Stabwicklung für Wechselstrommaschinen mit konzentrischen Spulen W echselstrommaschinen grosser Leistung werden im allgemeinen mit Stabwicklungen ausgeführt. Am gebräuchlichsten sind dabei Wicklungen mit Spulen gleicher Weite, die als Einschichtwicklung oder als Zweischichtwicklung ausgeführt sein können. Nur in besonderen Fällen, und zwar hauptsächlich bei Ein phasengeneratoren, werden diese Wicklungen mit konzentrischen Spulen, also mit Spulen ungleicher Weite ausgeführt.
Mit Rücksicht auf eine möglichst geringe Wider standserhöhung durch Stromverdrängung, werden die Wicklungsstäbe in bekannter Weise als Kunststäbe ausgebildet, von denen die bekannteste Ausführung der Roebelstab ist. Dabei wird durch eine geeignete Verdrillung der in zwei Schichten angeordneten Teil leiter eine gleichmässige Stromverteilung über den gesamten Stabquerschnitt erreicht. Im allgemeinen werden solche Wicklungen mit einem Stab pro Nut ausgeführt.
Bei sehr grossen Stromstärken und ent sprechenden Nuttiefen ist es aus fertigungstechni schen Gründen aber notwendig, den Stab in zwei elektrisch parallel geschaltete radial übereinander liegende Stäbe aufzuteilen, die zweckmässig durch eine Zwischenlage voneinander getrennt sind, in der z. B. Widerstandsthermometer angeordnet sein kön nen.
Um bei solcher Unterteilung der Stäbe nicht nur eine gleichmässige Stromverteilung innerhalb der Stäbe zu erreichen, sondern auch den Strom gleich mässig auf die parallelen Wicklungszweige, in denen die Stäbe liegen, zu erreichen, ist es -erforderlich, die oben und unten in den Nuten liegenden Stäbe so auf die parallelen Wicklungszweige zu verteilen, dass die Summe ihrer Streureaktanzen jeweils gleich ist.
Bei den sonst üblichen Zweischichtwicklungen mit Spulen gleicher Weite ist diese Forderung immer erfüllt, da in den Stirnverbindungen an jeder Ver- kröpfungsstelle automatisch ein Lagenwechsel zwi schen Ober- und Unterschicht erfolgt.
Sind bei einer Wicklung der in Rede stehenden Art die konzentrischen Spulen von zwei (oder einem Mehrfachen von zwei) Polen in Reihe geschaltet, so lässt sich dieses Ziel in einfacher Weise erreichen, indem die in der einen Polspule oben in den Nuten liegenden Stäbe mit den in der anderen Polspule unten liegenden Stäben in Reihe verbunden werden und umgekehrt. Eine solche Möglichkeit besteht aber nicht, wenn z. B. bei einer zweipoligen Maschine die Spulen der beiden Pole parallel zu schalten sind, so dass die ganze Wicklung 4 parallele Zweige enthält.
Um insbesondere in solchen Fällen bei konzentri schen Spulenwicklungen für Wechselstrommaschinen, bei denen in den Nuten zwei in parallel geschalteten Zweigen eines Wicklungsstranges liegende Stäbe radial übereinander angeordnet sind, gleiche Im pedanz der parallel geschalteten Zweige zu erzielen, werden nach der Erfindung in den Stirnverbindungen zwischen den Stäben Kreuzungen vorgesehen, in welchen je ein oben und ein unten in einer Nut liegender Stab miteinander verbunden sind.
Sollen nur die Nutstreureaktanzen der parallelen Zweige der Wicklung ausgeglichen werden, so genügt es im allgemeinen, eine Kreuzung in der mittleren Windung jeder Polspule vorzusehen. Wenn aber auch die Impedanzen der Stirnverbindungen berück sichtigt werden sollen, so sind mehrere Kreuzungen je Polspule erforderlich. Vorzugsweise wird in jeder Windung eine Kreuzung der Stirnverbindungen vor gesehen.
