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DE3122808C2 - Dynamoelektrische Maschine - Google Patents

Dynamoelektrische Maschine

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Publication number
DE3122808C2
DE3122808C2 DE3122808A DE3122808A DE3122808C2 DE 3122808 C2 DE3122808 C2 DE 3122808C2 DE 3122808 A DE3122808 A DE 3122808A DE 3122808 A DE3122808 A DE 3122808A DE 3122808 C2 DE3122808 C2 DE 3122808C2
Authority
DE
Germany
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cores
conductors
coils
rod
practically
Prior art date
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Expired
Application number
DE3122808A
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English (en)
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DE3122808A1 (de
Inventor
Shigetaka Kobe Hyogo Kawai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE3122808A1 publication Critical patent/DE3122808A1/de
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Publication of DE3122808C2 publication Critical patent/DE3122808C2/de
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einem im wesentlichen zylindrischen Anker (1), der einen drehbaren Kern mit einer Vielzahl von in dessen Mantelfläche vorgesehenen Nuten (1a) aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zahlreiche Spulen oder Windungen (2, 3) nach einer Anzahl von Polen und Phasen gewickelt sind, daß die Spulen (jeweils) mehrere getrennte Einzeladern bzw. -leiter (5) aufweisen und daß die Adern oder Einzelleiter (5) der Spulen aufweisen und daß die Adern oder Einzelleiter (5) der Spulen (2, 3) einander in mehreren Lagen (levels) überlappen und jeweils über die Länge der Spule in bezug auf die anderen Adern so gekreuzt (transposed) sind, daß sie in den Nutabschnitten (5) (d.h. in den Abschnitten innerhalb der Nuten) einander unter einem Winkel von praktisch 360 °, dividiert durch die Zahl von Segmenten, über welche die Adern einander kreuzen sollen, kreuzen und an den endseitigen Verbindungsteilen (T1, T2) unter einem Winkel von praktisch 360 °, dividiert durch das Doppelte der Zahl von Segmenten, über welche sich die Adern kreuzen sollen, entgegengesetzt bzw. umgekehrt (reverse) gekreuzt sind, so daß sich über alle Segmente hinweg eine Gesamtkreuzung (total transposition) praktisch entsprechend 360 ° einstellt. Mit der beschriebenen Konstruktion können auch bei Maschinen mit kurzen Ankerkernen oder einer großen Zahl von Aderlagen zirkulierende Ströme zwischen den Adern bzw. Einzelleitern wirksam unterdrückt werden. Außerdem kann ...

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Majp schi ne nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
U Die Ankerwicklungen von dynamoelektrischen Ma-
pj schinen werden im allgemeinen aus in mehrere Tcillcitcr
I unterteilten Stäben geformt, um durch Magnetfluß er-
-| zeugte Wirbclsiröme in den Spulen zu verhindern.
I Die getrennten, einzelnen Teilleilcr erzeugen jedoch
I gegenseitig einen Potcn\ialunte: schied aufgrund des
Hj Magnetflußeffekts, wobei /.vhchcn den Teillcitern ein
H zirkulierender Strom fließt. Dies ka..η jedoch durch eine
'% Verdrillung zwischen den Teilleitcrn verhindert werden.
■K Bei bisherigen Ankerwicklungen werden die Teillci-
i'f ter im Nutteil normalerweise über 360° verdrillt, so daß
jede:r Teilleiter über die axiale Länge des Stabes in dem % Raum zwischen seinem Eintrittspunkt in die Nut und
'|i seinem Austrittspunkt aus dieser in jede Relativlage
\\ verdreht ist.
κ] Dieses bisherige Verfahren zum Verdrillen der Teft-
»■■ leiter in einem Stab erfordert jedoch doppelt soviclc
i ; Überkreuzungen zwischen den Teilleitcrrcihen, wie
''"' Teilleiter vorhanden sind; bei Maschinen mit einem kurzen Ankerkern oder einer großen Zahl von Tcilleiierla- ri gen ist dabei die Steigung der Verdrillungcn außerordentlich groß, weshalb eine solche Anordnung im Hin- !■■ blick auf Größenbeschränkungen in der Praxis oft nicht
.;; anwendbar ist.
;:; Au« F. Heiles: »Wicklungen elektrischer Maschinen und
-'' ihre: Herstellung«, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1953,
Seite 99, ist eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Teilleiter beispielsweise durch mehrere Windungen hindurchgeführt .,;' sind, ohne sich jeweils am Stabende bzw. auf der Spulenseite untereinander zu verbinden.
