DE616060C - Schablonenwicklung fuer Mehrphasenmaschinen mit Phasenspulen von gleichem oder in der Mehrzahl gleichem Wicklungsschritt und mehr als zwei Einzelspulen im Phasenraum jedes Poles - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. JULI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d ² GRUPPE

2i d- S 305. Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 27. Juni

Siemens-Schuckertwerke Akt .-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Schablonenwicklung für Mehrphasenmaschinen mit Phasenspulen von gleichem oder in der Mehrzahl gleichem Wicklungsschritt und mehr als zwei Einzelspulen

im Phasenraum jedes Poles

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Mai 1930 ab

Bei der Herstellung von Schablonenwicklungen für elektrische Mehrphasenwechselstrommaschinen mit Phasenspulen von gleichem oder wesentlich gleichem Wicklungsschritt und mehr als zwei Einzelspulen im Phasenraum jedes Poles hat man jede zu einem Polpaar gehörige Phasenspule aus so viel Einzelspulen hergestellt, wie Nuten je Pol und Phase vorhanden waren, und diese Einzelspulen rahmenartig ineinandergelegt. Diese Anordnung ist in Abb. 1 der Zeichnung für eine dreiphasige Spulenwicklung mit 4 Nuten je Pol und Phase gezeigt. Diese Wicklung hat jedoch den Nachteil, daß jede Einzelspule einer Spulenseite eine von den anderen Einzelspulen dieser Seite verschiedene Größe hat, und daß außerdem auch noch die Einzelspulen verschiedener Phasen voneinander verschieden sind, so daß eine große Zahl von Wickelformen für jeden Maschinentyp erforderlich ist, wodurch sowohl die Herstellung als auch die Ausbesserung der Wicklung erschwert wird. Bei Maschinen mit ungerader Polpaarzahl sind außerdem noch besondere Schlupfspulen nötig, die die Zahl der erforderlichen Wickelformen weiter erhöhen und damit die Herstellung und Ausbesserung weiter erschweren.

Diese Nachteile sind durch die sogenannte Faßwicklung, wie sie in Abb. 2 der Zeichnung für eine dreiphasige Wicklung für 4 Nuten je Pol und Phase und mit 10/12 Sehnung dargestellt ist, behoben worden. Die Wicklung ist hier nach Art einer Gleichstromankerwicklung ausgeführt. Zu ihrer Herstellung ist nur eine einzige Schablone erforderlich. Die Wicklung hat auch den Vorteil, daß die Leiterlänge durch Sehnung abgekürzt und damit an Kupfer gespart werden kann. Sie erfordert jedoch doppelt soviel Einzelspulen wie die ältere Wicklung. Ferner müssen beim Einlegen der letzten Spulen die vorher eingelegten Spulen abgekrümmt werden, um für die Einführung der unteren Spulenseite der letzten Spulen Raum zu schaffen, und nach Einlegen dieser Spulen wieder zurückgebogen werden. Tritt einmal der Fall ein, daß Ausbesserungen erforderlich sind, so erfordert, insbesondere wenn die Wicklung schon lange in Betrieb gewesen ist, die Herausnahme der Spulen größte Vorsicht, damit die Isolation der Wicklung nicht

*J Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Eberhard Fischer in Barcelona.

beschädigt wird. Auch gestaltet sich die "Isolierung von in einer Nut übereinanderliegenden, zu verschiedenen Phasen gehörigen Leitern bei Übergang zu sehr hohen Spannungen schwieriger.