Um eine Vergrösserung des für die Stirnverbin dungen erforderlichen Raumes durch die Anordnung der Kreuzungen zu vermeiden, kann nach einer Weiterentwicklung der Erfindung bei der Verwen dung von Stäben in der Art eines Roebelstabes ein Aufbau der Kreuzungen vorgesehen werden, bei dem die Teilleiter einer Schicht jedes Stabes in solchen Abständen und in einem solchen stumpfen Winkel in Richtung auf den anderen Stab um ihre Breitseite abgebogen sind, dass zwischen ihnen Zwischenräume entstehen, in welche die in gleicher Weise abgeboge nen Teilleiter der anderen Schicht mit Hilfe von Kröpfungen eingeschoben sind,
so dass sämtliche Teilleiter eines jeden Stabes an der Stelle der Lagen vertauschung in einer radialen Schicht flach über einander liegen und die in gleicher Weise überein ander liegenden Teilleiter des anderen Stabes kreuzen.
In der Fig. 1 wird beispielsweise eine Stirnver bindung einer solchen Wicklungsanordnung, an der zur besseren Demonstrierung die Isolation teilweise entfernt ist, in Ansicht dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht in axialer Richtung der Wicklungsanord nung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung. Der Doppelstab besteht aus zwei parallel geschalteten, übereinander angeordneten Stäben<I>a</I> und<I>b.</I> Um eine anschauliche Darstellung zu erhalten, sind die Stäbe im Beispiel aus nur zwölf Einzelleitern zusammengesetzt, die in Form eines Roebelstabes verdrillt sind. In dem Stab a sind jeweils sechs Leiter 11-16 zu einer Leiterschicht 1 und 6, Leiter 21-16 zu einer Leiterschicht 2 zusam mengefasst angeordnet, wobei die beiden Schichten 1 und 2 parallel nebeneinander liegen.
Die Über führung der Leiter des Stabes a aus der oberen Ebene in die untere Ebene und des Stabes b in umgekehrter Weise von der unteren Ebene in die obere Ebene ist folgendermassen ausgeführt: Der Leiter 11 ist zunächst gerade weitergeführt, während der Leiter 21 nach unten und nach links hin so abgekröpft ist, dass er unter den Leiter 11 zu liegen kommt. Ebenso ist etwas weiter links der Leiter 22 unter den Leiter 12 geführt usw. Wie aus der Ansicht der Fig. 1 gut ersichtlich ist, sind die beiden Teilleiter 11 und 21 nach unten abgebogen. Links von dieser Abbiegestelle sind die dort bereits ebenfalls untereinander angeordneten Leiter 12 und 22 nach unten abgebogen usw.
Die dadurch in einer Schicht untereinander liegenden Leiter 11, 21, 12, 22 usw. werden bis in die untere Ebene herabgeführt, dort wieder durch entsprechende Biegungen und Kröpfungen in zwei Schichten nebeneinander an geordnet, so dass die Leiter 21, 11 und in der näch sten Lage die Leiter 22, 12 usw. bis 26, 16 neben einander zu liegen kommen. Auf dem überführungs- stück von der oberen Ebene nach der unteren Ebene besitzt der Stab a also nur die Breite eines Teilleiters, der in der Darstellung der Zeichnung hinten an geordnet ist.
Es ist daher möglich, den Stab b spiegel bildlich zu dem Stab a auf eine Teilleiterbreite zusammenzufassen, so dass also unter dem Leiter 31 die Leiter 4.1, 3.2, 4.2 usw. bis 3.5, 4.5, 3.6, 4.6 zu liegen kommen. Dieser auf eine Leiterbreite gebrachte Stab wird analog zu der Anordnung beim Stab a nach oben gebogen und im Beispiel vor dem Stab<I>a</I> vorbeigeführt. Der Stab<I>b</I> wird in der oberen Ebene wieder so aufgelöst, dass in der ersten Lage nebeneinander die Leiter 3.1 und 4.1, in der nächsten Lage 3.2, 4.2 usw. bis 3.6 und 4.6 in der letzten Lage zu liegen kommen. Durch die schräge Lage der Leiter auf dem Überführungsstück erhöht sich selbst verständlich die Gesamthöhe des Stabes.
