DE2313637C2

DE2313637C2 - Vierschichtwicklung für elektrische Drehstrommaschinen

Info

Publication number: DE2313637C2
Application number: DE19732313637
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Dr.techn. 8500 Nürnberg Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1973-03-19
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2313637A1; JPS49127102A; FR2222783A1; FR2222783B1; GB1469882A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vierschichtwicklung für elektrische Drehstrommaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die häufig verwendeten, aus dem »Lehrbuch der Wicklungen el·.¹ ^irischer Maschinen« von Richter. 1952, Seiten 117 und 118 bekannten «»esehnten Dreizonen-Zweischichtwtcklungen haben bekanntlich keine Oberichwingungen ganzzahliger Vielfacher von drei in den Strangspannungen, jedoch erfordern sie längere Wikkeiköpfe. d. h. einen größeren Kupferbedarf, eine größere axiale Ausladung und weisen höhere elektrische Verluste sowie erhöhte Stirnstreuung und ferner einen hohen Anteil an geradzahligen Harmonischen der Durchflutung im Anker auf. Letzterer Anteil vergrößert die Oberwellenstreuung, bringt Zusatzverluste mit sich und kann zu unerwünschten Wellenspannungen. RütH-kräften u. dgl. parasitären Nebeneffekten führen. Solche Dreizonen-Zweischichtwicklungen mit beliebiger Sehnung können bekanntlich (Richter Seiten 117 und 118 und DE-AS 15 63 390, Fig. 2) durch in bezug auf Wickelfaktoren und Harmonische der Durchflutung gleichwertige zweischichtige zweidrittelgesehnte Sechszonenwicklungen mit ungleichen Zonenbreiten ersetzt werden, wodurch sich zwar geringere Spulenweiten mit kürzeren Wickelköpfen erzielen lassen, bei denen im Wickelkopf jeweils weniger Leiter eines Stranges nebeneinanderliegen (geringere StVnstreuung) und die Stirnverbindungen kürzer sind, jedoch nach wie vor unerwünschte geradzahlige Harmonische der Durchflutung auftreten. Um diese unerwünschten geradzahligen Harmonischen der Durchflutung zu vermeiden, können in aus offenkundiger Vorbenutzung bekannter Weise bei Ganzlochwicklungen zwei um genau eine Polteilung verschobene (konjugierte Spulenanordnung) zweischichtige zweidrittelgesehnte Sechszonenwicklungen mit ungleichen Zonenbreiten übereinander in den Ständernuten zu einer Vierschichtwicklung angeordnet werden, die einander entgegengesetzt stromdurchflossen sind. Eine Vierschichtwicklung dieser gatiungsgemäßen Art mit praktisch konjugierter Spulenanordnung, bei der die Verschiebung zweier Bruchlochwicklungen um eine von der Polteilung r_P geringstmögliche Abweichung von λ=0,5 Nutteilung zum Zwecke der Unterdrückung geradzahliger Harmonischer der Durchflutung vorgenommen wird, ist aus dem Buch von Richter, Seiten 162 und 163 bekannt Zur Vergleichmäßigung der Felderregerkurve müssen sich die Spulenanordnungen der beiden Teilwicklungen um eine Polteilung versetzt wiederholen, um eine vergleichmäßigte Summenspulenzahl, d.h. die gleichmäßigste Verteilung der Querverbindungen, zu erhalten.

Das Zustandekommen ungeradzahliger Spannungsoberschwingungen, die insbesondere bei Drehstrom-Bordnetzgeneratoren nachteilig sind, da dort sowohl an die Kurvenform der verketteten Spannung als auch an die der Phasenspannung hohe Anforderungen gestellt werden, ist durch eine Änderung der Zonenbreiten bzw. der Spulensehnung nur begrenzt beeinflußbar, da größere Änderungen unerwünschte Rückwirkungen insbesondere auf die Wickelkopfabmessungen haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vierschichtwicklung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit freizügiger festlegbaren Spulenanordnungen und Zonenbreiten eine wesentlich weitergehende Unterdrückung der unerwünschten ungeradzahli gen Spannungsoberschwingungen ermöglicht wird, ohne dabei stärker in Erscheinung tretende geradzahlige Harmonische der Durchflutung in Kauf nehmen zu müssen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichnen des Patentanspruchs 1. Für die beiden übereinanderliegenden Wicklungen gilt dann, mit Ausnahme der gegenseitigen Verschiebung, das gleiche Wicklungsschaltbild. Beide beliebig gesehnten Sechszonenwicklungen können wie bei den bekannten Wicklungen in Reihe oder entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung parallelgeschaltet werden. Bei Parallelschaltung ist eine vollkommen gleiche Stromaufteilung ohne Verluste verursachende Ausgleichsströme dadurch erreicht, daß in jedem Para"elzweig die gleiche Anzahl von Spulen mit insgesamt gleichen Windungszahlen aus der oberen und der unteien Wicklungslage in Reihe geschaltet sind.

Weitere Einzelheiten sind anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Strang einer zweidrittelgesehnten vierpoligen Dreiphasen-Bruchlochwicklung mit einer Ständernutzahl von /V= 66 und Spulengruppen a bzw. b mit fünf bzw. sechs Windungen und einer Verschiebung von /7=23 Nutteilungen gegenüber einer vollen Verschiebung um eine Polteilung r_p zwischen beiden Sechszonenwicklungen. F i g. 1 a die Schaltung der Wicklung,

F i g. 2 den zugehörigen Zonenplan für ein Polpaar, d. h. über den Bereich von 33 Nuten,

F i g. 3 einen Zonenplan für eine Verschiebung um /7=2 Nutteilungen.

F i g. 4 einen Zonenplan für eine Verschiebung um /j=3 Nutteilungen.

F i g. 5 einen Zonenplan für eine Verschiebung um /7=3,5 Nutteilungen und

Fig.6 einen Zonenplan für eine nicht verschobene Wicklungsanordnung.

Jede der beiden zweischichtigen Sechszonenwicklungen besteht aus je zwei Spulengruppen a'. a"in beiden Wicklungslagen mit fünf Windungen und b', b"\n beiden

23 1

3

3 637

Tabelle

rs

η

ab

4

s;

O

OO

3;

OO

C

Wicklungslagen mit sechs Windungen, die in jeder

3
£>

O

ο

S

3

Wicklungslage abwechseln, wobei je eine Reihenschal

Verschie

S

ο

tung aus Spulengruppen a', b', a", b" gebildet ist und

beide Reihenschaltungen parallelgeschaltet sind, so daß

°{

jeweils eine gleiche Gesamtwindungszahl aus beiden

is

Ov
VO

OO

ο

Wicklungslagen parallelgeschaltet ist. Auf diese WfWe

5

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

<3

O

können keine zusätzliche Verluste von etwa 2 bis 3%

ei

ο"

hervorrufende Ausgleichsströme fließen, wie sie sich bei

~ o"

Ολ

einer einfachen Parallelschaltung zweier gleichphasiger.

_

OO

°\

U")

also nicht oder u.n eine ganze Polteilung verschobener

fs

ο

übereinanderüegender Wicklungen infolge der unter

IO

jr.

O

^ο

ι

I

schiedlichen Streureaktanzen ergeben würden.

VO-

I

ι

Die Verschiebungen um halbe Nutteilungen lassen

sich erzielen, indem man die zweite Wicklungslage statt

σν

Ov
OO

VO
O

Ov
Ov

VO

mit einer Spulengruppe mit fünf Windungen mit einer

O

CTv
O

ο

Spulengruppe mit sechs Windungen beginnen läßt.

15

OO
OO

ο
ο

ο'

Für die Verschiebungen /J= 2, /J=2,5, n=3 und «=3,5

OO
— O

Nutteilungen ergeben sich für die verschiedenen

ί?

Ordnungszahlen ν unterschiedliche Verschiebungsfak

r-

OO
VO

O

Tf

toren ξ ν, die die Wicklungsfaktoren f gegenüber der

O

U-I

rs
ro

nicht verschobenen Wicklungsanordnung (n=Q) ent

20

CTV

ο"

O*

sprechend verringern, wie dies aus der Tabelle für die

— O

415

Harmonischen der angegebenen Ordnungszahlen v=1

909

ο

rs
OO
rs

bis ν = 25 hervorgeht. Da der Verschiebungsfaktor

O

,841

ο'

bekanntlich

956

866'

ο

«*!.

I

. ν ■ η · π

25

— O

O

ο

,0676

,0674

,786

ο

beträgt, ergibt sich für

30

—' O

VO
VO
OO
O

VO
VO
OO
ο

3,0786

0,068

JL-L= ι
T

— O

_ι

¹P
ein Minimalwert |v=0.

35

OO

Ov

Wie für das Beispiel ersichtlich ist, wird die besonders

O">

•ΓΙ

ο*

OO
Ov

störende siebente Oberwelle bei einer Verschiebung

Ο

O

η= 2.5 Nutteilungen ein Minimum.

ι

Für die Verminderung der fünften Oberwelle auf ein

40

~ O

U-I

Minimum würde eine Verschiebung von η=3,5 Nuttei

Ov

5

Ov

lungen vorzusehen sein, wie aus der Tabelle entnommen

O

S*

rs

-'

werden kann. Entsprechendes gilt auch für andere

U-I

§

Harmonische.

Zur zusätzlichen Beeinflussung der Verschiebungs

45

S!

faktoren |v im Sinne einer Spannungsverbesserung mit

ο"

§

verringertem Klirrfaktor und geringerem Anteil von

ο'

O

VO

Einzelhsrmonischen können unterschiedliche Zonen

OO
U-I

ο"

O*

breiten in den beiden Wicklungslagen dienen. So

— O

können z. B. die Zonenbreiten in der ersten Wicklungs

50

VO
u-ϊ

lage vier und sieben Nuten, in der zweiten Wicklungsla

Γ—
ο'

ge fünf und sechs Nuten für die Spulengruppen a'. b'

Tf

I

bzw. a", b "betragen. Die Summe der Zonenbreiten ist in

OO

,9595

beiden Wicklungslagen dann gleich, d. h. elf Nuten.

,972

ο

,954

Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der

55

ο

,827

,802

Merkmale des Anspruchs 1 gesehen.

,982

"Ί

ο

_ O

ΓΝ

Il
ε;

ff

(S'

60

Il
C:

Il
C

C

rs

O rs

Il
C

11

Il Il
C s:

Γ

65

2

Claims

Patentansprüche:

1. Vierschichiwicklung für elektrische Drehstronmaschinen, bestehend aus zwei übereinander in den Ständernuten angeordneten Wicklungslagen aus gesehnten zweischichtigen Sechszonenwicklungen, die gegeneinander um einen von der Polteilung τ_ρ abweichenden Umfangswinkel verschoben und miteinander leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung um η Nutteilungen von der Polteilung r_P abweicht, wobei die Zahl η im Verhältnis zur Polteilung τ_ρ entsprechend der zu unterdrückenden ungeraden v-ten Spannungsoberschwingung so gewählt ist, daß der betreffende Verschiebefaktor möglichst gegen Null geht, und daß die beiden Wicklungslagen möglichst wenig voneinander abweichende Zonenbreiten aufweisen.

2. Vierschichtwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die gleiche Zahl von hintereineiriergeschalteten Spulen mit insgesamt gleichen Windungs/ahlen der oberen (si. If) und der unteren (a", tf') Wicklungslage parallelgeschaltet ist.