DE895190C

DE895190C - Ring winding for electrical machines

Info

Publication number: DE895190C
Application number: DES3671D
Authority: DE
Inventors: Josef Tittel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-08-01
Filing date: 1942-08-01
Publication date: 1953-11-02

Description

Ringwicklung für elektrische Maschinen Es ist bekannt, Trommelwicklungen für elektrische Maschinen als gesehnte Wicklung auszuführen, um die Wicklungsfaktoren für bestimmte Oberwellen zu beeinflussen, insbesondere um eine möglichst oberwellenfreie Spannungskurve zu -erhalten. Bei Ringwicklungen wurde bisher keine ähnliche Maßnahme versucht, vor allem deshalb, weil das gebräuchliche Sehnungsverfahren, nämlich die Verkleinerung oder Vergrößerung der Spulenweite im Verhältnis zur Polteilung, bei Ringspulen nicht anwendbar ist und weil sich auch andere an sich bekannte Sehnungsverfahren, wie z. B. Versetzung der Wicklungszonen in verschiedenen W#icklungsschichte-n mehrschichtiger Wicklungen, für die Ringwicklung nicht eignen, die bisher nur einschichtig ausgeführt wurde. Die Ringwicklung war deshalb und wegen gewisser anderer Mängel praktisch fast überhaupt aufgegeben. Erst in jüngster Zeit wurde erkannt, daß sie besonders für wenigpolige Maschinen von hoher Spannung und Leistung mit großem Nutzen anwendbar ist und in mancher Beziehung die Trommel- oder Spulenwicklung sogar übertrifft.Ring winding for electrical machines It is known, drum windings for electrical machines to be designed as a stretched winding in order to reduce the winding factors to influence certain harmonics, in particular to be as harmonic-free as possible Voltage curve to be maintained. No similar measure has been taken in the case of ring windings tried, mainly because the common vision method, namely the Reduction or enlargement of the coil width in relation to the pole pitch Toroidal coils is not applicable and because there are also other known tendon methods, such as B. Relocation of the winding zones in different winding layers with multiple layers Windings, not suitable for ring winding, which have only been implemented in one layer up to now became. The hoop winding was useful because of this, and because of certain other shortcomings almost given up at all. Only recently has it been recognized that they are special Applicable for low-pole machines of high voltage and power with great benefit and in some respects even exceeds the drum or coil winding.

Um nun eine elektrisch vollwertige und für solche Maschinen besonders geeignete Ringwicklung mit günstigen Wicklungsfaktoren zu erhalten, wird nach der Erfindung die Ringwicklung gesehnt.To an electrically full-fledged and especially for such machines Obtaining suitable ring winding with favorable winding factors is after the Invention of the ring winding longed for.

Hierfür sind zwar die gebräuchlichen Sehnungsverfahren nicht oder nicht ohne weiteres geeignet. Es gibt hingegen Sehnungsverfahren, die auch für Ringwicklungen brauchbar sind, aber auf solche noch nicht angewendet wurden. Die im folgenden beschriebenen Aus führungsbeispiele stellen nach solchen Verfahren gesehnte, Ringwicklungen dar.For this the common vision methods are not or not easily suitable. On the other hand, there are tendon methods that also apply to ring windings are useful, but have not yet been applied to such. The ones described below From exemplary embodiments are longed, ring windings after such a process.

