesetzte Verdrillung führt also
schon zu einem beachtlichen Gewinn hinsichtlich der gleichmäßigen Spannungsverteilung
und damit der gleichmäßigen Strombelastung des Kunststabes. Eine Spannungsdifferenz
35 von nur 25 % ist zwischen . zwei Einzelleitern eines. Kunststabes, vorhanden,
in dem die Verdrillung auf einem Viertel, der Hälfte und drei Vierteln der Eisenlänge
jeweils um die Länge l ausgesetzt ist. Die Kurve 29 zeigt den zugehörigen Spannungsverlauf
über der Stabhöhe. Diese Verdrillung ist auch in der Fig. 1 dargestellt. Ein Feldverlauf
gemäß Kurve 23 der Fig. $ führt in einem herkömmlichen Kunststab zu einer Spannungsverteilung
gemäß Kurve 25 mit einer wiederum zu 100 % angesetzten Differenzspannung 36. Bei
einmalig in der Staubmitte über die Länge l ausgesetzer Verdrillung entsteht im
Kunststab die Spannungsverteilung vier Kurve 30, deren höchste Spannungsdifferenz
37 nur noch 25 % der in einem herkömmlichen Stab auftretenden Spannungsdifferenz
beträgt. Setzt man erfindungsgemäß die Verdrillung der Einzelleiter in der Mitte
der Eisenlänge über die Länge l und jeweils auf einem Viertel und drei Vierteln
der Eisenlänge noch einmal um je die Hälfte aus, so entsteht die Spannungsverteilung
der Kurve 31 mit einer Spannungsdifferenz 38 von nur noch 12,5 % Spannungsdifferenz
eines herkömmlichen Kunststabes.
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Der mit der Kurve 24 in Fig. 9 angenommene Verlauf der tangentialen
Komponente des Stirnstreufeldes führt bei einem herkömmlichen Kunststab zu dem Spannungsverlauf
27 mit einer zu 100% angesetzten Differenzspannung 39. Bei von den Enden des Kunststabes
her auf einem Viertel der Eisenlänge, d. h. bei zweimal je um die Länge L ausgesetzter
Verdrillung entsteht der Spannungsverlauf 32, dessen größte Differenzspannung 40
nur noch 50 % der Differenzspannung 39 beträgt.
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Die hier erläuterten Beispiele zeigen, daß es bei einem gemäß der
Erfindung ausgebildeten Stab auf äußerst einfache Waise möglich ist, den Einfluß
des Stirnstreufeldes auf die Strombelastung eines Kunststabes so weit zu vermindern,
wie es technisch überhaupt noch sinnvoll erscheint.