DE721136C - Wicklungsanordnung fuer Laeufer von Drehfeld-Kollektomaschinen, insbesondere laeufergespeisten Drehstromnebenschlussmotoren - Google Patents

Wicklungsanordnung fuer Laeufer von Drehfeld-Kollektomaschinen, insbesondere laeufergespeisten Drehstromnebenschlussmotoren

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DE721136C
DE721136C DES138122D DES0138122D DE721136C DE 721136 C DE721136 C DE 721136C DE S138122 D DES138122 D DE S138122D DE S0138122 D DES0138122 D DE S0138122D DE 721136 C DE721136 C DE 721136C
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Germany
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winding
collector
fed
lamellas
phase shunt
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Expired
Application number
DES138122D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Robert Stix
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K27/00AC commutator motors or generators having mechanical commutator
    • H02K27/02AC commutator motors or generators having mechanical commutator characterised by the armature winding

Landscapes

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

Description

  • Wicklungsanordnung für Läufer von Drehfeld-Kollektormaschinen, insbesondere läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Wicklungsanordnung für Läufer von Drehfeld-Kollektormaschinen, die mit Bürstenverschiebung arbeiten, insbesondere von läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren. Die Kollektorwicklung hat hier im wesentlichen die Aufgabe, die Schlupfleistung, die beim Drehstromasynchronmotor bei der Drehzahlregelung in Widerständen vernichtet wird, wieder dem Primärteil zuzuführen und gleichzeitig die Umwandlung von der Schlupffrequenz in die Netzfrequenz vorzunehmen. Da beim läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotor die Kollektorwicklung und die Primärwicklung (Schleifringwicklung) in den gleichen Nuten liegen, läuft das Drehfeld immer mit der gleichen der Netzfrequenz entsprechenden Geschwindigkeit über die Leiter der Kollektorwicklung hinweg.
  • Die Windungsspannung und damit die zwischen zwei benachbarten Kollektorlamellen auftretende Spannung, die sogenannte La mellenspannung, ist somit durch die Stärke des Feldes und die Netzfrequenz bestimmt. Da die Lamellenspannung gewisse Werte (etwa 2 bis 2,5 V) nicht überschreiten darf, ist die Größe des Kraftflusses je Pol und damit die ganze Auslegung der Maschine beschränkt.
  • Zur Abhilfe wurde bereits vorgeschlagen, die Lamellenspannung durch Anbringung zusätzlicher Kollektorlamellen zu unterteilen, die an Zwischenverbindungen liegen, welche mit ihrem anderen Ende an die dem Kollektor abgekehrten Stirnverbindungen der Wicklung angeschlossen, durch die Ankernuten hindurchgeführt und mit der einfachen Stabspannung induziert sind. Bei dieser Anordnung haben sich jedoch insofern Mängel gezeigt, als die einzelnen Kollektorlamellen verschieden stark beansprucht werden, weil die Teilspannungen am Kollektor in ihrer Phase stark voneinander abweichen, so daß sich im selben Zeitpunkt sehr verschiedene Spannungen an den benachbarten Lamellen ergeben. Dies führt zu ungleichmäßiger Ab nutzung der aufeinanderfolgenden Lamellen, die sich in Schwärzung jeder zweiten Lamelle, in Flimmern am Kollektor usw. äußert. Dazu kommt noch, daß durch die Überlagerung der durch die Stromwendung in der kurzgeschlossenen Windung erzeugten Spannung wegen der starken Phasenabweichung der aufeinanderfolgenden Teilspannungen auch die Größe der zwischen den einzelnen Kollektorlamellen auftretenden Gesamtspannungen verschieden wird.
  • Nach der Erfindung werden diese Nach= teile dadurch behoben, daß gleichzeitig mit den vorgenannten Zwischenverbindern zwischen Wicklung und zusätzlichen Kollektorlamellen eine gesehnte Wicklung angewendet wird, vorzugsweise im Ausmaß von 3/4 bis 1/2 der Polteilung. Durch gleichzeitige Anwendung dieser beiden Mittel wird erreicht, daß die Teilspannungen am Kollektor nicht nur kleiner werden gegenüber einer Ausführung mit Durchmesserwicklung, sondern daß sie auch in ihrer Phasenlage weit weniger voneinander abweichen.
