Die elektrische Maschine: Heft 5/6 Rekonstruktion der Wickeldaten bei Drehstrommotoren [Reprint 2021 ed.] 9783112423943, 9783112423936

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Hefl 5/6

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ASCHINE

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H e r a u s g e g e b e n von Z i v i l i n g e i f i ^ i ^ ^ S ^ f f a s k o p , S a c h v e r s t ä n d i g e r f ü r e l e k t r i s c h e Maschinen • T e c h n i s c h e r Verlag H e r b e r t C r a m , Berlin W 35

DAS ELEKTROMASCHINENBAUER~ HANDWERK Instandsetzung, Neuwicklung und Umbau elektrischer Maschinen, Transformatoren und A p p a r a t e von

Frilz Raskop Zivilingenieur

ZWEITE AUFLAGE

1948

O k t a v . 384 S e i t e n , Mit 254 A b b i l d u n g e n

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Von d i e s e m u n e n t b e h r l i c h e n F a c h b u c h s t e h e n nur noch w e n i g e E x e m p l a r e zur Verfügung. Bestellungen können d e s h a l b vom B u c h h a n d e l nur in b e s c h r ä n k t e r Zahl a u s g e f ü h r t w e r d e n . T E C H N I S C H E R VERLAG HERBERT CRAM, BERLIN W 35

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M A S C H I N E Heft 5/6

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Rekonstruktion der Wickeldaten bei Drehstrommotoren Die A u s w i r k u n g e n des e n t w i c k l u n g s mä ß i g e n F o r t s c h r i t t e s im D r e h s t r o m m o t o r e n b a u j a u f die A b m e s sungen, Gewichte und W i c k e i d a te n der Motoren Infolge der Kriegsereignisse sind die Wickeldatenarchive der Elektromaschinenfabriken. Instandsetzungswerkstätten und die im Privatbesitz befindlichen Sammlungen zu einem großen Teil in Verlust geraten. Es wird daher eine bevorzugte A u f g a b e des Elektromaschinenbauerhandwerkes sein, die verlorengegangenen wichtigen Unterlagen durch gegenseitigen Austausch und persönlicher Initiative wieder zusammenzutragen sowie Mittel und W e g e zu suchen, um den diesbezüglichen- Anforderungen durch Einleitung von Ueberbrückungsmaßnahmen entsprechen zu können. Diesem Zwecke sollen die nachstehenden Ausführungen dienen.

In den Kinderjahren des Drehstrom-Asyinchronmotors stand der normale, offene Drehstrommotor im Vordergrund des Interesses. Durch eine sehr reichliche Dimensionierung des wirksamen Eisens (relativ geringe magnetische Dichte) und eine geringe spezifische Strombelastung dfes Wicklungsmetalles (Stromdichte je qmm Leiterwerkstoff) gelangte man zu hohen Totalgewichten und 'erheblichen, Ausmaßen der Motoren. Die damals zulässigen bzw. üblichen Temperatur-Grenzwerte an dem wirksamen Eisen und den Wicklungen waren im Vergleich zu den heute zulässigen Wer teil! sehr gering. In dem Bestreben der Erbauer, die Maße und Gewichte und damit den Preis je Leistungseinheit herabzusetzen, wandte man sich zunächst einer Verbesserung in der Abführung der Stromwärme aus den Wicklungen, zu (Anordnung von Lüfterflügel auf der Läuferwelle). Später kombinierte man die zusätzliche Kühlung mit einer Heraufsetzung der Temperatur-Grenzwerte am wirksamen Eisen uind an den Wicklungen.

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Im weiteren Verlauf der Entwicklung wurde die zusätzliche Kühlung immier wirksamer, nachdem neben dem Lüfterflügeln die passiven Gehäuseteile (Lagerschilder, Mittelstücke usw.) durchi Anordnung vergrößerter Abstrahlflächen mit in den Kühlvorgang einbezogen wurden. (Rippenikühlung, Oberflächenkühlung). Einen entscheidenden Fortschritt in dieser Richtung erbrachte der L a c.k d r a h t , I nachdem dieser Werkstoff das Vertrauen der Motorenhersteller gefunden und in difr Warmek lasse B eingereiht worden war. •Durch die großzügige Anwendung des Lackdrahtes bei Kleinmotoren bis etwa 7,5 k W entstanden die heutigen, elektrisch, thiermisch und magnetisch hoehausgenutzten Drehstrommotoren, unter denen die oberflächengekühlten Typen einen, ständig größeren Raum einnehmen. Diese, vorstehend nur in großen Zügen skizzierte Entwicklung im Drehstrommotorenbau muß man eingehend studieren, um bei der Rekonstruktion verlorengegangener Ursprungs-Wickel daten auf das Ergebnis dieses Studiums zurückgreifen zu können. Die Rekonstruktion«, arbeit wird durch eine sorgfältige Sammlung der von den Herstellern herausgegebenen Preislisten erheblich erleichtert. Diese Listen enthalten in der Regel die Abbildungen, Abmessungen und Totalgewiohte, sowie weitere wichtige Daten über Leistung, Verwendungszweck, Stromaufnahme, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor usw. der Motoren. Maße, Gewicht^ und Leistungsangaben sind außerordentlich wichtige Merkmale f ü r die Rekonstruktion der Wickeldaten. Sie gestatten im Regelfalle die Festlegung des Baujahres und einen Rückschluß auf die ursprüngliche Schildleistung der Motoren. Liackdrahtwicklungen anstelle v on Wicklungen auis u m s p o n n e n e n Drähten Wie schon eingaings erwähnt, hat die Anwendung des Lackdrahtes im neuzeitlichen Drehstrommotorenbau eine erhebliche Auswirkung auf die Maße und Totalgewichte der Motoren uniter Beweis-gestellt. Selbst bei der immer mehr angewandten T r ä u f e l w i c k l u n g (Wildwicklung) werden die Dimensionen der Nuten im wirksamen Eisen gegenüber des erforderlichen Nutenraumes bei 2 • Bw. umsp. Drähten bis zu 60% kleiner. Hierzu kommt vielfach noch die Verwendung besonders dünnwandiger, dielektrisch hochwertiger Nutenisolationen, die eine weitere Raumeinsparung ermöglichen. Der hierdurch zusätzlich gewonnene, wirksame Eisenquerschnitt kann daher zugunsten der spezifischen Leistungseinheit des Motors eingesetzt werden.

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Da der Lackdraht aber auch außerhalb der Nuten einen ganz erheblich geringeren Wickelraum (passiver Wickelraum) belegt und überdies die Abgabe der Wicklungs-Stromwärroe an die Kühlluft bei Lackdraht weitaus schneller vor sich geht als bei 2 < Bw. uimsp. Drähten, sq wirken sich diese Faktoren sehr beachtlich auf die Außenmaße und Totalgewichte der Motoreni aus. Es bleibt jedoch von Fall zu Fall festzustellen, ob es sich in einem gegebenen Falle am einen vom Hersteller von Grund auf f ü r Lackdrahtwicklungen ausgelegten Motor handelt., oder ob die ursprüngliche Wicklung aus umsp. Drähten bereits gelegentlich einer Neuwicklung durch eine Lackdrahtwicklung ersetzt wurde. Im ersteren Falle scheiden in der Regel 2 • Bw. umsp. Drähte gelegentlich einer Neuwicklung aus, weil weder der Nutenraum, noch der Wickelraum außerhalb der Nuten bei gleicher Leiterzahl und Leiterquerschnitt f ü r 2 • Bw. umsp. Drähte ausreicht. Man wird aber auch bei Anwendung von Lackdrähten bei neuzeitlichen, elektrisch und magnetisch hochausgenutzten Drehstrommotoren n u r dann zu einem befriedigenden Ergebnis kommen, wenn man die vom Hersteller gewählte, hohe Stromdichte im Leitermetall (bis zu etwa 6,5 Amp/qmm Kupferquerschnitt) bei der Daten-Rekonstruktion richtig einschätzt. Während beispielsweise die Ständerwicklung des Drehstrommotors AEG. Typ D 1500—7,5, 380/220 V. 5,5 kW, 1450 n (ältere Type) von der Herslellerin mit einem 2 • Bw. umsp. Draht von 2,0 mm-0* = 3,14 qmm Querschnitt hergestellt wurde, wählt die Fa. Elin-Schorch bei ihrem neuzeitlichen Modell LK 42/4, 5,5 kW, 380 V. D r e i e c k , 1390 n zwei .parallele Lackdrähte von 0,8 mm-0*. In Dreieckschaltung würde sich ein) totaler Leiterquerschnitt von 1,73 qmm, entsprechend eines Runddrahtes von etwa 1,5 mm-0' ergeben. An diesem Vergleich ist recht deutlich erkennbar, wie einschneidend die Unterschiede bezogen auf das Baujahr der Drehstrommotoren sein können. Beide, vergleichsweise gegenübergestellte Motoren haben eine Schildleistung von 5,5 k W = 7,5 PS (Dauerleistung]. Der AEG-Motor ist etwa bis zum Jahre 1914 gebaut worden, während der Elin-Sohorchmotor etwa im Jahre 1940' erstmalig hergestellt wurde und alle Merkmale des hodhausgenutzten, neuzeitlichen Drehstrommotors aufweist. Der AEG-Motor hat einen lichten Ständerdurchmesser von 165 mm und eine Packlänge von 200 mm (totale Polfläche = ca. 1036 qcm) während der Elin-Schorchmotor einen lichten Ständerdurchmesser von 135 m m und eine Packlänge von 90 mm (totale Polfläche = 381,6 qcm) aufweist. Die Unterschiede in den Abmessungen des wirksamen Eisens sind also sehr bedeutend. Sie kennzeichnen recht deutlich den ent-

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wicklungsmäßigen Fortschritt im Drehstrommotorenbau, zeigen aber auch gleichzeitig die Schwierigkeiten auf, die bei der Rekonstruktion der Wickeldaten anhand des vorgefundenen wirksamen Eisens, und der Schildangaben in Erscheinung treten. L a c k d r a h t a n s t e l l e 2*Bw. u m s p . bei Nfeuw:icklungen

Drähte

Die Vorteile, welche der Lackdraht gegenüber der 2 • Bw. umsp. Drähte bietet, verleiten den Instandsetzungsfachmann sehr leicht zu dem Entschluß, eine vorgefundene Wicklung aus 2 • Bw. oder ähnlichen Drähten durch eine Lackdrahtwicklung zu ersetzen. Es ist anzunehmen, daß in den überwiegenden Fällen die Leiterzahl je Nute und der vorgefundene Leiterquersohnitt unverändert beibehalten wird. Man darf auch annehmen, daß im Regelfalle die vorgefundene Wicklung&art beibehalten, also lediglich der Werkstoff f ü r die Wicklung geändert wird. In diesem Falle wird m a n mit folgenden Ergebnissen rechnen müssen: a) der gewichtsmäßige Bedarf an Wickeldraht wird geringer, b) die Abgabe der Stromwärme an die Kühlluft wird besser und daher die Temperaturen a m wirksiamen Eisen und an der Wicklung (bei gleicher Leistungsabgabe des Motors) geringer, c) die Auswirkung zu — b — ist. etwa gleichbedeutend mit einer höheren Belastbarkeit des Motors, d) der Leerlauf- und Kurzschlußstrom wird höher, weil die ge> streckte Drahtlänge einer Wicklungsphase (ohmscher Widerstand) unter Beibehalt der vorgefundenen Leiterzahl und des Leiterquerschnittes geringer wird, e) damit ändert sich aber a u c h die gesainte Leistungscharakteristik des Motors. W a r ein solcher Motor v o r Herstellung der Lackdrahtwicklung schon nicht voll ausgenutzt, so wirkt sich die Lackdrahtwicklung inbezug auf den Stromverbrauch negativ aus. Der Stromverbrauch wird bei gleicher Ijeistungsentnahme 'höher, als vorher. Berücksichtigt man ferner, daß der f ü r umsp. Drähte ausgelegte Nutenraum beim Ubergang auf Lackdraht nur etwa zur Hälfte ausgefüllt wird, so ist m a n leicht geneigt, den Lackdrahtquerschnitt größer zu w ä h l e n . ' In diesem Falle wirkt sich der Unterschied noch merkbarer aus. i W a r der in Betrachtung stehende Motor älteren Baujahres mit einer Einschicht-Zweietagen-Handwicklung (Normalfall) ausgerüstet und wird diese Wicklungsart im Rahinen der, Neuwicklung etwa d u r c h eine Einoder ZweischiChten-Träufelwicklung ersetzt, dann ergeben sich' noch 68

größere Differenzen, ganz besonders aber dann, wenn hierbei der Wickelschritt entgegen dem. vorgefundenen Schritt verkürzt gewählt wird. Man kann daher für den Regelfall keinesfalls anstelle umsponnener Drähte ohne Gefahr einfach Lackdrähte verwenden. Vielmehr wird man unter sorgfältiger Berücksichtigung der jeweils vorliegenden, Betriebsverhältnisse im Regelfalle diarauf bedacht sein, die ursprüngliche Leistungscharakteristik beizubehalten. Dieses Ziel kann durch eine geringe Erhöhung der Leiterzahl im Ständer unter Beibehält des ursprünglichen Leiterquerschnittes und der Wicklungsart erreicht werden. Wird die Wicklungsiart gleichzeitig geändert und möglicherweise noch der Wicklungsschritt verkürzt, dann muß die Leiterzahl j e Nute noch um ein weiteres Maß erhöht werden. Selbstverständlich wird in manchen Fällen eine erhöhte Leistungsabgabe des Motors vorteilhaft sein. Diese Möglichkeit sollte man schon aus grundsätzlichen Erwägungen nur danin in Betracht ziehen, wenn tatsächlich eine Notwendigkeit vorliegt und der Auftraggeber den Wunsch nach Leistungserhöhung eindeutig geäußert hat. Aus diesen Hinweisen erklärt sich u. a. auch die Beobachtung, die beim Übergang zur Träufelwicklung hinsichtlich des erhöhten Leerlaufstromes vielfach in den Instandsetzungswerkstätten gemacht wird Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß das umgekehrte Verhältnis eintritt, wenn eine vorgefundene Ein- oder Zweischichten-Träufelwicklung gelegentlich einer Neuwicklung in eiine Einsßhicht-Zweietagen-Handwicklung geändert wird. Auch diese Fälle kommen häufiger vor, als anzunehmen ist. Es ist erklärlich, daß-in solchen Fällen die gestreckte Drahtlänge einer Wicklungsphase grpßer als vorher, der Leerlauf- und Kurzschluß,ström demnach geringer wird. Die Unterschiede werden größer, wenn die vorgefundene Formspulenwicklung mit verkürztem Wickelschritt (fast immer der Fall) ausgeführt war. Die Einschicht-Zweietagen-Handwicklung hat stets einen Wickelschritt = Poltieilung. Es ist hierbei gleichgültig, ob die vorgefundene Formspulenwicklung in Lackdraht oder umsp. Draht ausgeführt war. War jedoch das letztere der Fall, dann' ist die Auswirkung nicht so einschneidend, als wenn anstelle des vorgefundenen Lackdrahtes ein umsp. Draht (selbst wenn es sich nur um Lack, 1 • S. handelt) gewählt wird. War ein solcher Motor bereits v o r der Neuwicklung betrieblich voll ausgenutzt, soikianni der Fall eintreten, daß derselbe nach Ersatz der Ständerwicklung nicht mehr den betrieblichen Anforderungen ge-

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niigt und somit eine (nochmalige Neuwicklung erforderlich wird. Ein solcher Fall liegt nahe, wenn es' sich beispielsweise um einen Kompressor-Antrieb oder um einen Antrieb handelt, wo ein bestimmtes Anlaufdrehimoment des Motoris verlangt wird. G e s i c h t s p u n k t e für die R e k o n s t r u k t i o n W i c k e l d a t e n bei D r e h s t r o m m o t o r e n

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Wie vorstehend dargelegt, sind bei der Rekonstruktion verlorengegangener Wickeldaten eine ganze Anzahl mehr oder weniger wichtiger Faktoren zu berücksichtigen. Es ist wichtig festzustellen, daß der im einzelnen dargelegte entwicklungsmäßige! Fortschritt im DrehStrommotorenbau sicih iauch auf die relative Leiterzahl in der Ständerwicklung auswirkt. Diese ist bei den elektrisch, magnetisch und thermisch hochauisgenutzten, neuzeitlichen Drehstrommotoren geringer, u. U. sogar ganz wesentlich geringer als bei den Motoren älterer Baujahre gleicher Leistung