DE902401C

DE902401C - Concentric coil winding for electrical machines

Info

Publication number: DE902401C
Application number: DES3614D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Trassl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-10-14
Filing date: 1942-10-14
Publication date: 1954-01-21

Description

Konzentrische Spulenwicklung für elektrische Maschinen Die Erfindung betrifft eine konzentrische Spulenwicklung für elektrische Maschinen, vorzugsweise eine polumschaltbare Erregerwicklung, und besteht darin, daß die Wicklung mindestens bei einer Polzahl derart geschaltet ist, daß eine konzentrische Spulengruppe mehr als zwei Polteilungen umfaßt.Concentric coil winding for electrical machines The invention relates to a concentric coil winding for electrical machines, preferably a pole-changing field winding, and consists in that the winding at least with a number of poles is connected in such a way that one more concentric coil group as two pole pitches included.

Es ist bekannt, die polumschaltbaren Gleichstromerregerwicklungen von Wechselstrommaschinen als Zweischichttrommelwicklungen auszuführen. Diese Wicklungen haben den Nachteil, daß sie besonders bei großen Polteilungen weit in der Achsenrichtung ausladen und daher als Läuferwicklungen für Maschinen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten schwierig auszuführende Versteifungen benötigen. Auch bei Maschinen anderer Bauart werden zuweilen die weit ausladenden Spulenköpfe der ein- oder zweischichtigen Gleichstromwicklungen als nachteilig empfunden. Konzentrische Spulenwicklungen wurden daher gleichfalls schon für den angegebenen Zweck vorgeschlagen. Sie haben den Vorteil geringer Ausladung der Spulenköpfe, konnten aber in den bisher bekannten Bauarten nur in beschränktem Umfange angewendet werden. Sie eigneten sich z. B. nicht für polumschaltbare Maschinen mit unganzzahligem oder größerem ganzzahligem Polzahlverhältnis. Die Erfindung beseitigt die Nachteile der bekannten Wicklungsanordnungen und ermöglicht die freie Anwendung konzentrischer Spulenwicklungen auch bei polumschaltbaren Maschinen der angegebenen Art sowie in anderen Fällen, in denen sie bisher nicht verwendet werden konnten. Die Wicklung hat dadurch, daß ihre Spulengruppen mehr als zwei Polteilungen umfassen, eine größere Spulengruppenteilung als die bekannten Wicklungen. Durch geeignete Schaltung der einzelnen Spulen der Spulengruppe können, wie die im folgenden besprochenen Ausführungsbeispiele zeigen, leicht verschiedene Polanordnungen erhalten werden, ohne daß die Vorteile der konzentrischen Spulenwicklung verlorengehen.It is known the pole-changing DC exciter windings of AC machines as double-layer drum windings. These windings have the disadvantage that they are far in the axial direction, especially with large pole pitches unload and therefore as rotor windings for machines with high peripheral speeds need stiffeners that are difficult to implement. Even with machines of other types sometimes the expansive coil ends of the one or two-layer direct current windings felt to be disadvantageous. Concentric coil windings were therefore also made already proposed for the stated purpose. They have the advantage of a small overhang the coil heads, but could only to a limited extent in the previously known designs Scope to be applied. They were suitable for B. not for pole-changing machines with an integer or larger integer number of poles ratio. The invention eliminated the disadvantages of the known winding arrangements and allows free use concentric coil windings also with pole-changing machines of the specified Art, as well as in other cases where it could not be used before. The winding has in that their coil groups have more than two pole pitches comprise a larger coil group pitch than the known windings. By suitable circuitry of the individual coils of the coil group can be as follows The embodiments discussed show, easily obtained different pole arrangements without losing the advantages of concentric coil winding.