Die vorliegende Erfindung gibt nun eine Wicklung, bei der die erwähnten Schwierigkeiten der beiden vorgenannten Wicklungen behoben sind. Sie besteht darin, daß bei ίο einer Wicklung, bei der alle Spulen in der Mehrzahl gleichen Wicklungsschritt erhalten, die Köpfe der Spulen erfindungsgemäß mindestens in einer der Phasenzahl entsprechenden Zahl von achskonzentrischen Flächen nach Phasen voneinander getrennt liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Wicklung für einen 4poligen Drehstrommotor mit 4S Nuten, also 4 Nuten je Pol und Phase zeigt, ist in Abb. 3 und 4 zo der Zeichnung veranschaulicht. Die Stränge der einzelnen Phasen sind mit u, ν und w bezeichnet. Die einzelnen Phasen sind hier in den Wickelköpfen hälftig unterteilt (gespalten). Wie ersichtlich, sind von den zu jedem Phasenstrang gehörigen Leitern abwechselnd je 2 nach links und je 2 nach rechts mit den übrigen Leitern der zugehörigen Phasenstränge verbunden, wie dies als Spaltphasenwicklung an und für sich bekannt ist. Hierbei sind die Verbindungen so gewählt, daß die Wicklungsschritte von einer Spulenseite zur anderen für die zu einem Teil einer gespaltenen Phase gehörigen Einzelspulen einander gleich sind, im vorliegenden Fall also beide 10 Nutenteilungen betragen. Hierdurch wird erreicht, daß die Einzelspulen eines Teiles einer gespaltenen Phase einander gleich und im vorliegenden Fall überhaupt alle Spulen einer Phase einander gleich werden, so daß für alle Spulen einer Phase nur eine einzige Schablone erforderlich ist. Die Wickelköpfe der Phasen U₁ ν und ze/ liegen, wie dies in Abb. 4 schematisch angedeutet ist, von der Luftspaltseite zur Jochseite der Wicklung in drei achskonzentrischen Flächen nach Phasen voneinander getrennt. Unter achskonzentrischen Flächen sind hierbei die Rotationsflächen zu verstehen, die durch Umlauf der Mittellinien A-B, A-C und A-D (Abb. 6) um die Achse der Maschine entstehen. Bei dieser Anordnung können die Phasen an den Wicklungsköpfen durch Einlagen aus Isolierstoff sehr gut voneinander isoliert werden» Die Kühlung dieser Wicklung ist besser als die der bekannten älteren Wicklungsart.

Um zu vermeiden, daß die innerste Phase zu dicht an den Läuferdurchmesser herankommt, wird die Einzelspule zweckmäßig so ausgebildet, daß sie an einer Ecke einen größeren Krümmungsradius aufweist als an der anderen. Die Spulen werden dann abwechselnd so eingelegt, daß eine Einzelspule mit ihrer scharfen Ecke in die runde Ecke einer anderen benachbarten hineinfällt, benachbarte Spulen also in der Umfangsrichtung symmetrisch zueinander liegen, wie in Abb. 5 gezeigt ist, die eine Ansicht von Köpfen der Phase w schematisch wiedergibt. Jede Spulengruppe hat dann an den Ecken nur die Stärke einer Einzelspule, während sk in der Mitte, wo die Spulen sich überholen, die doppelte Stärke besitzt, was unschädlich ist, da die Spulengruppen der beiden anderen Phasen an dieser Stelle nur einfach liegen, so daß die Stärke des ganzen Spulenkopfes gleich der vierfachen Stärke einer Einzelspule wird.

Abb. 6 veranschaulicht die Lage der drei Phasen u, ν und w an der Seite des Maschineneisens e in einem Schnitt der Stirnköpfe. Wie aus dem angeführten Beispiel zu ersehen ist, ist die neue Wicklung eine Schablonenwicklung, die der Faßwicklung in bezug auf Bedarf an Schablonen, gleich oder ähnlich ist. Sie enthält keine besonderen Schlupfspulen wie die ältere Wicklung. Auch ist sie leichter ausbesserungsfähig als diese; denn im betrachteten Fall einer 4poligen Wicklung mit 48 Nuten muß bei beiden schlimmstenfalls die halbe Wicklung entfernt werden. Dafür können aber bei der neuen Wicklung alle Ersatzspulen mit derselben Schablone gewickelt werden, während die ältere Wicklung 8 verschiedene Schablonen erfordert, was besonders ins Gewicht fällt, wenn die Schablonen für Instandsetzung neu angefertigt werden müssen. Ferner sind nicht mehr Einzelspulen als bei der älteren Wicklung erforderlich. Dabei kann aber eine Schrittverkürzung erreicht werden, die im Ausführungsbeispiel sich von 12 Nutteilungen bei der älteren Wicklung auf 10 Nutteilungen bei der neuen Wicklung beläuft und eine Kupferersparnis ermöglicht, ohne daß wie bei der Faß wicklung der Wicklungs faktor verschlechtert wird, was durch eine Vergrößerung der Leiterzahl ausgeglichen werden müßte.