Weiterhin ist es aus Sequenz: »Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen«, Wien, 1973, Seite 78, Abschnitt 3.3.2 und aus »Technische Mitteilungen AEG-Telefunken«, 63/1973. Heft 1. Seiten 21 und 22, bei Kunststabwicklungen bekannt, die Tcillciter in einer Nut um 3b0" zu verdrillen. Wenn die Tcillciter dabei an den Stabenden und Stabverbindung») voneinander isoliert sind, dann genügt eine einmalige Verdrillung um 360° innerhalb eines Wicklungsstranges, so daß die Teil leiter innerhalb dieses Warklungsstranges alle verschiedenen Seiten ■ und Höhenlagen im Wickelkopf durchlau-
fen. Die Verdrillungcn können auch in den Stabverbindungen erfolgen, und insbesondere in »Technische Mitlcilungcn« (a. a. O.) wird auf die Schwierigkeit der Verdrillung im Nulicil sehr kurzer Maschinen verwiesen.
·> Es ist Aufgabe der Erfindung, eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei kurzem Ankerkern und einer großen Anzahl von Tcillciierlagcn eine wirksame Untcrdrückmg der lichlingsirömc zwischen den Teilleitern zu gewährlci-10 !ilen vermag.
Diese Aufgabe wird bei einer dynamoelektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches eririndungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenden Merkmale gelöst.
Durch die Verdrillung der Tcilleiter um jeweils einen Bruchteil von 360" und die Verschaltung der Stäbe um jeweils die Hälfte der Verdrillung in den Nuten läßt sich so auch bei kurzen Maschinen über die gesamte Wicklung bzw. Spule hinweg eine Verdrillung um 360° erzielen, so daß die Schlingströmc wirksam unterdrückt werden können.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine im Schnitt gehaltene Teilseilenansicht einer dynamoelektrischen Maschine,
Fig. 2 eine Darstellung einer Windung einer Ankerwicklung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, von der Seite her gesehen,
M) I: i g. 3 eine Aufsicht auf den Nutabschnitt der Windung gemäß K i g. 2,
F i g. 4a einen Schnitt längs der Linie X-X in F i g. 2,
F i g. 4b einen Schnitt längs der Linie Y- Kin F i g. 2. F i g. 4c einen Schnitt längs der Linie Z-Z\n F i g. 2,
V5 F i g. 5 eine sehematischc Darstellung der verdrillten Tcillciter zur Veranschaulichung von Schnitten längs der Linien /-/. K-K. L-L und M-M an den Endabschnitten der Windungen einer Spule, wobei die Ansichten im Schnitt längs der Linien L-L und M-M im Sinne der fortlaufenden Wiedergabe und zur Erleichterung des Verständnisses umgedreht dargestellt sind.
F i g. b eine schemulische Darstellung der Verdrillung bei einer Spule aus vier Windungen gemäß Fig. 2 in aufeinanderfolgenden Nutabschnitten der oberen Stäbc. wobei die End- und Anschlußteile sowie die Nutabschnitte der unteren Stäbe der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind.
F i g. 7 eine sehematischc Darstellung der Positionen der Tcillcitcr an den F.nden der Nutteile nach F i g. 2 für jeden einzelnen Teilleiier,
F i g. 8 eine schematische Darstellung der Verdrillung eines Teils des oberen Stabes einer Ankerwicklung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, von der Seite her gesehen, und
v> F i g. 9 eine Aufsicht auf den Nutabschnitt des Stabes gemäß F i g. 8.
