DE525105C

DE525105C - Unterteilter, verdrillter Leiter fuer Stabwicklungen elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE525105C
Application number: DEA58767D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Pohl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1929-08-14
Filing date: 1929-08-14
Publication date: 1931-05-19

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. MAI 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d ² GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. August 1929 ab

Die übliche Unterteilung und Verschränkung der Leiter von Wechselstrommaschinen beruht auf der Erkenntnis, daß das Nutenquerfeld in den verschiedenen Höhenlagen des Leiters verschiedene EMKe erzeugt. Der Anstieg des Nutenquerfeldes vom Nutengrund f nach der Nutenoberfläche zu verläuft annähernd !proportional. Über die Höhe des Kupferquerschnittes Q (Abb. 1) könnte die Zunahme der Dichte des Nutenquerfeldes durch die Gerade ON dargestellt werden.

Aus diesen Erwägungen heraus wurde die Lagenänderung der Teilleiter bei Stabwicklungen über die Länge L₁ (Abb. 2) des wirksamen Eisens vorgenommen. Dieser Bereich der Wicklung soll im folgenden als der im wirksamen Eisen eingebettete Stabteil bezeichnet werden. Die untereinander verschränkten Teilleiter 1, 2, 3, 4, 5 und 6 bei Abb. 6 sind außerhalb der Nut

ao durch Verlöten parallel geschaltet und bilden den sogenannten Kunststab.

Ihre Verschränkung ist konstruktiv in verschiedenartiger Weise gelöst worden. Von den beiden gebräuchlichsten Methoden beruht die eine darauf, daß jeder Teilleiter von einem Stirnende des wirksamen Eisens bis zum anderen stufenweise nacheinander alle Höhenlagen der Nut einnimmt, eine Ausführungsform, wie sie der Einfachheit halber ausschließlich in der Zeichnung gewählt wurde, die andere darauf, daß die Teilleiter ähnlich einem Schraubengang fortlaufend ihre Lage in der Nut ändern.

Man hat auch bei fortlaufenden Wicklungen die ungleichmäßige Auswirkung des Nutenquerfeldes durch Anordnung von Verschränkungen im Wickelkopf kompensiert, so daß Wicklungsabschnitte in einer Nut gegen solche in der zur anderen Spulenseite gehörigen Nut ausgeglichen wurden. Zu dem nämlichen Zweck verwandte man ferner als Leitermaterial verdrillte Litze, deren Drähte am Ende verlötet wurden. Schließlich ist es auch bekannt, die Stirnbügel von Stabwicklungen großen Querschnitts zu unterteilen und zu kreuzen, um in ihnen Wirbelströme zu vermeiden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß nach den vorerwähnten Gesichtspunkten, insbesondere bei Stabwicklungen oder allgemein bei Wicklungen mit großem Leiterquerschnitt, der erstrebte vollkommene Ausgleich der EMKe noch nicht erreicht ist, weil das Stirnstreufeld sich besonders in einer Tangentialkomponente auswirkt, welcher die unmittelbar an die stirnseitigen Austrittsstellen der Wicklung aus der Nut an die in letzterer eingebetteten Wicklungsteile sich anschließenden Längsabschnitte L₂ ausgesetzt sind. Diese Tangentialkomponente des Stirnstreufeldes äußert sich in ähnlicher Weise wie das Nutenquerfeld und soll deshalb als Stirnraumquerfeld bezeichnet werden.

Auch die Dichte des Stirnraumquerfeldes wächst von der äußeren Kante des aus der Nut herausragenden freien Stabendes nach seiner inneren Kante zu. Doch geschieht der Anstieg in

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin-Charlottenburg.

geringerem Maße als beim Nutenquerfeld. Das folgt daraus, daß der Luftweg für das Nutenquerfeld durch die Breite der Nut, derjenige für das Stirnraumquerfeld dagegen im wesent-S liehen durch den Abstand zwischen den Flanken zweier benachbarten Stäbe gebildet ist. In Abb. ι mag die Verteilung der Felddichte des Stirnraumquerfeldes auf die Gesamthöhe des Leiterquerschnittes außerhalb der Nut etwa

ίο durch die Gerade Oi? bestimmt sein. Man kann mit einiger Annäherung annehmen, daß sich die Dichte des Nutenquerfeldes zur Dichte des Stirnraumquerfeldes etwa wie die Zahnteilung t zur Nutenbreite r verhält.

