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Wicklung für Wechselstrommaschinen und Transformatoren; aus einen
lnittelleiter konzentrisch umgebenden röhrenförmigen Leitern bestehend, die alle
gegeneinander isoliert sind Bisher hat man selten Wechselstroinmaschinen mit einer
höheren Klemmenspannung als etwa i ¢ 000 Volt gebaut, da bei höheren Spannungen
Schwierigkeiten bezüglich der Isolierung entstehen, die zur Erzielung - hinreichender
Widerstandsfähigkeit gegenüber den hohen Spannungen derart verstärkt werden muß,
daß die Abmessungen und das Gewicht der Maschine die wirtschaftlich zulässigen Werte
überschreiten. Es ist daher üblich, die Wechselstrommaschinen für eine verhältnismäßig
niedrige Spannung zu entwerfen und die zur Kraftübertragung nötigen-- höheren Spannungen
mit Hilfe von Transformatoren herzustellen.
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Die Erfindung soll diesen Umweg vermeiden und eine Wechselstrommaschine
schaffen, die bei verhältnismäßig niedrigem Ausmaß und Gewicht der Maschine betriebssicher
höher gespannte Ströme als bisher üblich !erzeugen kann.
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Man erreicht dies dadurch, daß man die Wicklung der Maschine aus einer
Anzahl röhrenförmiger, einen Mittelleiter umgebender Leiter herstellt, die alle
koaxial angeordnet und durch Isolation getrennt und derart elektrisch in Reihe geschaltet
sind, daß der Leiter höchster Spannung in der Mitte liegt, während das Spannungsgefälle
über die Isolationslagen zwischen jedem Leiter und dem benachbarten Außenleiter
sowie zwischen -dem äußersten Leiter und der Erde nahezu gleich ist.
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Röhrenförmige, einen Mittelleiter umgebende, gegeneinander isolierte
Leiter sind an sich bekannt; jedoch dienen diese 'bekannten Leiter anderen Zwecken,
beispielsweise zur Kühlung, oder sie sind überhaupt nicht dazu bestimmt, den Hauptstrom
zu führen, und werden lediglich zur Bildung von D'.ämpferstromkreisen verwendet.
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Gemäß der Erfindung soll durch die konzentrisch angeordneten Leitereine
gleichmäßige Abstufung der Spannung vom innersten Leiter nach dem äußersten Leiter
zu und dadurch eine Verringerung der zu verwendenden Isolationsmenge erreicht werden..
Zu diesem Zweck - werden die ineinanderliegenden Leiter, wie oben ausgeführt, in
Reihe geschaltet. Es genügt eine verhältnismäßig geringe Isolationsmenge, um die
Isolierung zwischen den ineinanderliegenden Leitern zu bewirken, da -der Spannungsunterschied
zwischen den Leitern bei der Verwendung von beispielsweise drei ineinanderliegenden
Leitern nur gleich einem Drittel der Gesamtspannung der Maschine ist.
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Die genannte erfindungsgemäße Schaltung der röhrenförmigen Leiter
bietet also die Möglichkeit, den Aufwand an Isoliermaterial gegenüber den üblichen
Ankerwicklungen der Wechselstrommaschine wesentlich zu verringern,
und
,es lassen sich daher höhere Spannungen erzeugen, ohne die Abmessungen der Maschine
über die wirtschaftlichen Grenzen hinaus zu erhöhen.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Wechselstrommaschine
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch den Ständer, Abb.2 ein Schaltschema,
der Ständ,erwicklung, Abb.3 den Querschnitt durch .einem Rundleiter, wie er gemäß
der Erfindung verwendet wird, Abb. q. den Querschnitt durch einen Flachleiter; °
Abb.5 zeigt eine Nutanordnung.
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In Abb. i sind i die Ständerbleche, a, c, d konzentrisch angeordnete
Leiter und a l, cl, d' die Stirnverbinder. Es sind nur die Verbinder einer
Phase in Abb. i gezeigt. Diejenigen der anderen Phasen werden in den Zwischenräumen
k und m untergebracht.
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Gemäß der Erfindung sind zunächst die Kerne a der Leiter jeder Phase
(Abb.2) in Reihe geschaltet, diese innerste Leiterreihe alsdann durch die Querverbindungen
f mit den sie umgebenden Leiterrohren c verbunden, die wieder unter sich in Reihe
geschaltet sind, und schließlich die genannten beiden Leitergruppen durch Querverbindungenh
mit den äußeren, ebenfalls in Reihe liegenden Leiter= rohren d verbunden, die entweder
zum Sternpunkt führen oder am Ende der Wicklung, wie bei e gezeigt, geerdet sind.
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In Abb.2 sind die vorstehend genannten Verbindungen an einer dreiphasigen,
zweipoligen Wechselstrommaschine mit 84 Nuten und drei konzentrischen Leitern -in
jeder Nut schematisch dargestellt.
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Das nachstehende Zahlenbeispiel soll den durch die Erfindung erzielten
Fortschritt veranschaulichen.
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Eine für 20000 Volt verkettete Spannung gewickelte dreiphasige Wechselstrommaschine
soll mit 84 Nuten und drei konzentrischen Leitern pro Nut gebaut werden; die Windungen
jeder Phase werden dann auf 28 Nuten oder 84 Leiter verteilt, und die von jedem
Leiter erzeugte Spannung beträgt 137 Volt, Die innersten Leiter der 28 Nuten
umfassen die Hochspannungsleiter von i i 5oo bis 7 8 i o Volt, die mittleren Leiter
diejenigen von 7 67o bis 3 970 Volt und die Außenleiter diejenigen
von- 3 830 Volt bis Null. Wie ersichtlich, herrscht dann an jeder beliebigen
Stelle einer Nut ein im wesentlichen konstanter Spannungsunterschied von ungefähr
3 83o Volt zwischen den benachbarten Leitern der Nut und eine ebenso große Höchstspannung
zwischen Außenleiter und Erde. Derartige Spannungen sind als normal zu bezeichnen.
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An Stelle eines kreisförmigen Querschnitts kann der zusammengesetzte
Nutenleiter, wie in Abb. q. gezeigt, auch abgeflachte Form mit halbkreisförmigen
Enden haben; der Kern n bat in diesem Fall zweckmäßig die Form eines Streifens oder
ist gewalzt und mit abgeflachten rohrförmigen Leitern o, r umgeben, die ebenfalls
gewalzt sein können, wobei Isolation s, wie oben beschrieben, zwischen den einzelnen
Leitern vorgesehen ist. Das Walzen der Leiter findet zweckmäßig in der Form isolierter
Drähte, die in einer oder mehr Lagen spiralförmig gewickelt sind, statt, jedoch
kann jedes andere geeignete Verfahren Verwendung finden.
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Außerdem 'önnen die Leiter gemäß der Erfindung, wie in Abb. 5 gezeigt,
auch in zwei oder mehr zueinander versetzten Reihen angeordnet sein. Eine derartige
Anordnung eignet sich besonders für Hochspannungsmaschinen, da beim Versetzen der
Nuten die Reaktanz der Wechselstrommaschine erhöht wird und an Stelle von Flachleitern
die billi gere Form von Rundleitern verwendet werden kann. _ Die Nuten können jede
gewünschte Form haben und entweder halb offen oder vollständig offen sein.
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Um in besonderen Fällen die Verluste zu verringern und eine niedrigere
und gleichförmigere Temperaturzunahi"e der Leiter zu erhalten, können die konzentrischen
Leiter im Querschnitt verschiedene Flächeninhalte haben, wobei der innere den größten
Flächeninhait hat.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Wechselstrommaschinen und Transformatoren,
sondern in gleicher Weise auch auf Umformer anwendbar.