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Wicklung für Dynamomaschinen Die Erfindung betrifft eine Wicklung
für den Ständerkern einer dynamoelektrischen Maschine, in der der elektrische Leiter,
der den zum Einlegen in eine Nut im Ständerkern bestimmten Teil der Wicklung bildet,
eine in zwei Reihen angeordnete Mehrzahl von Teilleitern hat, wobei jede Reihe eine
gleiche Anzahl von Teilleitern enthält und jeder Teilleiter durch Drehung um 360°
so verschränkt ist, daß er jede Lage der anderen Teilleiter in beiden Reihen über
im wesentlichen gleiche Teile der Leiterlänge einnimmt.
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Bei Wicklungen elektrischer Maschinen, insb@esondere bei Wechselstrommaschinen,
.aus einem massiven Leiter mit großem Querschnitt entstehen, besonders wenn sie
in tiefen Nuten im Anker untergebracht sind, hohe Wirbelstromverluste, die ihren
Ursprung in der Stromverdrängung haben, welche durch den mit dem Leiter verketteten
Streufluß hervorgerufen wird. Dabei rufen sowohl der Nutenstreufluß, welcher den
im Blechpaket befindlichen Teil der Ankerleiter durchsetzt, wie auch der Stirnstreufluß,
der sich in den Stirnverbindungen außerhalb des Blechpaketes ausbildet, Wirbelstromverluste
durch Stromverdrängung hervor.
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Zur Verminderung der Wirbelstromverluste wird der Leiter, der den
Teil der Wicklung bildet, aus einer Anzahl parallel geschalteter, versetzter Teilleiter
aufgebaut, die gegeneinander isoliert sind.
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Ein Verfahren, um die Teilleiter in dem zum Einlegen in die Nut bestimmten
Teil des Leiters zu versetzen, besteht darin, daß die Teilleiter gleichmäßig um
360° versetzt werden, so daß jeder Teilleiter alle Lagen über eine gleiche Strecke
längs der ganzen Nut einnimmt. Bei dieser Versetzungsweise liegen die Teilleiter
an den entgegengesetzten Enden der Nut, jedoch in derselben relativen Stellung radial
zur Nut, d. h., die Teilleiter, die an dem einen Ende in der Nut oben liegen, befinden
sich auch am anderen Ende in der Nut oben. Spannungen, diedurch den unterschiedlichen
Stirnstreufluß in den Teilleibern induziert werden, werden nicht ausgeglichen.
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Ein gleichmäßiges Versetzen der Teilleiter über 180°, so daß diese
Teilleiter an gegenüberliegenden Enden des Leiters gerade umgekehrt liegen, hat
die Wirkung, Streuspannungen auszugleichen, die von Änderungen im Stirnstreufluß
herrühren. Da die Teilleiter aber nicht alle Lagen für gleiche Teile der Leiterlänge
einnehmen, werden die vom Nutenstreufluß induzierten Spannungen nicht genügend ausgeglichen.
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Es ist auch bekannt, daß zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten durch
den Stirnstreufluß die Teilleiter innerhalb der Stirnverbindungen selbst verschränkt
werden. Dieser Maßnahme steht als hauptsächliche Schwierigkeit der Mangel an Platz
im Wickelkopf entgegen. Jede Verschränkung von Teilleitern vergrößert die Abmessungen
des gesamten Leiters und läßt eine erwünschte, möglichst kurze Länge der Stirnverbindungen
nicht zu.
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Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist auch vorgeschlagen worden,
die Teilleiter in den Stirnverbindungen gruppenweise und nicht einzeln zu versetzen.
Hiermit wird jedoch nur ein Kompromiß erreicht, da die Zahl der Gruppen nicht größer
als die Zahl der Spulen je Phase gewählt werden kann.
