Berechnungsbuch des Elektromaschinenbauer- Handwerkers (Ankerwicklers): Anleitung und Tabellen für die Berechnung der Wickeldaten bei Instandsetzungen, Neu- und Umwicklungen elektrischer Maschinen und Apparate [9., Aufl., Reprint 2020] 9783112316078, 9783112304808

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Raskop, Berechnungsbuch 9. Auflage

Berechnungsbuch des ElektromaschinenbauerHandwerkers (Ankerwicklers) Anleitung und Tabellen für die Berechnung der Wickeldaten bei Instandsetzungen, Neu- und Umwicklungen elektrischer Maschinen und Apparate

Von

Fritz Raskop Beratender Ingenieur für Elektromaschinenbau

9. vermehrte und verbesserte Auflage Mit 81 Textabbildungen und 95 Tabellen

Technischer Verlag Herbert Gram, Berlin 30 1971

Archiv-Nr. 0436001 © 1970 by Walter de Gruyter & OD., vormals G. J . Göschen'sche Verlagshandlung — J . Guttentag, Verlagsbuchhandlung — Georg Reimer — Karl J . Trübner — Veit & Comp., Berlin 30 Printed in Germany Alle Rechte des Nachdrucks, der photomechanischen Wiedergabe, der Übersetzung der Herstellung von Mikrofilmen und Photokopien, auch auszugsweise, vorbehalten.

Vorwort zur 1.—5. Auflage Mit der Herausgabe des vorliegenden Werkchens entspricht der Verfasser den wiederholt geäußerten Wünschen derjenigen Fachleute, die sich insonderheit mit Instandsetzungs- und Neuwicklungsarbeiten an elektrischen Maschinen befassen. Der Wunsch der Interessenten geht dahin, ein leichtverständlich geschriebenes Hand- und Taschenbuch zu besitzen, welches alle die Fragen beantwortet, die täglich und stündlich an den Instandsetzungsfachmann gestellt werden. Da die praktischen Arbeitsvorgänge bei der Herstellung von Wicklungen an Gleich- und Drehstrommotoren in den bereits erschienenen Büchern des Verfassers ausführlich behandelt sind, die Konstruktion und Berechnung elektrischer Maschinen aber ein Thema für sich ist, so bildet das vorliegende Buch ein Bindeglied zwischen den Büchern mehr praktischen Inhaltes und denjenigen rein theoretischen Inhaltes. Der Verfasser kann aus zahlreichen Zuschriften die erfreuliche Tatsache feststellen, daß bei dem Nachwuchs im Elektro-Maschinenbauer Handwerk ein vielversprechender Fortbildungsdrang besteht. Wenn das zur Fortbildung in Frage kommende vorhandene Schrifttum den Wünschen der Lernbeflissenen nicht entsprach, oder sogar Enttäuschungen hervorrief, so liegt der Grund hierfür darin, daß die Bücher über Berechnung und Konstruktion elektrischer Maschinen nur für solche Leser bestimmt sind, die eine reiche praktische und theoretische Vorbildung bereits besitzen, ganz besonders aber über ausreichende Kenntnisse in der Mathematik verfügen. Da die Voraussetzungen für das Verständnis dieser Bücher nicht immer oder nur selten bei dem Handwerker zutreffen, der Lehrstoff auch nicht für den Instandsetzungsfachmann, sondern für den Erbauer und Berechner elektrischer Maschinen zugeschnitten ist, so hielt Verfasser es für richtig, an der Stelle einzusetzen, wo die bereits vorhandenen Raskopschen Bücher aufhören, und da zu schließen, wo die auf dem Büchermarkte befindlichen Werke über Berechnung und Konstruktion elektrischer Maschinen beginnen. Nach Ansicht des Verfassers hat der Instandsetzungsfachmann nicht unbedingt auch solche Aufgaben zu lösen, die im allgemeinen dem Erbauer und Berechner elektrischer Maschinen zufallen. Wohl aber treten auch an den Instandsetzungsfachmann theoretische Fragen heran, die er zu lösen berechtigt und berufen ist. Für die Lösung dieser Aufgaben ist das vorliegende Buch bestimmt. Leipzig, i m November 1942 Der

Verfasser

Vorwort zur 6. Auflage Das „Berechnungsbuch" hat sich in dem Kreis der Instandsetzungsfachleute im Laufe der Jahre seines Erscheinens viele Freunde erworben. Wenn die Nachfrage in den letzten Jahren nicht prompt gedeckt werden konnte, so lag dies an den Nachkriegsschwierigkeiten, die am Verlagsort im besonders hohen Maße in Erscheinung traten und nur in mühseliger Kleinarbeit überwunden werden konnten. Die jetzt vorliegende 6. Auflage wurde überarbeitet und ergänzt. Infolge der Schwierigkeiten hinsichtlich der Drucklegung, die sich wesentlich länger als vorauszusehen war, hinzog, konnten jedoch nicht alle vorgesehenen Neuerungen in der Wickelei in der 6. Auflage berücksichtigt werden. Es wird daher im Zusammenhang hiermit auf die laufenden Veröffentlichungen in der Fachzeitschrift „ E M A " — Die elektrische Maschine 1 ) hingewiesen und insbesondere auf das in den Heften 1—2 1947 und 1—2 1948 bearbeitete Thema „Verkürzte Wickelschritte bei Dreiphasen Wicklungen" aufmerksam gemacht. Zum Zwecke der Überbrückung des in den Jahren 1945—1948 auf dem Fachbüchermarkt entstandenen Vakuums hat der Verfasser die Broschüre „Die Schnellbestimmung der Wickeldaten bei Drehstrommotoren, nach RaskopTabellen" herausgegeben, die ebenfalls als Ergänzung bei der Rekonstruktion verlorengegangener Wickeldaten zum Einsatz gelangen kann. Krefeld, im Juni 1949 Der Verfasser ') Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin 30.

Vorwort zur 7. Auflage Wie in dem Vorwort zur 6. Auflage bereits angekündigt, wurde die jetzt vorliegende 7. Auflage erweitert und ergänzt. Insbesondere wurde der Abschnitt „Die Rekonstruktion der Wickeldaten" bezogen auf die beruflichen Belange der Instandsetzungsfachleute neu bearbeitet. Ergänzend hierzu sei darauf hingewiesen, daß der Zentralverband der elektrotechnischen Industrie, Fachabteilung I, „Elektrische Maschinen", auf Anregung des Verfassers seinen Mitgliedern empfohlen hat (Fachzeitschrift EMA, Die elektrische Maschine, Heft 8/52, Seite 233), Ursprungs-Wickeldaten von elektrischen Maschinen auf Anfrage an die berufenen Instandsetzungswerkstätten bekanntzugeben. Das „Berechnungsbuch" ist inzwischen ein fester Bestandteil der Fachbücherei im Elektromaschinenbauer-Handwerk geworden. Der Verfasser hofft, daß die vorliegende Neubearbeitung zu einer Erweiterung des Freundeskreises seiner Fachbücher beitragen wird. Krefeld, im August 1952 Der Verfasser

Vorwort zur 8. Auflage Die vorliegende 8. Auflage wurde neu bearbeitet, ergänzt und erweitert. Auf Seiten 67—71 wurden Schaltbilder für Zweiphasen-Zweischichtenwicklungen (Schleifen- und Reihenwicklungen) eingefügt und der Text ergänzt. Der Abschnitt „Polumschaltbare Dreiphasenwicklungen*' wurde durch Einordnung einer Anzahl Schaltbilder auf Seiten 77, 79, 81, 86, 87, 88 und 89 ergänzt. Im Abschnitt „Bremseinrichtungen" wurden Abbildungen von Wirbelstrombremsen eingefügt. Auf Seiten 128—130 wurden neue Meßinstrumente für Temperaturmessungen an Wicklungen und ein tragbares Isolations-Prüfgerät für die Ermittlung der Trockenzeiten imprägnierter Wicklungskörper dargestellt und beschrieben. Der Abschnitt „Ein- und Dreiphasen-Transformatoren" wurde wesentlich erweitert, weitere Abbildungen und Tabellen eingeordnet. Die bisherige Gesamtzahl der Tabellen wurde von 56 auf 95 erhöht, wobei die Wicklungstabellen für Drehstrom-Stabläufer mit mehr als 2 Stäbe/Nute (4, 6 und 8 Stäbe/Nute) besonders berücksichtigt wurden. Der Verfasser hofft, hiermit den Wünschen der interessierten Fachleute entsprochen zu haben und ist für weitere Ergänzungs- und Verbesserungsvorschläge dankbar. Krefeld, im Juli 1959 Der Verfasser

Vorwort zur 9. Auflage Das Erscheinen der 9. Auflage des „Berechnungsbuches für den Elektromaschinenbauhandwerker" veranlaßt den Verfasser zu einem Hinweis auf S. 302. Hier sind die Einzelwerke aufgeführt, die in ihrer Gesamtheit die spezielle Fachliteratur für die Instandsetzung, Neu- und Umwicklung elektrischer Maschinen darstellen. Diese Aufgliederung des Gesamtstoffes hat sich in dem jahrzehntelangen Erscheinen der Einzelwerke bewährt und entspricht den vielgestaltigen Aufgaben, die in den Reparaturwerkstätten elektrischer Maschinen täglich zur kurzfristigen Lösung anfallen. Zu diesen Fachbüchern gehört auch die vom Verfasser vor ca. 50 Jahren gegründete Fachzeitschrift „EMA" — Die elektrische Maschine als wesentlicher Bestandteil. Die Unterteilung des Gesamtstoffes bietet die Möglichkeit, gelegentlich der erforderlichen Neuauflagen den Fachtext dem entwicklungsmäßig bedingten Fortschritt im Elektromaschinenbau bestmöglichst anzugleichen. Das bezieht sich auch auf die vorliegende 9. Auflage des „Berechnungsbuches", die nach dem Grundsatz „Aus der Praxis — für die Praxis" überarbeitet und ergänzt wurde. 6370 Oberursel/Taunus, im Juli 1970 Der Verfasser

Inhaltsverzeichnis I. A b s c h n i t t Seite E r k e n n u n g s z e i c h e n zur Beurteilung der Leistung, Drehzahl und S p a n n u n g bei D r e h s t r o m m o t o r e n ohne L e i s t u n g s s c h i l d . . . . 1 Genormte Drehzahlen für Wechselstrom-(Drehstrom-)Maschinen 1 Die Bedeutung der Typenbezeichnungen 2 Die Ermittlung der Drehzahl eines Drehstrommotors an H a n d der Periodenund Polzahl 3 Tabelle über genormte synchron:: Drehzahlen für Wechselstrommaschinen, 60 Hz 3 Beispiel an einem öpoligen Motor 4 Tabelle über normale Nutenzahlen für Ständer und Läufer bei 4-, 6- und 8poligen Motoren 5 Die Ermittlung der Leistung an Hand der Abmessungen des aktiven Eisens 5 Der M a g n e t i s i e r u n g s - , L e e r l a u f - u n d K u r z s c h l u ß s t r o m bei D r e h strommotoren 7 Erhöhter Leerlaufstrom 7 Kippmoment, Drehmoment 7 Leistungscharakteristik 7 Tabelle über Nenn-, Leerlauf- und Kurzschlußströme 2polig 8 Desgl. 4polig 9 Desgl. 6polig 10 Leerlaufströme in Proz. der Nennströme 11 Gewichtseinheit/Leistungseinheit 11 Heylanddiagramm 12 Die Ermittlung der Betriebsspannung, für welche ein Drehstrommotor ohne Leistungsschild gewickelt ist 13 Beispiel hierfür 5-PS-Motor 380/220 Volt, 1450 n 13 Beispiel 10-PS-Motor 14 Tabelle über gebräuchliche Stromdichten bei Ständer- und Läuferwicklungen für offene und geschlossene Motoren 15 Die Größe des Magnetisierungsstromes bei Drehstrommotoren 16 Tabelle über die Größe normaler Luftspalte bei Drehstrommotoren 16 Die Ermittlung der Leistung und der Wickeldaten an Hand der aktiven Eisenmasse bei normalen Drehstrommotoren 4-, 6- und 8polig, 0,25—75 PS, 50 Hertz 17 Anwendung der Tabellen Nr. 33 bis 37 29 Anwendungsbeispiele 31 II. A b s c h n i t t Die W a h l des D r a h t d u r c h m e s s e r s u n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g der N u t e n f o r m und der bestmöglichen A u s n u t z u n g der N u t e . . III. A b s c h n i t t Die B e r e c h n u n g der L e i t e r z a h l und des L e i t e r q u e r s c h n i t t e s bei Umwicklungen von D r e h s t r o m m o t o r e n Beispiel einer Umrechnung 5-PS-Drehstrommotor von 220 auf 380 Volt Sternschaltung

33

37 38

IX

Berechnung von Läuferspannung und Läuferstrom Berechnung der Leiterzahlen für die Ständerwicklung, wenn die Läuferspannung und die Leiterzahl im Läufer gegeben ist Die Ermittlung der Wickeldaten für die Läuferwicklung IV. A b s c h n i t t Die B e r e c h n u n g der W i c k e l d a t e n u n t e r V e r w e n d u n g v o r g e fundener Merkmale R e k o n s t r u k t i o n der W i c k e l d a t e n u n t e r Anwendung der F a k t o r e n N u t e n q u e r s c h n i t t , F ü l l f a k t o r und D r a h t q u e r s c h n i t t Tabelle über Nutenfüllfaktoren Berechnungsbeispiel 6,5 kW SSW-Motor Berechnungsbeispiel 2,2 kW SSW-Motor Rekonstruktion der Ständer-Wickeldaten unter Zugrundelegung der LäuferWickeldaten und der Läuferspannung Berechnungsbeispiel 5,5 kW, SSW-Motor Wickeldaten und Abmessungen des aktiven Eisens ausgeführter Drehstrommotoren Ermittlung des Baujahres normaler, offener Drehstrommotoren für DB-Betrieb Tabelle über die ungefähre DB-Leistung normaler Drehstrommotoren der Baujahre bis 1930, 1 9 3 1 - 1 9 4 0 , 1 9 4 1 - 1 9 5 1 Desgl. 6polig Intermittierende Leistungsabgabe bei Drehstrommotoren

Seite

39

40 41

43 45 46 46 48 48 49 50 53 54 55 66

V. A b s c h n i t t B r u c h l o c h w i c k l u n g e n bei D r e h s t r o m m o t o r e n 59 Entwurf einer 6poligen Zweiphasen-Bruchlochwicklung verteilt auf 28 N u t e n 61 Zweiphasen-Zweischichtenwicklungen 66 Schaltbilder für Zweiphasen-Zweischichtenwicklungen 67 Zweiphasen-Zweischichten-Schleifenwicklung (Schaltbild) 67 Berechnung der Schaltverbindungen bei Zweiphasenwicklungen 68 Schaltbilder für Zweiphasen-Zweischichtenwicklungen 69—71 Die E r m i t t l u n g d e r L ä u f e r s p a n n u n g b e i D r e h s t r o m - S c h l e i f r i n g l ä u f e r mit Zweiphasenwicklung 72 Beispiel: 22 kW-Motor 4polig 73 Rekonstruktion der Wickeldaten an einem Zweiphasenläufer 74 Drehstrommotorenmitpolumschaltbaren Wicklungen 76 Die verschiedenen Schaltungen für Dahlanderwicklungen 76 Stern/Doppelstern-Schaltung bei Dahlanderwicklungen (Schaltbild) . . . . 77 Stern/Dreieck-Schaltung bei Dahlanderwicklungen (Schaltbild) 77 Der wickeltechnische Aufbau der Dahlanderwicklungen 78 Induktionsverhältnisse bei Dahlanderwicklungen 78 Verhältnis der Anlaufmomente bei Dahlanderwicklungen 78 Verhältnis der Leerlaufströme bei Dahlanderwicklungen 78 Verhältnis der Anlaufströme bei Dahlanderwicklungen 79 4 Drehzahlen mit 2 Dahlanderwicklungen 79 Schaltbild Dreieck/Doppelstern bei Dahlanderwicklungen 79 Die charakteristischen Eigenschaften der Dahlanderwicklung 80 Schaltbild: 2 Dahlanderwicklungen, 4 Drehzahlen 81 Zwei Wicklungen Polzahlverhältnis 3 : 1, 12/4 Pole 81 Schaltbild: Doppelstern/Dreieckschaltung 8/4 Pole 81 Umwicklung normaler Drehstrommotoren in polumschaltbare Motoren . . . 83

X

Seite

Die D a h l a n d e r - P r i n z i p s c h a l t u n g Die Leistungsverhältnisse der Dahlander-Motoren 4/2polige Zweischichten-Dahlanderwicklung, 12 Nuten Vereinfachte Darstellung einer 4/2poligen Dahlanderwicklung Prinzipdarstellung der Dahlanderwicklung Dreieck/Doppelstern Die mechanischen Verhältnisse bei der Umwicklung Drehstrommotoren/ polumsch. Motoren Beispiel: 4 kW-Motor Schaltbild: Dahlanderwicklung Stern/Doppelstern Blechabmessungen bei polumsch. Motoren Überschlägliche Wickeldaten für Dahlanderwicklungen Überschlägliche Wickeldaten f ü r einen 8/4 poligen Dahlander-Motor . . . . Polumschalter f ü r Dahlander-Motoren Polumschaltbare Dahlandermotoren Umwicklung polumschaltbare in normale Motoren Die Umwicklung polumschaltbarer Motoren in Normalmotoren