In Fig. I a der Zeichnung ist eine polumschaltbare Ganzlochwicklung mit 36 Nuten für vier und sechs Pole vereinfacht wiedergegeben. Die Nutzahl je Pol ist bei vier Polen neun, wovon fünf je Pol erregt sind, bei sechs Polen enthält die Wicklung sechs Nuten je Pol, von denen vier erregt sind. In der Mitte der Spulengruppen bleiben je zwei Nuten unbewickelt. Die Stromrichtungen der Spulen sind in der oberen Hälfte der Figur für die vierpolige Schaltung, in der unteren Hälfte für die sechspolige Schaltung durch Pfeile angedeutet. Der Einfachheit halber sind die Spulenverbindungen in der Zeichnung weggelassen. Sie werden den angegebenen Stromrichtungen entsprechend hergestellt, können aber im übrigen beliebig angeordnet sein. Die Spulen sind je nachdem, ob sie die Stromrichtung beibehalten oder wechseln oder bei einer Polzahl stromlos sind, zu getrennten Wicklungszügen zusammenzufassen, deren Verbindungen zu den Schleifringen oder sonstigen Stromanschlüssen in der Art der Fig. 5 e oder 5 f hergestellt werden können. Bei der sechspoligen Schaltung sind in derselben konzentrischen Spulengruppe Spulen entgegengesetzter Stromrichtung enthalten, während in der vierpoligen Schaltung alle eingeschalteten Spulen derselben Gruppe die gleiche Stromrichtung haben. Die Spulen entgegengesetzter Stromrichtung sind durch stromlose Spulen voneinander getrennt.In Fig. 1a of the drawing is a pole-changing full-hole winding shown in simplified form with 36 slots for four and six poles. The number of slots per pole contains nine for four poles, five of which are excited per pole, and six for six the winding has six slots per pole, four of which are energized. In the middle of the coil groups two grooves each remain unwound. The current directions of the coils are in the upper one Half of the figure for the four-pole circuit, in the lower half for the six-pole Circuit indicated by arrows. For simplicity, the coil connections are omitted in the drawing. They will correspond to the specified current directions produced, but can otherwise be arranged as desired. The coils are each depending on whether you maintain or change the direction of the current or with a number of poles are de-energized, to be combined to separate winding trains, their connections to the slip rings or other power connections in the manner of FIG. 5 e or 5 f can be produced. In the six-pole circuit are in the same concentric coil group contain coils of opposite current direction while in the four-pole circuit all switched-on coils of the same group are the same Have current direction. The coils of opposite current direction are de-energized Coils separated from each other.

Fig. I b und I c zeigen die Felderregerkurven der Wicklung nach Fig, I a für vier und sechs Pole. Da die Wicklung, wie erwähnt, als Ganzlochwicklung ausgeführt ist, sind die Felderregerkurven vollkommen symmetrisch. In der Schaltung nach Fig. I b umfaßt die mit T bezeichnete Spulengruppenteilung in an sich bekannter Weise zwei Polteilungen t. In der Schaltung nach Fig. I c entspricht die Spulengruppenteilung dagegen mehr als zwei Polteilungen, nämlich drei Polteilungen t.Fig. I b and I c show the field exciter curves of the winding according to Fig. I a for four and six poles. Since the winding, as mentioned, is a full-hole winding is executed, the field exciter curves are completely symmetrical. In the circuit According to FIG. 1 b, the coil group division denoted by T comprises a per se known Way two pole pitches t. In the circuit of Fig. I c corresponds to the coil group division on the other hand, more than two pole pitches, namely three pole pitches t.

Die Wicklungen nach Fig. I und nach den übrigen Ausführungsbeispielen sind einschichtige Wicklungen. Die Erfindung kann aber auch ohne weiteres in der Form von mehrschichtigen konzentrischen Spulenwicklungen ausgeführt werden. Die Wicklung muß auch nicht polumschaltbar sein; in manchen Fällen ist es auch von Vorteil, solche konzentrischen Spulenwicklungen mit großer Gruppenteilung auch bei nichtpolumschaltbaren Maschinen anzuwenden, z. B. um durch die besondere Spulenanordnung günstige Wicklungsfaktoren für bestimmte Oberwellen oder besondere Feldkurvenformen zu erzielen.The windings according to FIG. I and according to the other exemplary embodiments are single-layer windings. However, the invention can also readily be used in the Form of multi-layer concentric coil windings are executed. the Winding does not have to be pole-changing either; in some cases it is also advantageous such concentric coil windings with large group division even with non-pole-changing To use machines, e.g. B. around favorable winding factors due to the special coil arrangement to achieve certain harmonics or special field waveforms.

