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Wicklungsanordnung für Läufer von Wechselstrom-Kollektormotoren Aus
dem Patent 660 43, ist eine zweifache Parallelwicklung für Läufer von Wechselstrom-Kollektormotoren,
insbesondere von Motoren mit Läuferspeisung, bekannt, bei welcher parallel zu dieser
zweifachen Parallelwicklung eine als einfache Parallelwicklung ausgeführte Hilfswicklung
gelegt ist, die mit derart verkürztem Wickelschritt ausgeführt ist, daß die Windungsspannung
der Hilfswicklung halb so groß ist wie die Windungsspannung der zweifachen Parallelwicklung.
Die Hilfswicklung bewirkt eine starre Kupplung der Teilwicklungen der Mehrfachparallelwicklung.
Ist z. B. die Hauptwicklung als Zweifachparallelwicklung ausgeführt, so liegt zwischen
einer und der übernächsten Lamelle eine Windung der Hauptwicklung, und paraIlel
dazu liegen zwei in Reihe geschaltete Windungen der Hilfswicklung. Diese beiden
Lamellen sind mit der dazwischenliegenden Lamelle, welche der anderen Teilwicklung
der Hauptwicklung angehört, durch die Hilfswicklung starr gekoppelt. Um Ausgleichströme
zu vermeiden, muß stets die Summe der Spannungen der beiden Windungen der Hilfswicklung
praktisch gleich der Spannung der parallel geschalteten Windung der Hauptwicklung
sein. Es sind dementsprechend die Wickelschritte und die Wicklungsanordnung auszuführen.
Die Hauptwicklung kann dabei sowohl ungesehnt als auch gesehnt ausgeführt werden.
Im genannten Patent ist speziell an eine Hauptwicklung mit unverkürztem Wicklungsschritt
gedacht. Der Schritt der Hilfswicklung muß dann auf ein Drittel Polteilung verkürzt
werden, wobei ihre Windungsspannung gleich der Hälfte der Windungsspannu.ng .der
Hauptwicklung
wird. Betrachtet man eine solche Wicklung hinsichtlich
der Lage der Leiter in den Nuten genauer, so ist zu bedenken, daß sich der Nutzfluß
von Nut zu Nut sprunghaft ändert, während in Windungen, die in den gleichen Nuten
liegen, praktisch die gleiche Spannung (na,-oh Größe und Phasenlage) induziert wird.
Zeichnet man nun das Görges-Diagramm für die Haupt- und die Hilfswicklung auf, deren
Eckpunkte zusammenfallen müssen, so, erkennt man, daß die Hauptwicklung getreppt
sein muß, d. h., alte Windungen pro Nut und Schicht müssen unverkürzt sein, also
einen Schritt von I8o° el. auf weisen, mit Ausnahme einer einzigen, die man um den
Betrag einer Nutteilung sehnen muß, deren Schritt also I8o° el. ± I Nutteilung betragen
muß. Der Vorteil, den man durch eine zweifache Parallelwicklung erreicht, ist bedeutend.
Da bei Wechselstrom-Kommutatormaschinen die zwischen Nachbarlamellen transformatorisch
induzierte Spannung einen gewissen Betrag nicht überschreiten darf, ist man in der
Wahl des Flusses eines Pols auf einen bescheidenen Wert begrenzt. Durch Übergang
von einer einfachen auf eine zweifache Parallelwicklung kann bei unverkürztem Wickelschritt
der Fluß auf den doppelten Betrag gesteigert werden.
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Einen weiteren Fortschritt erreicht man durch Sehnung der Hauptwicklung,
da der Fluß dann noch mehr erhöht werden kann. Eine solche Sehnung ist !bei einfachen
Parallelwicklungen üblich und wird, wie dies mit Rücksicht auf Materialaufwand,
Spannung usw. selbstverständlich ist, immer durch Verkürzung gegenüber I8o° el.