Fig. i gibt das Wicklungsschaltbild einer einschichtigen Dreiphasenringwicklung wieder, die durch Auflockerung der Wicklungszonen gesehnt ist. Die Wicklung besteht aus 36. Ringspulen, deren Phasenzugehörigkeit durch Punkte, Phase U, liegende Kreuze, Phase V, und siehende Kreuze, Phase W, angezeigt ist. Die Punkte und Kreuze bedeuten hier also. nicht etwa Stromrichtungen, sondern nur die jeweilige Netzphase, an die die Spulen angeschlossen sind. In der mit a bezeichneten unteren Reihe liegen die, wirksamen, dem Maschinenluftspalt zugewendeten Spul#enseiten, in der Reihe b die am Rücken des Magnetkörpers verlaufenden unwirksainen Spulenseiten. Die Wicklung ist eine zweipolige Sechszonenwicklung. Die Polteilung -c und die Phasenzonen U, V, W sind in die Zeichnung eingetragen. Zu jeder Phase gehören sechs Spulen je Zone. Bei ungesehnter Ausführung wäre die Zonenhreite sechs Nutteilungen. Die Zonen sind aber dadurch aufgelockert, daß nur vier Spulen jeder Phase unmittelbar aufeinanderfolgen, während jede der beiden äußeren Spulen von der nächstliegenden Spule der mittleren, Spulengruppe um zwei Nutteilungen entfernt und durch eine dazwischenliegende Spule der Nachbarphase getrennt ist. Benachbarte Wicklungszonen sind also miteinander verschachtelt. Es gehören beispielsweise die Spulen 1, 3, 4, 5, 6 und 8 der Phase U an. Die Spulen 3 bis 6 bilden eine geschlossene Folge, die Spulen i und 8 sind von der mittleren Spulenfolge abgerückt und von ihr durch die Spule 2 der Phase V und die Spule 7 der Phase W getrennt. Das gleiche gilt sinngemäß für die anderen Phasen. Der in üblicher Weise berechnete Sehnungsfaktor ist hier 15/18 oder 5/6. Fig. I shows the winding diagram of a single-layer three-phase ring winding, which is longed by loosening the winding zones. The winding consists of 36 toroidal coils, the phase of which is indicated by dots, phase U, horizontal crosses, phase V, and seeing crosses, phase W. So the dots and crosses mean here. not the direction of current, but only the respective line phase to which the coils are connected. In the lower row labeled a are the active coil sides facing the machine air gap, and in row b the inactive coil sides running on the back of the magnet body. The winding is a two-pole six-zone winding. The pole pitch -c and the phase zones U, V, W are entered in the drawing. Each phase has six coils per zone. If it were not executed, the zone width would be six groove divisions. The zones are loosened up by the fact that only four coils of each phase follow one another directly, while each of the two outer coils is two slot pitches away from the closest coil of the middle coil group and separated by an intervening coil of the neighboring phase. Adjacent winding zones are therefore nested with one another. For example, coils 1, 3, 4, 5, 6 and 8 of phase U belong. The coils 3 to 6 form a closed sequence, the coils i and 8 have moved away from the middle coil sequence and separated from it by the coil 2 of phase V and the coil 7 of phase W. The same applies analogously to the other phases. The visual factor calculated in the usual way is here 15/18 or 5/6.

An, Stelle der -dargestellten Verschachtelung von Wicklungszonen oder in Verbindung mit einer solchen Verschachtelung kann die Wicklung zur Auflockerung der Zonen auch Leernuten enthalten. Solche Leernuten können besonders bei hohen Spannungen auch an der Grenze zwischen benachbarten Wicklungsphasen angeordnet werden, damit die Isolationsabstände zwischen den Phasen größer werden.Instead of the illustrated nesting of winding zones or in conjunction with such nesting, the winding can loosen up the zones also contain empty grooves. Such empty grooves can be especially high Voltages can also be arranged at the boundary between adjacent winding phases, so that the isolation distances between the phases increase.

Die Fig.:2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen,dieRingwicklung zweischichtig ausgeführt ist, um die bei zweischichtigen Trommelwicklungen an sich bekannten Sehnungsverfahren anwenden zu können. Die Ringwicklung kann zu diesem Zweck auch mehr als zwei Schichten erhalten.The Fig.:2 and 3 show embodiments is double-layered with those dieRingwicklung apply to the known two-layer drum with windings Sehnungsverfahren to. The ring winding can also have more than two layers for this purpose.

Nach F ig. 2 ist die Wicklung durch Versetzen der Wicklungszonen verschiedener Wicklungsschichten gesehnt. Die Wicklung besteht hier wie in den folgenden Ausführungsbeispielen aus zweimal 36 Ringspulen. Die Ringspulen sind hier und in den Beispielen nach ]%. 3 und 4 als Doppelsp#ulen ausgeführt, deren Teilspulen konzentrisch übereinanderliegen und die beiden Wicklungsschichten bilden. Die wirksamen Wicklungsschichten am Luftspalt sind mit al. und a2, die unwirksame#n Wicklungsschichten am Magnetkörperrücken mit b.-und b2 bezeichnet. Zu der durch Punkte angedeU7 teten Phase U gehÖren in der inneren Schicht a. die wirksamen Spulenseiten der Spulen i bis 6 und in der äußeren Schicht o# die wirksamen Spulenseiten der Spulen 4! bis 9'. Die Wicklungszoneil -der beiden Schichten sind also um drei Nutteilungen- gegeneinander versetzt. Der Schnungsfaktor beträgt wie oben i5/iS.According to Fig. 2 the winding is longed by offsetting the winding zones of different winding layers. As in the following exemplary embodiments, the winding consists here of twice 36 toroidal coils. The toroidal coils are here and in the examples after]%. 3 and 4 designed as double coils, the sub-coils of which are concentrically one above the other and form the two winding layers. The effective winding layers at the air gap are with al. and a2, denoting ineffective # n winding layers on the magnetic body back with b.- and b2. Phase U, indicated by dots, includes a in the inner layer. the effective coil sides of the coils i to 6 and in the outer layer o # the effective coil sides of the coils 4! to 9 '. The winding zone - of the two layers are thus offset from one another by three slot pitches. As above, the cutting factor is i5 / iS.

