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Wechselstromgenerator der Gleichpolbauart Wechselstromgeneratoren
der Gleichpolbauart, wie sie insbesondere zur Erzeugung mittelfrequenter oder hochfrequenter
Ströme dienen, liefern vor allem bei Belastung meist eine von der Sinusform ziemlich
stark abweichende Spannungskurve. Die bei Generatoren der Wechselpolbauart üblichen
Mittel, die Spannungskurve der Sinusform anzunähern, können bei Gleichpolmaschinen
nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten angewendet werden. So ist es nur schwer
möglich, die Läuferzähne, welche bei der Gleichpolmaschine die Pole bilden, so zu
bearbeiten, daß die gewünschte Kurvenform erhalten wird, um so mehr, als die Feldkurve
und damit die Spannungskurve sich stark mit dem Sättigungszustand des magnetischen
Kreises, also mit der Erregung ändert. Ebenso schwierig ist die Verwendung von Mehrloch-
und Bruchlochwicklungen, die bei Wechselpolmaschinen zur Verbesserung der Kurvenform
dienen, weil die Polteilung bei Gleichpolmaschinen im allgemeinen so klein ist,
daß man nicht mehr als eine INmt je Pol und Phase auf dem Ständer unterbringen kann.
Bruchlochwicklungen erfordern außerdem in gewissen Abständen einzufügende anormale
Spulen und meistens Leernuten, »woraus sich ein schlechter Wicklungsfaktor und ein
elektrisch und magnetisch schlecht ausgenutzter Ständer ergeben.
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Es ist bekannt, die Kurvenform der Spannung einer Gleichpolmaschine
dadurch zu verbessern, daß man die Ständerspulen in einzelne Gruppen zusammenfaßt,
die am Ständerumfang nicht gleichmäßig verteilt; sondern gegeneinander versetzt
angeordnet sind, Die kurvenverbessernde Wirkung dieser Anordnung hängt von der Zahl
.der einander überlagerten, gegeneinander phasenverschobenen Teilspannungen, also
von der Zahl der Gruppen ab. Bei insgesamt zwei Gruppen ist die Verbesserung der
Kurvenform verhältnismäßig klein. Man muß daher, um eine gute Annäherung an die
Sinusform zu erhalten, die Zahl der Gruppen ziemlich groß machen. Dann ergeben sich
aber infolge der fortwährend wechselnden Größe des Nutenabstandes Schwierigkeiten
bei der Herstellung der Ständerbleche, da die an der Stanze eingestellte Nutenteil.ung
während des Stanzens jedes einzelnen
Bleches mehrfach gewechselt
«erden muß.
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Im Gegensatz hierzu erreicht die Erfindung eine Verbesserung der Kurvenform
dadurch, daß der Nutenabstand für einen Teil der Ständerauten größer und für die
restlichen Nuten entsprechend kleiner gemacht wird als die halbe Teilung der ausgeprägten
Pole des Läufers. Dadurch wird erreicht, daß die in je zwei benachbarten Spulen
einer Phase in<liizierten Teilspannungen um einen kleinen Winkel gegeneinander
phasenverschoben sind. Die Zahl dieser Teilspannungen ist gleich der Zahl der Spulenseiten.
so daß die kurvenverbessernde Wirkung vielfach größer ist als bei der bekannten
Unterteilung der Ständerauten in einzelne Gruppen. Die Herstellung fier Ständerbleche
ist dabei nicht schwieriger als bei der Unterteilung in nur zwei Gruppen und wesentlich
einfacher als bei C'nterteilun,. in mehr als zwei Gruppen.
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Die Ständerwicklung nach der Erfindung ist in der Wirkung ähnlich
elerienigen einer Mehrloch- oder Bruchlochwicklung, kommt demgegenüber aber mit
je einer Nut je Pol und Phase und ohne Leernuten aus und ergibt einen guten Wichluiigsfal,tor.
Man hat es bei der Verteilung der Nuten am Ständerumfang in der Hand, den Wiclzlungsfaktor
beliebig zu beeinflussen. Bei einer nur geringen Abweichung von der üblichen gleichförmigen
Verteilung der Nuten erhält man eine nur geringfügige Verminderung des Wicklungsfaktors.
Andererseits wird die Kurvenform der induzierten Gesamtspannung uni so besser, je
größer die Ungleichförmigkeit der Verteilung der Nuten ist. Durch Abwägung dieser
beiden Einflüsse gegeneinander kann man für eine bestimmte gewünscht,: Annäherung
der Kurvenform an die Sinusfojcm den günstigsten '\Äricklungsfal:tor erzielen.