Der Ab biegewinkel kann jedoch so gewählt werden, dass die Erhöhung jedes Stabes nicht grösser wird, als der ohnehin erforderliche vertikale Abstand zwischen den beiden Stäben.
Bei einer solchen Anordnung ist es also möglich, die Vertauschung der beiden Stäbe <I>a</I> und<I>b</I> vor zunehmen, ohne dass die Höhe und die Breite der beiden Stäbe insgesamt vergrössert werden muss. Sind nicht nur die Leiter in den Nuten, sondern auch in den Stirnverbindungen nach Art eines Roebel- stabes, d. h. innerhalb jeder Stirnveibindung um 360 verdrillt, so werden die Kreuzungsstellen zweck mässig so angeordnet, dass beiderseits der Kreuzungs stelle je eine Verdrillung der Teilleiter um 180 vor handen ist.
Die Erfindung ist an die beschriebene und im Beispiel gezeigte Ausführung nicht gebunden. So kann die übereinanderordnung der Teilleiter des oberen Stabes ebenso gut auf der rechten und die der anderen auf der linken Seite erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Leiterschichten nach der über führung in die andere Ebene in ihrer alten Gruppie rung anzuordnen, also keine Vertauschung ihrer Schichten in tangentialer Richtung vorzunehmen. Auch besteht die Möglichkeit, den ersten Teilleiter nach oben abzukröpfen und auf den Parallelleiter aufzulegen. Hierbei tritt jedoch eine kurze Erhöhung der Gesamthöhe um die Höhe eines Teilleiters ein.
Bar winding for alternating current machines with concentric coils Alternating current machines of high power are generally designed with bar windings. The most common are windings with coils of the same width, which can be designed as single-layer or two-layer windings. Only in special cases, mainly with a phase generators, these windings are made with concentric coils, that is, with coils of unequal width.
With regard to the lowest possible resistance increase by current displacement, the winding bars are designed in a known manner as synthetic rods, of which the most famous version is the Roebel bar. An even current distribution over the entire cross-section of the rod is achieved by suitable twisting of the partial conductors arranged in two layers. In general, such windings are carried out with one bar per slot.
With very large currents and ent speaking groove depths, however, it is necessary for fabrication technical reasons to divide the rod into two electrically parallel, radially superimposed rods, which are conveniently separated from each other by an intermediate layer, in the z. B. resistance thermometer can be arranged NEN.
In order to not only achieve a uniform current distribution within the rods with such a subdivision of the rods, but also to achieve an even distribution of current to the parallel winding branches in which the rods are located, it is necessary to place the branches above and below in the slots Distribute the bars to the parallel winding branches so that the sum of their leakage reactances is always the same.
In the otherwise usual two-layer windings with coils of the same width, this requirement is always met, since a change of layer between the upper and lower layers takes place automatically in the end connections at every cranking point.
If the concentric coils of two (or a multiple of two) poles are connected in series in a winding of the type in question, this goal can be achieved in a simple manner by connecting the rods in one of the pole coils in the slots at the top with the in the other pole coil lower rods are connected in series and vice versa. However, such a possibility does not exist if z. B. in a two-pole machine, the coils of the two poles are to be connected in parallel so that the entire winding contains 4 parallel branches.
In particular in such cases with concentric coil windings for AC machines, in which two bars lying in parallel branches of a winding strand are arranged radially one above the other in the grooves, the same Im pedance of the parallel branches are to be achieved according to the invention in the end connections between the Rods intersections are provided, in each of which a rod lying above and a rod below in a groove are connected to one another.
