DE2221115A1

DE2221115A1 - Gesehnte zweischichtwicklung fuer elektrische maschinen

Info

Publication number: DE2221115A1
Application number: DE19722221115
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl-Ing Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1973-10-31
Also published as: GB1375957A; BE798729A; DE2221115C3; NO133823B; FR2182232B1; DE2221115B2; NL7305952A; IT984160B; CH552296A; NO133823C; JPS4954802A; FR2182232A1

Description

Gesehnte Zweischichtwicklung für elektrische Maschinen

Die Erfindung betrifft eine gesehnte Zweischichtwicklung für elektrische Maschine, insbesondere für Synchrongeneratoren mit erhöhten Anforderungen an die Kurvenform der Strangspannung .

Häufig verwendete Wicklungen dieser Art sind Dreizonenwi'cklungen, da hierbei die Strangspannung grundsätzlich keine Oberschwingungen 3n-ter Ordnung enthält.

Dreizonenwicklungen mit beliebiger Sehnung können auch vorteilhaft durch zweidrittelgesehnte Sechszonenwicklungen mit ungleichen Zonenbreiten ersetzt werden. Infolge der verringerten Spulenweite ergeben sich kleinere Wickelkopfausladungen, wodurch sich der Kupferbedarf vermindern läßt. Daneben ist auch die Stirnstreuung verringert, da im Wickelkopf weniger Leiter eines Stranges nebeneinander liegen und ferner die Stirnverbindungen kürzer sind.

Die Dreizonenwicklungen und die besagten Sechszonenwicklungen sind hinsichtlich der Wickelfaktoren und der Peldoberwellen gleichwertig, sie haben jedoch den grundsätzlichen Nachteil, daß geradzahlige DurchflutungsOberwellen auftreten, die z.B. zu schädlichen Wellenspannungen fuhren können.

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ORIGINAL INSPECTED

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Durch zwei übereinandergelegte, in Reihe geschaltete und um eine OPolteilung verschobene Zweischichtwicklungen der genannten Art (konjugierte Spulenanordnung) lassen sich Durchfluimngskurven ohne geradzahlige Durchflutungsoberweilen erzielen, jjedoch um den Preis einer fertigungsmäßig aufwendigen und mehr Platz für die Nut- und Wickelkopfisolation benötigenden Vierschichtwicklung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweischichtwicklung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der geradzahlige Durchflutungsoberweilen entfallen und die bei einfacher Fertigung für beliebige Spulenweiten und Nutenzahlen anwendbar ist, ohne daß nachteilige Auswirkungen auf die übrigen Eigenschaften der Wicklungen auftreten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die Wicklung jedes Stranges aus Spulen mit einer eine Nutschicht füllenden Windungszahl (Vollspulen) und Spulen mit verringerter Windungszahl (Halbspulen) besteht und daß in den mit Halbspulen belegten Nuten mindestens in einer Nutschicht zwei Halbspulen verschiedener Stränge angeordnet sind.

Dabei können zwei Vollspulen gleicher oder verschiedener Stränge, wie bei den bekannten Zweischichtwicklungen, eine Vollspule sowie zwei verschiedenen Strängen zugehörige Halbspulen bzw. vier Halbspulen verschiedener Stränge in den Nuten untergebracht sein. Eine hinsichtlich des Oberwellengehaltes besonders günstige Wicklung nach der Erfindung besteht für . eine gerade Nutenzahl pro Pol und Strang aus doppel soviel Halbspulen wie Vollspulen und für eine ungerade Nutenzahl pro Pol und Strang aus einer um Eins von der doppelten Zahl der Vollspulen abweichenden Zahl von Halbspulen. Es ist also etwa die halbe Zahl der Spulen einer üblichen gesehnten Zweischichtwicklung bei der Wicklung nach der Erfindung in Halbspulen, d.h. Spulen verminderter Windungszahl, aufgeteilt. Das Einlegen einer Zweischichtwicklung nach der Erfindung in die Nuten kann, wie bei den bekannten Zweischichtwicklungen, in einem Arbeitsgang erfolgen. 3098ΛΑ/0757

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Aus Gründen eines geringen Oberwellengehaltes eind zweidrittelgesehnte Zweischichtwicklungen vorteilhaft, die die · eingangs genannten kleinen Wickelköpfe ergeben. Solche Zweischi chtwicklungen nach der Erfindung können entweder aus Spulen gleicher Spulenweite oder aus konzentrischen Spulen für jeden Strang im Bereich einer Polteilung bestehen.