84 85 86 87 88 88 88 89 89 90 90 92 92 92 92

VI. A b s c h n i t t SSW/Weinert, Einwicklungsausführung für polumschaltbare Motoren . . . Die A u f s t e l l u n g d e r W i c k e l t a b e l l e n f ü r D r e h s t r o m l ä u f e r m i t Stabwicklungen Die Berechnung der Wickelschritte hierfür Die Errechnung der Tabelle f ü r einen Drehstromläufer mit 72 Nuten, 144 Stäben 6polig 1000 n Schaltbild 2polig, 12 Nuten, 48 Stäbe Entwurf einer 2poligen Drehstromläufer-Stabwicklung 12 Nuten, 48 Stäbe 2, 4, 6 und 8 Stäbe/Nute Wickeltabelle 2polig, 12 Nuten, 48 Stäbe Werksta.ttangaben zur Herstellung von Stabwicklungen Gewichtstabelle normaler, offener und spritzwassergesch. Drehstrommotoren 2, 4, 6 und 8polig T a b e l l e n ü b e r die p r o z e n t u a l e Z u n a h m e d e r L e i t e r z a h l e n b e i gesehnten Wickelschritten Desgl. 6 und 8polig Tabellen über die Wirkungsgrade bei Teillast Desgl. Leistungsfaktoren bei Teillast

105 105 107 108

VII. A b s c h n i t t L e i s t u n g s m e s s u n g e n an D r e h s t r o m m o t o r e n Allgemeines Die erforderliche Apparatur f ü r Leistungsmessungen Normwerte Wirkungsgrad und Leistungsfaktor bei Drehstrommotoren . . Die Schaltung des Wattmeters in der Zweiwattmetermethode Wirbelstrombremsen Magnetsystem einer Wirbelstrombremse mit Maßangaben Magnetspule für Wirbelstrombremsen Bandbremse Bremsscheiben mit Wasserkühlung Flüssigkeits-Reibungsdynamometer Die Aufnahme eines P r ü f p r o t o k o l l s Das ausgefüllte Prüfprotokoll Die Auswertung des P r ü f p r o t o k o l l s Die Berechnung der Leistung, des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades . .

109 109 110 110 111 114 115 116 117 120 121 121 124 125 125

93 93 95 96 100 101 101 102 102 104

XI

Seite

VIII.

Abschnitt

Die Ermittelung der Wicklungstemperatur nach der Widerstandszunahme Nomogramm für die Ermittlung der Wicklungstemperatur Temperatur-Grenzwerte für Wicklungen (Tabelle 27) nach V D E 0530. 3. 59 Temperatur-Meßgerät „Thermizet" Die Bemessung der Trockenzeiten imprägnierter Wicklungskörper . . . . Tragbares Isolations-Meßgerät (Trockenzeit-Bestimmung) IX.

Abschnitt

Die Berechnung der Wickeldaten bei Transformatoren Einphasen-Mantel-Kleintransformator Eisenmaße, Wickelraum, Spulenform und Wicklungsart bei Transformatoren Tabelle: Eisenmaße für Einphasen-Transformatoren (luftgek.) Tabelle: Eisenmaße für Dreiphasen-Transformatoren (luftgek.) Eisenmaße und Wicklungsanordnung bei Drehstrom-Transformatoren . . . Die Anordnung der Wicklungen auf die Kerne (Transformatoren) . . . . Kreuzförmiger Querschnitt der Kerne bei Transformatoren Aufteilung der Windungszahlen j e Kern bei Transformatoren Der Wickelraum im Transformatoren-Fenster (Aufteilung) Anordnung der Primär- und Sekundärwicklung (Abb. 55) Drehstromtransformator in Sparschaltung (Aufbau) Drehstrom-Spartransformator 500/250/125 Volt Die Ströme bei Drehstrom-Spartransformatoren (Abb. 56b) Die Schaltgruppenbezeichnungen bei Drehstrom-Transformatoren Drei Transformatoren sollen parallel arbeiten Das Auftauen eingefrorener Wasserleitungen Entwurf eines D r e h s t r o m - P r ü f f e l d - T r a n s f o r m a t o r s Kernform, Kernquerschnitt und Spulenformen Raumaufteilung und Anordnung der 26 Scheibenspulen/Schenkel Schematische Darstellung der Primär- und Sekundärwicklung Serie/Sternschaltung der Sekundärwicklung Schaltung 2 Stränge parallel Schaltung 4 Stränge parallel Schaltung 6 Stränge parallel Schaltung 12 Stränge parallel Schaltung 12 Stränge parallel Dreieckschaltung Primärspannungen 500/380/330/220/190/125/110 Volt Sekundärspannungen 100/90/83/75/66/58/50/42/33/25/17/8/4,7 Volt X.

125 126 127 128 129 130

131 132 135 136 137 138 139 139 140 141 142 142 143 144 146 147 148 149 150 151 152 152 153 153 154 154 155 156 156

Abschnitt

Gleichsttom Künstlich geschlossene Reihen Wicklungen 157 Beispiel: S S W Anker Type GM 104, 110 Volt, 1600 n, 4polig 167 Künstlich geschlossene Reihenwicklung 4polig, 37 Nuten, 148 Teilspulen . 159 Ausgleichverbindungen bei Gleichstromanker 160 Die Anzahl der Ausgleichverbindungen 162 Reihenparallelwicklungen mit Ausgleichverbindungen 163 Zweigängige Parallelwicklungen mit Ausgleichverbindungen 164 Beispiele aus der Praxis über den Erfolg mit Ausgleichverbindungen . . . . 166 Berechnung eines Spannungsteilers für Gleichstrom-Dreileitermaschinen 1 6 8 — 1 7 0

XII

Seite

XI. A b s c h n i t t der Wickeldaten bei Umwicklungen von Gleichstrom-

Die Berechnung maschinen Der Bürstenquerschnitt, Tabellen hierfür Der Lamellenquerschnitt Die Lamellenspannung Die Lamellenspannung, Berechnung derselben Die Berechnung des Ankerdrahtquerschnittes Die Berechnung der Leiterzahl im Anker Die Berechnung der Daten für die Magnetwicklung Die Berechnung der Windungszahlen für die Magnetspulen Die Berechnung des Ohmschen Widerstandes der Magnetspulen Die Berechnung des Nebenschlußmagnetstromes Welche Windungszahl hat die Spule ? Ein Gleichstrom-Hauptschlußmotor soll Nebenschlußwicklung erhalten . . .

173 174 175 176 176 176 178 179 180 181 182 183 184

XII. Abschnitt Anlasser Gleichstrom-Anlasser, Berechnung der Widerstände, Querschnitte und Drahtlängen 188 Beispiel: Anlasser 5 P S 220 Volt 189 Drehstrom-Anlasser 192 Beispiel: Anlasser für einen Drehstrommotor 5 PS 193 Frequenz-Umformer 195 Widerstandsmaterial-Tabelle Nr. 31, für Anlasser-Widerstände 198 Widerstandsmaterial-Tabelle Nr. 32, für Anlasser-Widerstände 199 Kupferdraht-Durchmesser, Querschnitt, Widerstand, Gewicht 203 Drahtdurchmesser für Drehstrom-Ständerwicklungen, 110, 220, 380, 500 Volt 205 Drahtdurchmesser für Drehstrom-Ständerwicklungen, 110, 220, 380, 500 Volt 206 Drahtdurchmesser für Drehstrom-Ständerwicklungen, 110, 220, 380, 500 Volt 207 Drahtdurchmesser, Querschnitt, Strömbelastung 1—6 A/mm2 208 Eisenmaße für Drehstrommotoren 1—80 PS 209 Kupfergewichte für Drehstrom-Ständerwicklungen 0,5—500 PS 210 Kupfergewichte normaler Gleichstrommotorenwicklungen 211 Stromstärken bei Drehstromleistungen bis 1000 kVA 212 Zusammenstellung der Wickeltabellen für Drehstromläufer-Stabwicklungen 2, 4, 6, 8, lOpolig 213 Wickeltabellen für Drehstrom-Stabläufer 216—258 Eisenmaße, Nutenzahlen, Nutenmaße, Packbreite, Wickeldaten, Leistungsdaten ausgeführter Drehstrommotoren 2, 4, 6, 8, lOpolig, 50 Hz, 380, 220 Volt, 0,15—23 kW 259—269 Totalgewichte neuzeitlicher Drehstrommotoren 2—8polig 270 Gewichtstabelle für Drehstrommotoren 4polig, 50 Hz 271 Gewichtstabelle für Drehstrommotoren 6polig, 50 Hz 272 Gewichtstabelle für Drehstrommotoren 8polig, 50 Hz 273 Gewichtstabelle für Gleichstrommotoren 220 Volt, 700—1700 n 274 Gewichtstabelle für Gleichstrommotoren 220 V, 500—2050 n 275 Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren (Tabelle) 276 ölgewichte für Drehstrom-Transformatoren 5—100 kVA 277 Leistungstabelle PS/kW (Umrechnung) 278 Zahlentabelle der Zahlen 1—500 280—292 Stichwortverzeichnis