  • In Fig. i ist ein Teil einer Wicklung nach der Erfindung dargestellt. Mit a bis f sind die Wicklungsstäbe dreier Windungen gezeichnet. z1, z2, z3 sind die ebenfalls zweckmäßig in Ankernuten untergebrachten Zwischenverbinder. Mit i bis 7 sind die Kollektorlamellen bezeichnet. Ist die Wicklung, wie in der Figur angedeutet, derart gesehnt, daß die Spulenweite die Hälfte der Polteilung t" beträgt, so ergibt sich der in Fig. a dargestellte Potentialverlauf am Kollektor. Die in den Leitern a bis f induzierten Spannungen sind in Fig. 2 mit ea, eb, e, usw. bezeichnet. Da die Wicklung im Ausmaß der halben Polteilung gesehnt ist, schließen beide Stabspannungen einer Windung einen Winkel von 9o° ein. Die Spannungen e"" ez2, ey", in den Zwischenverbindern fallen in die Winkelhalbierende der Spannungen e" und eb bzw. e, ei usw., wenn, wie angenommen, die Zwischenverbinder in der Mitte zwischen den Stäben einer Windung angeordnet sind. Die Potentialv er teileng am Kollektor ist durch die Punkte I I bis VII gegeben, die den Potentialen an den Kollektorlamellen i bis 7 entsprechen. Die Spannungen zwischen den aufeinanderfolgenden Lamellen sind mit e1 2, e2 3, e3 4 USW- bezeichnet.
  • Zum Vergleich mit dem Erfindungsgegenstand ist in Fig. 3 die Potentialverteilung am Kollektor unter der Annahme wiedergegeben, daß eine Durchmesserwicklung vorliegt. In diesem Falle sind die aufeinanderfolgenden Spannungen zwischen je zwei Lamellen bei denselben Stabspannungen nicht nur größer, sondern es ergeben sich auch in ihrer Phasenlage viel stärker voneinander abweichende Lamellenspannungen, :die eine ungleiche Beanspruchung der aufeinanderfolgenden Lamellen :bedingen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel im Sinn der Erfindung ist in Fig. q. dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine zweigängige Schleifenwicklung verwendet, wobei die Zwischenlamellen des einen mit Zwischenverbindern versehenen Wicklungszuges zugleich die Hauptlamellen des anderen Wicklungszuges bilden. Der eine Wicklungszug besteht au den Stäben a, b, c, d, e, f, der zweite (strichliniert gezeichnete) Wicklungszug aus den Stäben a', b', c', d', e', f'. Die Zwischenverbinder des erstgenannten Wicklungszuges sind mit z1, z2, z3 bezeichnet. Die Zwischenlamellen a, 4., 6 dieses Wicklungszuges bilden zugleich die Hauptlamellen des anderen Wicklungszuges.
  • Ist angenommen, daß immer zwei Stäbe je Wicklungszug in einer Nut liegen und daß die Wicklung gesehnt ist, so ergibt sich fier die Anordnung nach Fig. q. ein Spannungsbild nach Fig. 5. Die Teilspannungen des einen Wicklungszuges sind mit ea, eb, ec, e,,. ee, ei bezeichnet, die Spannungen in den Zwischenverbindern mit e"" e..=, e-_, die Spannungen des zweiten Wicklungszuges mit e"', eb , e,', ed, et', ei '.'Die Potentiale am Kollektor entsprechen den Punkten I, II, III, IV, V, VI, wobei die Potentiale II, IV, VI, die dem zweiten Wicklungszug aufgedrückt werden, zugleich durch die Zwischenverbinder des ersten Wicklungszuges festgelegt sind-Da der in der nächsten Nut liegende Leiter e um eine Nutteilung tN gegenüber den Leitern a und c versetzt ist, ergibt sich zwischen der Spannung e, einerseits und den Spannungen e" und e, andererseits ein der Nutteilung entsprechender Winkelunterschied ' Da die Spannung zwischen IV und VI größer ist als .die zwischen 1I und IV, würden Ausgleichströme entstehen. Um diese zu vermeiden, kann zweckmäßig die Anordnung so 1 getroffen werden, daß die durchschnittliche Spulen%veite der einzelnen Wicklungszüg° verschieden groß gemacht wird. Im gezeich neten Ausführungsbeispiel -hat-- zu diesem Zweck die an die Lamellen 4 und 6 ange schlossene Windung des Wicklungszuges ä , b', c', d, e', f' eine um eine Nutteilung größere Spulenweite als die übrigen Windungen.
  • Die Aufteilung der Spannung zwischen den einzelnen Kollektorlamellen ist .auch hier um so gleichmäßiger, je stärker die Wicklung gesehnt wird. Die Sehnung der Kollektorwicklung bedingt zwar einen schlechteren Wickelfaktor und demgemäß eine größere Stromdurchflutung und größeren Kupferaufwand. Dies bedeutet aber insbesondere bei läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren keinen Nachteil, weil der Raumbedarf der Kollektorwicklung an sich ein mäßiger ist und weil durch die Sehnung andererseits der Kraftfluß bei gegebener Windungsspannung größer gewählt werden kann als bei Durchmesserwicklung, so daß es im Endergebnis möglich ist, die Leistungsfähigkeit derartiger Motoren wesentlich zu erhöhen.
  • Wegen der größeren Stromdurchflutung der gesehnten Kollektorwicklung ergeben sich normalerweise größere Ströme je Bürstenbolzen, die eine Vergrößerung der Kollektorabmessungen bedingen. Dem kann erfindungsgemäß dadurch in vorteilhafter Weise ent gegengewirkt werden, daß der Kollektor der Maschine mit einem Strom von höherer Phasenzahl als 3 gespeist wird. Dadurch ermäßigt sich der Strom je Bürstenbolzen entsprechend der Phasenzahl, so daß trotz größerer Stromdurchflutung der Wicklung die Strombelastung der Kollektorbürsten sich nicht erhöht, ohne daß die Zahl der Bürstenbolzen vermehrt zu werden braucht.