If only the slot stray reactances of the parallel branches of the winding are to be compensated, it is generally sufficient to provide a crossing in the middle turn of each pole coil. However, if the impedances of the end connections are to be taken into account, several crossings per pole coil are required. A crossing of the end connections is preferably seen in each turn.
In order to avoid an increase in the space required for the end connections by the arrangement of the crossings, a structure of the crossings can be provided according to a further development of the invention when using bars in the manner of a Roebel bar, in which the sub-conductors of a layer of each bar are bent around their broad side at such intervals and at such an obtuse angle in the direction of the other rod that gaps are created between them, into which the subconductors of the other layer, which are bent in the same way, are inserted with the help of bends,
so that all sub-conductors of each rod lie flat on top of each other in a radial layer at the point where the layers are interchanged and the sub-conductors of the other rod that are in the same way on top of each other cross.
In Fig. 1, for example, a Stirnver connection of such a winding arrangement, on which the insulation is partially removed for better demonstration, is shown in view. Fig. 2 shows a plan view in the axial direction of the Wicklungsanord voltage.
3 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention. The double bar consists of two bars <I> a </I> and <I> b </I> and <I> b. </I> that are connected in parallel and arranged one above the other of a Roebel rod are twisted. In the bar a, six conductors 11-16 are respectively arranged to form a conductor layer 1 and 6, conductors 21-16 to form a conductor layer 2, with the two layers 1 and 2 lying parallel to one another.
The transfer of the head of the rod a from the upper level to the lower level and the rod b in reverse from the lower level to the upper level is carried out as follows: The head 11 is initially continued straight, while the head 21 down and is bent to the left so that it comes to lie under the head 11. Likewise, a little further to the left, the conductor 22 is guided under the conductor 12, etc. As can be clearly seen from the view in FIG. 1, the two sub-conductors 11 and 21 are bent downwards. To the left of this turning point, the conductors 12 and 22, which are already arranged one below the other, are bent downwards, etc.
The conductors 11, 21, 12, 22, etc., lying one below the other in a layer, are brought down to the lower level, where they are again arranged next to each other in two layers by corresponding bends and cranks, so that the conductors 21, 11 and in the next Most position the conductors 22, 12, etc. to 26, 16 come to lie next to each other. On the transfer piece from the upper level to the lower level, the bar a therefore only has the width of a partial conductor, which is arranged at the back in the representation of the drawing.
It is therefore possible to summarize the bar b in mirror image to the bar a on a partial conductor width, so that the conductors 4.1, 3.2, 4.2 etc. to 3.5, 4.5, 3.6, 4.6 come to lie under the conductor 31. This bar, which has been brought to the width of a ladder, is bent upwards analogously to the arrangement for bar a and, in the example, passed in front of bar <I> a </I>. The bar <I> b </I> is dissolved again in the upper level so that in the first layer the conductors 3.1 and 4.1 lie next to each other, in the next layer 3.2, 4.2 etc. to 3.6 and 4.6 in the last layer come. The inclined position of the ladder on the transfer piece naturally increases the overall height of the rod.
However, the bending angle can be selected so that the increase in each rod is not greater than the vertical distance between the two rods, which is required anyway.
With such an arrangement it is possible to swap the two bars <I> a </I> and <I> b </I> without having to increase the height and width of the two bars as a whole. Are not only the conductors in the grooves but also in the end connections in the manner of a Roebel bar, i. H. Twisted 360 within each frontal connection, the crossing points are expediently arranged in such a way that the partial conductors are twisted by 180 on both sides of the crossing point.
The invention is not bound to the embodiment described and shown in the example. So the superimposed arrangement of the sub-conductors of the upper bar can just as well be done on the right and that of the others on the left. It is also possible to arrange the conductor layers in their old grouping after they have been transferred to the other level, i.e. not to interchange their layers in the tangential direction. There is also the option of cropping the first partial conductor upwards and placing it on the parallel conductor. However, there is a brief increase in the total height by the height of a partial conductor.