293

XIII

XIII. A b s c h n i t t Verzeichnis der im Text enthaltenen Tabellen Tabellen-Text Genormte Drehzahlen f. Wechselstrommaschinen, 50 Hz . . . . Nutenzahlen für 4, 6 u. 8pol. Drehstrommotoren Eisenabmessungen 5 PS Drehstrommotor Vergleichszahlen . . . Nennströme, Leerlaufströme, Kurzschlußströme (Drehstrommotor) Nennströme, Leerlaufströme, Kurzschlußströme (Drehstrommotor) Nennströme, Leerlaufströme, Kurzschlußströme (Drehstrommotor) Stromdichten Amp./mm2 für Drehstrom-Ständerwicklungen. . . Luftspalt zwischen Ständer/Läufer bei Drehstrommotoren . . . Totalgewichte 5 PS Drehstrommotor 4polig, (1893—1930) . . . Polflächen in cm2 4, 6, 8poliger Drehstrommotoren, 0,19—55 kW Leiterzahlen für Drehstrom-Ständerwicklungen Nutenfüllfaktoren für Drehstrommotoren Leistung, bezogen auf die Polfläche 4pol. Drehstrommotoren Leistung, bezogen auf die Polfläche 6pol. Drehstrommotoren . . Nutenzahlen für symmetrische Zweiphasenwicklungen Induktionsverhältnisse bei Dahlandermotoren Anlaufmomente bei Dahlandermotoren Leerlaufströme bei Dahlandermotoren Das Verhältnis der Anlaufströme 2polige Drehstromläufer-Stabwicklung 12 Nuten, 48 Stäbe . . . Gewichte offener Drehstrommotoren 0,22—23 kW Gesehnte Wickelschritte, 2 u. 4polige Dreiphasenwicklungen . . Gesehnte Wickelschritte, 6 u. 8polige Dreiphasenwicklungen . . Wirkungsgrad (Nenn- und Teillast) bei Drehstrommotoren . . . Leistungsfaktor (Nenn- u. Teillast) bei Drehstrommotoren . . . Wirkungsgrad u. Leistungsfaktor (Normwerte) f. Drehstrommotoren Grenztemperaturen an Wicklungen elektr. Maschinen . . . . Eisenabmessungen für Einphasen-Transformatoren Eisenabmessungen für Drehstrom-Transformatoren Qualität und Belastbarkeit der Kohlebürsten Widerstandsmaterial für Anlasser- und Widerstände . . . . Widerstandsmaterial für Anlasser und Widerstände Kupferdraht, Durchmesser, Querschnitt, Widerstand, Gewichte Kupferdraht, Durchmesser, Querschnitt, Widerstand, Gewichte . Durchmesser der Wickeldrähte bei Drehstrommotoren 110, 220, 38( 500 Volt Durchmesser der Wickeldrähte bei Drehstrommotoren 110, 220, 380 500 Volt Durchmesser der Wickeldrähte bei Drehstrommotoren 110, 220, 380 500 Volt Kupferdraht, Durchmesser, Querschnitt, Strombelastung, in A/mm Durchmesser und Länge des aktiven Eisens bei Drehstromläufern Kupfergewichte für normale, offene Drehstrommotoren, Ständer und Läufer, 2, 4, 6, 8, 10, 12polig Kupfergewichte der Wicklungen bei Gleichstrommotoren 0,5—50 PS Ströme bei Leistungen bis 1000 kVA, 110/190/220/380/500/1000/1500/ 2000/3000/5000/6000/10 000/15 000 Volt

XIV

Tab.- Seite Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ) 30a \ 30b J 31 32 33 33a

3 5 6 8 9 10 15 16 18 20 25 46 54 55 62 78 78 78 79 105 107 108 109 110 111 113 130 139 140

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177 201 202 205 206

Verzeichnis der Wickeltabellen für Drehstromläufer-Stab Wicklungen 50 Hz, 2, 4, 6, 8, 10 Pole Seiten 217—260 (Anhang) DrehTab.zahl/Min Nr. bei 50 H z (Anh.)

Nutenzahl

Stabzahl total

Stäbe je Nute

2 2 2 2 2 2 2 2

12 18 18 18 18 24 24 24

48 36 72 108 144 48 96 144

4 2 4 6 8 2 4 6

3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000

42 43 44 45 46 47 48 49

Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

18 24 24 24 36 36 48 48 54 60 60 72

144 48 96 144 72 144 96 192 216 120 240 144

8 2 4 6 2 4 2 4 4 2 4 2

1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung

6 6 6 6 6 6

36 36 54 72 90 108

72 144 108 144 180 216

2 4 2 2 2 2

1000 1000 1000 1000 1000 1000

62 63 64 65 66 67

Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung

8 8 8 8 8

36 48 72 96 120

144 96 144 192 240

4 2 2 2 2

750 750 750 750 750

68 69 70 71 72

Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung

10 10 10 10

60 60 90 120

120 240 180 240

2 4 2 2

600 600 600 600

73 74 75 76

Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung Zweischichten-Reihenwicklung

Polzahl

Bemerkungen

XV

Tabellen im Anhang

Seiten 260—295

Tabellen-Text

Eisenmaße, Nutenzahlen, Paketbreite 2pol. Drehstrommotoren Ständer-Wickeldaten für Drehstrommotoren, 2pol. 380/220 V . Eisenmaße für Drehstrommotoren 4pol. 380/220 Volt . . . . Ständer-Wickeldaten für Drehstrommotoren 2pol. 380/220 V . Eisenmaße für Drehstrommotoren 6polig, 380/220 V . . . . Ständer-Wickeldaten für Drehstrommotoren 6polig, 380/220 V Eisenmaße für Drehstrommotoren 8polig, 380/220 Volt. . . . Ständer-Wickeldaten für Drehstrommotoren 8pol. 380/220 V . Leerlauf-. Kurzschlußströme, Ohmscher Widerstand bei Drehstrommotoren 2, 4, 6, 8polig Totalgewichte neuzeitlicher Drehstrommotoren 2, 4, 6, 8polig . . Gewichtstabelle normaler Drehstrommotoren 4polig Gewichtstabelle normaler Drehstrommotoren ßpolig Gewichtstabelle normaler Drehstrommotoren 8polig Gewichtstabelle normaler Gleichstrommotoren Gewichtstabelle normaler Gleichstrommotoren Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren 0,19—175 kW Kupfer- und ölgewichte für Drehstrom-Transformatoren 5—100 kVA Leistung PS in kW umgerechnet 0,1—99 kW Zahlen tabelle der Zahlen 1—500.

XVI

Abschnitt I

Gesichtspunkte und Merkmale bei der Rekonstruktion der Wickeldaten für Drehstrommotoren Erkennungszeichen zur Beurteilung der Leistung, Drehzahl und Spannung bei Drehstrommotoren In den Instandsetzungswerken elektr. Maschinen kommen häufiger Fälle vor, wo Motoren ohne Leistungsschild im beschädigten Zustande zur Instandsetzung oder Neuwicklung eingeliefert werden. Handelt es sich um einen Motor, der nach der betriebstüchtigen Wiederherstellung als Verkaufsobjekt in Frage kommt, so ist hier die Anbringung des fehlenden Leistungsschildes, welches nach den Vorschriften des V. D. E. an keinem Motor fehlen darf, ganz besonders wichtig. Die endgültigen Daten des Leistungsschildes, es sei vorweg genommen, können nur durch Vornahme einer vorschriftsmäßigen Leistungsmessung ermittelt und festgelegt werden. Für den Instandsetzungsfachmann ist es zunächst aber wertvoll, ohne lange Berechnungen festzustellen, für welche Drehzahl und Spannung der Motor gewickelt ist und welche annähernde Leistung nach Maßgabe der Abmessungen des aktiven Eisens im Ständer und Läufer in Frage kommt. Sind diese Unterlagen an Hand der nachstehenden Ausführung ermittelt, so kann die Leistungsmessung vorgenommen werden, denn ohne die Betriebsspannung, Drehzahl und annähernde Leistung eines Motors zu kennen, ist eine Leistungsmessung nicht möglich. Für die Bestimmung der Nennleistung eines derartigen Motors bietet die Kenntnis der Typenbezeichnungen und der äußeren Form der Maschine eine außerordentlich wichtige Handhabe. Es muß sich daher jeder Instandsetzungsfachmann zur Aufgabe machen, die Merkmale eines bestimmten Fabrikates im Gedächtnis zu behalten, um in geeigneten Fällen an der Form und Ausführung des Gehäuses und der Wicklung, die Herstellerfirma und die Type der Maschine feststellen zu können. Die altbewährten und leistungsfähigen Motorenfabriken bringen die Typenbezeichnung nicht nur auf dem Leistungsschild, sondern auch vielfach auf dem Flantsch des Gehäuses oder auf dem Sitz der Transportöse an. Auch die Stirnseite der Ankerwelle enthält sehr häufig die Typenangabe der Maschine. Ist die Type der jeweilig in Frage stehenden Maschine ermittelt, so kann in den meisten Fällen unter Zuhilfenahme der Preisliste des betreffenden Lieferanten die Leistung und Drehzahl festgestellt werden. 1

R a s k o p , Berechnungsbuch. 9. Aufl.

