DE1563032A1

DE1563032A1 - Zweischichtige Mehrphasen-,insbesondere Drehstromwicklung,fuer elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE1563032A1
Application number: DE19661563032
Authority: DE
Inventors: Herbert Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-12-03
Filing date: 1966-12-03
Publication date: 1970-04-02
Also published as: JPS4824284B1

Description

Zweischichtige.Mehrphas.en-p inebesöndere Drehstromwicklung, für-elektrische blaschinen Bei der Berechnung von e-lektrischen , Maschinen ergeben sich bei lestgelegter Wicklungsanordnung für die erforderliche Leiterzahl pro Nut fast immer nicht ausführbare Bruchzahlen. In so einem Fall muß zur nächstliegenden ganz.en Zahl auf-oder abgerundet werden . Die Maschine arbeitet dann nicht auf ihrem optimalen Betriebspunkt, sondern, je nachdem, um welchen prozentualen Betrag die . Leiterzahl abgeru'ndet werden muß, entfernt davon. Bei hohen Leiterzahlen ist diese Ab- weichung relativ klein und kann ohne weiteres in Kauf genommen werden. Hat aber die Leiterzahl einen relativ niedrigen Wert, z.B. wenn sie unter 5 bis 10 liegt, so kann der Aufrundungsunterschied bereits unzulässig hohe Werte annehmen. Insbesondere ist dies bei magnetisch hoch ausgenutzten Maschinen der Fall, bei denen selbst geringe Sättigungsänderungen beträchtliche Unterschiede im Magnetisierungsbedarf zur Folge haben.
Während man diesem Problem bei der Neuauslegung elektrischer blaschinen durch Änderungen im magnetischen Kreis usw. noch Rechnung tragen kann, ist dies bei bereits vorhandenen Maschinen, die für andere Betriebsspannungen und/oder Frequenzen umzurechnen sind, in der Regel nicht mehr möglich. Das Auf-oder Abrunden der Leiterzahl auf einen praktisch ausführbaren Wert ist dann mit einer Verschlechterung der Betriebseigenschaft'en oder einer vermihderten Ausnützung verbunden. Dies tritt in einem umso stärkeren Maße in Erscheinung, je kleiner die Leiterzahlen sind, weil dann die Sprünge zwischen den ausführbaren Leiterzahlen immer größer werden.
Bereits bekannte Maßnahmen, um auch in solchen Fällen-die Leiterzahl anpassen zu können, sind: 1.) Änderung der Schaltung, z.B. Übergang von Stern- auf Dreieckschaltung oder auch auf Sterndreieck-Mischschaltungeng Anordnung von-mehrfachen Parallelzweigen.
2.) Änd erung des Wicklungsschrittes, also stärker oder schwächer Sehnen.
3.) Nur teilweises Bewickeln einzelner Nuten.
Dieie Maßnahmen sind jedoch in mancherlei Hinsicht nachteilig: Bei ungleich bewickelten Nuten wird die Ausnutzung verschlechtert. Mehrfache Parellelkreise können zu ungleicher Stromverteilung und/oder zu Ausgleichsetrömen führen. Ausgleichsströme, insbesondere solche dreifacher Frequenz, können auch bei Dreieckschaltung auftreten. Eine Änderung des Wicklungesehrittea'erfordert andere Wicklungesebablonen; auAerdem ändern sich die Wickelkopfabiessungen, was oftmals nicht zulässig ist.

Vorliegende Erfindung gibt für derartige Fälle eine wesentlich günstigere Lösung an, bei der die Ausnutzung nicht verschlechtert wird und sowohl Anordnung als auch Schaltung der Wicklungsspulen unverändert bleiben. Ausgebend,von zweischichtigen, Mehrphasen-, insbesondere Drebetromwicklungen, bei denen innerhalb eines jeden Wicklungestrangeo jedem Pol eine oder mehrere konzentrische Spulengruppen *zugeordnet sind, lassen sich feine Abstufungen der wirk samen Windungszahlen erfinduAgegemäß dadurch erreichen, daß die konzentrischen Wicklungespulen mit unterschiedlichen Einzeln-Windubgszahlen aus-geführt und derart angeordnet-sind, daß in Nuten mit Unterschichtspulen höherer Windungezahl jeweils Oberschichtspulen mit niedrigerer

.Windungezahl und umgekehrt zu liegen ko»en und damit eine

für alle Nuten gleichbleibende Füllung erreicht iät.

Fig. 1*stellt als Beispiel den Schaltplan einer derartigen

zweipoligen Drehntrom-Zweinehichtwicklung für 36 Nuten dar.

Jeder Wicklungsatrang setzt sich hier aue vier konzentrinehen

Spuleng:#uppen zusammen. Der Strang U-1 beginnt a.B. mit Spu-

lengruppe A; daran anachtließend folgen die unmittelbar be-

nachbarten Spulengruppen 0 und B,und als letzte ist die gegen-

überliegende Spulengruppe H angeschlossen. Jede dieser Spulen-

gruppen weist drei konzentriebhe Spulen auf. Die Wicklung

ist 2/3g#sebnt, so daß die mittlere Spule m jeder Gruppe über

zwölf Nutteilungen' reicht. Entsprechend der konzentrischen

Anordnung weist die äußere Spule a eine um zwei Nutteilungen

größere und die innere Spule i eine um denselben-Betrag kleinere

Weite auf. In den Nuten kommen jeweils in Ober- und.Unterechicht'

Spulenseiten kn i und-a bzw. solch* von zwei Spulen m über-

einander zu liegen.'

Gemäß der Erfindung läßt mich eine Abstufung der wir ke«en

Windungezahl durch unterschiedliche Eibzelwindungenahlen der

konzentriechen Spulen erzielen.'Im einfaöteten Pall-werden

beispielsweise die Windungenahlen der äußeren Spulen a er-

höht und die der'inineren Spulen i um denselben Betrag ver-

mindert bzw. umgekehrt. Bedeutet m die ursprüngliche eindunge-.

-zahl und gibt z die Zahl der Windungen an, um die die Spulen

i-bzw. a erhöht bzw. vermindert werden, so folgt für die--

wirksame Windungszahl:

nef f' n + a

1 m + Sa

n( j in +S a) z ( ja

s 'i +im+- j a-

a

n n + z

eff

+ #m +fa

ja #m1 Ji sind dabei die Wicklungsfaktoren der äußeren,

mittleren und-inneren Wicklungespulen. Entsprechend der unter-

.schiedlichen. Spulenwelte ist am,größten und am klein-'

sten.. -Setzt man die Zahlenwerte für-die Wicklu»g nach Pig-. 1

ein, so erhält man für, die effektive Windungszahl..-

n n 090677 z-

eff

Wenn also z.B. die.-m#t.tlere Spi4le n-= fünf Wibdungen.-aufweist

und z zwei beträgt,-dann ergibt sich die wirksameWindungo,

zahl

n eff 5 ox06-77 a- 591343. bzw. 408659

'je nachdem, ob die Windungezahl der äußeren oder die der inneren Spule um zwei erhöht wird.

Die Zahl der in den einzelnen Nuten angeordneten Leiter ist überall gleich 2n. Lediglich ihre Aufteilung auf Ober- und Unterschicht ist bei den äußeren und inneren Spulen unterschiedlich und beträgt-(n+21) + (n-z).

Auf*dIese Weise sind bei unveränderter Wicklungsanordnung sehr feine Abstufungen der wirksamen Leiterzahl erreichbar, die is gestatten, praktisch beliebige Werte hinreichend genau anzunähern. Nachdem bei dem beschriebenen Beispiel die Abstufung der Einzel"Windungezahlen bei sämtlichen Spulengruppen die gleiche ist, entstehen dadurcb'keine erhöhten Fertigungsanforderungen, und Fehlermöglichkeiten sind weitestgehend vermieden.'

Die Anordnung der Spulen derart" daß in Ober- und Unter-

schicht der Nuten jeweils solche mit erhöhter und verringerter

Windungszahl z usammenfallen, erfolgt ähnlich wie bei den be-

kannten oberwellenarmen Zwelachichtwicklungen (vgl.z.B.