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Die ungleichförmige 'Verteilung der Nuten am Ständerumfang kann in
verschiedener Weise vorgenommen werden. So kann man beispielsweise rund der Hälfte
der Nuten einen Abstand geben, clcr etwas kleiner ist als die halbe L äuferpolteilung,
und den Abstand der übrigen Nuten entsprechend .größer wählen. Di°se Ausführung
erfordert zwei verschiedene Spulengrößea und eine einmalige Änderung der an der
Stanze eingestellten N utenteilung beim Stanzen jedes Bleches. Sie ist zwar bei
besserer Wirkung einfacher herzustellen als die bekannte Gruppenwicklung, jedoch
immer noch etwas schwieriger und teurer als die übliche Ausführung mit gleichmäßig
verteilten Ständerauten.
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Lyra fliesen Nachteil zu beseitigen, schlagt die Erfindung für die
bevorzugte Ausführung der Wicklung vor, dtn Nutenabstand mit Ausnahme einer einzigen
Stelle überall gleich zu machen, und zwar entweder etwas kleiner oder etwas größer
als die halbe Läuferpolteilung. Dann ist es inölich, für die gesamte Wicklung Spulen
gleicher Größe zu verwenden. Außerdem wird (lie Herstellung der Ständerbleche -wesentlich
vereinfacht. Denn man kann mit gleichbleiben-l°ni Vorschul) der Stanze sämtliche
Nuten in einem zusamnen-Iiängend-en Arbeitsgang ausstanzen. indem man die Teilung
so wählt, daß lediglich der Abstand zwischen der zuerst und der zuletzt gestanzten
Nut größer oder kleiner ist als der Abstand aller übrigen -Nutten, auf den die Teilvorrichtung
der Stanze eingestellt wird. In dieser Ausführung wird mithin die Herstellung des
Ständers tincl seiner Wicklung in keiner `'eise schwieriger als bei der iililichen-gleichförmigen
Zerteilung der Stiindernuten.
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Die Verteilung der Nuteil auf @l.ein Stander geschieht zweckmiißig
-'_n der `'eise. daß bei ja Ständerauten je Phase der Ständer in x=a#ft-#-b Abschnitte
geteilt wird und die Kuten liiniereinander im Abstande von a Abschnitten liegen.
Dabei sind a und b ganze Zahlen. und zwar ist b kleiner als a. Die
beiden Zahlen werden je nach dem Grade der gewünschten Kurvenverbesserung und dem
gewünschten Wicklungsfaktor gewählt, wie iin einzc-lneii weiter unten erläutert
werden wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige @usfiihrungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. i zeigt einen Ouerschnitt durch <leg , änder und Läufer eitier
Gleichpoliiiaschine t, der üblichen Ausführung und Abb. 2 eine Seitenansicht der
1laschine. Abb. 3 bis 12 -neigen verschiedene Wicklungen in schematischer Darstellung
u.id in Abwicklung des gesamten Ständerumfanges. Zur Erleichterung der Übersicht
ist dabei eine unverhältnismäßig niedrige Polzahl ge@t-:ililt worden. Im einzelnen
zeigen: Abb.3 und d. die bei Gleichpohnasc'ünen übliche Wicklung init gleichmäßig
am Stünderu.mfang verteilten Nuten, Abb. j bis 12 vier verschiedene Ausfülirungsformen
der Erfindung mit Einphasz@nwicklung und Abb. 13 und 1_l. eine Ausführun-gsf«rni
der Erfindung mit einer Dreiphasemvicl;lting.
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Die in Abb. i und -2 dargestellte Einphasengleichpolmaschine besteht
aus zwei innerhalb des Gehäuses i angeordneten Ständern 2, von deren Wicklungen
lediglich die Köpfe z sichtbar sind. Zwischen den Ständern liegt clie zur Erregung
dienende Spule .I. Innerhalb der Ständer dreht sich der Läufer 3, dessen ausgeprägte
Pole
von einfachen Zähnen 6 (Abb. 2) gebildet werden. Der von der Spule 4- erzeugte magnetische
F1uß tritt aus dem Gehäuse 1 durch den einen Ständer in den Läufer 5 un.d durch
.den zweiten Ständer in das Gehäuse zurück. Jeder Ständer :2 weist je Läuferpol
6 zwei Nuten 7 auf, die bei der in Abb. 2 gezeichneten üblichen Bauweise gleichförmig
am Ständerumfang verteilt sind. Der Abstand der Nuten 7 ist mithin gleich der halben
Teilung der ausgeprägten Pole. Er ist um-so kleiner, je höher die Frequenz ist.