1

Die Preislisten der leistungsfähigen Motorenfabriken enthalten nicht nur die Leistung in kW und PS, sondern auch die Leistungsaufnahme in kW, die Stromaufnahme, Läufervolt und Läuferstrom. Als weitere wichtige Einzelheiten sind der Leistungsfaktor und Wirkungsgrad, das Gewicht und die Abmessungen der Maschine zu nennen. Ist z. B . eine Maschine als das Erzeugnis der Siemens-SchuckertWerke erkannt und der Wellenstumpf trägt die Bezeichnung R 91 n — 1 5 0 0 , so findet man in der Preisliste, daß die Leistung des Motors 7,5 kW 10,2 PS, die Leerlaufdrehzahl 1500, die Läuferspannung 163 Volt und der Läuferstrom 30 Amp. beträgt, wenn die Maschine mit Schleifringanker ausgerüstet ist und offene Ausführung aufweist. Findet sich hingegen die Bezeichnung OR 91 n — 1500 vor, so handelt es sich um einen geschlossen ausgeführten Motor und die Preisliste gibt an, daß der Motor 6,5 kW 8,84 PS bei 1430 Lastdrehzahl leistet usw. Zur Kontrolle läßt sich weiter feststellen, daß der erstgenannte Motor 132 kg wiegt, während der geschlossene Motor ein Gewicht von 152 kg aufweist. Aus dem vorstehenden Beispiel geht eindeutig hervor, welch wertvolle Angaben die Preislisten der leistungsfähigen Motorenfabriken enthalten und wie wichtig es ist, derartige Preislisten zu sammeln und sorgfältig geordnet für alle Fälle bereit zu halten. Es ist aber auch ersichtlich, daß das Lesen der Preislisten mit großer Aufmerksamkeit zu geschehen hat, um falsche Schlüsse bezüglich Leistung usw. zu vermeiden. Dem strebsamen Instandsetzungsfachmann bietet sich aber durch den planmäßigen Gebrauch der Preislisten und durch eifriges Studieren der einzelnen Motorentypen und Fabrikate eine selten günstige Gelegenheit, um die Möglichkeit zu erhalten, auf Grund des so angeeigneten Wissens manche schwierige Frage in der Instandsetzungspraxis leicht, schnell und sicher lösen zu können. Die Bedeutung der Typenbezeichnungen ist leider bei allen Fabrikaten verschieden. In dem vorstehenden Beispiel ist R 91 n als die Typenbezeichnung anzusehen, während die Zahl 1500 die Leerlaufdrehzahl bedeutet. Hat dieselbe Maschine eine Drehzahl von 1000 p.Min., so findet man die Bezeichnung R 91 n — 1 0 0 0 . Die Zahl hinter dem Bindestrich gibt also immer die Drehzahl an, wenn es sich um SSW.-Erzeugnisse handelt. Auf diese Weise läßt sich immer leicht feststellen, für welche Drehzahl die Maschine ausgeführt ist. Die Maschinen mit Wicklungen aus Ersatzmetall sind durch Hinzufügung eines Buchstabens, einer Zahl usw. ebenfalls nach außen hin kenntlich gemacht. Ist die im genannten Beispiel bezeichnete Maschine mit Aluminiumwicklung ausgerüstet, so findet sich die Bezeichnung K 2 R 91 n — 1500 vor. Der Buchstabe K besagt, daß es sich um eine Kriegsausführung handelt und daß die Maschine mit Ersatzmetallwicklung hergestellt wurde. Die Typenbezeichnungen, welche von der AEG angewandt werden, kennzeichnen die Maschine eindeutiger und näher. Als Beispiel sei hier die Bezeichnung D 1000/30a erwähnt. Der Buchstabe D gilt hier als eine

2

Bezeichnung für Drehstrommotoren, die Zahl 1000 gibt die Drehzahl bei Leerlauf und 50 Per. und die Zahl 30 hinter dem Querstrich nennt die Leistung des Motors in PS. Es handelt sich um eine Maschine, die listenmäßig als Kupfermotor geführt wird. Der kleine Buchstabe a besagt aber, daß die Wicklung der Maschine aus Aluminium besteht. Bei einiger Kenntnis der Typenbezeichnungen für AEG-Motoren ist also schon die Leistung und Drehzahl durch die obigen Zeichen, die immer auf der Läuferwelle zu finden sind, wenn dieselben nicht schon anderweitig beseitigt wurden, zu erkennen. Weiter ist festzustellen, daß der Motor von der Lieferfirma als Aluminiummotor hergestellt wurde. Hat ein derartig bezeichneter Motor Kupferwicklung, so ist diese Wicklung später als Ersatz für die ursprüngliche Aluminiumwicklung hergestellt worden. Die Leistungsangabe hinter dem Querstrich bezieht sich, da es sich um ein Kupfermodell handelt, nur auf die listenmäßige Leistung, welche der Motor mit friedensmäßig hergestellter Wicklung besitzt. Für einen 30-PS-Drehstrommotor dieser Type, welcher eine Drehzahl von 1500 p. Min. besitzt, lautet die Bezeichnung D 1500/30. Der 50-PS-Drehstrommotor mit einer Drehzahl von 750 p. Min. trägt demnach die Typenbezeichnung D 750/50. Die Motoren dieser Type mit Leistungen bis ca. 6 PS, tragen eine andere Bezeichnung, aus welcher aber auch Leistung und Drehzahl zu ermitteln ist. Der 5-PS-Motor mit einer Drehzahl von 1500 p. Min. trägt z. B. die Bezeichnung D 50/4. Die Zahl 50 läßt auf eine Leistung von 5 PS schließen und die Zahl hinter dem Querstrich gibt die Polzahl der Maschine an. Da eine Maschine mit vier Polen bei 50 Perioden 1500 Umdrehungen in der Minute hat, so ist an der Zahl 4 die Drehzahl zu erkennen. Für alle anderen Fälle ergibt sich die minutliche Drehzahl aus der Formel

Nach V D E 0530/7.55, S 17, Tafel 2, gelten folgende Pol- u n d Drehzahlen f ü r Wechselstrommaschinen als N o r m : Tabelle Nr. 1 Genormte synchrone Drehzahlen für Wechselstrommaschinen, 50 Hz Polzahlen Drehzahl U/min.

2

4

6

8

10

12

16

20

24

(28)

32

(36)

40

3000 1500 1000 750 600 500 375 300 250 (214) 188 (167) 150

Die eingeklammerten Werte sind möglichst zu vermeiden. Die Leistung der so bezeichneten Maschinen ist jedoch nicht immer an der Zahl hinter dem Buchstaben D zu erkennen. Z. B. leistet der mit D 50/6 bezeichnete Drehstrommotor nur 2,45 PS. Es ist daher zweckmäßig, in ähnlichen Fällen immer die Preisliste zur Hand zu nehmen. Die Typenbezeichnung läßt aber erkennen, daß es sich um das Modell des i*

3

5-PS-Motors mit einer Drehzahl von 1500 handelt. Dieser Motor ist, wie aus der Bezeichnung hervorgeht, 6polig für 1000 Umdrehungen gewickelt und hat demnach eine geringere Leistung, als wenn derselbe für 1500 gewickelt worden wäre. Weniger praktisch sind die Bezeichnungen für Drehstrommotoren von den Finnen Bergmann El.-A.-Ges., Sachsenwerke usw. gewählt. In den meisten Fällen ist ohne Zuhilfenahme der Preisliste nicht die Leistung der Motoren zu erkennen. Nicht so einfach liegen die Verhältnisse, wenn der Hersteller des jeweiligen Motors nicht ermittelt werden kann, oder eine Preisliste nicht vorhanden ist. Es genügen aber auch die an Hand der Preisliste festgestellten Daten für Leistung und Drehzahl nicht, um mit der Leistungsmessung beginnen zu können. Für diese allgemeinen Fälle soll nun nachstehend durch Erteilung praktischer Winke eine Anleitung gegeben werden.