Fig. I zeigt im Schnitt einen Teil eines Ankers einer dynamoelektrischen Maschine, bei der ein drehbarer Ankerkern 1 in seiner Mantelfläche eine Anzahl von bo Nuten la aufweist, in welche jeweils die geraden Abschnitte eines oberen und eines unteren Stabes 2 bzw. 3 eingesetzt sind, die wiederum jeweils eine halbe Windung bilden, wobei ein Vcrbiiulungstcil 2b am einen linde des oberen Stabes 2 und ein Verbindungsteil 3i> am einen linde des unleren Stabes 3 in einer NuI ta im Abstand eines Poles zur Bildung einer einzigen Windung 4 miteinander verbunden sind. Der Verbindungsteil 2.7 am anderen Ende des oberen Stabes 2 ist mit dem
jnteren Stab einer benachbarten Windung desselben 3OIs und derselben Phase (oder der Kreuzungsleitung wischen Spulengruppen) verbunden, und der Verbindungsteil 3a am anderen Ende des unteren Stabes 3 ist nit dem oberen Stab einer benachbarten Windung desselben Pols und derselben Phase (oder der Kreuzungseitung zwischen Spulengruppen) verbunden. Ein Abschnitt 5(F i g. 1) des oberen und unteren Stabes 2 bzw. 1 bildet einen sog. Nutabschnitt (d. h. einen in der Mut la ingeordneten Abschnitt), während Abschnitte E1 und E 2 die Endteile und Abschnitte Tt und T2 die Verbindungsteile darstellen.
F i g. 2 veranschaulicht die Verdrillung der Teilleiter einer Windung von der Seile her gesehen, während Fig.3 den Nutabschnitt eines Stabes gemäß Fig.2 in Aufsicht zeigt Die jeweiligen isolierten Teilleiter 5 des oberen und unteren Stabes 2 bzw. 3 sind im Nutabschnitt S unter einem passenden Winkel von weniger als 360° verdrillt. Dabei beträgt der Schrägungswinkel längs der Nut bei zwei Teilleiterreihen und vier Teilleiterlagen im wesentlichen 90", wobei die oberen und unteren Stäbe 2 bzw. 3 oben und unten jeweils zwei Überkreuzungen 5p aufweisen. Bei jeder Windung sind oberer und unterer Stab 2 bzw. 3 an Verbindungsicilen 7"2 durch Anschlüsse 7 und 8 verbunden. An Verbindungsteilen Tl ist der obere Stab 2 mit einem unteren Stab 3 einer benachbarten Windung desselben Pols und derselben Phase sowie der untere Stab 3 mit einem oberen Stab 2 einer benachbarten Windung desselben Pols und derselben Phase jeweils durch Anschlüsse 7 und 8 verbunden. Durch die Verbindungen an den Verbindungsstellen Tl und T2 wird die Lage der Teilleiter 5, in deren Verlaufsriclilung gesehen, geändert. In den F i g. 2 und 3 entspricht diese Lagenänderung eines Teilleiters 5 einer Kreuzung von praktisch 45°.
Die Fig.4a bis 4c sind Schnittansichlen längs der Linien X-X. Y-Y bzw. Z-Z in Fi g. 2 zur Veranschaulichung der Positionen jedes Teilleiters 5. Die einzelnen Tcilleitcr 5 von oberer und unterer Spule 2 bzw. 3 sind jeweils durch einen passenden Anschluß 7, 8 miteinander verbunden und durch Löten oder Verpresscn befestigt.
F i g. 5 veranschaulicht schcmatisch die Verdrillungcn der einzelnen Teilleiter 5 längs einer Phase im Schnitt längs der Linien J-J, K-K- L-Lund M-Man den Eridtcilen £1 und El gemäß Fig.2. Jeder Abschnitt weist in die Verlaufsrichtung der Spule (vgl. den Pfeil): zur Erleichterung des Verständnisses der Verdrillung des unteren Stabes 3 ist dieser ur? 180° umgedreht dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Windungen 4 je Pol und Phase vorhanden, und es sind jeweils vier obere und vier unlere Stäbe 2 bzw. 3 vorgesehen. Buchstaben A-D und n-d bezeichnen die acht einzelnen, parallelgeschaltcten Teilleiter. Der Bereich einer Windung 4 ist durch ein strichpunktiertes Kästchen angegeben. Oberer und unterer Stab 2 bzw. 3 jedes Tcilleiters 5 sind in jedem Nutabschnitt Süber praktisch 90" in Verlaufsrichtung verdrillt, während sie sich an den Verbindungsteilen Tl und T2 um praktisch 45° in Rücklaufrichtung verdrillen, d. h. entgegengesetzt zur Richtung in den Nutabschnitten 5; diese Anordnung wiederholt sich für jede der vier Windungen je Pol und Phase, und jeder Teilleiter 5 ist insgesamt um einen elektrischen Winkel von im wesentlichen 360" über einen vollen Umlauf der oberen und unteren Spulen 2 bzw. 3 verdrillt. Die clcktromor.rischc Kraft der einzelnen Teillciter 5 in den Windungen jedes Pols und jeder Phase ist daher im Gleichgewicht, und die Stromverteilung ist gleichmäßig.