Fig. 2 a gibt eine polumschaltbare Ganzlochwicklung mit 48 Nuten für sechs und acht Pole wieder. Die Nutenzahlen je Pol sind in den beiden Schaltungen acht und sechs. In beiden Fällen sind zwölf zum Teil außerhalb der Spulengruppenmitte liegende Nuten je Pol unbewickelt, während von den bewickelten Nuten zwei je Pol erregt sind. Die Spulengruppen umschließen daher sowohl Leernuten als auch bewickelte, aber bei einer Polzahl stromlose Nuten. Die zugehörigen Felderregerkurven nach Fig.2b und 2c sind wieder symmetrisch.Fig. 2a is a pole-changing full-hole winding with 48 slots for six and eight poles again. The number of slots per pole are in the two circuits eight and six. In both cases twelve are partly outside the center of the coil group lying grooves per pole unwound, while of the wound grooves two per pole are excited. The coil groups therefore enclose both empty slots and wound, but with one number of poles de-energized slots. The associated field exciter curves according to Figure 2b and 2c are again symmetrical.

In Fig. 3 a ist eine polumschaltbare Wicklung mit 28 Nuten für vier und sechs Pole wiedergegeben, die in der vierpoligen Schaltung eine Ganzlochwicklung mit sieben Nuten je Pol, in der sechspoligen Schaltung eine Bruchlochwicklung mit 42/3 Nuten je Pol darstellt. Von diesen sind in der ersten Schaltung vier Nuten je Pol, in der zweiten Schaltung drei Nuten je Pol erregt. Bei der sechspoligen Schaltung gehören derselben Spulengruppe Spulen entgegengesetzter Stromrichtung an, die durch stromlos bleibende Spulen getrennt sind. Die Felderregerkurve für vier Pole (Fig.3b) ist symmetrisch, die Felderregerkurve für sechs Pole (Fig. 3 c) wegen der gebrochenen Nutenzahl je Pol etwas unsymmetrisch.In Fig. 3a is a pole-changing winding with 28 slots for four and six poles are shown, which in the four-pole circuit is a full-hole winding with seven slots per pole, with a broken hole winding in the six-pole circuit 42/3 slots per pole. Of these, there are four grooves in the first circuit per pole, in the second circuit three slots per pole are excited. With the six-pole Circuit belong to the same coil group, coils with opposite current direction separated by coils that remain de-energized. The field exciter curve for four poles (Fig. 3b) is symmetrical, the field exciter curve for six poles (Fig. 3 c) somewhat asymmetrical because of the broken number of slots per pole.

Die in Fig.4a dargestellte Wicklung ist eine polumschaltbare Wicklung für vier und sechs Pole mit 6¾ bzw. 4½ Nuten je Pol. Sie ist also bei beiden Polzahlen eine Bruchlochwicklung. Die gesamte Nutenzahl beträgt 27. In der vierpoligen Schaltung sind fünf Nuten je Pol, in der sechspoligen drei Nuten je Pol bewickelt. Auch hier enthält die Spulengruppe in der einen Polzahl Spulen entgegengesetzter Stromrichtung, zwischen denen stromlose Spulen liegen. In benachbarten konzentrischen Spulengruppen sind die Zahlen der erregten Spulen und der unerregten Spulen verschieden groß. Beide Felderregerkurven sind, wie die Fig.4b und 4c zeigen, etwas unsymmetrisch.The winding shown in Figure 4a is a pole-changing winding for four and six poles with 6¾ or 4½ slots per pole. So it is with both numbers of poles a broken hole winding. The total number of slots is 27. In the four-pole circuit are five slots per pole, in the six-pole three slots per pole are wound. Here too contains the coil group in the one pole number of coils with opposite current direction, between which there are de-energized coils. In adjacent concentric coil groups the numbers of energized coils and unexcited coils are different. As shown in FIGS. 4b and 4c, both field exciter curves are somewhat asymmetrical.