Die Ermittlung der Drehzahl Es wurde bereits erwähnt, daß die Drehzahl eines Drehstrommotors abhängig ist von der Frequenz und Polzahl. Da die Zahl der Wicklungselemente im Ständer wiederum mit der Polzahl der Maschine zusammenhängt, so ist die Drehzahl der Maschine in der Regel auch durch die Zahl der Wicklungselemente im Ständer festzustellen, wenn die Frequenz der Betriebsspannung, für welche der Motor gebaut ist oder mit welcher derselbe betrieben werden soll, bekannt ist. Im allgemeinen kommen 50 Perioden, selten 40 oder 25 in Frage. Teilt man die Anzahl der Wicklungselemente (Gruppen) durch 1,5, so erhält man die Polzahl der Maschine. Mit Hilfe der bereits genannten Formel ist alsdann die Umdrehungszahl je Minute leicht auszurechnen. Beispiel: Eine Ständerwicklung ist mit 9 Wicklungselementen hergestellt. Die Polzahl der Maschine ist demnach: 9 : 1 , 5 = 6. Hiernach ist die minutliche Drehzahl der Maschine bei 50 Hertz: 50.60 = 1000 (siehe Formel Nr. 1).

(2)

Handelt es sich um eine Formspulen- oder Stabwicklung, so ist an dem Wickelschritt eines Wicklungselementes die Polzahl zu ermitteln. Der Wickelschritt entspricht in solchen Fällen genau, oder annähernd der Polteilung. Beispiel: Ein Ständer mit 36 Nuten ist in Formspulenwicklung gewickelt. Der Wickelschritt eines Wicklungselementes (Spule) reicht von Nute 1 nach Nute 9. Teilt man die Nutenzahl 36 durch die gefundene Schrittzahl, so erhält man die Polzahl der Maschine mit: 36 : 9 = 4.

4

Bei Stabwicklung wird mit der Feststellung der Polzahl entsprechend verfahren. E s sei hier noch erwähnt, daß die Nutenzahl derjenigen Ständer, die 4polig gewickelt werden, mit 24, 36, 48 und 60 festgelegt sind. Bei Maschinen mit kleineren Leistungen, etwa bis 5 P S , verwendet man aber auch den Ständer mit 36 Nuten häufiger für die 6polige Wicklung. Da bei 6poligen Wicklungen 9 Wicklungselemente (Gruppen) in Frage kommen, so sind die Nutenzahlen 24, 48 und 60 nicht für die Herstellung dieser Wicklung geeignet, weil die Zahlen nicht in 9 teilbar sind und eine symmetrische Ganzlochwicklung daher nicht herstellbar ist. E s lassen sich allerdings auch Bruchlochwicklungen herstellen, die aber seitens der Herstellerfirmen nur selten ausgeführt werden. Im allgemeinen kann man voraussetzen, daß die Nutenzahlen im Ständer für 4 polige Maschinen mit 24, 36, 48 und 60 gewählt werden. Bei 6 poligen Maschinen findet man die Ständernutenzahlen mit 36, 54, 72 und 90, weil diese Nutenzahlen durch die Anzahl der erforderlichen Gruppen (9) restlos teilbar sind. Da die Voraussetzungen bezüglich Nutenzahl auch bei dem Läufer ähnlich sind, wie bei dem Ständer, so kann bei unbewickelten Motoren an Hand der nachstehenden Tabelle festgestellt werden, für welche Polzahl die jeweilig vorliegende Nutenzahl in Frage kommt. Tabelle Nr. 2 Nutenzahlen 4 polig ( N u t e n z a h l )

6polig (Nutenzahl)

Ständer

Läufer

Ständer

Läufer

24 36 48 60

36 48 36 48

36 54 72 90

72 72 54 72

8 polig ( N u t r n z a h l ) Ständer 48 72 96 108

Läufer 72 48 72 96

}

)
(nackt) 2 • Bw. 1,7 mm £>, hergestellt. Wenn man nun ohne Berücksichtigung der Schaltung den Querschnitt ermitteln wollte, so würde man zu einem falschen Resultat kommen. Der Draht von 1,4 mm •©• hat nach der Tabelle Nr. 33 und 33 a einen Querschnitt von rund 1,54 qmm. Da die Ständerwicklung aber in zwei Gruppen parallel geschaltet ist, so kommt in Wirklichkeit der doppelte Querschnitt = 3,08 qmm in Frage. Die Wicklung ist für 380 Volt im Stern, für 220 Volt in Dreieck zu schalten. Maschinen mit einer Drehzahl von 1000 n/min. (9 Gruppen) sind häufig in der Ständerwicklung so geschaltet, daß die drei zu einer Phase gehörenden Gruppen parallel liegen. In diesem Falle kommt also der dreifache Querschnitt eines Drahtes in Frage. Der Einfachheit halber stellt man den Leiterquerschnitt für diejenige Stromstärke fest, die bei der ermittelten Leistung und Drehzahl in Sternschaltung der Ständerwicklung auftritt. Will man den Querschnitt alsdann für Dreieckschaltung der 13

Wicklung feststellen, so ist das gefundene Resultat mit 1,73 zu multiplizieren. Die Querschnitte bei Stern- und Dreieckschaltungen verhalten sich ähnlich wie die Spannungen und Stromstärken zueinander. Bei Dreieckschaltung ist also die Spannung um: 1,73 kleiner als bei Sternschaltung, der Strom hingegen 1,73 mal größer. Beispiel: Eine Wicklung ist im Stern für 380 Volt geschaltet, dann ist dieselbe in Dreieckschaltung für eine Spannung verwendbar, die den l,73ten Teil kleiner ist. 380 :1,73 = 219,6 rund 220 Volt. Ein 10-PS-Drehstrommotor 380 Volt Sternschaltung nimmt bei voller Last einen Strom von ca. 15 Ampere auf. Bei Dreieckschaltung und 220 Volt Betriebsspannung beträgt die Stromaufnahme: 1,73 • 15 25,95 oder rund 26 Ampere. Ist der wirkliche Querschnitt bei Sternschaltung ermittelt, so ist folgende Betrachtung für die richtige Lösung der Aufgabe von Wichtigkeit. Die Bemessung eines Leiterquerschnittes erfolgt auch im wesentlichen nach der Kühlung der Wicklung durch Zufuhr frischer Luft. Die Belastung eines mm 2 des Kupferleiters ist daher bei den verschiedenen Ausführungsarten der Maschinen offen, ventiliert gekapselt, vollständig geschlossen, oder bei aussetzendem Betrieb, den jeweiligen Kühlverhältnissen anzupassen. Wird daher die Wicklung von einem starken Frischluftstrom umspült, so kann die Belastung des Leiters je mm 2 höher und der Querschnitt geringer gewählt werden, als bei geringerem Luftzug oder höherer Lufttemperatur. Der Querschnitt des Leiters ist demnach unter Berücksichtigung der Kühlung bei einem offenen Motor geringer, als bei einem gekapselten Motor gleicher Leistung. Es ist weiter erklärlich, daß eine fliegende Wicklung (Läuferwicklung) besser gekühlt wird, als eine ruhende Wicklung (Ständerwicklung}. Hieraus ergibt sich auch, daß die Stromdichte je mm 2 in dem Leiter einer Läuferwicklung höher gewählt werden kann, als bei der Ständerwicklung. Für alle Fälle muß der Querschnitt eines Leiters so bemessen sein, daß die Übertemperatur in den Wicklungen (siehe Raskop, Katechismus, Seite 599, 14. Auflage) die aufgestellten Grenzwerte des V. D. E. nicht überschreiten. Die Stromdichte in den Ständer- und Läuferwicklungen kann, wie in nachstehender Tabelle angegeben, gewählt werden. Bei höherer Drehzahl und gleicher Bauart des Motors ist im allgemeinen die Stromdichte je m m 2 höher gewählt, bei niedriger Drehzahl geringer. Die spezifische Stromdichte/mm 2 Kupferleiter wird bei den normalen, offenen Drehstrommotoren (DB) der jüngsten B a u j a h r e (z. B. Lackdrahtwicklung nach Klasse E) 14

a) in der Ständerwicklung mit etwa 5 — 6 Amp/mm 2 b) in der Läuferwicklung bis etwa 7 — 8 Amp/mm 2 gewählt. Tabelle Nr. 7 Tabelle über Stromdichten Drehzahl 1500 p. Min. (Näherungswerte) Ausführung offen

