Anordnung der Teilleiter in aus parallelgeschalteten, voneinander isolierten Teilleitern bestehenden Wicklungselementen elektrischer Maschinen und Apparate. I, ist bekannt, dal.; in Leitern grola'en Qrierselinitts, welche von Wechselströmen durchflossen werden, eine unter Umständen erhebliche Erhöhung der Verluste eintritt, weil sich der Weehselstroni ungleichmässig über den Qirerschriitt der Leiter verteilt.
Diese. Ei-sebeinuiig wird verursacht durch die induzierende Wirkring des durch den Strom durchgang durch den Leiter hervorgerufenen Eigenfeldes des letzteren. Ist hierbei der Leiter rundherum gleichmässig von eirein nnmagnetischen oder magnetischen 3lediuni (z. B.
Luft bezw. Eisen) umgeben, so lagern siele die Kraftlinien des Eigenfeldes konzen trisch um die Neritrallinie dieses Eigenfeldes, die in diesem Falle mit denn Mittelpunkt des Querschnitts ziisanimerifällt. Fig. 1 zeigt die Ausbildung des Eigenfeldes eines solchen Leiters.
Mit 1 ist die Querschnittsfläche des Leiters bezeichnet. 2 ist der -Mittelpunkt dieser Querschiiittsfläche und gibt gleichzeitig die Lage der Neritrallinie des magnetischen Eigenfeldes des Leiters, welches von dem durchfliessenden Strom erregt wird.
Die durch punktierte Linien angedeuteten Kraftlinien des Eigenfeldes lagern sich konzentrisch um diese -N eutrallinie herum, wobei jedoch zu bemerken ist, dass diese Verteilung des Eigen feldes unter der Arinahine gleichmässiger Ver teilung des Stromes über den Querschnitt des Leiters gilt. Denkt man sieh durch die Neutrallinie des Eigenfeldes eine horizontale Schnittebene A-B gelegt, so teilt diese das Eigenfeld in ehren obern Teil, der als positiv und einen untern Teil, der als negativ .be zeichnet werden möge.
Fig. 2 ist ein Diagramm der Felddichte, bezogen auf den Abstand des betrachteten Punktes von der Neutrallinie des Eigenfeldes. Die Felddichte ist hierbei durch den Abszis- senwert f, der Abstand durch den Ordinaten wert /a dargestellt.
Aus Gründen, die hier nicht näher erörtert zri werden brauchen, ist die Zunahme der Felddiehte in den der Neu trallinie des Eigenfeldes näher gelegenen Teilen konstant, ihre Kurve verläuft daher geradlinig, während in den entfernter gele genen '.Geilen die Zunahme der Felddichte relativ etwas geringer wird und die Kurve daher eine leichte Abbiegung zeigt.
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Wir <SEP> :
<SEP> solches <SEP> Leiter <SEP> von <SEP> Wechselstrom
<tb> durch1l.-:sen, <SEP> so <SEP> schneiden <SEP> bekanntlich <SEP> die
<tb> Kraftiii@:en <SEP> des <SEP> Eerifeldes <SEP> die <SEP> Metallmassen
<tb> des <SEP> periodisch <SEP> und <SEP> induzieren <SEP> in <SEP> diesen
<tb> elektron:otorisclie <SEP> Kräfte, <SEP> deren <SEP> Grösse <SEP> in <SEP> den
<tb> versclüAenen <SEP> Tvileir <SEP> des <SEP> Leiterquerschnitts
<tb> verschi@ <SEP> < < eir <SEP> ist, <SEP> und <SEP> zwar <SEP> um <SEP> so <SEP> höher, <SEP> je
<tb> näher <SEP> betreffenden <SEP> Teile <SEP> des <SEP> Leiterquer schnitt, <SEP> _iei-Neuti-allinie <SEP> desEigenfeldes <SEP> liegen,
<tb> woraus
<tb> in <SEP> bekannter <SEP> Weise <SEP> die <SEP> als <SEP> Strom verc@rän"@nig <SEP> beze:---liiiete, <SEP> ungleichmässigeVer teilung <SEP> des <SEP> Strome:
<SEP> über <SEP> den <SEP> Leiterquerschnitt
<tb> folgt, <SEP> d@-rairt, <SEP> chrla <SEP> die <SEP> Stromfäden <SEP> von <SEP> der
<tb> Neutril::uie <SEP> des <SEP> iii_,-erifeldes <SEP> des <SEP> Leiters <SEP> weg gedräirgt <SEP> werden, <SEP> so <SEP> dass <SEP> die <SEP> äussern <SEP> Teile
<tb> des <SEP> Leiterquerschnitts <SEP> eine <SEP> höhere <SEP> spezifische
<tb> Strombelastung <SEP> aufweisen <SEP> als <SEP> die <SEP> innern <SEP> Teile.
<tb>
Obwohl <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> der <SEP> Einfachheit <SEP> der
<tb> Darstellung <SEP> halber <SEP> ein <SEP> einziger <SEP> Leiter <SEP> mit
<tb> massivem <SEP> Querschnitt <SEP> angenommen <SEP> wurde,
<tb> liegen <SEP> die <SEP> Verhältnisse <SEP> ganz <SEP> ähnlich, <SEP> wenn
<tb> man <SEP> statt <SEP> dieses <SEP> Einzelleiters <SEP> ein <SEP> Bündel <SEP> von
<tb> mehreren <SEP> Leitern <SEP> annimmt; <SEP> die <SEP> in <SEP> gleicher
<tb> Richtung <SEP> vom <SEP> Strom <SEP> durchflossen <SEP> werden.
<tb> Solches <SEP> Leiterbündel <SEP> würde <SEP> sich <SEP> bezüglich
<tb> der <SEP> Ausbildung <SEP> seines <SEP> Eigenfeldes <SEP> wie <SEP> ein
<tb> einziger <SEP> Leiter <SEP> von <SEP> entsprechendem <SEP> Quer schnitt <SEP> verhalten.
<tb>
Ähnlich <SEP> liegen <SEP> die <SEP> Verhäftnisse <SEP> bei <SEP> einem
<tb> Leiter, <SEP> der <SEP> im <SEP> Gegensatz <SEP> zu <SEP> Fig.1 <SEP> nicht
<tb> rundlier-im <SEP> gleichmässig, <SEP> sondern <SEP> einseitig <SEP> von
<tb> einem <SEP> magnetisierbaren <SEP> Medium, <SEP> z. <SEP> B. <SEP> Eisen,
<tb> uingebuii <SEP> ist, <SEP> wie <SEP> dies <SEP> .beispielsweise <SEP> bei <SEP> in
<tb> Nuten <SEP> von <SEP> elektrischen <SEP> Maschinen <SEP> 0iDgebet teten <SEP> Leitern <SEP> der <SEP> Fall <SEP> ist.
<tb>
Die <SEP> Fig. <SEP> i <SEP> und <SEP> 4 <SEP> zeigen <SEP> die <SEP> Ausbildung
<tb> des <SEP> EI"@-rifeldes <SEP> des <SEP> Leiters <SEP> für <SEP> einen <SEP> solchen
<tb> Fall. <SEP> -ll:t <SEP> 1 <SEP> ist <SEP> .t-i,der <SEP> die <SEP> Querschnittsfläche
<tb> des <SEP> Leiters <SEP> bezeichnet, <SEP> mit <SEP> 2 <SEP> die <SEP> Neutrallinie
<tb> des <SEP> Ei@-enfeides <SEP> desselben, <SEP> mit <SEP> 3 <SEP> das <SEP> den
<tb> Leiter <SEP> von <SEP> drei <SEP> Seiten <SEP> umgebende <SEP> wirksame
<tb> Eisen.
<SEP> Wie <SEP> die <SEP> Figur <SEP> zeigt, <SEP> fällt <SEP> in <SEP> diesem
<tb> Fall <SEP> <B>(1</B>i@= <SEP> Neutrallinie <SEP> 2 <SEP> des <SEP> Eigenfeldes <SEP> nicht
<tb> mit <SEP> dem <SEP> Mittelpunkt <SEP> des <SEP> Leiterquerschnitts
<tb> zusammen, <SEP> sond#ern <SEP> liegt <SEP> exzentrisch <SEP> an <SEP> der
<tb> den) <SEP> \iitengr.)u!i- <SEP> zugekehrten <SEP> Kante <SEP> des
<tb> Leiter,. <SEP> infolgedessen <SEP> findet <SEP> die <SEP> Stromver drängui:#-, <SEP> in <SEP> diesen) <SEP> Fall <SEP> nach <SEP> der <SEP> Offnung der Nut hin statt.
Da iuan ferner die Z#.i- nahine der Felddielite über die ganze Leiter höhe h als konstant annehmen kann. "@, ver läuft sie, wie Fig. 4 zeigt, geradlinig. Aricli in Fig. 4 ist die Felddichte f' durch den Abszissenwert, der Abstand /r des betrach teten Punktes vom Nullpunkt des Eigenfel des durch den Ordinatenwert dargestellt.
Das Eigenfeld des Leiters ist hier gleichbe deutend mit dem als Nutenquerfeld bekannten magnetischen Feld.
Um die beschriebene Wirkung der Strom verdrängung aufzuheben, ist es üblich, eine Unterteilung der Leiter in eine Anzahl paral lelgeschalteter und voneinander isolierter Teil leiter vorzunehmen, die miteinander verdrillt oder verschränkt sind, so dass die in den einzelnen Teilleitern induzierten ENKe. mög lichst gleich werden.
Diese Anordnung ver wendet man mit Vorteil nicht nur bei in Nuten eingebetteten Stabwicklungen elektri scher Maschinen, sondern auch bei Spulen wicklungen, bei denen eine Anzahl von Teil leitern in Parallelschaltung verwendet sind, und zwar ist es üblich. die Spulenköpfe derart zu verdrehen, dass der in der einen Nut am Nutengrunde liegende Teilleiter in der zweiten, von der gleichen Spule durchlaufenen Nut in der Nähe der Nutenöffnung angeordnet ist.
Eine theoretische Untersuchung zeigt, dass, wenn man die beschriebene, als Stromver drängung bezeichnete Wirkung des @riten- querfeldes vermeiden will, die Anordnung der 'Peilleiter so getroffen werdet) niuf@, dass der im I Folgenden mit JI bezeichnete Wert f 112i11 n für alle gleich gross wird.
Hierin bedeutet h den variablen Abstand des Teilleiters soin Grunde des Stabes oder der Spule, L die gesamte im Eisen liegende Länge des be trachteten Stabes oder der Spul, und c11 das Differential derselben.
Macht man nun dis: 1 orau,setzcmg, dass ein Teilleiter nacheinander gleich lange Stücke der Gesamtlänge L in Abständen h.1, /t.2, l._.3 und so fort durchläuft, so wird offenbar der Wert fllpi-opoi-tional der Stimme der Quadrate dieser h-Werte. Bezeichnet nian @1@_n)
nich
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bei <SEP> einer <SEP> aus <SEP> Flachleitern <SEP> bestehenden <SEP> Spule,
<tb> wie <SEP> sie <SEP> in <SEP> F <SEP> i-. <SEP> dargestellt <SEP> ist. <SEP> von <SEP> untelt
<tb> nach <SEP> oben <SEP> die <SEP> Teilleiter <SEP> mit <SEP> -Nummern. <SEP> welche
<tb> die <SEP> aufeinander <SEP> felgenden <SEP> Schichten <SEP> in <SEP> der
<tb> Nut <SEP> und <SEP> gleichzeitig;
<SEP> einen <SEP> dem <SEP> Abstand <SEP> der
<tb> betreffenden <SEP> Schicht <SEP> von <SEP> der <SEP> Unterkante <SEP> des
<tb> Nutenkupfers <SEP> proportionalen <SEP> Wert <SEP> angeben,
<tb> so <SEP> wird <SEP> der <SEP> JI- 'erc <SEP> irgend <SEP> eines <SEP> Teilleiters
<tb> unter <SEP> der <SEP> obigen <SEP> Voraussetzung <SEP> der <SEP> Summe
<tb> der <SEP> Quadrate <SEP> der <SEP> von <SEP> ibrn <SEP> durchlaufenen
<tb> Subichtitumnrern <SEP> proportional <SEP> sein.
<SEP> Beispiels -eise <SEP> rrrüge <SEP> eine <SEP> aus <SEP> 3 <SEP> Windungen <SEP> bestehende
<tb> Spule <SEP> betrachtet <SEP> werden, <SEP> die <SEP> 4 <SEP> parallel <SEP> ge schaltete <SEP> Teilleiter <SEP> <I>rz, <SEP> b, <SEP> c, <SEP> d</I> <SEP> besitzt <SEP> und <SEP> bei
<tb> der <SEP> keinerlei <SEP> Verdrehung <SEP> vorgenommen <SEP> ist.
<tb> so <SEP> dal' <SEP> die <SEP> Anordnung <SEP> der <SEP> Teilleiter <SEP> in <SEP> den
<tb> Nuten <SEP> ausfällt, <SEP> wie <SEP> in <SEP> Fib. <SEP> 5 <SEP> dargestellt, <SEP> so
<tb> wird <SEP> der <SEP> ilI-Wert <SEP> für <SEP> die <SEP> Teilleiter <SEP> a.
<SEP> b, <SEP> c, <SEP> <B>(1</B>
<tb> wie <SEP> folgt
<tb> <B>1-1</B> <SEP> ) <SEP> (12 <SEP> -@- <SEP> 52 <SEP> <B>-j-</B> <SEP> 92) <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 214
<tb> b) <SEP> (22 <SEP> -@- <SEP> 62 <SEP> + <SEP> 102) <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 280
<tb> c) <SEP> (32 <SEP> + <SEP> 7<B>'</B> <SEP> -@- <SEP> 112l <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 358
<tb> ,<B>1</B>) <SEP> (42 <SEP> 82 <SEP> -j- <SEP> 12=) <SEP> @? <SEP> - <SEP> 4-18
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Für <SEP> diese <SEP> Anordnung <SEP> ist <SEP> also <SEP> <I>der <SEP> JI-Wert</I>
<tb> der <SEP> Teilleiter <SEP> aulaerordetttlicli <SEP> verschieden,
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und <SEP> zwar <SEP> wird <SEP> Mrnin <SEP> = <SEP> 0,18.
<SEP> Die <SEP> bereits
<tb> lltnax
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erwähnte <SEP> bekannte <SEP> Verdrehung <SEP> der <SEP> Wickel köpfe <SEP> hat <SEP> zur <SEP> Folge, <SEP> dah <SEP> die <SEP> Anordnung
<tb> der <SEP> Teilleiter <SEP> in <SEP> den <SEP> Nuten <SEP> die <SEP> in <SEP> Fig.6
<tb> dargestellte <SEP> wird. <SEP> Die <SEP> Reihenfolge <SEP> derselben
<tb> ist <SEP> in <SEP> der <SEP> ersten <SEP> Nut <SEP> unverändert. <SEP> dagegen
<tb> ist <SEP> sie <SEP> in <SEP> der <SEP> zweiten <SEP> ut <SEP> umgekehrt. <SEP> Dem zufolge <SEP> werden <SEP> jetzt <SEP> die <SEP> JI-Werte <SEP> der <SEP> Teilleiter
<tb> <B><I>(-1</I></B>) <SEP> (1_2-+-52.I <SEP> 92) <SEP> l- <SEP> (4-2-r82+122)_-_331
<tb> b) <SEP> (.22 <SEP> + <SEP> 62 <SEP> . <SEP> @_ <SEP> 102) <SEP> + <SEP> (32 <SEP> - <SEP> - <SEP> <B>7:
!</B> <SEP> -1- <SEP> <B><I>1</I></B><I>12)</I> <SEP> _= <SEP> 319
<tb> (32<B>+</B> <SEP> '--f-112)+(ä-'"+62+102) <SEP> <B>=</B> <SEP> 319
<tb> d) <SEP> (42 <SEP> + <SEP> <B>8</B> <SEP> 2 <SEP> ;122) <SEP> . <SEP> (12 <SEP> + <SEP> 5<B>2</B> <SEP> + <SEP> 92) <SEP> - <SEP> 331
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Die <SEP> Verschiedenheit <SEP> der <SEP> JI-Werte <SEP> i.;
t
<tb> praktisch <SEP> ausgeglichen, <SEP> denn <SEP> es <SEP> wird <SEP> .jetzt
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Die beschriebene Verdrehung der Wiclzel- köpfe hat jedoch fabrikationstechnische Nacli- teile, und es ist in hohem Masse wünschens- wert. die Verschiedenheit der JI-Werte aus zugleichen. oh.--e die Herstellung der Wicldung wesentlich zu erschweren:
in der Erreichung dieses Zieles besteht der Zweck vorliegender Erfindung.
Dieser Zweck wird beispielsweise dadurch erreieltt. dal., die (Truppe von Teilleitern, welche die Windung bildet, zunächst ohne irgend welche Verdrehung durch den untern und mittlern Teil der Nuten gewickelt wird.
worauf dann eine einmalige Verdrehung er folgt, derart, dass die Reihenfolge der Teil leiter im obern Teil der tut sich umkehrt. In der Anwendung der Erfindung auf die beschriebene, aus 3 Windungen bestehende Spule durchläuft man zunächst unter Beibe haltung der Reihenfolge der Teilleiter a., <I>b, c, d</I> die erste und die zweite Windung und geht dann in der umgekehrten Reihenfolge der Teilleiter d, c% <I>b,
</I> a durch die dritte Windung. Es ergibt sich so die in Fig. 7 dargestellte Anordnung. Bildet man für diese wiederum die =TI-Werte der einzelnen Teilleiter durch Srrnrrnierung der Quadrate der durchlaufenen Schichtnummern, so erhält man (1) (1= + 52 -1- 122)<B>2</B> = 340 b) (22 _f_ t;
2 -f--11=1 2 # 322 ') (32 + 7\ _# 1()2) 2 - 3l6 @l) (4--f-82+ 92) ?=322 Es zeigt sich, dass diese Anordnung, praktisch ebensogut ist.
wie die durch Umkehrung der ganzen Wickelköpfe erzielte, denn es ist
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Wenn man eine aus 4 Windungen beste hende Spule hat, so wird rnan in ähnlicher Weise eine Umkehr der Reihenfolge der Teilleiter nach der dritten Windung vorneh men. Bei 5 M'indungen pro Spule kann man die Umkehr entweder nach der dritten oder nach der vierten Windung bewirken.
Die Umkehrstelle wird vorzugsweise im Wickel- kopf liegen, kann aber auch in der Nut selbst angeordnet sein. Als Mittel zur Bewirkung der Umkehr h@@nnen hierbei auch die bekann ten Anordnungen verschränkter Stube benutzt werden. Das beseliriebene Prinzip läht sieh ohne weiteres auch auf eine Spulenserie an wenden,
sowie auch auf eine Stabwicklung mit mehreren Stäben pro Nut. Hat mau beispielsweise eine Stabwicklung mit 3 Stäben pro Nrit und je .l parallel geschalteten Teil leitern, wodurch sich eine Anordnung der Teilleiter in der Nut ergibt, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, so kann man die Stäbe durch aus Teilleitern bestehende Bügel derart mit einander verbinden, da() jeweils der der Nutenöffnung benachbarte Stab in bezug auf die Reihenfolge der ihn bildenden Teilleiter gegenüber den beiden untern Stäben umgedreht ist.
Es können hierbei entweder jeweils zwei der untern und sodann ein oberer Stab durch laufen werden, oder man könnte auch bei spielsweise zunächst die beiden untern Stäbe aller Nuten eirar Phase durchlaufen und sodann nach Umkehr der Reihenfolge der Teilleiter die entsprechenden obern Stäbe durchlaufen. Viele andere Kombinationen sind möglich, und das beschriebene Prinzip lässt sich auf zahlreiche der bekannten Wick lungen anwenden.
Schliesslich ist es auch noch möglich, das den Gegenstand der Erfindung bildende Prin zip zur Ausbildung eines stromverdrängungs- freien Stabes zu verwenden, dessen Teilleiter an beiden Enden miteinander verbunden sind.
Denkt man sich beispielsweise einen aus 12 parallelen Teilleitern bestehenden Stab, wie er im Querschnitt in der Fig. 8 darge stellt ist, so kann inan in demselben zwei Verschränkungsstellen vorsehen, in denen eine Lagenvertauschung der Teilleiter stattfindet, derart, dass eine Linienführung entsteht, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist.
Hier sind die 12 Teilleiter in drei Gruppen von je 4 Teil leitern zusammengefasst. Die Gruppe I, die aus den Teilleitern a., b, c und d besteht, ist in der Fig. 9 stärker ausgezogen. Man sieht, dass diese Gruppe unter Beibehaltung der Reihenfolge a, b, <I>c,</I> d von links anfangend zunächst den untersten Teil und sodann den mittleren Teil der Nut durchläuft.
Hierauf tritt eine Umkehr der Reihenfolge ein und die Gruppe I durchläuft dann den obersten Teil der Nut im letzten Drittel der Eisen- länge in der Reihenfolge d, c.
b, n.. Betrachtet man die Linienführung der Gruppen II und III, so erkennt man, dass sie der Gruppe I genau gleichwertig sind, indem hier wie dort die Teilleiter in jeder Teilleitergruppe 1111 untern und mittleren Drittel der Nutenh;'.lie die gleiche, im obern Drittel dagegen die umgekehrte Reihenfolge aufweisen.
Berechnet man jetzt für die einzelnen Teilleiter dieses Stabes die H-Werte aus der Summe der Quadrate der durchlaufenen Schichtnummern, so ergibt sich, dass dieselben praktisch gleich sind. Man findet nämlich a) 12 --@-- 52 -E--13= <B>170</B> b) 22-E- 6=-f-11==161 < -j :
,2 -E- 7=-f-10 =158 dj 42 -@- g2 -@- 92 -161 52 -@ - 1?= --@- 1 ---170 f') 6= -f- 11=-E-- 22 - 1t1 72 -f-102 -[- 3:
-'=158 h) 82 -@ 92-+ 1= - 161 G) 9" -i-- 4" -[- <B>8</B>2 - 161 k) 102 -E- 32 + 72 =158 <B>1</B>) 11<B>'</B> -f- 2 = -E-- 62 =<B>1</B>61 a)
12'+ 1=-f- 52=170
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Es ist bei dieser Berechnung vorausgenetzt. dass der Eintluss der Verschränkung sstellen selbst entweder vernachlässigt werden kann oder aber kompensiert ist, und da?) die im Eisen liegenden, jeweils einer Schichtnummer zugeordneten Längen eines Teilleiterzuges einander gleich sind. Diese Voraussetzungen brauchen jedoch nicht unbedingt erfüllt zu sein.
Man kann vielmehr unter Umständen gerade durch eine gewisse ungleiche Bemes sung der jeweils einer Schichtnummer zuge ordnetem Längen eine noch vollkouinienert# Ausgleichung der AI-Werte erreichen. insbe sondere auch mit Rücksicht auf den Einfluss der Verschränkungsstelle. Die Verschränkung, kann beispielsweise durch seitlich angebrachte Verbindungsbügel bewirkt werden, wobei zur Vermeidung eines seitlichen Wulstes die Flachleiter an der Verschränkungsstelle schma ler gehalten sind.
Statt dessen kann auch in an sich bekannter Weise ihr Querschnitt derart umgeformt werde". < 1a1;, die Verschr:i.n- kung ohne äufki-liche der l"er- schränkungsstelle bewirkt wird.
Die Erfindung beNehränkt sich im übrigen nicht auf in Nuten eingebettete @Wicklungs- stäbe oder -Spulen elektrischer 'Maschinen (einseitig umgebendes magnetisches Medium), sondern ist ganz allgemein für beliebige Wicklungselemente, zum Beispiel auch für die Wickelköpfe elektrischer Maschinen und Apparate (gleiclimäf,')
ig umgebendes i,nmagne- tisclies Medium) verwendbar.