Die Erfindung kann sinngemäß für Wicklungen mit anderen Polzahlen und anderen Nutzahlen angewendet werden. Bei ungeraden Nutzahlen je Pol und Phase wird die Zahl der je nach der einen und der anderen Seite des Phasenstranges abgehenden Stirnverbindungen ungleich, so z. B. werden bei drei Nuten je Pol und Phase nach einer Seite zwei Stirnverbindungen, nach der anderen nur eine abgehen, wie in Abb. 7 veranschaulicht ist. Hierbei ergeben sich zwei verschiedenartige Schablonen, da die eine Einzelspule, die mit ihrer Stirnverbindung allein

nach der einen Seite abgeht, einen Wicklungsschritt von 7 Nutteilungen besitzt, während die beiden Einzelspulen, die mit ihren Stirnverbindungen nach der anderen Seite abgehen, einen solchen von 8 Nutteilungen haben. Man kann jedoch mit einer einzigen Schablone für beide Arten von Einzelspulen auskommen, wenn man die y Nutteilungen umfassende Spule ebenso wie die 8 Nutteilungen umfassende Spule wickelt und beim Einlegen etwas abbiegt.

Legt man Wert auf Beibehaltung einer symmetrischen Anordnung, so kann man dies dadurch erreichen, daß man die mittlere Spule hälftig unterteilt und die Stirnverbindung der Hälften nach verschiedenen Seiten des Phasenstranges zieht, so daß nach jeder Seite des Stranges i¹/» Einzelspulen laufen. Die neue Wicklung kann auch ohne hälftige

ao Unterteilung der Phasen ausgeführt werden. Zwei Ausführungsbeispiele hierfür sind in Abb. 10 und 11 der Zeichnung veranschaulicht. Beide Beispiele entsprechen der in Abb. 3 dargestellten Wicklung. Abb. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem keine Schrittverkürzung vorgenommen ist. Alle Einzelspulen einer Phase laufen hierbei nach derselben Seite des Phasenstranges. Abb. 11 zeigt eine Wicklung, bei der eine Schrittverkürzung um eine Nutteilung vorhanden ist.

Im Bedarfsfalle kann die neue Wicklung

auch als Mehrschichtwicklung ausgebildet werden, indem die Nutenbündel unterteilt werden. Dabei können die je zu einem Teil gehörigen Leiter unter sich gemäß der Erfindung miteinander verbunden werden, so daß also mehrmals dieselbe Wicklung übereinanderzuliegen kommt. Die übereinanderliegenden Wicklungen können gegeneinander verschoben werden. Bei ungerader Nutenzahl je Pol und Phase und zwei Schichten in der Nut kann die Unsymmetrie dadurch ausgeglichen werden, daß man die Wicklung einer Schicht spiegelbildlich zur anderen anordnet.

Bei der Mehrschichtwicklung kann man auch mehr Spulen parallel schalten als bei der Einschichtwicklung, muß aber meist bei Ausbesserungen mehr Spulen herausnehmen als bei dieser.