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Es ist auch bekannt, den Verschränkungsgrad, innerhalb und außerhalb,
der Nut so zu wählen, daß ein Ausgleich der vom Stirnstreufeld induzierten Spannung
durch die vom Nutenstreufeld induzierte Spannung bewirkt wird. Dieses Verfahren
liefert jedoch keine befriedigenden Ergebnisse, da sich das Stirnstreufeld nur sehr
ungenau vorausberechnen läßt und damit die Dimensionierung der Verschränkung sehr
schwierig ist.
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Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, eine verbesserte Anordnung
der Teilleiter in einem unterteilten Leiter einer Wicklung zu schaffen, die diese
Nachteile vermeidet.
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Nach der Erfindung wird jeder Teilleiter durch eine zusätzliche Drehung
so verschränkt, daß er an entgegengesetzten Enden des Leiters in der Ständernut
relativ umgekehrte Lagen einnimmt, die um 180,° gegeneinander gedreht sind, und
daß keine Verschränkung in den Stirnverbindungen außerhalb der Enden der Ständernüt
stattfindet.
Vorzugsweise wird jeder Teilleiter innerhalb der Länge
des Leiters durch Drehung um 540° versetzt. Nach einem weiteren Merkmal werden die
Teilleiter gleichförmig, aber im ersten und vierten Viertel der Leiterlänge mit
einer anderen Steigung als im zweiten und dritten Viertel versetzt. Durch das Versetzen
der Teilleiter um mindestens 540° innerhalb der Nut werden nicht nur die vom veränderlichen
Nutenstreufluß induzierten Spannungen auf die einzelnen Teilleiter ausgeglichen,
sondern es heben sich auch die Unterschiede in den vom Stirnstreufluß induzierten
Spannungen auf. Somit kann der Wickelkopf aus uriverschränkten Teilleitern aufgebaut
werden, ohne daß merkliche Wirbelstromverluste im Wickelkopf durch Stromverdrängung
hervorgerufen werden.
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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel durch die schematischen
Zeichnungen veranschaulicht. Fig. 1 ist eine schematische Längsansicht eines Leiters,
die die Versetzung der Teilleiter gemäß der Erfindung zeigt; Fig.2, 3, 4 und 5 sind
Schnitte durch den Leiter nach den Linien II-II, III-III, IV-IV und V-V von Fig.1;
Fig.6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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In den Zeichnungen (Fig. 2 bis 6) ist ein Leiter 10 von rechteckigem
Querschnitt dargestellt. Er ist in eine Nut 11 im Ständerkern 12 einer Dynamomaschine
eingelegt, um so einen Teil ihrer Wicklung zu bilden. Zwei Leiter 10 sind in jeder
Nut dargestellt, und die gut erstreckt sich der Länge nach zwischen den Querschnitten
II-II und V-V nach Fig. 1.
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Der Leiter 10 umfaßt eine Mehrzahl rechteckiger Teilleiter, die in
den Zeichnungen mit den Buchstaben a, b, c, d, e, f, g, 1z, i, j bezeichnet
sind. Die Teil-Leiter a. bis j sind parallel miteinander verbunden, um den Leiter
10 zu bilden.
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Die Teilleiter sind in zwei Reihen nebeneinander angeordnet, und jede
Reihe hat dieselbe Anzahl von Teilleitern. Die Teilleiter a bis
j sind voneinander durch Einzelisolation jedes Teilleiters isoliert (was
in der Zeichnung nicht dargestellt ist) ; gegen die Kernnut und gegen den Nachbarleiter
sind sie durch Isolation 14 isoliert.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Versetzung der Teilleiter a bis
j über die ganze Länge des Leiters in der Kernnut. Die aus den Teilleitern
c, bis e bestehende erste Teilleiterreihe ist mit ausgezogenen Linien, die zweite
Reihe aus den Teilleitern f bis j ist gestrichelt dargestellt. Die
zweite Reihe ist in Fig.1 ein wenig beiseite gerückt, um die Versetzung der Teilleiter
deutlicher zu zeigen. So veranschaulicht der in Fig. 2 .dargestellte OuerschnittII-II
die relative Lage der Teilleiter an d.ern einen Ende des Leiters. so, wie der Leiter
in die Kernnut eintritt.
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Beim Verteilen des Leiters über die Kernnutenlänge sind die Teilleiter
des Leiters durch Drehung gleichförmig verschränkt. Diese Verschränkung ist in Fig.
1 für die Teilleiter a, bis j im Uhrzeigersinn dargestellt, so daß Leiter
a auf Leiter b in der Kernnut von oben nach unten folgt und so weitergeht
bis wieder hinaus zum oberen Rand. In der Praxis ist es natürlich ebensogut möglich,
die Verschränkung im Gegensinn des Uhrzeigers durchzuführen.
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Beim Verteilen des Leiters längs des ersten Viertels der Leiterlänge
in der Nut werden die Teilleiter um 180° verschränkt. Die Lage der Teilleiter am
Ende der ersten Viertellänge des Leiters und der Nut ist in Fig.3 gezeigt, die einen
Querschnitt nach der Linie III-III von Fig. 1 darstellt. Über diese Länge nehmen
die Teilleiter die Hälfte der Nutenstellungen über im wesentlichen gleiche Längen
dieses Viertels der Leiterlänge ein.
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Über das zweite und dritte Viertel der Leiterlänge, einer Länge, die
natürlich der Hälfte der Leiterlänge gleich ist, werden die Teilleiter wieder gleichförmig
um 180° verschränkt, aber die Verschränkung erfolgt nur mit der halben Steigung
der Verschränkung im ersten Viertel der Leiterlänge. Die Lage der Teilleiter am
Ende von drei Vierteln der Leiterlänge ist in Fig. 4 dargestellt, die einen Querschnitt
nach der Linie IV-IV in Fig. 1 wiedergibt. Die Lage der Teilleiter an dieser Stelle
entspricht der Lage beim Eintritt in die Kernnut, d. h., die gesamte Verschränkung
nach drei Vierteln der Leiterlänge beträgt 360°.
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Die Lagen, die von den Teilleitern längs des zweiten und dritten Viertels
der Leiterlänge eingenommen werden, sind Lagen, die von diesen speziellen Teilleitern
längs des ersten Viertels der Leiterlänge nicht eingenommen werden.
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Längs des vierten Viertels der Leiterlänge werden die Teilleiter a.
bis j wieder durch Drehung um 180° und m.it derselben Steigung wie im ersten Viertel
der Leiterlänge gleichförmig versetzt. Die Lage der Teilleiter am Ende des Leiters
ist in Fig. 5 als Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 1 dargestellt. An dieser
Stelle ist jeder Teilleiter um 5401° verschränkt worden. Die von den einzelnen Teilleitern
längs des vierten Viertels der Leiterlänge eingenommenen Lagen entsprechen denen
im ersten Viertel der Leiterlänge. Damit hat jeder Teilleiter bei Verschränkung
um insgesamt 540° jede zweite Lage in beiden Reihen über im wesentlichen gleiche
Abschnitte der Leiter- und Nutenlänge eingenommen.
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Wenn Strom durch den Leiter 10 fließt, so ändert sich der durch diesen
Strom hervorgerufene Induktionsfluß in seiner Dichte vom Boden der Nut zu ihrem
Rand. Dieser Unterschied in der Induktionsdichte ruft eine Spannungsdifferenz zwischen
den Teilleitern hervor. Durch die Versetzung der Teilleiter, wie oben beschrieben,
werden die Teilleiterspannungen, die von dem veränderlichen Nutenfluß herrühren,
ebenso ausgeglichen wie die Teilleiterspannungen, die in dem radia1 veränderlichen
Stirnstreufluß ihren Ursprung haben.
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Fig. 6 zeigt eine andere Anordnungsweise, bei der in die Nut Kühlrohre
15 in unmittelbarer Berührung mit den Leitern eingelegt sind. Die Teilleitera bis
j werden in derselben Weise versetzt, wie dies bei der Anordnung nach Fig. 1 bis
5 beschrieben worden ist.