Fig.6 zeigt schematisch die durchgehende Verdrillung im Nutabschnitt von allen vier oberen Stäben 2 in einer Phase eines Pols mit weggelassenen Verbindungsteilen Tl und T2 und weggelassenen Nutabschnitten der unteren Stäbe, wobei die Nutabschnitte mit S1 für den ersten oberen Stab 2 und mit S2 für den zweiten oberen Stab usw. bezeichnet sind. Der mit b bezeichnete Teilleiter5 entspricht dem Teilleiter bgemäß Fig.5. Im ίο Hinblick aul die Gesamtheit einer Phase weist jeder Teilleiter 3 diessclbe Verdrillung von 360° über die gesamten Nutabschnitte wie beim Stand der Technik auf, und jeder Teilleiter ist bezüglich des Magnetflusses in den Nuten symmetrisch.
F i g. 7 zeigt für jeden Teilleiter 5 der vier Windungen je Pol und Phase die an den Enden der oberen und unteren Stäbe 2 bzw. 3 eingenommene Lage. Die Symbole o, ·, O und φ geben jeweils die von den Teilleitern in den Schnitten längs der Linien J-J. K-K, L-L bzw. M-M eingenommenen Lagen an, wob / der obere Abschnitt dem oberen Stab 2 und der unter? Abschnitt dem unteren Stab 3 entspricht. Jeder Teilleiter A-D und a-dnimmt dieselbe Lage oben und unten sowie links und rechts ein, und sie sind sämtlich bezüglich des Magnetilusses in 1 ^mfangs- und Radialrichtung symmetrisch.
Die erwähnte Symmetrie der Teilleiter 5 wird dadurch erreicht, daß die Zahl der Teilleiterlagen der Zahl (vier) der Windungen je Pol und Phase gleich ist und in den Nutabschniuen von oberem und unterem Stab 2 jo bzw. 3 eine Verdrillung auf die Position des übernächsten Teilleiters, d. h. 90°, vorgesehen ist, während am Anschlußteil am Spulenende eine umgekehrte Verdrillung entsprechend einem Tcilleiter (45°) vorgesehen ist. Wenn also die Zahl der Windungen gleich N ist, so J5 sind obere und untere Stäbe 2 bzw. 3 in den Nutabschnitten mit einer Verdrillung von 360° ■ /V-' und in den Anschlußtcilcn mit einer solchen von 360" · (2N)-' angeordnet; auf diese Weise ist es möglich, jeden Leiter einer Ankerwicklung in bezug auf den einwirkenden Magnetfluß abzugleichen bzw. symmetrisch zu gestalten, wenn die Zahl N der Windungen je Pol und Phase der Zahl der Teilleiterlagen gleich ist.
Es lassen sich ähnliche Wirkungen bei Anwendung auf einen Fall erzielen, in welchem die Zah1 der Windun-4r> gen je Pol und Phase gleich m ■ N ist. Genauer gesagt: durch m-malige Wiederholung der in Fig.5 gezeigten Verdrillung erhalten die in Fig.5 gezeigten Teilleiter eine symmetrische Verdrillung von 360° · m, und die Lagen der Enden gemäß Fig. 7 werden jeweils mit m multipliziert, so daß wieder eine symmetrische Anordnung erzielt wird.
Falls jedoch eine große Zahl von Teilleitern vorhander, ist, Können diese auf die in den F i g. 8 und 9 dargestellte Weise angeordnet werden, welche die Seitenf'äehe eines Abschnitts des oberen Stabes zeigen. Die Teilleiter 5 des oberen Stabes 9 und des unteren Stabes (nicht dargestellt) sind in mehrere Teilleitergruppen 10 unterteilt, die durch die Anschlüsse 7 und 8 jeweils zusammengefaßt sind. Die Teilleiter 5 in einer einzelnen ho Gruppe 10 sind an beiden Enden des oberen Stabes 9 und des unteren Stabes kurzgeschlossen, «o da3 ein zirkulierender Strom einer gewissen Größe fließen kann; im Gegensatz zu dem Fall, in welchem alle Teilleiter 5 einer Halbwindung a.·. beiden Enden kurzgeschlossen bi sind, ist der zirkulierende Strom zwischen den Teilleilern 5 innerhalb der cin/.clncn Gruppen 10 nicht sehr groß. Infolgedessen kann ohne weiteres diese Konstruktion angewandt werden, bei welcher die Teiileiter zu
Gruppen ΊΟ zusammengefaßt sind, indem das Ausmaß der zusätzlichen Verluste erfaßt und die Tempcrauirauslegung entsprechend gewählt wird.