In Erkenntnis dieses Vorganges werden daher die Teilleiter der unmittelbar an den im wirksamen Eisen eingebetteten Stabteil sich anschließenden, in gleicher Art wie letzterer unterteilten, aus den Nuten herausragenden freien Stabenden unter sich oder gemeinschaftlich mit den Teilleitern des im wirksamen Eisen eingebetteten Stabteiles verschränkt. Diese Verschränkungen sollen die durch das Stirnraumquerfeld in den Längsabschnitten der freien Stabenden induzierten EMKe ausgleichen und eine Stromverdrängung praktisch ausschließen. Sie können entweder so angeordnet sein, daß die durch das Stirnraumquerfeld in den Teilleitern der freien Wicklungsenden induzierten EMKe unter sich ausgeglichen werden, oder aber gemeinsam mit den vom Nutenquerfeld in dem im wirksamen Eisen eingebetteten Stabteil induzierten EMKen.

Von diesen beiden genannten Ausführungsmöglichkeiten zeigen die erstere die Abb. 3 und 4, die letztere die Abb. 5 und 6 der Zeichnung.

Bei dem Beispiel nach Abb. 3 sind die freien,

in sechs Teilleiter unterteilten Stabenden L₂ so verschränkt, daß auf jeder Stirnseite eine vollkommene Kompensation der durch das Stirnraumquerfeld induzierten EMKe zur Geltung kommt. Man erhält, sechs Teilleiter vorausgesetzt, folgendes Bild:

23456
61

2 3 4 5 6

3 4 5 6 ι 2

4 5 6 ι 2 3 ί

5 6 12 3 4

6 I 2 3 4 5 j

561234
612345
123456
234561
345612
456123

Daraus erkennt man, daß auf jedem Stirnende jeder der Teilleiter i, 2, 3, 4, 5 und 6 bereits jede Höhenlage des Stabquerschnittes eingenommen hat, ehe das Leiterbündel in die Nut eintritt und dort die bekannte Verschränkung in Rücksicht auf das Nutenquerfeld erhält.

Es können hier auch statt der dargestellten Verschränkungskonstruktion für die freien Wicklungsenden andere bekannte Verschränkungsmethoden verwendet werden, wenn sie eine solche Lagenvertauschung der Teilleiter herbeiführen, daß auf jeder Stirnseite der beabsichtigte Ausgleich stattfindet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 ist ebenfalls der Ausgleich der durch das Stirnraumquerfeld in den außerhalb der Nut liegenden Längsabschnitten induzierten EMKe durch diese selbst erreicht, doch im Vergleich zur Anordnung nach Abb. 3 so, daß sich die linke Stirnseite gegen die rechte kompensiert, jeder der sechs Teilleiter also auf dem einen Stirnende in drei Höhenlagen des Stabquerschnittes, auf dem anderen Stirnende in den übrigen drei Höhenlagen gleichmäßig verläuft. Verfolgt man hier die einzelnen Teilleiter, so erhält man folgendes Schema:

ι 6 5
216
321

4 3 2

5 4 3

6 5 4 J

L₁

4 3 2

5 4 3

6 5 4
165
216
S 2 ι

Es ist hier nicht Bedingung, daß die Verschränkung auf beiden Stirnseiten symmetrisch ist, wenn nur jeder Teilleiter im Zuge der freien Stabenden beider Stirnenden zusammengenommen, also über die Länge 2 L₂, sämtliche Höhenlagen bzw. sämtliche Stellen des Stabquerschnittes einnimmt. Auch hier kann statt go der gewählten jede beliebige Verschränkungskonstruktion zur Anwendung gelangen, soweit sie für beide Stirnenden gemeinsam den gewünschten Ausgleich ergibt.

Wie bereits erwähnt, besteht die Möglichkeit, die vom Stirnraumquerfeld in den freien Stabenden induzierten EMKe auch gegen die vom Nutenquerfeld in den Stabteilen des wirksamen Eisens induzierten EMKe auszugleichen, wenn die Teilleiter der im wirksamen Eisen eingebetteten Stabteile zusammen mit denjenigen der daran anschließenden freien Stabenden verschränkt werden. Dann darf aber die Lagenänderung der Teilleiter nicht nach gleichen Strecken erfolgen, sondern diese Strecken müssen im Stirnraum um das Verhältnis

Dichte des Nutenquerfeldes ..„ ■,

Dichte des Stirnraumquerfeldes &°^ββΐ ^bemessen sein als in der Nut.

In Abb. 5 kommt dieses Merkmal durch die no Verschiedenheit der Strecken I₁, L und I₃ zum Ausdruck, Der Stab ist demnach nicht, wie vordem üblich, über die Länge L₁ des Eisens, sondern erfindungsgemäß über die ganze Länge L — L₁ + 2 L₂ einmal vollständig verschränkt.

Da der Stab bei diesem Beispiel acht Teilleiter aufweist, sind über die ganze Länge L sieben Verschränkungsstellen verteilt, so daß jeder Teilleiter über diese Länge alle acht Höhenlagen einnimmt. Innerhalb der Nut ge-120 schieht der Lagenwechsel der Teilleiter durch die Verschränkungsstellen in gleichen Abständen I₁.