H.Sequenz; uDie Wicklung,en elektrischer Maschinen»" i.Band,

Seiten 306 - 309), B.91 vorliegender Erfindung liegt aller-

oings ein völlig anderes Ziel vor, nämlich--die Erreichung

einer feinen Abetufbarkelt der effektiven Windungszahlen.

Dahe#r erfolgt auch die.Leiteraufteilung nach einer ganz anderen Gesetzmäßigkeit. Während es nämli,ch bei den oberwellenarmen Wicklungen für jeden Ibklungestrang auf eine möglichst einuaförmige Leiterverteilung innerhalb einer Polteilung ankommt, sind bei vorliegender Erfindung nur die unterschiedlichen Wicklungefaktoren verschieden weiter Spulen von Bedeutung. Die Leiterverteilung innerhalb der Polteilung ist dafür belanglos. Sie ist-vergleichehalber in Fig. 2 für den Fall, daß die äußeren Spulen (n+z) und die Inneren--Spulen (n-z) Windungen erhalten, für den in Fig.. 1 dick eingezeichneten Wicklungestrang U-X dargestellt.

Neben dem einfachsten Fall., daß die Einzelwindungezahlen bei allen konzentrischen Spulengruppen In gleicher Weise abgestuft sind und die äußeren und inneren Spulen (n+z) Windungen aufweisen, gibt` es noch verschiedene Variationamöglichkeiten.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist en z-.B. möglich, den Wert z nicht konetant, sondern bei verschiedenen Spulengruppen .-untern-chiedlich festzulegen. Die Forderung nach einer konetanten Leiterzahl pro Nut läßt sich bereite dadurch erfüllen, daß z nur für jede vierte Spulengruppe, a.B. für die Gruppen Al B und J gleich groß Ist.

Wenn man die Wicklungsanordnung hach Fig. 1 auf eine 4polige

Wicklung für 72 Nuten erweitert, dann ist es auoh möglich, die

Windungezahl n der mittleren Spulen zu väriier13n. Spulengruppe..,'

A erhält dann beispielweine in dee mittleren Spule n Windungen

und Spulengruppe E m Windungen, wobei sieh m und n zweckm&Lßiger--

weise nur um +l unterscheiden.«Die Windungezahl-Abstufung kann

nun so vorgenommen werden, daß in äruppe A (v+Z) Windungen und

in E (m+z) Winduhgen vorgesehen werden. Daneben ist es auch noch*

möglich, z zu variieren und z.B. in Gruppe A die Windungezahlen

von außen nach inneii abzustufen in (n+z n, (n-z2) . Die Win-

dungezahlen der Spulengruppe'%.lauten dann (m+z2)9 Mg (M-Z1)-

Daß sich auf die angedeutete Weise verschiedenste effektive

Windungezahlen erzielen lassen» braucht nicht näher erläutert'

zu werden.

Noch mehr Variationamöglichkeiten'bieten solche Wickluhgen, bei

denen die Zahl der konzentriechen Wicklungeapulen höher isto

Um allerdings die Wickelarbeit zu erleichtern und Fehlermöglich-

keiten weitgebendst auszuschalten$ wird man versuchen, mit einer

einfachen und möglichst für alle Spulengruppen gleichbleibenden

Windungezahlabstufung auszukommen. Der Windungszahl-Mittelwert

der in einer konzentrischen Gruppe'angeordneten Spulen ist dann

ganzzahlig oder ieFalle einer geraden Anzahl konsentrischer

Spulen auch eizie*Bruchzahl'mit den Nenner 2.

Die Anordnung benachbarter Spulengruppen läßt sich auch so vor-

nehmen,-däß z.B. jeweils die.äußeren Spulen in g emeineame Nuten

zu liegen kommen.,Dje arfindungegemäße Windungezahlabstufung

-,wird dann an den mittleren und inneren Spulen vorgenommen. Als

ge:#spiel dieser Art diene die zwelpolige Wicklung nach Fig. 3.