Die Wicklung nach Fig. 3 ist eine Abänderung der Wicklung nach Fig..2, wobei an sich einlagige Wicklungszonenteile durch Vertauschen der Phasenzugehörigkeit übereinanderliegender Leiter verschiedener Wicklungsschichten auf beide Wicklungsschichten verteilt sind. Eine solche Vertauschung ist sinngemäß auch bei, Ringwicklungen mit mehr als zwei Wicklungsschichten ausführbar. Die in der Wicklungsschicht a, liegenden Leiter der Spulen 1', 2-' und 3' gehören bei der Ausführungsform nach Fig- 3 zur Phase U, die darüberliegenden Leiter der Spulen 1, 2, und 3 zur Phase V. Der in der Anordnung nach Fig. 2 nur in der Wicklungsschicht % liegende, durch die wirksamen. Spulenseiten der Spulen i bis 6 gebildete WicIdungszonenteil der Phase U ist also, in der Anordnung nach Fig. 3 auf beide Wicklungsschichten verteilt, nämlich auf fdie Wicklungsschicht a. mit -den wirksamen Spulenseiten der Spulen 1, :2' und 3' und auf die Schicht a2 mit den wirksamen Spulenseiten, der Spulen 1, 2 und 3. Der nach Fig. .2 von den Spulen 4' bis g' eingenommene Teil -der Wicklungsschicht al bleibt nach Fig. 3 ungeändert. So entsteht in der Schicht al eine neun Nutteilungen breite Zone der Phase U und in der Schicht a2 eine nur drei Nutteilungen breite Zone derselben Phase. Die benachbarte Phase W (stehende Kreuze) bildet eine neun Nutteilungen breite Wicklungszone in der Schicht a2 und eine drei Nutteilungen breite in der Schicht al. Auch hier ist der Sehnungsfaktor 15/18.The winding according to FIG. 3 is a modification of the winding according to FIG. 2, whereby single-layer winding zone parts are distributed on both winding layers by interchanging the phase affiliation of superposed conductors of different winding layers. Such an interchange can also be implemented in the case of ring windings with more than two winding layers. The conductors of the coils 1 ', 2-' and 3 ' lying in the winding layer a, belong in the embodiment according to FIG. 3 to phase U, the overlying conductors of coils 1, 2 and 3 to phase V. The one in the arrangement according to Fig. 2 only in the winding layer% lying through the effective. Coil sides of the coils i to 6 formed winding zone part of the phase U is thus, in the arrangement according to FIG. 3, distributed over both winding layers, namely on the winding layer a. with -the effective coil sides of the coils 1,: 2 'and 3' and on the layer a2 with the effective coil sides, the coils 1, 2 and 3. The part occupied by the coils 4 'to g' according to Fig. 2 - the winding layer al remains unchanged according to FIG. 3 . A zone of phase U nine slot pitches wide is thus created in layer a1 and a zone of the same phase that is only three slot pitches wide in layer a2. The adjacent phase W (standing crosses) forms a winding zone nine slot pitches wide in layer a2 and a three slot pitches wide in layer a1. Here, too, the visual factor is 15/18.

