DE1239001B

DE1239001B - Stand winding for electrical machines, especially for pendulum generators

Info

Publication number: DE1239001B
Application number: DE1963S0087270
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Kunoth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-09-13
Filing date: 1963-09-13
Publication date: 1967-04-20

Description

Ständerwicklung für elektrische Maschinen, insbesondere für Pendelgeneratoren Die Erfindung betrifft eine Ständerwicklung für elektrische Maschinen mit drei Wicklungssträgen, von denen zwei Wicklungsstränge einen Stromkreis speisen und der dritte Wicklungsstrang einen von dem ersten unabhängigen Stromkreis speist. Eine solche Wicklunc, ist insbesondere für Pendelaeneratoren geeignet, die auf die Wellen von großen Wasserkraftmasehinensätzen aufgesetzt werden. Ein Pendelgenerator dient hauptsächlich zur Versorgung des Reglers. Gleichzeitig sollen mit Hilfe dieses Pendelgenerators verschiedene Meß- und überwachungseinrichtungen gespeist werden.Stator winding for electrical machines, in particular for pendulum generators The invention relates to a stator winding for electrical machines with three winding arms, of which two winding phases feed a circuit and the third winding phase feeds one of the first independent circuit. Such a Wicklunc is particular suitable for pendulum generators that operate on the shafts of large hydropower units be put on. A pendulum generator is mainly used to supply the controller. At the same time, with the help of this pendulum generator, various measuring and monitoring devices should be used be fed.

Bei Verwendung eines einphasigen Reglers ist bisher der Ständer des Pendelgenerators mit einer Wicklung mit drei Wicklungssträngen ausgerüstet worden, von denen zwei den Regler speisen. Der dritte Strang steht dann für den Hilfsstromkreis zur Verfügung. Bei einer derartigen Anordnung macht sich die Tatsache, daß die Phasenspannung einer Drehstrommaschine eine starke dritte Oberwelle aufweist, nachteilig bemerkbar. Es besteht zwar die Möglichkeit, daß man diese dritte Oberwelle durch eine geeignete Verkürzung des Wickelschrittes unterdrückt. Da aber auch für den Reglerstromkreis zwecks Verwendung elektronischer Regler eine weitgehende Oberwellen- und Unterschwingungsfreiheit gefordert wird, ist man gezwungen, die Schrittverkürzung der Wicklung so zu wählen, daß die in dem Reglerstromkreis auftretenden, nicht durch drei teilbaren Oberwellen bzw. Unterschwingungen möglichst unterdrückt werden. Die in dem anderen Stromkreis vorhandene dritte Oberwelle kann also durch die Schrittverkürzung nicht beseitigt werden.When using a single-phase controller, the stator of the Pendulum generator has been equipped with a winding with three winding strands, two of which feed the controller. The third strand then stands for the auxiliary circuit to disposal. With such an arrangement, the fact that the phase voltage a three-phase machine has a strong third harmonic, disadvantageously noticeable. There is indeed the possibility that this third harmonic can be replaced by a suitable one Shortening of the winding step suppressed. But there also for the controller circuit For the purpose of using electronic controllers, an extensive freedom from harmonics and undershoots is required, one is forced to choose the step shortening of the winding so that that the harmonics that occur in the controller circuit cannot be divided by three or undershoots are suppressed as far as possible. The ones in the other circuit Any existing third harmonic cannot be eliminated by shortening the step will.

Der Erfindung, liegt deshalb die, Aufgabe zugrunde, den Oberwellengehalt der von den eingangs genannten elektrischen Maschinen erzeugten Spannung zu vermindern. Gemäß der Erfindung besteht jeder Strang aus zwei Wicklungsteilen, deren Spannungen dem Betrag nach gleich sind und deren Phasenlagen sich um 120 elektrische Grade unterscheiden. Bei dieser Maschine sind durch die besondere Schaltung und Aufteilung der Wicklung in jedem Strang alle durch drei teilbaren Oberwellen unterdrückt, so daß zusätzliche Forderungen hinsichtlich der Oberwellen und Unterschwingorungsfreiheit durch eine, geeignete Schrittverkürzung, eingehalten werden können.The invention is therefore based on the object, the harmonic content to reduce the voltage generated by the electrical machines mentioned above. According to the invention, each strand consists of two winding parts, their voltages are equal in amount and their phase positions are 120 electrical degrees differentiate. With this machine are due to the special circuit and layout of the winding in each strand suppressed all harmonics that can be divided by three, so that additional requirements with regard to harmonics and freedom from undershoots can be adhered to by means of a suitable shortening of the steps.

Es ist bei Maschinen, die zwei Wicklungen unterschiedlicher Leistung enthalten, an sich bereits bekannt, diese Wicklungen in Teile zu unterteilen und gleiche Teile der beiden Wicklungen abwechselnd am Maschinenumfang anzuordnen. Dies erfolgt je- doch, um Spannungsschwebungen infolge eines unsymmetrischen Luftspaltes zu vermeiden oder um bestimmte, Sehnungen zu erhalten.In machines that contain two windings of different power, it is already known per se to divide these windings into parts and to arrange the same parts of the two windings alternately on the circumference of the machine. This is done, however, in order to avoid tension fluctuations as a result of an asymmetrical air gap or in order to maintain certain tendons.

Es ist außerdem bereits bei Transformatorwicklungen bekannt, sogenannte Zickzackschaltungen zu verwenden, bei denen Teile der einzelnen Wicklungsstränge elektrisch gegeneinander verschoben sind. Diese Schaltungen werden auf der Sekundärseite des Transformators angewendet und dienen dazu, bei einer sekundären Belastung, die zwischen einer Klemme und dem Null- oder Stempunkt liegt, diese Belastung auf zwei Kerne des Transformators zu verteilen. Bei elektrischen Maschinen wurden diese Schaltungen bisher nicht angewendet, da eine derartige elektrische Verschiebung innerhalb der Wicklungsstränge die Ankerfelder nachteilig beeinflußt. Dieser Nachteil wirkt sich aber bei den elektrischen Maschinen, mit deren Ausbildung sich die vorliegende Erfindung befaßt, also insbesondere Pendelgeneratoren, nicht aus, da diese nur eine sehr geringe Leistung abgeben müssen.It is also already known for transformer windings, so-called Use zigzag circuits in which parts of the individual winding phases are electrically shifted from one another. These circuits are on the secondary side of the transformer and are used to withstand a secondary load that is between one terminal and the zero or star point, this load is on two To distribute cores of the transformer. These circuits were used in electrical machines not previously used because such an electrical shift within the Winding strands adversely affects the armature fields. This disadvantage affects but in the case of electrical machines, with the design of which the present invention relates concerned, so in particular pendulum generators, not because these are only very low Have to give up performance.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand eines in den F i 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Vergleich zu einer in den F i g. 1 und 2 gezeigten bekannten Wicklung näher erläutert.In the following, the invention is based on an exemplary embodiment of the invention shown in FIGS. 3 and 4 in comparison with one in FIGS. 1 and 2 shown known winding explained in more detail.

In der F i g. 1 ist eine bekannte Ständerwicklung mit drei Wicklungssträngen eines zehnpoligen Pendelgenerators dargestellt, die als Zweischicht-Schleifenwicklung ausgeführt ist. Die Maschine besitzt insgesamt 36 Nuten, d. h. 11/5 Nuten pro Pol und Strang. Zur gleichmäßigen Aufteilung der Wicklung sind also jeweils nach vier Spulen unterschiedlicher Phase zwei Spulen gleicher Phase angeordnet. Auf dem Schaltbild sind die unterschiedlichen Phasen jeweils durch die Symbole E3, 0, X gekennzeichnet. Nach fünf Polen wiederholt sich die Wicklung, demzufolge besteht jeder Wicklungsstrang aus zwei gleichen Teilen. Dies ist in der F i g. 2 a dadurch berücksichtigt, daß zwei Spannungssterne, von denen jeder jeweils einen Teil der Wicklungsstränge andeutet, nebenemander gezeichnet sind.In FIG. 1 shows a known stator winding with three winding phases of a ten-pole pendulum generator, which is designed as a two-layer loop winding. The machine has a total of 36 grooves, i. H. 11/5 slots per pole and strand. For evenly dividing the winding, two coils of the same phase are arranged after four coils of different phases. The different phases are each identified by the symbols E3, 0, X on the circuit diagram. The winding repeats itself after five poles, so each winding phase consists of two equal parts. This is shown in FIG. 2 a is taken into account in that two voltage stars, each of which indicates a part of the winding phases, are drawn next to one another.

Bei der dargestellten Wicklung wurde auf Grund der gestellten Forderungen hinsichtlich der Oberwellen eine Schrittverkürzung von gewählt. Die Wicklung ist so aufgeteilt, daß zwei Wicklungsstränge, hier U und V, miteinander am Sternpunkt verbunden sind. Sie dienen zur Speisung eines einphasigen Reglers, der also an der verketteten Spannung der Wicklungsstränge, U, Y liegt. Der dritte Wicklungsstrang dient für sich allein zur Speisung eines anderen, von dem erstgenannten unabhängigen Stromkreises, z. B. zur Speisung von Meß- und überwachungsgeräten. Zu diesem Zweck ist das zweite Ende des Wicklungsstranges W nicht mit dem Sternpunkt verbunden, sondern zu der Klemme Z hinausgeführt. Der dadurch gegebene Spannungsstern ist in der F i g. 2 b dargestellt.In the winding shown, a step shortening of chosen. The winding is divided in such a way that two winding phases, here U and V, are connected to one another at the star point. They are used to feed a single-phase regulator, which is connected to the interlinked voltage of the winding phases, U, Y. The third phase of winding is used by itself to feed another, independent of the first-mentioned circuit, e.g. B. for feeding measuring and monitoring devices. For this purpose, the second end of the winding phase W is not connected to the star point, but is led out to the Z terminal. The resulting stress star is shown in FIG. 2 b shown.

Eine derartige Dreiphasenschaltung der Ständerwicklung besitzt den Nachteil, daß in dem mit der unverketteten Spannung des einen Wicklungsstranges WZ gespeisten Stromkreis eine starke dritte Oberwelle vorhanden ist.Such a three-phase connection of the stator winding has the Disadvantage that in the unlinked voltage of a winding phase WZ-fed circuit has a strong third harmonic.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist die in der F i g. 3 dargestellte Wicklung gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß jeder Strang gleiche Teile unterschiedlieher Phase aufweist. Zur besseren Herausstellung des Unterschiedes gegenüber der Wicklungsausführung nach F i g. 1 ist hier wiederum eine Zweischicht-Schleifenwicklung für einen zehnpoligen Pendelgenerator mit 36 Nuten, d. h. 11hi Nuten pro Pol und Phase, dargestellt, bei der die Spulen eine Schrittverkürzung von aufweisen. Die Spulen sind wieder so angeordnet, daß auf vier Spulen unterschiedlicher Phase zwei Spulen gleicher Phase folgen. Die Wicklung wiederholt sich also nach fünf Polen. Jeder Wicklungsstrang besteht also aus zwei Teilen, entsprechend dem in der F i g. 4 a durch zwei Spannungssterne dargestellten Spannungsdiagramm.To avoid this disadvantage, the one shown in FIG. 3 shown winding according to the invention so that each strand has the same parts of different phases. To better highlight the difference compared to the winding design according to FIG. 1 is again a two-layer loop winding for a ten-pole pendulum generator with 36 slots, i.e. H. 11hi slots per pole and phase, shown in which the coils have a step reduction of exhibit. The coils are again arranged in such a way that four coils of different phases are followed by two coils of the same phase. The winding is repeated after five poles. Each winding phase consists of two parts, corresponding to the one shown in FIG. 4 a voltage diagram represented by two voltage stars.

