DE1488769C3 - An den Enden kurzgeschlossener Wicklungsstab von Wechselstrommaschinen zur Kompensation der Stirnfeld-Schlingspannungen - Google Patents

Description

nach der in F i g. 2 gezeigten Weise darstellen. Dabei ist

B_e(y) die Dichte des Eigenfeldes, das vom Eigenstrom/,, des in Luft befindlichen Stirnbügels selbst herrührt. Das Eigenfeld ändert sich linear über der Bügelhöhe h_SB mit Nulldurchgang in halber Höhe und wird deshalb auch »ungerade« oder »antisymmetrische« Komponente genannt. Längs des Stirnbügels ist das Eigenfeld konstant, da es nur vom eigenen Strom I_e des Leiters abhängt.

B_Uy) die Dichte des Fremdfeldes, das von einem fremden Strom /_/; nämlich vom Strom der zweiten Stablage errzeugt wird und in die betrachtete Schicht einstreut. Über der Stirnbügelhöhe h_SB kann das Fremdfeld als nahezu gleichbleibend angesehen werden und wird deshalb auch »gerade« oder »symmetrische« Komponente genannt. Weil das von der anderen Stabschicht im Gebiet des betrachteten Stirnbügels erzeugte Fremdfeld eine vom Ort χ abhängige Stärke hat, ist das Fremdquerfeld längs des Bügels verschieden groß, aber symmetrisch zur Maschinenmitte. Wegen dieser örtlich abhängigen Phasenverschiebung, die über den Stirnbügel gemittelt etwa 90 el. Grad beträgt, insbesondere aber deshalb, weil die andere Stabschicht eine gewisse Entfernung hat und wegen des Kreuzungswinkels α (Fig. Ib) nur abgeschwächt in die betrachtete Stirnbügelschicht einstreut, ist über die Länge eines Stirnbügels die resultierende Fremdfelddichte B_f wesentlich geringer als die Eigenfelddichte B₀.

Ausführungsprinzip und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Sonderverdrillung sind in F i g. 4 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

F i g. 4 a ist eine Ansicht von der Ständerbohrung aus und läßt den erfindungsgemäßen Stab ABB'E erkennen. Es sei, wie in Fig. 4b angedeutet, aus insgesamt zwölf Teilleitern aufgebaut, die in zwei nebeneinanderliegenden Ebenen untergebracht sind. Eine volle Drehung um 360°, wie sie im Nutteil BB' vorliegt, erfordert dort genausoviel Abkröpfungen, wie Teilleiter vorhanden sind: im gewählten Beispiel also zwölf Teilleiterwechsel von der einen Ebene zur anderen. In jedem Stirnbügel Λ.Β und B'E beträgt die erfindungsgemäße Zusatzverdrillung 90°, was beim gewählten Beispiel drei Ebenenwechsel je Stirnbügel bedeutet. Alle Teilleiter sind am Stabanfang A und Stabende E miteinander verlötet, also galvanisch verbunden. Ein Feldausgleich muß daher innerhalb eines Stabes allein, d.h. im Streckenzug ABB'E gewährleistet sein. Weil der Nutteil BB' für sich kompensiert ist, muß also der Stirnfeldausgleich über den Streckenzug AB und B'E erfolgen.

Hierzu sei die Seitenansicht des Stabes gemäß Fig. 4b und 4c betrachtet. Sie zeigen die Durchlaufbahn zweier beliebig ausgewählter Teilleiter 1 und 10 und lassen erkennen, wie diese ihre Höhenlage im Stab ändern und wie sie von der vorderen Ebene (stark ausgezogene Linien) zur hinteren Ebene (gestrichelte Linien) oder umgekehrt wechseln. Beide Teilleiter bilden über die Kurzschlußverbindungen an den Stabenden Λ und E eine Elementarschleife, in welcher der Feldausgleich nachzuweisen ist.