Ausführung geschlossen

Leistung PS

Ständer

Läufer

Ständer

bis ca. 3 4—100

3,5—4 3—3,5

5—6 4—5

1,8—3 1,5—3

Läufer 3—5 3—5

Amp./mm2 Amp./mm2

Wird die Wicklungsisolation nach V D E 0530/7,55 nach den W e r k stoffklassen B , F oder H (anorganische Nutenisolation, reine oder modifizierte Silikon-Tränklack) hergestellt, dann liegen die Stromdichten noch höher. Entscheidend ist das B a u j a h r der zur Neuwicklung anstehenden Maschine, sowie die vom Hersteller angewandten Isolierstoffe und Leiterquerschnitte. Der ermittelte Drahtdurchmesser bzw. Querschnitt eines Leiters der jeweilig vorliegenden Ständerwicklung, kann nun an Hand der Tabellen Nr. 34—36 entsprechend der festgestellten Leistung verglichen werden. Beispiel: Ein Drehstrommotor ohne Leistungsschild trägt auf einer Stirnseite der Läuferwelle die Bezeichnung D 1500/7,5. Der Motor ist an der Bezeichnung und an der baulichen Ausführung als Erzeugnis der A. E . G. erkannt und die Liste gibt an, daß der Motor 7,5 P S leistet. Da die Ausführung des Motors offen und der Drahtdurchmesser bei Sternschaltung mit 2,0 mm £> gemessen ist, so ist die Wicklung nach der in Frage kommenden Tabelle sehr wahrscheinlich für 380 Volt. Die Tabelle gibt einen Drahtdurchmesser von 2,1 mm an. Die Tabellen weisen der Einfachheit halber den in Frage kommenden Durchmesser des Drahtes auf. Beispiel: Ein Drehstrommotor ohne jegliche Erkennungszeichen ist nach der Tabelle Nr. 28 für eine Leistung von 2 P S geschätzt, die Wicklung ist 4polig, die Drehzahl daher bei 50 Perioden = 1500 bei Leerlauf. Die Ausführung des Motors ist offen. Die Wicklung ist mit 1,2 mm Runddraht hergestellt, die Gruppen sind in Reihe und Stern geschaltet. Nach der Tabelle Nr. 28 wird die Wicklung sehr wahrscheinlich für 380/220 Volt bestimmt sein, da der Drahtdurchmesser hier mit 1,1 mm •©• für diesen Fall eingesetzt ist. Ob das so gefundene Ergebnis richtig ist, erweist sich nunmehr durch Anschluß des Motors an die in Frage kommende Stromquelle, wobei unter Zwischenschaltung eines Amperemeters für Wechselstrom der Leerlaufstrom gemessen wird. Sind die Wicklungen fehlerfrei, was immer vorausgesetzt werden muß, so soll der Magnetisierungsstrom 15

nicht mehr wie etwa 35—40 % des Vollaststromes betragen. Im allgemeinen ist der Magnetisierungs- und Leerlaufstrom bei normalen Maschinen aber geringer, etwa 25—30% des Vollaststromes. Bei Maschinen für Kran und Aufzugsbetrieb liegen diese Werte möglicherweise noch etwas höher als 40%. Ist nun die Wicklung tatsächlich nicht für die geschätzte, sondern für eine höhere Spannung bestimmt, so ist der aufgenommene Magnetisierungsstrom bedeutend geringer, als nach den vorstehenden Angaben gemessen werden mußte. Ist die Wicklung hingegen für eine niedere Spannung bestimmt, so ist der Magnetisierungsstrom und Leerlaufstrom bedeutend höher. Beispiel: Ein Drehstrommotor ist für 5 P S = 3,7 kW Leistung geschätzt, die Drehzahl ist mit 1500 ermittelt und die Spannung für 380 Volt geschätzt. Nach Anschluß an 380 Volt wird ein Leerlaufstrom von 8 Ampere gemessen. Da dieser Wert viel zu hoch ist (der Motor darf bei 380 Volt Vollast etwa 8 Ampere aufnehmen), so ist die Wicklung bei gleichbleibender Schaltung an 220 Volt anzuschließen. Bei 220 Volt darf die Stromaufnahme bei Leerlauf etwa 3,5 Ampere betragen. Nach diesem Verfahren wird man nun sehr schnell in der Lage sein, eine Leistungsmessung vorzunehmen, auf Grund derer die endgültigen Werte einwandfrei ermittelt werden können. Bei der Beurteilung der Höhe des Leerlaufstromes ist zu beachten, daß der Luftspalt zwischen Ständer und Läufer einen wesentlichen Einfluß auf die Größe des Leerlaufstromes hat. Ist also der Läufer bereits von unkundiger Hand abgedreht worden (ein Fachmann muß wissen, daß dies nicht geschehen darf), so ist der Leerlaufstrom u. U. gewaltig höher, als bei normalem Luftabstand zwischen Ständer und Läufer. Die Auswertung des Prüfprotokolls an Hand der durch die Leistungsmessung gefundenen Werte wird in solchen Fällen immer Aufklärung bringen. Um für die Beurteilung der Größe des einseitigen Luftspaltes zwischen Ständer und Läufer einen Anhalt zu haben, sei nachstehend eine Tabelle aufgeführt, die Mittelwerte hierüber enthält. Tabelle Nr. 8 über die Größe des einseitigen Luftspaltes (Mittelwerte) N o r m a l e D r e h s t r o m m o t o r e n 1500 n Leistung in P S

0,25— 0,5 0,75— 1 1,5 — 2 3 — 8 10 — 15 20 — 25 35 — 50 75 —100 16

einseitiger L u f t s p a l t in m m

0,25—0,3 0,3 —0,35 0,35—0,4 0,45—0,5 0,5 —0,6 0,65—0,75 0,8 —1,0 1 —1,25

An Hand der vorstehenden Tabelle ist sehr schnell Klarheit darüber geschaffen, ob der jeweils vorgefundene Luftspalt noch der ursprüngliche ist, oder ob derselbe aus irgendeinem Grunde vergrößert wurde. Liegen die vorgefundenen Werte höher, so ist festzustellen, ob der Motor zum Antrieb von Hebezeugen usw. bestimmt ist. Ist diese Frage zu bejahen, so ist der größere Luftraum, vorausgesetzt, daß derselbe nicht greifbar anormale Werte aufweist, als richtig anzusehen. Bei normalen Motoren hingegen ist ein etwa vorgefundener größerer Luftabstand zwischen Ständer und Läufer, als für die betr. Leistung in der Tabelle angegeben, immer ein Fehler, bzw. eine mangelhafte Ausführung. Der Motor mit möglichst kleinem Luftabstand zwischen Ständer und Läufer hat einen besseren Leistungsfaktor und Wirkungsgrad, als derjenige mit größerem. In den Fällen, wo der Läufer etwa auf der Drehbank abgedreht wurde, ist der ursprüngliche elektrische Wert des Motors nur durch vollständigen Ersatz des Läuferblechpaketes herzustellen. Bei der Festlegung des neuen Luftabstandes bietet die Tabelle wieder einen Anhaltspunkt. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß ein Motor, dessen Läufer auf der Drehbank abgedreht und der Luftspalt somit vergrößert wurde, auch eine wesentlich geringere Leistung bei der ursprünglichen Ständerwicklung hat. Der Schlupf ist schon bei verhältnismäßig geringer Belastung groß und in den meisten Fällen fällt die Drehzahl bei geringer Bremsung bis auf 0 herab.

Die Ermittelung der Leistung und der Wiekeldaten an Hand der aktiven Eisenmaße bei normalen Drehstrom-

motoren 4-, 6- u. 8polig, 0,25—75 PS, 50 Hertz

Welche Leistung kann ein Drehstrommotor abgeben und für welche Spannung ist derselbe gewickelt? Es wird an Hand von Tabellen und Beispielen dargelegt, wie man die Leistung eines Drehstrommotors nach Maßgabe der aktiven Eisenmaße schätzen und die Wickeldaten hierzu überschläglich zur Kontrolle ermitteln kann.

Die in der Übersicht gestellten Fragen werden fast täglich an den Instandsetzungsfachmann gestellt. Die schnelle und möglichst genaue Beantwortung derselben ist deswegen schwierig, weil in den Instandsetzungswerkstätten sowohl Maschinen ältester und älterer, als auch solche neuzeitlichster Bauart instandgesetzt, neu oder umgewickelt werden müssen. Häufig fehlen an den eingelieferten Maschinen die Leistungsschilder oder die Kennzahlen derselben sind überstempelt, unleserlich oder aus anderen Gründen als zweifelhaft zu betrachten. In allen diesen und ähnlich gelagerten Fällen ist die richtige Beantwortung der eingangs aufgeworfenen Fragen schwierig, aber sehr wichtig 2

R a s k o p , Berechnungsbuch. 9. Aull.