Die beschriebenen Sehnungsarten können auch an der gleichen Ringwicklung in allen möglichen Zusammenstellungen kombiniert werden. Man erhält so eine mehrfach gesehnte Ringwicklung und ist dadurch in der Lage, alle an ihre Wicklungsfaktoren gestellten Anforderungen zu befriedigen. Als Beispiel einer doppeltgesehnten Ringwicklung -ist in Fig. 4 eine zweischichtige Wicklungsanordnung wiedergegeben, bei der gleichzeitig die Auflockerung und Verschachtelung der Wicklungszonen und die Versetzung von Wicklungsschichten angewendet sind. Der durch Punkte bezeichneten Phase U gehören in der Wicklung#sschicht al die Teilspulen 5, 7'J -8", 9' io' und 1:2', in der Wicklungsschicht a. die Teilspulen 1, 3, 4, 5, 6 und 8 an. Die Auflockerung der Wicklungsschichten ist hier durch die Einschiebung der phasenfremden Teilspulen 6' und i i' in Schicht a. sowie 2 und 7 in Schicht a2 erreicht. Die Versetzung der Wicklungszonen in beiden Schichten beträgt vier Nutteilungen, entsprechend dem Abstand der Spulen i und 5'. Die dadurch erzielten Sehnungsfaktoren sind 5/6 und 7/9. The types of tendons described can also be combined in all possible combinations on the same ring winding. In this way, a ring winding that is longed for several times is obtained and is thus able to satisfy all of the requirements placed on its winding factors. As an example of a double-stretched ring winding, a two-layer winding arrangement is shown in FIG. 4, in which the loosening and nesting of the winding zones and the offset of winding layers are used at the same time. Phase U , denoted by dots, belongs to the coil sections 5, 7'J -8 ", 9 ' io' and 1: 2 'in the winding layer a1, and the coil sections 1, 3, 4, 5, 6 in the winding layer a and 8. The loosening of the winding layers is achieved here by inserting the out-of-phase partial coils 6 ' and ii' in layer a. and 2 and 7 in layer a2. The offset of the winding zones in both layers is four slot pitches, corresponding to the spacing of the coils i and 5 '. The resulting visual factors are 5/6 and 7/9.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die am.Magnetkörperrücken liegenden unwirksamen Spulenseiten in gleicher Art gesehnt wie die am Luftspalt liegenden wirksamen Spulenseiten. Zur Beeinflussung, insbesondere zur Verringerung des Rückenfeldes der Maschine, kann den unwirksainen Spulenseiten eine andere, vorzugsweise stärkere Sehnung erteilt werden als den wirksamen Spulenseiten. Dies hat u. a. den Vorteil, daß in den zur Abdämpfung des Rückenfeldes vorgesehenen Maschinenteilen, z. B. einem hierzu dienenden Dämpferkäfig, geringere zusätzliche Verluste auftreten.In the embodiments described so far, the am lying ineffective coil sides longed in the same way as those at the air gap lying effective coil sides. To influence, especially to reduce of the back field of the machine, can the ineffective coil sides a different, preferably stronger tendon can be given than the effective coil sides. This has inter alia. the advantage that in the provided for attenuating the back field Machine parts, e.g. B. a damper cage serving for this purpose, lower additional Losses occur.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt, wie man von dieser bei Ringwicklungen vorhandenen Möglichkeit der verschiedenen Sehnung Gebrauch machen kann. Zusammengehörige Spulenseiten der Ringsp#ulen am Magnetkörperrücken und am Maschinenluftspalt sind hier gegeneinander versetzt. So gehört zur wirksamen Spulenseite i' die unwirksame Spulenseite 3, zur wirksamen Spulenseite 2' die unwirksanie Spulenseite 4, zur wirksamen Spulense-ite 3 die unwirksame Spulenseite i usw. Die Ringspulenverbindungen liegen daher nicht mehr radial, sondern schräg. Während die Wicklungszonen in den Wicklungsschichten am Luftspalt a,1, a" um drei Nutteilungen gegeneinander versetzt sind, was einem Sehnungsfaktor 5/6 entspricht, sind sie in den Wicklungsschichten bl, b2 am MagnetkÖrperrücken, um sieben Nutteilungen versetzt, was einen Sehnungsfakor 11/18 ergibt.The embodiment according to FIG. 5 shows how one can make use of this possibility of different tendons which is present in the case of ring windings. Coil sides of the ring coils that belong together on the back of the magnet body and on the machine air gap are offset from one another here. The inactive coil side 3 belongs to the active coil side i ', the inactive coil side 4 to the active coil side 2', the inactive coil side i to the active coil side 3 , etc. The toroidal coil connections are therefore no longer radial, but inclined. While the winding zones in the winding layers at the air gap a, 1, a "are offset from one another by three slot pitches, which corresponds to a tension factor 5/6 , in the winding layers bl, b2 on the back of the magnet body, they are offset by seven slot pitches, which corresponds to a tension factor 11 / 18 results.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ring winding for electrical machines, characterized in that it is longed. 2 ,. Ring winding according to claim i, characterized in that it is longed by loosening the winding zones. 3. Ring winding according to claim 2, characterized in that adjacent winding zones are nested with one another. 4. Ring winding according to claim i to 3, characterized in that it contains empty slots to loosen up the winding zones or to separate the winding phases. 5. Ring winding according to claim i, characterized in that it is made of several layers for the purpose of the tendon. 6. Ring winding according to claim 5, characterized in that it is longed by offsetting the winding zones of different winding layers. 7. Ring winding according to claim 5, characterized in that per se single-layer winding zone parts are distributed over two or more winding layers by interchanging the phase affiliation of superposed conductors of different winding layers. 8. ring winding, characterized by the combination of different types of tendons according to claim 2 to 7. g. Ring winding according to Claims 1 to 8, characterized in that it is different, preferably more strongly stretched, on the back of the magnet body than on the machine air gap. ok Ring winding according to Claim 9, characterized in that associated coil sides of the ring coils are offset from one another on the back of the magnet body and on the machine air gap.