Die Zusammenschaltung der einzelnen Teile der Wicklungsstränge in F i g. 3 erfolgt abweichend von der Wicklung gemäß F i g. 1 so, daß in jedem Wicklungsstrang Teile unterschiedlicher Phase verbunden sind. Zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts ist je- weils in der in F i g. 1 dargestellten bekannten Wicklung und in der in F i g. 3 dargestellten Wicklung gemäß der Erfindung der Wicklungsstrang WZ stärker herausgezeichnet. Verfolgt man diesen Wicklungsstrang in der F i g. 3, so sieht man, daß in ihm sowohl Spulen der durch x gekennzeichneten Phase als auch Spulen der durch c3 gekennzeichneten Phase zusammengeschaltet sind. Dadurch ergibt sich im Spannungsdiagramm der in der F i g. 4 b dargestellte Verlauf zwischen den Punkten Z und W. Auch die beiden anderen Wicklungsstränge, die an ihrem Sternpunkt miteinander verbunden sind und den Stromkreis des Reglers verkettet speisen, setzen sich aus zwei Teilen zusammen, deren Phasenlagen sich um 1201 elektrisch unterscheiden, wie ebenfalls die F i g. 4 b zeigt.The interconnection of the individual parts of the winding phases in FIG. 3 takes place differently from the winding according to FIG. 1 so that parts of different phases are connected in each winding phase. In order to clarify this fact, in each case in FIG . 1 and in the known winding shown in FIG. 3 shown winding according to the invention, the winding phase WZ more clearly drawn. If one follows this winding phase in FIG. 3, it can be seen that both coils of the phase indicated by x and coils of the phase indicated by c3 are connected together. This results in the voltage diagram in FIG. 4 b between points Z and W. The other two winding phases, which are connected to one another at their star point and feed the controller circuit in a chained manner, are composed of two parts whose phase positions differ electrically by 1201, as is the case with the F i g. 4 b shows.

Die Zusammensetzung der Wicklungsstränge aus gegeneinander elektrisch verschobenen Teilen hat einen zusätzlichen Sehnungsfaktor zur Folge, wodurch der Wicklungsfaktor kleiner wird. Zur Erzeugung einer gleichen Spannung wie durch die Wicklung gemäß F i g. 1 in der Wicklung gemäß F i g. 3 ist es also erforderlich, eine größere Anzahl von Leitern vorzusehen.The composition of the winding phases from mutually electrically shifted parts results in an additional stretch factor, whereby the winding factor becomes smaller. To generate the same voltage as by the winding according to FIG. 1 in the winding according to FIG. 3 it is therefore necessary to provide a larger number of conductors.

Die Schaltung der Ständerwicklung gemäß der Erfindung ist dann ausführbar, wenn bei der Maschine die in einem unechten Bruch umgewandelte Nutenzahl je Pol und Strang folgender Bedingung genügt: =ganze gerade Zahl, wobei 2 p die Polzahl der Maschine ist. Für Ganzlochnutungen, bei denen n = 1 ist, ist also jede Polzahl zulässig.The connection of the stator winding according to the invention can be carried out when the number of slots per pole and strand converted into an improper fraction in the machine the following condition is sufficient: = whole even number, where 2 p is the number of poles of the machine. For full-hole slots where n = 1 , any number of poles is permissible.

Claims

Patent claim: stator winding for electrical machines, in particular for swing generators, with three winding phases, of which two winding strands feed a circuit and the third winding phase feeds a independent from the first circuit, d a d u rch g e - indicates that each strand consists of two winding parts is whose voltages are equal in magnitude and whose phase positions differ by 120 electrical degrees. Documents considered: German Patent No. 621 743; German explanatory documents No. 1060 475, 1060 476.