Bei Hochfrequenzmaschinen liegt er in der: Größenordnung von einigen Millimetern.
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Die bekannte Ausführung der Wicklung ist in Abb. 3- und 4 schematisch
in- Abwicklung des ganzen Läufers gezeichnet. Der Läufer weist insgesamt -drei ausgeprägte
Pole 8 und der Ständer entsprechend sechs Nuten 9 auf. Die Nuten 9 liegen durchweg
im gleichen Abstande, der gleich der halben Polteilung t des Läufers ist. Eine solche
Wicklung liefert eine verhältnismäßig schlechte Kurvenform.
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Bei den in Abb. 5 bis 14. gezeichneten Ausffthrungsbeispielen .der
Erfindung sind .im Gegensatz zu Abb. 3 und 4 die Nuten ungleichförmig am Ständerumfang
verteilt.
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In Abb. 5 und 6 weist der Läufer drei Pole io im Abstand der Polteilung
t und entsprechend sechs Ständernuten i i bis 16 auf. Der Abstand a der Ständernuten
i i bis 16 untereinander ist jedoch kleiner als die halbe Polteilung t. Lediglich
zwischen der letzten Nut 16 und der ersten Nut i i ist der Abstand größer als die
halbe Polteilung, nämlich gleich cr -E- b. Die einzelnen Spulen 17 liegen daher,
wie Abb. 6 erkennen läßt, versetzt gegen die Läuferteilung, so daß die in ihnen
induzierten Teilspannungen gegeneinander phasenverschoben sind.
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Dias Ausführungsbeispiel nach Abb. 7 und 8 unterscheidet sich von
dem nach Abb. 5 und 6 dadurch, daß der Abstand a zwischen den Ständernuten i8 bis
23 untereinander größer ist als die halbe Läuferpolteilung t. Lediglich zwischen
der letzten Nut 23 und der ersten Nut 18 ist der Abstand kleiner als. die halbe
Polteilung, nämlich gleich a-b. Gegenüber den Läuferpolen 24 sind die Spulen 25
wiederum versetzt (Abt. 8).
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Abb. 9 und io zeigen eine der Abb. 5 und 6 entsprechende Ausführung
der Wicklung, jedoch an einer Maschine mit fünf Polen 26. a ist wieder der gegenüber
-der halben Läuferpolteilu:ng t verkleinerte Abstand zwischen den Nuten
27 bis 36 untereinander und a -E- b
der Abstand der Nut 36 von der
Nut 27. b ist hier größer als in Abb. 5 bis B. Daher s^""nd die Spulen 37 gegen
die Polteilung des Läufers stärker versetzt, und die Maschine liefert mithin eine
noch bessre Kurvenform, jedoch- bei einem etwas schlechteren Wicklungsfaktor.
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Der Vergleich zwischen Abb.6 und io zeigt, daß man durch verschiedene
Art der Verteilung der Nuten am Ständerumfang die Kurvenform und den Wicklungsfaktor
beliebig beeinflussen kann. Denkt man sich den Ständerum- fang in x,gleiche Abschnitte
geteilt und rechnet man .a. und b nicht in üblichen Längeneinheiten, sondern in
der Zahl der zwischen zwei Nuten liegenden Abschnitte, dann ist 'bei -n Nuten oder
Z12 ausgeprägten Polen x=a#n+b. d und b sind ganze Zahlen, von denen a in
gewissen Grenzen beliebig gewählt werden kann, während b in jedem Fall den Wert
einer kleinen .ganzen Zahl hat. Je größer b gegenüber a ist, um so, größer wird
die Phasenverschiebung zwischen zwei hintereinander angeordneten Spulen, um so besser
also die Kurvenform, um so schlechter aber ,auch der Wicklungsfaktor. Durch geeignete
Walil von a und b hat man es mithin in der Hand, die Wicklung nach der einen
oder anderen Seite stärker zu beeinflussen. Aus den für a und b gewählten
Werten läßt sich x berechnen. Die jeweils nötige Teilung ist in Abb. 5, 7 und 9
angegeben. In Abb. 5 und 6 ist a=4, b=+i, n=:6 und mithin x=25. In Abb. 7 und 8
.ist wiederum a = 4 und n = 6,
dagegen b = - i und daher x = 23. In
Abb. g, und i o ist a=3, n = i o b = +2 und x = 32.