Dies läßt sich durch folgende Anordnung vermeiden: Man nimmt eine nicht als Spaltphasenwicklung ausgebildete Zweischichtwicklung, verschiebt die Oberschicht gegen die Unterschicht um eine ganze Phasenbreite, so daß in jeder Nut zwei verschiedene Phasen und die Spulen derselben Phasen in nebeneinanderliegenden Nuten liegen statt übereinander in den gleichen Nuten. Jetzt kann man die Spulen durch Vertauschen von einigen Stäben der Ober- und Unterschicht auch so anordnen, daß eine Phase völlig in die Oberschicht, eine andere völlig in die Unterschicht zu liegen kommt, während die Spulen der dritten Phase teils in der Oberschicht, teils in der Unterschicht bleiben.

Nunmehr hat man doppelt soviel Stäbe derselben Phase nebeneinander wie anfangs und kann nun diese Wicklung wie eine Spaltphasenwicklung mit nach beiden Seiten abgebogenen Phasensträngen ausführen, wodurch der Wickelschritt auf ²/₃ (für m-phasige

Wicklungen auf —~~~) des bisherigen Betrages verkürzt und Kupfer gespart wird. Solche Wicklungen sind in Abb. 8 und 9 schematisch dargestellt.

Dies sind nun wiederum Wicklungen, deren Stirnverbindungen in drei getrennten Schichten liegen, jede Phase in einer Schicht. Sie ergeben dieselbe Ausbesserungsfälligkeit wie die oben beschriebenen Einschichtwicklungen, d. h. im schlimmsten Falle müssen 6 Spulen entfernt werden, also bei einer 4poligen Dreiphasenwicklung im äußersten Fall 50 °/₀, bei einer opoligen 33,3 °/₀, bei einer 8poligen 25°/o usw. Bei einer apoligen Wicklung müssen 66,6 °/₀ entfernt werden, während bei jeder anderen bekannten Wicklungsart mehr Spulen herausgenommen werden müssen. Die Abkühlfläche solcher Wicklungen kann größer werden als die gewöhnlicher Faßwicklungen.

Die Phasenzahl aller nach der Erfindung ausgebildeten Wicklungen kann auch eine andere als drei sein, wobei dann im Stirnkopf jedesmal so viel Schichten von Verbindungsleitungen auf treten, wie Phasen vorhanden sind.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schablonenwicklung für Mehrphasenmaschinen mit Phasenspulen von gleichem oder in der Mehrzahl gleichem Wicklungsschritt und mehr als zwei Einzelspulen im Phasenraum jedes· Poles, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe der Spulen mindestens in einer der Phasenzahl entsprechenden Zahl von achskonzentrischen Flächen nach Phasen voneinander getrennt liegen.

2. Schablonenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasen hälftig unterteilt sind.

3. Schablonenwicklung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelspulen von gleichem Wicklungsschritt an ihren Ecken verschieden große Krümmungsradien haben und in der Umfangsrichtung der Wicklung symmetrisch zueinander liegen.

4. Schablonenwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungerader Nutenzahl pro Pol und Phase alle zu einem Wicklungsstrang gehörigen

Spulen mit einem ihren Spulen mit längerem Wicklungsschritt gleichen Schritt gewickelt sind und die Einzelspulen mit kürzerem Wicklungsschritt durch Zusammenbiegen in ihre richtige Lage gebracht sind.

5. S chablonenwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungerader Nutenzahl pro Pol und Phase die in der Mitte eines Phasenstranges liegende Einzelspule unterteilt ist und die Teile hälftig den beiden Spaltanteilen zugeordnet sind.

6. Schablonenwicklung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung in mehreren Schichten angeordnet ist.

7. Schablonenwicklung nach Anspruch6, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Wicklungsschichten gegeneinander verschoben sind.

8. Schablonenwicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweischichtiger Anordnung bei ungerader Nutenzahl pro Pol und Phase die Wicklung einer Schicht spiegelbildlich zu der Wicklung der anderen Schicht angeordnet ist.

9. m-phasige Schablonenwicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweischichtiger Wicklung und Seh-

nung auf eine Phase in beiden

Schichten liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen