Motorwicklungen:Was sind die Unterschiede?

Motorwicklungen können viele Gestalten oder Gestalten annehmen. Verteilte 3-Phasen-Wicklungen werden jedoch am häufigsten in Wechselstrommotoren für industrielle Anwendungen verwendet, die im Mittelpunkt dieses Artikels stehen. Die folgende Diskussion gilt gleichermaßen für die Verwendung dieser Wicklungsart in Induktionsmotoren oder in Permanentmagnet-Synchronmotoren.

Das Ziel der verteilten Wicklung besteht darin, eine sinusförmige Verteilung der magneto-motivischen Kraft (MMF) im Luftspalt des Motors zu erzeugen. Dieser MMF wird erzeugt, wenn ein ausgeglichener Satz von 3-Phasen-Wechselströmen in den Phasenwicklungen fließt. Es ist das MMF, kombiniert mit dem Design des Motormagnetkreises, das eine Wanderwelle des Flusses im Luftspalt erzeugt, um das erforderliche Motordrehmoment zu erzeugen.

Wicklungen bestehen aus mehreren Spulen, die aus isoliertem Kupfer- oder in einigen Fällen Aluminiumdraht gewickelt sind. Mehrere Drahtstränge können parallel geschaltet werden, um einen einzigen Leiter zu bilden, der dann zu einer Spule gewickelt wird, die mehrere Windungen hat. Die Anzahl der Windungen hängt von den spezifischen Konstruktionsanforderungen ab.

Eine verteilte Wicklung besteht aus mehreren Spulen, die wie unten gezeigt in die Nuten des Motorstators eingesetzt werden. Die Anzahl der Spulen hängt von der Anzahl der Statornuten, der Anzahl der Phasen (in unserem Fall 3) und der Anzahl der Motorpole ab, S.

Jede Spule überspannt mehrere Schlitze. Eine Wicklung mit voller Teilung hat Spulen, deren durchschnittliche Spannweite einer Anzahl von Nuten gleich der Polteilung oder 360 ° / p entspricht, während eine Wicklung mit kurzer Teilung weniger Nuten überspannt. Die folgende Abbildung zeigt eine Vollteilungswicklung für einen typischen 4-poligen Motor.

Ein 4-poliger Motorstator mit einer verteilten 3-Phasen-Wicklung

Ein Teil der Wicklung befindet sich in der Nut, wo sie zur Erzeugung des Motordrehmoments beiträgt. Der Rest befindet sich in den Endwicklungen, die nicht zur Drehmomenterzeugung des Motors beitragen. Daher ist ein sorgfältiges Design erforderlich, um eine unnötige Verschwendung von teurem Kupfer zu vermeiden. Darüber hinaus treibt eine gute Wärmeleistung die Notwendigkeit einer hohen Nutfüllung und eines Wärmemanagements der Wicklungsköpfe voran. Diese Faktoren werden oft durch Überlegungen zum Herstellungsprozess begrenzt. Eine ideal verteilte Wicklung hat eine unendliche Anzahl von Spulen, die in einer unendlichen Anzahl von Schlitzen angeordnet sind, so dass die MMF-Raumverteilung eine perfekte Sinuskurve ist. Dies ist in der Praxis eindeutig nicht möglich, daher muss der beste Kompromiss gefunden werden, um die erforderliche Leistung zu erreichen.

Spulen verschiedener Phasen müssen voneinander und vom Statorkern isoliert werden, um Kurzschlüsse und Ausfälle zu vermeiden. Die Isolierung stellt zusätzliche thermische Barrieren dar, die die Fähigkeit einschränken, Wärme vom Inneren der Maschine nach außen zu übertragen. Zwischen Wicklungsdrähten und zwischen Isolierung, Wicklung und Statorkern sind Lufteinschlüsse vorhanden. Diese Hohlräume werden mithilfe eines Imprägnierverfahrens mit einem Harz gefüllt, das die Wärmeübertragung verbessert und die Wicklungsisolierung weiter verbessert.

Die Anwendungen von Elektromotoren sind vielfältig. Unterschiedliche Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an das Motordesign. Einige dieser Anforderungen werden durch das Wicklungsdesign beeinflusst und können Folgendes umfassen:

• Minimierung von Oberschwingungsverlusten für verbesserte Effizienz
• Drehmomentpulsationen reduzieren
• Reduzieren Sie akustische Geräusche und Vibrationen

Es sind mehrere Wicklungslayouts möglich, um die gleiche elektrische Leistung zu erreichen. Die Wahl dieser Layouts wird durch Herstellungsbeschränkungen bestimmt, die stark vom Automatisierungsgrad beeinflusst werden, der zur Herstellung der Wicklung verwendet wird.

Die folgende Tabelle enthält einige der gängigsten Wicklungskonfigurationen zusammen mit den wichtigsten Auswahlkriterien.

Es ist klar, dass zwischen technischer Anforderung, Prozesskomplexität, Automatisierungsgrad und Kosten starke Kompromisse eingegangen werden müssen. Das bedeutet, dass Motorkonstrukteure eng mit der Fertigungstechnik zusammenarbeiten müssen, um die beste Gesamtlösung zu definieren.