In den Fig. 5 a bis 5 f sind für die Erregerwicklungen polumschaltbarer Maschinen die Verbindungen der einzelnen Wicklungszüge mit den Schleifringen vereinfacht wiedergegeben. Die Stromrichtungen sind durch Pfeile angedeutet.5 a to 5 f are pole-changing for the excitation windings Machines the connections of the individual winding trains with the slip rings simplified reproduced. The directions of the current are indicated by arrows.

Werden bei beiden Polzahlen die gleichen Spulen eingeschaltet, so benötigt man nach Fig. 5 a im allgemeinen vier Schleifringe.If the same coils are switched on for both numbers of poles, then one generally needs four slip rings according to FIG. 5 a.

Bei Reihenschaltung :aller Spulen bei der einen Polzahl und Parallelschaltung der Spulen in zwei Gruppen bei der anderen Polzahl .genügen nach Fig. 5 b drei Schleifringe.With series connection: all coils with one number of poles and parallel connection the coils in two groups with the other number of poles .genügen according to Fig. 5b three slip rings.

,Sind nach Fig. 5 c bei nur einer Polzahl Spulen eingeschaltet, die bei der anderen Polzahl keinen Strom führen, dann benötigt man bei Reihenschaltung aller Spulen bei jeder Polzahl fünf Schleifringe.Are switched on according to Fig. 5 c with only one number of poles coils, the Do not carry any current with the other number of poles, then you need a series connection of all coils for every number of poles five slip rings.

Wird nach Fig. 5 d außerdem bei einer Polzahl Reihenschaltung und bei der anderen Polzahl Parallelschaltung in zwei Gruppen angewendet, so genügen vier Schleifringe.If according to Fig. 5 d also with a number of poles series connection and If the other number of poles is used in parallel connection in two groups, then suffice four slip rings.

Wenn bei jeder Polzahl stromlose Spulen vorhanden sind, die bei der Polumschaltung gewechselt werden, so benötigt man im allgemeinen nach i Fig. 5 e sechs Schleifringe. Die obenerwähnten Leernuten der Maschine können, soweit die entsprechenden Stellen des Eisenkörpers nicht überhaupt ungenutet bleiben, ganz oder teilweise für die Unterbringung einer Dämpferwicklung oder anderer Hilfswicklungen benutzt werden. Als Dämpferwicklung oder als Teil einer solchen können auch die bei einer Polzahl unerregten Spulen geschaltet werden.If there are de-energized coils for each number of poles, the Pole changing are generally required according to i Fig. 5e six slip rings. The above-mentioned empty grooves of the machine can as long as the corresponding parts of the iron body do not remain ungrooved at all, in whole or in part for accommodating a damper winding or other auxiliary windings to be used. As a damper winding or as part of such, the unexcited coils are switched when there is a number of poles.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Concentric coil winding for electrical machines, preferably pole-changing field winding, characterized in that the winding at least one pole number is connected in such a way that a concentric coil group includes more than two pole pitches.

2. winding according to claim I, characterized in that that in the same concentric coil group at least one number of poles coils opposite current direction are included (Fig. I, 3 and 4).

3. Winding after Claim 2, characterized in that opposite current direction between coils in the same coil group are de-energized coils (Fig. I, 3 and 4).

4. winding according to claim 1 to 3, characterized in that the concentric coil group enclosing empty grooves lying outside the group center (Fig. 2).

5. Winding after Claim I to 4, characterized in that the concentric coil center except the empty slots, but encloses currentless slots with one number of poles. (Fig. 2).

6. winding according to claim I to 5, characterized in that the winding forms a broken hole winding with at least one number of poles (FIGS. 3 and 4).

7. winding according to claim 1 to 6, characterized in that the numbers in adjacent concentric coil groups lying excited and unexcited coils different are large (Fig. 4).

8. winding according to claim I to 7, characterized in that the coils, which maintain their current direction when changing the pole, and the coils, which change their current direction, each combined into a winding train and these Winding trains in parallel with one end on the same slip ring are connected (Fig. 5 b, 5 d and 5 f).