Die Strecken I₂ an der Austrittsstelle aus der Nut befinden sich teilweise im wirksamen Eisen und zum anderen Teil im Stirnraum, deshalb ist der letztgenannte Teil bereits um das Verhältnis der Dichten jener Querfelder länger gehalten als I₁. Die Strecken I₃ schließlich liegen völlig im Stirnraum und sind demgemäß auf der ganzen Länge um das bezeichnete Verhältnis größer bemessen.

ίο Unter Umständen ist es erwünscht, die freien Enden von Stabwicklungen der Länge nach aufzuspalten, um die dadurch gebildeten Teilenden über je einen besonderen Teilbügel mit einem entsprechenden Teilende des zur anderen Spulenseite gehörigen Stabes zu verbinden. Erhielten dann die im Stirnraum liegenden Längsabschnitte im Sinne der Erfindung überdies noch besondere Verschränkungen, insbesondere solche, die eine Ausklinkung des Leitermaterials zur Voraussetzung haben, dann würde die Herstellung solcher verschränkten und gegabelten Enden einmal sehr erschwert sein, andererseits auch das konstruktive Gefüge nicht die genügende Steifigkeit aufweisen.

Bei Verwendung der Verschränkungskonstruktion mit stufenförmiger Lagenänderung der Teilleiter und bei gemeinsamer Verschränkung der Teilleiter der im wirksamen Eisen eingebetteten Stabteile mit denjenigen der daran anschließenden freien Stabenden über die Gesamtlänge L hat man es in der Hand, jene Längsabschnitte außerhalb der Nut von Verschränkungsstellen frei zu halten, so daß ohne weiteres die axiale Spaltung vorgenommen werden kann, ohne die Leiterenden noch weiter durch Ausklinkungen zu schwächen. Man 'braucht die Verschränkungsstellen über die Gesamtlänge L, wie Abb. 6 zeigt, nur so zu verteilen, daß auf jeder Stirnseite die letzte Verschränkungsstelle V₁ bzw. V₇ am Austritt der Wicklung aus der Nut oder noch im Bereich des wirksamen Eisens liegt. Dann läßt sich trotzdem ein vollständiger Ausgleich sowohl der durch das Nutenquerfeld als auch der durch das Stirnraumquerfeld induzierten EMKe erzielen.

Handelt es sich bei der gemeinsamen Verschränkung um Kunsttäbe mit Teilleitern, deren Lagenwechsel nicht stufenweise, sondern fortlaufend vor sich geht, dann ist die Bedingung für den gewünschten Ausgleich erfüllt, wenn der Steigungswinkel der Teilleiter im Bereich der Nut in dem angegebenen Verhältnis der Dichten beider Ouerfelder steiler gehalten ist als im Stirnraum.

Claims

Patentansprüche:

1. Unterteilter, verdrillter Leiter für Stabwicklungen, dessen Teilleiter an beiden Enden im Wickelkopf miteinander leitend verbunden sind, insbesondere für Wechselstrommaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter der aus den Nuten herausragenden freien Stabenden für sich oder gemeinschaftlich mit denen des im wirksamen Eisen eingebetteten Stabteiles derart verschränkt sind, daß die durch das Stirnraumquerfeld in den freien Stabenden der beiden Stirnseiten induzierten EMKe in jedem Stabende für sich oder für beide gemeinsam oder gemeinsam mit den vom Nutenquerfeld im Stab induzierten EMKen ausgeglichen werden.

2. Unterteilter, verdrillter Leiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter eines jeden freien Stabendes in an sich bekannter Weise so verschränkt sind, daß sie alle Höhenlagen des Stabquerschnittes durchlaufen.

3. Unterteilter, verdrillter Leiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter der freien Enden eines Stabes in an sich bekannter Weise so verschränkt sind, daß sie beim Durchlaufen beider Stabenden alle Höhenlagen des Stabquerschnittes einmal einnehmen.

4. Unterteilter, verdrillter Leiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter derart verschränkt sind, daß in go den freien Stabenden die Lagenänderung der Teilleiter nach einer etwa um das Ver-, ..,, . Dichte des Nutenquerfeldes ..„

haltms =r^r—₃—s-= ⁱ ftj— größeren

Dichte des Sürnraumquerfeldes °

Strecke erfolgt als innerhalb der Nuten.

5. Unterteilter, verdrillter Leiter nach Anspruch 4 mit stufenförmiger Lagenänderung der Teilleiter, insbesondere für Stabwicklungen, . deren freie Enden zum Anschluß unterteilter Verbindungsbügel gegabelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter so verschränkt sind, daß die letzte Verschränkungsstelle auf jeder Stirnseite unmittelbar am Austritt des Leiters aus der Nut oder noch im Bereich des wirksamen Eisens liegt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen