Statorwicklung eines Generators

Die Wicklung der Anker in einem Drehstromgenerator kann entweder geschlossen oder offen sein. Die geschlossene Wicklung bildet eine Sternschaltung in der Ankerwicklung des Drehstromgenerators.
Es gibt einige gemeinsame Eigenschaften der Ankerwicklung.

1. Die wichtigste Eigenschaft einer Ankerwicklung ist, dass die beiden Seiten eines jeden Spulenspanns unter zwei benachbarten Polen liegen sollten. Das bedeutet, der Spulenspann = der Polschritt.

2. Die Wicklung kann ein- oder zweischichtig sein.

3. Die Wicklung ist so in verschiedenen Ankernuten angeordnet, dass sie eine sinusförmige Spannung erzeugt.

Arten von Ankerwicklungen in Drehstromgeneratoren

Es gibt verschiedene Arten von Ankerwicklungen, die in Drehstromgeneratoren verwendet werden. Die Wicklungen können als

1. Einsphasige und Mehrphasige Ankerwicklungen.

2. Gebündelte und verteilte Wicklungen.

3. Halbgespulte und vollgespulte Wicklungen.

4. Ein- und zweischichtige Wicklungen.

5. Lap-, Wellen- und konzentrische oder Spiralwicklungen und

6. Vollschrittige Spulenwicklungen und Bruchschrittige Spulenwicklungen.

Zusätzlich zu diesen Arten kann die Ankerwicklung des Drehstromgenerators auch als ganzzahlige Nutenwicklungen und Bruchzahlige Nutenwicklungen ausgeführt sein.

Einsphasige Ankerwicklungen

Einsphasige Ankerwicklungen können gebündelt oder verteilt sein.

Gebündelte Ankerwicklungen

Die gebündelte Wicklung wird eingesetzt, wenn die Anzahl der Nuten am Anker gleich der Anzahl der Pole in der Maschine ist. Diese Ankerwicklung des Drehstromgenerators liefert die maximale Spannung, aber nicht exakt sinusförmig.

Die einfachste einsphasige Wicklung ist in Abbildung 1 unten dargestellt. Hier ist die Anzahl der Pole = die Anzahl der Nuten = die Anzahl der Spulenflanken. Eine Spulenflanke befindet sich in einer Nut unter einem Pol und die andere Spulenflanke in einer anderen Nut unter dem nächsten Pol. Die in einer Spulenflanke induzierte Spannung addiert sich zur Spannung der benachbarten Spulenflanke.

Diese Anordnung der Ankerwicklung in einem Drehstromgenerator wird als Skelettwellenwicklung bezeichnet. Wie in Abbildung 1 zu sehen, ist die Spulenflanke 1 unter dem N-Pol mit der Spulenflanke 2 unter dem S-Pol hinten und der Spulenflanke 3 vorne verbunden und so weiter.
Die Richtung der induzierten Spannung in der Spulenflanke 1 ist nach oben und die Spannung in der Spulenflanke 2 nach unten. Da die Spulenflanke 3 unter dem N-Pol liegt, hat sie eine Spannung in aufwärts gerichteter Richtung und so weiter. Die gesamte Spannung ist also die Summe der Spannungen aller Spulenflanken. Diese Form der Ankerwicklung ist ziemlich einfach, wird aber selten verwendet, da sie erheblichen Platz für Endverbindungen jeder Spulenflanke oder Leiter erfordert. Dieses Problem kann wirksam durch den Einsatz von Mehrlings-Spulen gelöst werden. Wir verwenden Mehrlings-Halbspulenwicklungen, um höhere Spannungen zu erzielen. Da die Spulen nur die Hälfte des Umfangs des Ankers abdecken, bezeichnen wir diese Wicklung als Halbspulen- oder Hemitropische Wicklung. Abbildung 2 zeigt dies. Wenn wir alle Spulen über den gesamten Umfang des Ankers verteilen, wird die Ankerwicklung als Ganzspulenwicklung bezeichnet.

Abbildung 3 zeigt eine zweischichtige Wicklung, bei der eine Seite jeder Spule an der Oberseite der Ankerschlitzposition und die andere Seite an der Unterseite der Schlitzposition platziert ist. (Durch gestrichelte Linien dargestellt).

Verteilte Ankerwicklungen des Drehstromgenerators

Um eine glatte sinusförmige Spannungswelle zu erhalten, werden die Leiter in mehrere Nuten unter einem einzelnen Pol gelegt. Diese Ankerwicklung wird als verteilte Wicklung bezeichnet. Obwohl die verteilte Ankerwicklung im Drehstromgenerator die Spannung reduziert, ist sie dennoch sehr nützlich aus folgenden Gründen.

1. Sie reduziert auch die harmonischen Spannungen und verbessert somit die Wellenform.

2. Sie verringert auch die Ankerreaktion.

3. Eine gleichmäßige Verteilung der Leiter fördert eine bessere Kühlung.

4. Der Kern wird vollständig genutzt, da die Leiter über die Nuten auf dem Umfang des Ankers verteilt sind.

Lap-Wicklungen des Drehstromgenerators

Eine vollschrittige Lap-Wicklung mit 4 Polen, 12 Nuten und 12 Leitern (ein Leiter pro Schlitz) eines Drehstromgenerators ist unten dargestellt.
Der Rücklauf der Wicklung entspricht der Anzahl der Leiter pro Pol, d. h. 3, und der Frontlauf ist gleich dem Rücklauf minus eins. Die Wicklung wird pro Paar Polen abgeschlossen und dann in Reihe verbunden, wie in Abbildung 4 unten gezeigt.

Wellenwicklungen des Drehstromgenerators

Die Wellenwicklung der gleichen Maschine, also vier Pole, 12 Nuten, 12 Leiter, ist in Abbildung e unten dargestellt. Hier sind sowohl der Rücklauf als auch der Frontlauf gleich der Anzahl der Leiter pro Pol.

Konzentrische oder Spiralenwicklungen

Diese Wicklung für die gleiche Maschine, also vier Pole, 12 Nuten, 12 Leiter, ist in Abbildung f unten dargestellt. In dieser Wicklung haben die Spulen unterschiedliche Schritte. Der äußere Spulenschritt beträgt 5, der mittlere Spulenschritt 3 und der innere Spulenschritt 1.

Mehrphasige Ankerwicklungen des Drehstromgenerators

Bevor wir die mehrphasige Ankerwicklung des Drehstromgenerators besprechen, sollten wir einige verwandte Begriffe durchgehen, um ein besseres Verständnis zu gewinnen.

Spulengruppe

Es ist das Produkt aus der Anzahl der Phasen und der Anzahl der Pole in einer rotierenden Maschine.
Spulengruppe = Anzahl der Pole × Anzahl der Phasen.

Ausgeglichene Wicklung

Wenn unter jedem Polansatz gleich viele Spulen verschiedener Phasen vorhanden sind, wird die Wicklung als ausgeglichene Wicklung bezeichnet. Bei einer ausgeglichenen Wicklung sollte die Spulengruppe eine gerade Zahl sein.

Unausgeglichene Wicklung

Wenn die Anzahl der Spulen pro Spulengruppe keine ganze Zahl ist, wird die Wicklung als unausgeglichene Wicklung bezeichnet. In diesem Fall enthält jeder Polansatz ungleich viele Spulen verschiedener Phasen. In einem Zweiphasen-Drehstromgenerator werden zwei Einphasen-Wicklungen auf dem Anker in 90 elektrischen Grad voneinander entfernt angeordnet.
Im Falle eines Dreiphasen-Drehstromgenerators werden drei Einphasen-Wicklungen auf dem Anker in 60 Grad (elektrisch) voneinander entfernt angeordnet.
Die folgende Abbildung zeigt eine Skelett-Zweiphasen-Vierpol-Wicklung mit zwei Nuten pro Pol. Der elektrische Phasenunterschied zwischen benachbarten Nuten = 180/2 = 90 Grad (elektrisch).

Punkt a und b sind die Startpunkte der ersten und zweiten Phasenwicklungen des Zweiphasen-Drehstromgenerators. a’ und b’ sind die Endpunkte der ersten und zweiten Phasenwicklungen des Zweiphasen-Drehstromgenerators. Die folgende Abbildung zeigt eine Skelett-Dreiphasen-Vierpol-Wicklung mit drei Nuten pro Pol. Der elektrische Phasenunterschied zwischen benachbarten Nuten beträgt 180/3 = 60 Grad (elektrisch). a, b und c sind die Startpunkte der Rot-, Gelb- und Blau-Phasen, und a’, b’ und c’ sind die Endpunkte der gleichen Rot-, Gelb- und Blau-Phasen der Dreiphasenwicklung.

Angenommen, die Rott-Phasenwicklung beginnt in Nute 1 und endet in Nute 10. Dann beginnt die Gelb-Phasenwicklung oder die zweite Wicklung in Nute 2 und endet in Nute 11. Die dritte oder Blau-Phasenwicklung beginnt in Nute 3 und endet in Nute 12. Der Phasenunterschied der induzierten Spannungen zwischen der Rott- und Gelb-Phasen, der Gelb- und Blau-Phasen und der Blau- und Rott-Phasen beträgt jeweils 60 Grad, 60 Grad und 240 Grad (elektrisch). Da in einem Dreiphasensystem der Phasenunterschied zwischen Rott, Gelb und Blau 120 Grad (elektrisch) beträgt, kann dies erreicht werden, indem die Gelb-Phase (zweite Wicklung) wie in der obigen Abbildung umgekehrt wird.