ausgeführt. Wenn man diese Regel auf die zweifache Parallelwicklung anwendet, wird
man die Haupt- und die Hilfswicklung derart anordnen, daß die Nuten, in denen die
Leiter einer Windung der Hauptwicklung zusammen mit den Leitern der parallel :geschalteten
Windungen der Hilfswicklung liegen, auf dem Umfang des Ankers gemessen, über einen
Bogen von weniger als I8o° el. verteilt sind. Bei solchen Wicklungen kann die Hauptwicklung
nicht als Treppenwicklung ausgeführt werden, d. h., alle ihre Windungen müssen denselben
Nutenschritt aufweisen. Außerdem sind solche Wicklungen (allgemein n-fache Parallelwicklungen)
nur möglich, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind a) Die beiden Zahlen (2a
= Zahl der parallelen Stromkreise der Hauptwicklung, 2p = Polzahl) und k (= Lamellenzahl
pro Nut) sind teilerfremd ; b) von den beiden Zahlen und b = yH-yh (yH = Nutenschritt
der Hauptwicklung bzw. yh = Nutenschritt der Hilfswicklung) muß die eine Zahl gerade
und die andere ungerade sein.
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Diese Bedingungen können nur durch Wahlganz bestimmter Nutenzahlen
und Schritte erreicht werden. Es gibt also nur einige wenige Ausführungsmöglichkeiten,
die nicht immer einen günstigen Entwurf für die Kommutatormaschine ermöglichen.
Eine Befreiung aus dieser Einengung bezweckt die Erfindung, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß .die Nuten, in denen die Leitereiner Windung der Hauptwicklung und :die
Leiter der dazu parallel geschalteten Windungen der Hilfswicklung liegen, auf den
Umfang .des Ankers gemessen, über einen Bogen von -mehr als I8o° el. verteilt sind,
wobei die, Sehnungen der Windungen, .die Nutenzahlen pro Pol und die Phasenlage
der Windungen so zu wählen .sind, daß die Spannung einer Windung der Hauptwicklung
mindestens annähernd nach Größe und Phase mit der Summenspannung der parallel geschalteten
Windungen der Hilfswicklung Übereinstimmt. Durch .die Erfindung wird die Zahl der
Ausführungsmöglichkeiten der mehrfachen Parallelwicklung mit durchweg gesehnter
Hauptwicklung erhöht, und auch Wickelschritte werden anwendbar, die nach den zuvor
beschriebenen Regeln nicht in Betracht kommen.
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Inder Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
in Fig. I bis 6 an Zweifachparallelwicklungen mit drei Leitern pro Nut dargestellt.
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Beim Beispiel nach Fig. I ist die Hauptwicklung aI, bI, a2 und die
Hilfswicklung c, d, e, f als Schleifenwicklung ausgeführt. Die in dicken Linien
ausgezogene bzw. strichpunktierte Hauptwicklung ist eine Zweifachparallelwicklung
mit einem Nutschritt von 7/Io½; die in dünnen Linien ausgezogene Hilfswicklung ist
eine einfache Parallelwicklung mit einem Nutschritt von 3/Io½. Die Polteilung ist
mit z bezeichnet, sie umfaßt Io½ Nutteilungen. Die Sehnungsfaktoren sind o,866 und
0,434. Somit entspricht die Spannung einer Windung der Hauptwicklung der Summe der
Spannungen von zwei Windungen der Hilfswicklung.
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Im zugehörigen zweipoligen Schema der Fig. 2 sind die Nuten durch
kleine Kreise angedeutet. Die Windungen sind hierin durch entsprechende Nuten verbindende
Sehnen dargestellt. Die Sehnen können unmittelbar als Vektoren der Windungsspannungen
aufgefaßt werden.
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Die Windungsspannungen sind nun in Fig. 3 aneinandergereiht. Die durch
kleine schwarze Vierecke bezeichneten Punkte stellen die Spannungen der Lamellen
dar. Daraus ergibt sich, daß die Windungsspannungen der Hilfswicklung immer um eine
halbe Nutteilung gegenüber den parallel geschalteten Windungsspannungen der Hauptwicklung
verschoben sein müssen. Nach Fig. 2 befindet sich aber auf dem zu der Sehne aI bzw.
bI bzw. a2 gehörigen kürzesten Bogen oberhalb der Sehne nur eine parallele Windungsspannung
der Hilfswicklung, idie gestrichelt eingezeichnet ist, jedoch keine Sehne, die um
eine @halbe Nutteilung verschoben wäre. Solche Windungsspannungen c, d,
e, f befinden sich jedoch auf dem längeren Bogen unterhalb der Sehne.