Wenn beispielsweise die Zahl der Windungen je Pol und Phase 7 und Tcilleiterlagenzahl M = 6 betragen, ist r, die Zahl der Windungen immerhin ahnlich der Zahl N = 6, so daß die Verdrillung in den Nulabschnitten praktisch 60° und die umgekehrte oder entgegengesetzte Verdrillung am Verbindungsteil praktisch 30" betragen können, wobei der Vcrdrillungsvcrlauf in den Nut- in abschnitten einer Phase gemäß Fig.6 einem elektrischen Winkel von 420" (360° + 60° = 420") entspricht, wie dies bei den Endteil-Teilleiterpositioncn gcmäU F i g. 7 durch die Symbole o, ·, O und Φ angegeben ist. Dies bedeutet, daß für eine Einzelphase mit sieben Win· ιί düngen sechs Windungen symmetrisch sind, während die Teilleitcr der restlichen einen Windung unsymmetrisch sind und somit ein gewisser zirkulierender Strom fließt. Das in Reihe geschaltete Stück der Tcillciter ist jedoch sehr lang, und die Impedanz in bc/ug auf den ,m zirkulierenden Strom zwischen den Tcilleilern ist zudem so groß, daß zusätzliche Verluste ausreichend klein gehalten werden können. Selbst wenn daher die Beziehung zwischen der Zahl der Windungen je Pol und Phase und der Zahl der Tcillciterlagen kein ganzzahliges 2r> Vielfaches ist, kann bei entsprechender Auslegung dennoch die beschriebene Verdrillung angewandt werden.
Wie beschrieben, erfolgt die Verdrillung der Teilleiler im Nutabschnitt eines Stabes mit einem Winkel von im wesentlichen 360" dividiert durch die Zahl der Windun- in gen, über welche die Teilleiter einander kreuzen sollen, und die Positionen der Teilleiler in bezug auf einen anderen Slab sind an den Vcrbindungstcilen so versetzt, daß sie mit einer entgegengesetzten Verdrillung unter einem Winkel praktisch entsprechend der Hälfte des r> Verdrillungswinkels innerhalb der Nuten angeschlossen sind, so daß jeder Teilleiter über einen Gesamtwinkel von 360° oder einen nahezu 360° entsprechenden Winkel verdrillt ist. so daß auch bei Konstruktionen mit kurzem Ankerkern oder einer großen Zahl von Tcillci- ι» terlagen zirkulierende Ströme zwischen den Tcilleilern wirksam unterdrückt werden können. Auch bei den bisherigen Konstruktionen, bei denen eine 360" Verdrillung in einem Nutabschnitt angewandt wird, so daß praktisch keine Interferenz hervorgerufen wird, kann -r. bei Anwendung der vorgeschlagenen Verdrillung der A.ufwand verringert werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Dynamoelektrische Maschine mit einem genuteten Anker mit mehrphasiger Wicklung aus Stäben, die aus miteinander verdrillten, an den Spulenenden parallel geschalteten Teilleitern zusammengesetzt sind, wobei jeder Stab eine bestimmte Anzahl von zum Nulgrund parallelen Teilleiterlagen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter (5) innerhalb der Nuten (Ia^ jeweils um einen Winkel von 360°, geteilt durch die Zahl der Tcilleiterlagen, verdrillt sind und an den endseitigen Vcrbindungsteilen (Tu Tt) der Stäbe unter einem Winkel von 360°, geteilt durch das Doppelte der Zahl der Teillciterlagen, in entgegengesetzter Richtung verschaltet sind, wobei die Zahl der Stäbe je Pol und Phase (gleich der Zahl der Stäbe je Spule) zumindest annähernd der Z^hI der Teilleiterlagen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.
DE3122808A 1980-06-09 1981-06-09 Dynamoelektrische Maschine Expired DE3122808C2 (de)

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Publications (2)

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DE3122808A1 DE3122808A1 (de) 1982-05-06
DE3122808C2 true DE3122808C2 (de) 1987-01-02

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