Die Richtungspfeile geben den gewählten Umlaufsinn der Elementarschleife an. Fig. 4b und 4c zeigen rechts den Verlauf des Eigenquerfeldes B_e(y) und Fremdquerfeldes B_f(y) (dieses ist in Wirklichkeit erheblich kleiner als das Eigenquerfeld) über der Stirnbügelhöhe und machen auch den Vorzeichenwechsel des Eigenquerfeldes deutlich. Die Zeichen θ und θ sind das Vorzeichen der in den Teilflächen der Elementarschleife induzierten Spannungen unter Berücksichtigung des Umlaufsinnes der Flächenkonturen sowie der Richtung des sie durchsetzenden Flusses. Gleichschraffierte bzw. grundierte Teilflächen umgekehrten Vorzeichens kompensieren sich gegenseitig; helle eingeschlossene Teilflächen sind gegenüber dem jeweils betrachteten Feldanteil nicht kompensiert. Fig. 4b zeigt einerseits, daß der Nutbereich BB' kompensiert ist, und beweist insbesondere, daß das Eigenquerfeld B_ef(y) über beide Stirnbereiche AB und B'E zusammen vollkommen ausgeglichen wird. In F i g. 4 c erkennt man, daß der über die Stirnbügellänge konstante Anteil des Fremdquerfeldes einen teilweisen Ausgleich erfährt. Man gelangt zum selben Ergebnis, wenn die in beiden Stirnbügeln gleiche Drehung dem Verdrillungssinn im Nutenteil entgegengesetzt ist.

Patentanspruch:

An den Enden kurzgeschlossener Wicklungsstab von Wechselstrommaschinen zur Kompensation der Stirnfeld-Schlingspannungen innerhalb der Stablänge, der als Roebelstab im Nutbereich um 360° und in den als Stirnbügeln ausgebildeten, frei liegenden Enden zusätzlich mit gleichmäßiger Steilheit verdrillt ist, wobei die beiden Stirnbügel des Stabes den gleichen Verdrillungssinn haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stirnbügel um 90° verdrillt ist und der Verdrillungssinn gleich oder entgegengesetzt demjenigen im Nutbereich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   An den Enden kurzgeschlossener Wicklungsstab von Wechselstrommaschinen zur Kompensation der Stirnfeld-Schlingspannungen innerhalb der Stablänge, der als Roebelstab im Nutbereich um 360° und in den als Stirnbügeln ausgebildeten, frei liegenden Enden zusätzlich mit gleichmäßiger Steilheit nach dem Roebelprinzip verdrillt ist, wobei die beiden Stirnbügel des Stabes den gleichen Verdrillungssinn haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stirnbügel um 90° nach dem Roebelprinzip verdrillt ist.

   Die Erfindung betrifft einen an den Enden kurzgeschlossenen Wicklungsstab von Wechselstrommaschinen zur Kompensation der Stirnfeld-Schlingspannungen innerhalb der Stablänge, der als Roebelstab im Nutbereich um 360° und in den als Stirnbügel ausgebildeten, frei liegenden Enden zusätzlich mit gleichmäßiger Steilheit nach dem Roebelprinzip verdrillt ist, wobei die beiden Stirnbügel des Stabes den gleichen Verdrillungssinn haben.

   Bei einer bekannten derartigen Ausführung des Roebelstabes (deutsche Auslegeschrift 11 42 408) ist neben der üblichen Verdrillung des Nutteils um einen vollen Schraubengang — also um 360° — jeder Stirnbügel für sich noch um je 180° mit konstanter Steigung verdrillt. In dieser mit 180°/360°/180° bezeichneten Lösung vollzieht jeder Teilleiter eines Stabes in beiden Stirnbügeln zusammen eine volle Drehung. Dadurch werden, wie im Nutteil, die über die gesamte Verdrillstrecke der beiden Stirnbügel konstanten Feldanteile kompensiert. Dies bedeutet einen vollständigen Ausgleich des Eigenquerfeldes und eine teilweise Kompensation des Fremdquerfeldes. — Diese Lösung bedingt aber lange Stirnbügel, damit die in Bügellängsrichtung aneinanderzureihenden Teilstrecken ΔI gemäß Fig. 3, die sogenannten Abkröpfstrecken, für den Lagenwechsel der zahlreichen Teilleiter untergebracht werden können. Schon bei üblichen Teilleiterzahlen und -breiten würde die benötigte Gesamtverdrillstrecke aber zu solch großen Stirnbügellängen und Wickelkopfausladungen führen, die sich praktisch nicht verwirklichen lassen. Wolke man diesem Nachteil mit einer Herabsetzung der Teilleiterzahl begegnen, so würden die einzelnen Teilleiter bei gleichbleibendem Stabquerschnitt so hoch werden, daß die Zusatzverluste durch Wirbelströme sehr stark zunehmen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, innerhalb der Stablänge einen weitgehenden wirksamen Ausgleich der Stirnfeld-Schlingspannungen bei Roebelstäben mittels mäßiger und mit Hinblick auf die Ausführbarkeit einschränkungsfreier Verdrillung der Stirnbügel zu erreichen.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Stirnbügel um 90° nach dem Roebelprinzip verdrillt ist.

   Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer gleichmäßigen Verdrillung jedes Stirnbügels von nur 90° einerseits relativ wenige Abkröpfstellen benötigt werden, so daß ein Einzelverdrillen der Teilleiter im Stirnbügel ohne Vergrößerung der Stirnbügellänge und der Wickelkopfausladung möglich ist, und andererseits die für kleine Wirbelstrom-Zusatzverluste vorteilhafte große Zahl dünner Teilleiter nicht eingeschränkt wird und daß dabei die Wirksamkeit der Kompensation der Stirnfeld-Schlingspannungen keine Beeinträchtigung erfährt.

   ίο Es ist auch bekannt, zum Ausgleich der Schlingspannungen bestimmte Gegenschaltungsschleifen im Zuge eines Wicklungsstranges oder innerhalb von Spulengruppen einer Phase zu schaffen. Solche Lösungen bedienen sich der Verschränkungsprinzipien bei Spulenwicklungen, wobei die voneinander isolierten und parallel geführten Teilleiter einer Spulenseite an den Enden einzeln oder zu Paketen zusammengefaßt auf bestimmte Weise mit den einzelnen Teilleitern oder den Teilleiterpaketen der

   ao nächsten Spulenseite verbunden werden, wodurch eine sukzessive Lagevertauschung der je eine Gesamtschleife bildenden Teilleiter über mehrere Spulen hinweg erfolgt. Dieses bekanntermaßen auch auf Roebelstäbe mit unverdrillten Stirnbügeln angewandte Lagevertauschungsprinzip (s. beispielsweise die deutschen Auslegeschriften 10 76 251 und 11 33 025) ist jedoch hinsichtlich der Zahl der Teilleiter pro Stab ,und der Zahl der Stäbe pro Nut eng an die Anzahl Nuten je Pol und Phase und an die Polzahl gebunden und demzufolge stark eingeschränkt. Ferner haben solche Stäbe hinsichtlich Fertigung und Einbau den Nachteil, daß sie in nicht abgeschlossenem Fertigungszustand in den Ständernuten eingelegt werden müssen, wonach erst die zahlreichen Weiterverbindungen der Teilleiter bzw. Teilleiterpakete an den Stabenden vorgenommen werden können, während nach der Erfindung jeder Stab für sich kurzgeschlossen ist und eine einfachere Baueinheit bildet. Weiterhin erlauben es die meisten derartigen Lösungen nur, einen Teil des Stirnfeldes, nämlich den von fremden Leiterschichten erzeugten und daher relativ schwachen Fremdfeldanteil auszugleichen.

   Es sind weiterhin Lösungen bekannt, die auf der Ausweitung des Roebelprinzips auf den Stirnbereich beruhen. So wird in der deutschen Patentschrift 1041 148 festgestellt, daß sich durch eine Verdrillung der Teilleiter in den Stirnbügeln in entsprechender Weise wie in der Nut kein vollkommener Ausgleich des Stirnstreufeldes erreichen läßt, und deshalb dort vorgeschlagen, eine Verdrillung der Stirnbügel mit veränderlichem Schritt in Anpassung an die Änderung der Streufeldstärke vorzunehmen. Diese Lösung würde jedoch die genaue zahlenmäßige Kenntnis des dreidimensionalen Feldes im Stirnraum voraussetzen, das aber nur in sehr angenähertem Maße quantitativ bestimmbar ist. Auch würde sich eine solche Lösung auf den Ausgleich vorzugsweise einer der beiden nachstehend beschriebenen Anteile des Stirnfeldes richten müssen. Das im Betrag vorwiegende und daher verlustintensivste Eigenquerfeld ist aber längs des Stirnbügels konstant. Seine Kompensation mittels Verdrillung kann deshalb nicht mit einem örtlich veränderlichen Schritt gelingen.
   Lösungen zum Ausgleich des Stirnstreufeldes setzen nämlich eine geeignete Analyse dieses Feldes voraus. Trotz des verwickelten räumlichen Verlaufes läßt sich die tangential gerichtete Komponente des Stirnstreufeldes, welche die Stirnbügel von der Breitseite

   Mit Ausnahme des Strangeinganges und -ausgangs wird jeder Stab am Anfang A und Ende E mit den nächsten Stäben verbunden. Die Gesamtheit der Stirnbügel bildet in jedem Stirnraum den sogenannten Wickelkopf, der sich in diesem Beispiel aus zwei sich kreuzenden Schichten aus Stirnbügeln der Grundstablage G und der bohrungsnahen Stablage B zusammensetzt, wie Fig. Ib rechts zeigt.

   Betrachtet man den Querschnitt eines bestimmten Stirnbügels an dessen Längsstelle x, so läßt sich das Querfeld über der Bügelhöhe