Bei Verwendung von »ur zwei Halbspuleh pro Pol und Strang ergibt sich eine Überlappungszone mit einer einzigen !Tut, d.h. zwischen Nutschichten mit Vollspulen liegt in Umfangsrichtung gesehen jeweils nur eine Nut mit zwei Halbspulen. Bei dieser Anordnung ist eine einfache Isolation zur Phasentrennung im Wickelkopf wie bei einer Zweischichtwicklung mit gleichen Vollspulen ausreichend.

Durch Veränderung der Spulenweite bzw. der mittleren Spulenweite bei konzentrischen Spulen und der Überlappungszone, das ist der Bereich der zu verschiedenen Strängen gehörigen nebeneinander in einer Nut liegenden Halbspulen, lassen sich Spannungs- und Durchflutungskurven erzielen, die arm an Oberwellen bestimmten Grades sind (gezielte Unterdrückung einzelner Harmonischer).

In an sich bekannter Weise (DAS 1 226 194.) können sämtliche Spulengruppen jedes Stranges zusammenhängend, also lötstellenfrei, im gleichen Wickelsinn gewickelt und die einzelnen Spulengruppen nach Umklappen um 180° ander in die Nuten eingelegt werden.

Spulengruppen nach Umklappen um 180° gegeneinander nachein-

Im Vergleich mit den bekanntgewordenen oberwellenarmen Zweisehichtwicklungen ("Die Wicklungen elektrischer Maschinen" 1. Bd. von H. Sequenz, Springer Verlag, Wien 1950, Seite 305 bis 312), die mindestens zweifach abgestufte Leiterzahlen und damit abwechselnd unterschiedliche Höhen in der Ober- und Unterschicht aufweisen, was die Verwendung von Spulen gleicher

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Weite ausschließt und darüber hinaus Schwierigkeiten bei der Fertigung ergibt, ist eine erfindungsgemäße Wicklung wesentlich einfacher.

Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeiepiele Sind weitere Einzelheiten der Erfindung nachfolgend näher erläutert.

In Pig. 1a und 1b sind zweidrittelgesehnte Zweischichtwicklungen für zwölf Nuten je Polpaar mit konzentrischen Spulen (Pig. 1a) und Spulen gleicher Spulenweite (Pig. 1b) gezeigt, die die doppelte Zahl von Halbspulen wie Vollspulen aufweisen, wobei die Vollspulen in der Mitte der Gruppe angeordnet sind. In beiden Pällen ergeben sich somit Sechszonen-Zweischichtwicklungen mit gleich breiten Zonen, die sich im Bereich einer !Tut überlappen. Es wechseln dabei Nuten mit zwei Vollspulen mit Nuten mit vier Halbspulen ab. Pig. 1c zeigt den Zonenplan für die Oberschicht OS und die Unterschicht TJS und Pig. 1d die beiden Wicklungsvarianten gemeinsame Durchflutungskurve eines Stranges.

Eine erfindungsgemaße Wicklung nach Pig. 1a oder 1b ist in ähnlich einfacher Weise wie eine gewöhnliche Zweischichtwicklung herstellbar. Von den beiden Wicklungsspulen je Pol und Strang einer herkömmlichen Zweischichtwicklung ist entsprechend der Erfindung lediglich eine gewissermaßen in zwei Halbspulen aufzuspalten. In ihrer Wirkung hinsichtlich Spannungskurvenform und Peldoberwellen ist diese Wicklung einer aus zwei übereinanderliegenden fünfsechste1-gesehnten Dreizonenwicklung bestehenden Vierschichtwicklung gleichwertig. Zusätzlich ergibt sich dadurch, daß die Spulenweite nur zwei Drittel der Polteilung beträgt, der bereits eingangs genannte Vorteil kleinerer Wickelköpfe.

Das Beispiel ist nicht auf die angegebene Nutenzahl beschränkt.

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In Fig. 2a "bis 2d sind die Zonenpläne und die Burchflutrangskurven flir die Ober- und Unterschichten OS, US eines Stranges einer Zweisehiehtwieklung mit achtzehn Buten Je Polpaar dargestellt, *bei denen die Überlappung eine Hut "beträgt, d.h., es folgt in Ober- und Unterschicht auf zwei Muten mit Vollspulen eine Hut mit zwei Halbspulen. Die Wicklungen unterscheiden sich nur in der Spulenweite, die in Fig. 2a eine Achtneuntel— sehnung, in Fig. 2b eine SiehenneuntelsehTmung„ in Fig. 2c eine Zweidrittelsehnnng und in Fig. 2d eine Funfneuntelsehmrag ergeben.

Bemerkenswert ist wieder die Anordnung mit zweidrittel—gesehn— ten Spulen (Fig. 2c), die den gleichen Oberwellengehalt aufweist wie zwei konjungiert übereinandergelegte achtneuntel— gesehnte Breizonenwicklungen.

Bei den bisher beschriebenen Beispielen entsprach die tiberlappungszone jeweils einer Hut. Selbstverständlich kann diese auch größer gewählt werden, z.B. zwei oder mehr Muten. Hinsichtlich eines geringen Gehaltes an ungeradzahligen Harmonischen ist eine Überlappungszone günstig, die ungefähr der halben Butenzahl $e Pol und Strang entspricht.

Von vielen Möglichkeiten ist als weiteres Beispiel in Fig. 3a eine zweidrittel-gesehnte Zweischichtwicklung mit einer tfberlappung von zwei Buten dargestellt. Anhand des Zonenplanes für beide Schichten und der zugehörigen Burchfluirungskurve nach Fig. 3b sind die Unterschiede gegenüber Fig. 2c (gleiche Butenzahl, gleiche Spulenweite, 5^edoch nur halb so breite tüberlappungszone) leicht erkennbar. Die Wicklungsfaktoren sind hierbei die gleichen wie bei eimer siebemneuntel—gesehnten Dreizonenwicklung. Geradzahlige Harmonische treten hier nicht auf.

In diesem Beispiel (Fig. 3a) liegen im Wickelkopf mehrfach die Halbspulen der verschiedenen Stränge unmittelbar

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einander, was insbesondere feel Maschinen für höhere SpaEmrangen. eusätzliche Isolierteile zur Phasentrennung im Wickelkopf notwendig machen kann.

Die geeehnten Zweischichtwicklungen nach der Erfindung eignen sich, besonders für Maschinen mit erhöhten Ansprüchen an eine Möglichst sinusförmige Form der Spanmrngakurre, wie sie für Synchrongeneratoren häufig gefordert wird. Die Anwendung der einfach aufgebauten und einfach herzustellenden Zweischichtwicklung ist aber nicht auf die Anwendung bei Synchronmaschinen beschränkt, sondern überall dort von Torteil, wo keime geradzahligen Oberwellen in der Burchflutungskunre auftreten dürfen und darüber hinaus oberschwingungsanine Strangspanmungen erwünscht sind«

9 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

SIEMENS AKTiENGESELLSCHAFT.

Vertrags-und Patentabteilung "■ VPA 72/3076

Patentansprüche

M.Jöesehnte Zweischichtwicklung für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung jedes Stranges aus Spulen mit einer eine Nutschicht füllenden Windungszahl (Vollspulen) und Spulen mit verringerter Windungszahl (Halbspulen) "besteht und daß in den mit Halbspulen belegten Buten mindestens in einer Nutschicht zwei Halbspulen Terschiedener Stränge angeordnet sind.
2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Nutachichten mit Vollspulen verschiedener Stränge belegte Nuten mit von vier Halbspulen verschiedener Stränge belegten Nuten abwechseln.
3. Wicklung nach Anspruch 2 für Maschinen mit gerader Nutenzahl pro Pol und Strang, dadurch gekennzeichnet, daß doppelt soviel Halbspulen wie Vollspulen vorgesehen sind.
4. Wicklung nach Anspruch 2 für Maschinen mit ungerader Nutenzahl pro Pol und Strang, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Halbspulen um Eins von der doppelten Zahl der Vollspulen abweicht.
5. Wicklung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spulen gleiche Spulenweite haben.
6. Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle im Bereich einer Polteilung liegenden Spulen eines Stranges eine in sich konzentrische Spulengruppe bilden.

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7. Wicklung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenweite aller Spulen "bzw. die mittlere Weite der Spulengruppe zwei Drittel der Polteilung "beträgt.
8. Wicklung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halbspulen pro Pol und Strang vorgesehen sind.
9. Wicklung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Spulengruppen Jedes Stranges zusammenhängend im gleichen Wickelsinn gewickelt sind.

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