  • Bei Drehstromkollektormaschinen ist eine möglichst sinusförmige Feld- bzw. AW-Verteilung anzustreben, um die Feldoberwellen klein zu halten. Bei der Verwendung gesehnter Kollektorwicklungen ergibt sich in dieser Hinsicht insofern eine gewisse Schwierigkeit, als die AW-Verteilung weniger günstig ist als bei Durchmesserwicklungen, da sich bei gesehnter Wicklung auch insbesondere noch geradzahlige Oberwellen ausbilden können. Bei läufergespeisten Drehstrom nebenschlußmotoren kann nach der Erfindung diese Schwierigkeit durch gleichzeitige entsprechende Wahl der sekundären Phasenzahl und der Sehnung der Kollektorwicklung weitgehend beseitigt werden.
  • Bezeichnet m die Phasenzahl einer Mehrphasenwicklung, im Fall der Erfindung also die Phasenzahl, mit der die Speisung des Kollektors des Drehstromnebenschlußmotors erfolgt, so ergibt die Rechnung (s. z. B. Richter »Elektrische Maschinen« I. Band, S. 135)f daß. die Felderregerkurve nur Oberwellen jener Ordnungszahl v enthält, für welche die Gleichung gilt: v + I = km, wobei keine beliebige ganze Zahl ist.. Am ungünstigsten sind die niedrigzahligen Oberwellen; deren Ordnungszahl ist v + I = m. Bezeichnet ferner a die Wicklungssehnung (Verhältnis von Spulenweite zur Polteilung), so ist der Sehnungsfaktor der v-ten Oberwelle gegeben durch f, wird zu Null, wenn wobei wieder k' eine beliebige ganze Zahl ist. Es ist also durch geeignete Wahl der Sehnung möglich, eine der Oberwellen zu beseitigen, wenn gewählt wird.
  • Führt man z. B. bei vierphasiger Kollektor speisung die Kollektorwicklung mit 2/3 Sehnung aus, so entfallen alle Oberwellen unterhalb der fünften. Bei fünfphasiger Kollektorspeisung und einer Sehnung ß =1/2 ergib sich als erste auftretende Oberwelle die sechste. Es ist im allgemeinen nicht erforderlich, den Wert für a nach der angegebenen Gleichung genau einzuhalten.. In Einzelfällen kann es von Vorteil sein, die Sehnung derart zu wählen, daß ß zwischen den beiden günstigsten Werten (für m -f- 1 und in - il liegt, so daß beide in Frage kommenden Oberwellen möglichst klein werden.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Wicklungsanordnung für Läufer von Drehfeld-Kollektormaschinen, die mit Bürstenverschiebung arbeiten, insbe sondere läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren, mit an Zwischenverbindungen der Wicklung angeschlossenen zusätzlichen Kollektorlamellen zur Unterteilung der Lamellenspannung, Bekenn zeichnet durch die gleichzeitige Anwen dang einer vorzugsweise im Ausmaß von 3/4 bis '/2 der Polteilung gesehnten Wich lang und von mit `der einfachen Stabspannung induzierten, zweckmäßig in den Ankernuten verlegten Zwischenverbindern zwischen- den dein Kollektor abgekehrten Stirnverbindungen der Wicklung und zusätzlichen Kollektorlamellen.
  2. 2. Wicklungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung als zwei- oder mehrgängige gesehnte Schleifenwicklung ausgeführt ist, wobei die Zwischenlamellen des einen mit Zwischenverbindern versehenen Wicklungszuges die Hauptlamellen des anderen oder der anderen Wicklungszüge bilden.
  3. 3. Wicklungsanordnung für eine zwei-oder mehrgängige Schleifenwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Spulenweite der einzelnen Wicklungszüge derart voneinander verschieden gewählt ist, daß zwischen den einzelnen Wicklungszügen keine 'Ausgleichsströme fließen. q..
  4. Drehfeld-Kollektormaschine mit einer Wicklungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, insbesondere läufergespeiste Drehstromnebenschlußmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollek tor der Maschine mit einem Strom von höherer Phasenzahl als 3 gespeist wird.
  5. 5. Wicklungsanordnung für läufergespeiste Drehstromnebenschlußmotoren nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnung der Kollektorwicklung und die Phasenzahl m des diese Wicklung speisenden Stromes derart gewählt sind, daß die Sehnung 6 einem der durch die Gleichung gegebenen Werte entspricht oder zwischen den beiden Werten liegt, wobei k eine beliebige ganze Zahl ist.
DES138122D 1939-08-03 1939-08-03 Wicklungsanordnung fuer Laeufer von Drehfeld-Kollektomaschinen, insbesondere laeufergespeisten Drehstromnebenschlussmotoren Expired DE721136C (de)

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