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In den vorstehend beschriebenen Fällen ist der besseren Klarheit wegen
nicht nur die Polzahl sehr niedrig, sondern auch die Phasenverschiebung zwischen
je zwei Spulenseiten verhältnismäßig groß gewählt. Im all- ; gemeinen wird man mit
kleinerer Phasenverschiebung auskommen. Soll z. B. bei einer Maschine mit it
= 6o Nuten die Verschiebung ,zwischen zwei Spulenseiten y = o,75° (gerechnet
in elektrischen Graden) betragen, dann muB man bei a = 4 und b = i auf eine Grundteilung
von x = 6o # q. + 1 = 241 zurückgreifen.
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- o,75°. Die Gesamtverschiebung, d. h. .der elektrische Winkel zwischen
der ersten und der letzten Spulenseite, würde dann (n- i) y = 59
y = q.4° betragen.
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Für jeden gewünschten Wert von y kann man leicht die geeignete Teilung
finden. Denn nach dem bekannten Teilverfahren ist praktisch jede Teilung im Bereich
von 2 bis etwa 36o Teilen am Umfang herstellbar.
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Während bei den Wicklungen nach Abb. 5 bis jo der Abstand zwischen
je zwei Nuten
nur an einer Stelle von dein Abstand zwischen den
übrigen Nuten abweicht, ist beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i i und 12 die Verteilung
so gewählt, daß der Abstand zwischen den Nuten einer Gruppe von dem Abstand der
Nuten einer zweiten Gruppe verschieden ist. Der Läufer weist in Abh. ii und 12 fünf
Pole 38 und der Ständer demgemäß zehn Nuten 39 bis 48 auf. Zwischen den Nuten 39
bis 45 untereinander ist der Anstand kleiner als zwischen den Nuten 45 bis 48 sowie
48 und 39. Für die Aufteilung des Umfanges gilt eine etwas andere Beziehung. In
dem gezeichneten Beispiel ist der Ständer in 34 Abschnitte geteilt. Der kleine Abstand
zwischen zwei Nuten beträgt drei Abschnitte, der große vier Abschnitte.
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Auch mit der Nutenverteilung nach Abb. i i und i2 erhält man die gewünschte
Verschiebung der Spulen gegen .die Läuferpole. In der Herstellung- ist diese Art
der Wicklung aber wesentlich schwieriger. Denn während man bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 5 bis io längs des ganzen S.tän:derumfanges Spulen gleicher Breite verwenden
kann, wie sich aus Abb.6, 8 und io deutlich ergibt, müssen für die Wicklung nach
Abb. i i und i-Spulen verschiedener Breite vorgesehen werden, nämlich drei Spulen
49 in der Breite von drei Abschnitten der Ständerteilung und zwei Spulen 5o in der
Breite von vier Abschnitten der Ständerteilung. Ferner lassen sieh bei der Ausführung
der Wicklung nach Abb. i i und 12 die Ständerbleche nicht in einem Arbeitsgang ohne
Umstellung der Teilvorrichtung stanzen.
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Abb. 13 und 1.4 zeigen eine gemäß .der Erfindung ausgeführte vierpolige
Dreipliasenwicklung. Die Wicklungen 52, 53 und 5d. .der drei Phasen sind durch ausgezogene,
gestrichelte und strichpunktierte Linien voneinander zu unterscheiden. Die Wicklung
jeder Phase ist in der gleichen Weise ausgeführt, wie es Abb. 5 und 6 für eine Einphasenwicklung
zeigen, und es ist lediglich dabei zu beachten, daß die drei Wicklungen-genau um
120 elektrische Grade .der Liiuferpolteilung gegeneinander verschoben und ineinander
geschachtelt werden. Der Abstand a. zwischen zwei zur deichen Phase gehörenden Nuten
mit Ausnahme einer Stelle ist etwas kleiner als die halbe Läuferpolteilung. Mit
den oben angegebenen Bezeichnungen ist für jede Phase bei ii- = 8 Nuten je
Phase a = 3 und b = -1- 2.
Die zum Anschluß der einzelnen Spulen
dienenden Verbindungen sind der Übersichtlichkeit wegen hier fortgelassen.