Alle sechd Spulengruppen A bisilf sind in gleicher Weise so abge-

stuft, daß die v-pn außen nach innen fortlaufend mit a bis f be-'

,zeichneten Spulen folgende Windungezahlen aufweisen:

Spule a ...... m,*indungen

n

d (n-y)

e *tote* (M+y

f Pose*

In gleiche Nuten k ominen jeweils Spulenseiten von

Spulen a und Spulen b

d

zu liegeno so daß die leiterzahllin -jeder Nut die gleiche ist

und (m+n) beträgt..Je nach Wahl von x und y weicht die wirk-

same Spulenwindungszahl mehr-oder weniger vom Mittelwert

(m+n) ab. Die-beschriebene Abstufung#stellt hier wieder-nur

2

einen einfachen.Pall dar" bei dem der Mittelwert der.'Spulün,-

.windungezahl ein Bruch mit dem.Nenner 2 ist. Komplii&iertere Ab-

stufungen analog den 'vorherigen. ÄustUbruäg,en. eind auch hier.

denkbar

Als weiteres Beispiel ist in Fig. 4 das Schaltbild einer 4poligen, in 48 Nuten verteilten'Zweiphasenwicklung dargestellt. flier setzt sich jeder Wicklungestrang aus vier teilkonzentrisehen Spulengruppen zusammen; der Strang U-X z.B. aus den Gruppen A-C-E-G. Jede Spulengruppe gliedert sich in zwei nebeneinanderliegende, jeweils drei korfzentrische Einzelspulen umfassende Teile. Die Windungszahlen sind wieder bei allen Spulengruppen gleich abgestuft und betragen z.B.

bei Spule a ...... (m-x) Windungen

b ...... m

0 ...... (m+Y)

d *sei** (n-y)

e n

f (n+x).

Nachdem die Spulen so angeordnet sind, daß jeweils

Spulenseiten von a mit solchen von f

b e

0 d

in gemeinsamen Nuten zu liegen kommen, ist die Leiterzahl pro Nut konstant-und beträgt (n+m).

Claims

Pätentansprüche: Zweiedhichtige Mehrphasen-, insbesondere Drebstromwicklungg für elektrische Maschinen, bei der innerhalb eines jeden Wicklungestranges jedem Pol eine oder mehrere konzentri- sche Spulengruppen zugeordnet eind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer feinen Abstufbarkeit der wirk- samen Windungezahlen die konzeütrinehen Wicklungsspulen mit unterschiedlicher Einzelwindungszahl ausgeführt und derart angeordnet sind, daß in-Nuten-mit Unterschicht - spulen höherer Windungezahl Jeweile Oberschichtepulen, mit niedrigerer Windungezahl bzw.-umgekehrt zu liegen kommen und eine für alle Nuten gleichbleibende Füllung erreicht ist. .2. Zweischichtwicklung nach Anspruch 1, dadurch,g.ekennzeich- -net, daß der Mittelwert der Windungezahlen der zu einer 0 konzentrischen Gruppe gehörigen Spulen ganzgahlig ist. 3. Zweischichtwicklung nach Anspruch l,'dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer geraden Anzahl von konzentriechen Spulen- der Windungezahl-Mittelwert eine Bruchzahl mit dem Nenner 2 ist. 4. Zweischichtwicklung-m-ach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß bei allen konzentrischen Spulengruppen die jeweils Windungei'ahlen der-Einzelepulen/in gleicher Weise abge- stuft sind.

5. Zweischichtwicklung nach Anspruch 1, dädurch gekenn-' zeichnetl daß zu ve*rachiedenen konzentrischen Spulengruppen gehörige-Wicklungeapulen gleicher Weite unterschiedliche Windungszahlen aufweisen. 6. Zweischichtwicklung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungezahlunterechied gleich weilterg I - zu verschiedenen Gruppen gehörender Wicklungespulen nur eine Windu ng beträqt. 9 7. Zweischichtwicklung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von nur zwei unterschiedlichen Wimdungszahlabstufungen der konzentriechen Spulengruppen.