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Eine Wicklungsanordnung gemäß Fig. i bis 3 ermöglicht die Ausführung
einer n-fachen Parallelwicklung, wenn Verhältnisse vorliegen, in welchen a) n und
h keinen gemeinsamen Teiler haben, -b) die
Zahl der Nuten pro doppelte
Polteilung ungerade ist, und c) wenn sowohl n als auch b beide gerade Zahlen oder
beide ungerade Zahlen sind.
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Treffen nur die Voraussetzungen a) und b) zu, d. h., ist von den beiden
Zahlen n und yH-yh die eine gerade und die andere ungerade, so müssen die Leitereiner
Windung der Hauptwicklung zusammen mit den Leitern der parallel geschalteten Windungen
der Hilfswicklung weniger als I8o° el. umfassen, wie dies weiter vorn beschrieben
ist.
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Trifft die Voraussetzung b) nicht zu, d. h., ist die Zahl der Nuten
pro doppelte Polteilung eine gerade Zahl, so kann die Anordnung so getroffen werden,
daß die Leiter einer Windung der Hauptwicklung zusammen mit den Leitern der parallel
geschalteten Windungen der Hilfswicklung mehr als I8o° el. umfassen oder nicht.
Das gleiche gilt, wenn die Voraussetzung a) nicht erfüllt ist.
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In Fig. 2 gehören zur Bildung von Sehnen der Haupt- und Hilfswicklung
je ein kürzerer und ein längerer Kreisbogen, welche dem Wickelkopf auf Nichtkommutatorseite
entsprechen. Die Sehnung kann also aus dem Durchmesserschritt entweder durch Verkürzung
oder durch Verlängerung des Schrittes entstanden sein. In der Wirkung sind beide
Maßnahmen praktisch gleichwertig. In Fig. I besteht beispielsweise die Sehnung von
Haupt- und Hilfswicklung in einem Schritt, der kleiner als I8o° el. ist. Die Achse
einer Hauptwicklung ist gegenüber den Achsen der zugehörigen Hilfswindungen annähernd
um eine ungerade Anzahl Polteilungen verschoben.
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Wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. I bis 3 erläutert, kann
auch von den Nutenschritten der Haupt- und Hilfswicklung mindestens einer größer
als I8o° el. sein. Ein Beispiel hierfür zeigt die Fig. 4, welche aus der Fig. I
abgeleitet ist. Hier ist der Schritt yH der Hauptwicklung größer als I8o° el. und
der Schritt yh der Hilfswicklung kleiner als I8o° el. gemacht. Die gleiche Ausführungsart
könnte bei Vertauschung der Rollen von Haupt- und Hilfswicklung ausgeführt werden,
also mit Schrittverkürzung für die Hauptwicklung und Schrittverlängerung für die
Hilfswicklung.
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Die Vergrößerung sämtlicher Wickelschritte über I8o° el. hinaus von
einer der beiden parallel geschalteten Wicklungen ist nämlich nur dann möglich,
wenn die Hilfswicklung nach einer besonderen Art angeordnet wird. Ihre Windungen
müssen derart hintereinandergeschaltet werden, daß sich zwar bei Fortschreiten um
je eine Nutteilung eine Verdrehung der Phasenlage der um eine Nutteilung voneinander
entfernten Windungen entsprechend der Winkelverdrehung dieser Nutteilung immer im
gleichen Sinn ergibt, daß aber innerhalb einer Nutteilung die Phasenverdrehung nicht
immer fortschreitend, sondern teilweise auch rückläufig erfolgt. Dieses Merkmal
trifft übrigens auch auf die anderen dargestellten Wicklungsanordnungen zu. Während
in Fig. 4 Haupt- und Hilfswicklung unmittelbar an den Lamellen zusammengeschaltet
sind, ist in Fig. I die Zusammenschaltung über Ausgleichverbinder v erfolgt.
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Weitere Ausführungsbeispiele zeigen die Fig. 5 und 6, welche in der
Sehnung und Nutenzahl den Fig. I und 4 entsprechen. In Fig. 5 ist nur die Hauptwicklung,
in Fig. 6 sind beide Wicklungen als Wellenwicklung ausgeführt. Die Achse einer Hauptwindung
ist in Fig. 5 gegenüber den Achsen der zugehörigen Hilfswindungen angenähert um
eine ungerade Anzahl Polteilungen verschoben. Die Fig. 6 zeigt noch den Fall der
Schrittverlängerung der Hauptwicklung.