17

und für das Ansehen des Elektromaschinenbauer-Handwerkes oftmals von entscheidender Bedeutung. Wie zweifelhaft beispielsweise die Leistungsschätzung allein auf Grund des Totalgewichtes eines Drehstrommotors ist, zeigt die nachstehende Gegenüberstellung eines normalen 5 P S Drehstrommotors 1500 n, offene Ausführung aus den Baujahren 1893—1930. Tabelle Nr. 9 Baujahr:

1893

1899

1901

1924

1930

Gewicht:

250 kg

215 kg

155 kg

85 kg

42 kg

Bemerkungen

In dem betrachteten Zeitraum von 37 Jahren ist das Totalgewicht dieses Motors von 250 kg auf weniger als den 5. Teil gesunken. Aus diesem Beispiel geht zunächst hervor, daß die Schätzung der sogenannten „listenmäßigen Leistung" im Zusammenhang mit dem Baujahr der jeweils in Frage stehenden Maschine gebracht werden muß, wenn das Ergebnis der Leistungsschätzung brauchbar sein soll. Es ist selbstverständlich, daß im Regelfalle aus den ältesten und älteren Typen durch Umbau oder Umwicklung eine höhere, als die ursprüngliche, listenmäßige Leistung herausgeholt werden kann. Die hiermit zusammenhängenden Fragen fallen jedoch in das Aufgabengebiet des Berechnungsingenieurs und sollen an dieser Stelle nicht behandelt werden, weil sie über den Rahmen der rein handwerklichen Aufgaben hinausgehen. Bei der Leistungsschätzung eines Drehstrommotors wird man zunächst grundsätzlich versuchen, an Zahlen und Buchstaben die vielfach unter der Transportöse, auf dem Lagerschildrand oder auf dem Wellenstumpf vorgefunden werden, die listenmäßige Typenbezeichnung des Motors festzustellen. Gelingt dies, und steht das Ständer-Blechpaket Listenmaterial zur Verfügung, so ist es nicht schwer, die Leistung und die übrigen Zahlenwerte für das ErsatzLeistungsschild festzulegen. In den weitaus meisten Fällen kann dieser sichere Weg infolge Fehlens der Merkmale nicht begangen werden. Man muß sich vielmehr darauf beschränken, an Hand der baulichen Ausführung (ob offen oder geschlossen), an der Polzahl der Wicklung, an den Abmessungen des aktiven Eisens, an den vorgefundenen Wickeldaten und an PacJdänge Lincm-1 dem vermutlichen Alter (Baujahr) der Abb. 1. Errechnung der totalen Ständer-Polfläche nach D¡ uni L in cm Maschine die Schätzung durchzufüh18

ren. Von Bedeutung ist hier noch der Verwendungszweck (z. B. als Hebezeugmotor), der in der Regel an der baulichen Ausführung der Maschine erkannt werden kann Es soll nun in den nachstehenden Darlegungen gezeigt werden, daß mit einiger Erfahrung die Leistung eines normalen, offenen Drehstrommotors an Hand der Polzahl (Drehzahl bei 50 Hertz) und der aktiven Eisenmaße mit ausreichender Genauigkeit geschätzt werden kann. Der Berechner und Erbauer beginnt bekanntlich bei dem Entwurf eines Drehstrommotors in der Regel mit der Festlegung der aktiven Eisenmaße. Hierbei geht er grundsätzlich von der Leistung und Drehzahl (Polzahl und Frequenz) aus, für die der Motor bestimmt ist. Aus der Festlegung des lichten Ständerdurchmessers und der Packlänge ergibt sich die gesamte Polfläche und hiervon kann bei der Rekonstruktion der Leistung ausgegangen werden. Die totale Polfläche eines Drehstrommotors errechnet sich überschläglich aus: D i - p i - L (3) und die Fläche eines Poles aus: Di-pi-L 2p

(4).

In diesen Formeln bedeuten: Di = lichter Durchmesser des Ständerblechpaketes in cm pi = konstante Zahl 3,14 L = aktive Packlänge in cm (einschl. Luftschlitze) 2p = Polzahl. In der Tabelle Nr. 10 ist die totale Polfläche und die Fläche eines Poles für eine Anzahl in den Jahren 1910 bis etwa 1923 erbauten, offenen Drehstrommotoren namhafter Hersteller 4-, 6- und 8polig zusammengestellt. Die Zusammenfassung der verschiedenen Leistungen im Rahmen eines bestimmten Blechschnittes (z. B. 1 und 1,5 PS, 2 und 3 P S usw.) ist nicht einheitlich und eine ganze Anzahl anderer, vom Erbauer zu beachtenden Gesichtspunkte verhindern, daß die Polquerschnitte bezogen auf die gleiche Leistung, Drehzahl, Ausführung und Baujahr gleiche Werte aufweisen. Indessen sind die Abweichungen, immer bezogen auf das Baujahr usw. nicht wesentlich, wie an einigen Beispielen gezeigt werden soll. 1. Beispiel Drehstrommotor AEG Typ NWD 10/6, 910 n (6polig) Ständer innen = 12,5 cm Packlänge = 6,7 cm Dann ist die totale Polfläche = 12,5 • 3,14 • 6,7 = 262,64 cm 2 und die Fläche eines Poles = 262,64: 6 = 43,6 cm 2 . 2

19

Nach der Tabelle Nr. 10 Spalte 5 und 6 müßte der Motor eine listenmäßige Leistung von 0,5 P S haben. Dieser Wert stimmt mit den Angaben des Original-Leistungsschildes überein. Tabelle Nr. 10 über die ungefähre Größe der Polfläche in cm 2 bezogen auf normale, offene Drehstrommotoren, Baujahr bis 1950 (Näherungswerte) 4 polig

6 polig

PS

kW

Totale Polfläche in cm 2

Fläche eines Poles in cm 2

1

2

3

i

0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 3 4 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 60 75

0,19 0,37 0,55 0,74 1,1 1,45 2,2 3 3,7 5,5 7,4 11 14,5 18,5 22 29,5 37 44 55

113 169,6 186,6 242 250 335 415 544 674 760 890 1000 1400 1602 2000 2260 2510 2785 2900

28,2 43 47 61 64 84 107 136 168 190 223 250 350 400 500 565 627 696 725

8 polig

Totale Polfläche in cm 2

Fläche eines Poles in cm2

Totale Polfläche in cm 2

Fläche eines Poles in cm 2

5

6

7

8

180 264 273 282 370 452 593 656 734 1000 1480 1700 2100 2300 2430 2550 2660 2750 3440

30 44 46 47 62 76 99 110 122 167 247 284 350 383 405 425 444 460 573

966 1300 1510 1728 1800 2370 2580 2700 3200 3750

120 163 189 216 225 257 325 337 400 470

B e m e r k u n g e n : 1. Die Angaben in den Spalten 3—8 beziehen sich ausschließlich auf Motoren aus dem Baujahr bis 1930. 2. Bei Motoren mit zusätzlicher Kühlung ergeben sich höhere Leistungswerte. 3. Bei Motoren nach den neuesten REM liegen die Leistungswerte bei gleichen Abmessungen höher. 4. Bei Motoren mit Blechen mit weniger als 3,6 Watt/kg liegen die Leistungswerte höher. 5. Die Maße in den Spalten 3—8 verstehen sich ohne Luftschlitze im Ständer und sind als Näherungswerte zu betrachten. A n m e r k u n g : M o t o r e n ä l t e r e r und n e u e r e r A u s f ü h r u n g ! 1. Die listenmäßigen Leistungen der AEG-Drehstrommotoren Type D liegen etwa 5 0 % niedriger. 2. Die listenmäßigen Leistungen der SSW-Drehstrommotoren Type R liegen etwa l,5mal höher als die Vergleichswerte der Tabelle Nr. 10.

20

2. Beispiel Drehstrommotor Sachsenwerk, Typ AND 13/260, 970 n (6polig) Ständer innen = 43 cm Packlänge = 26 cm einschl. 3 Luftschlitze von je 10 mm Dann ist die totale Polfläche = 43 • 3,14 • 26 = 3510 cm 2 und die Fläche eines Poles = 3510: 6 • 5 = 585 cm 2 . Nach der Tabelle Nr. 10 Spalte 5 und 6 müßte der Motor eine Leistung von etwa 55 kW = 75 PS abgeben können. Das Leistungsschild lautet aber nur auf 43 kW. Nach näherer Betrachtung der Wicklung ist festzustellen, daß der Motor eine Aluminiumwicklung besitzt. Die listenmäßige Kupferleistung wird daher etwa 25% höher, bei etwa 53,7 kW liegen. Setzt man in der obigen Rechnung die ideelle Packlänge (Berücksichtigung der drei Luftschlitze) ein, so ergibt sich eine fast genaue Übereinstimmung des Leistungswertes.

Es ist erklärlich, daß die totale Polfläche bei den verschiedenen Fabrikaten gleichen Baujahres und Ausführung nicht genau gleich sein kann. 3. Beispiel Drehstrommotor DEW Aachen, Typ HD 50a, 1460 n (4polig) Ständer innen = 24 cm Packlänge = 20 cm Dann ist die totale Polfläche = 24 • 3,14 • 20 = 1507 cm 2 und die Fläche eines Poles = 1507: 4 = 377 cm 2 . Nach der Tabelle Nr. 10 Spalten 3 und 4 würde die Leistungsabgabe dieses Motors zwischen 20 und 25 PS liegen. In der Tat leistet der DEWMotor Typ HD 50a 4polig listenmäßig = 22 PS, 16 kW. 4. Beispiel Drehstrommotor SSW Typ MD 94, 1450 n (4polig) Ständer innen = 16,6 cm Packlänge = 8,2 cm Dann ist die totale Polfläche = 16,6 • 3,14 • 8,2 = etwa 419 cm2 und die Fläche eines Poles = 419 : 4 = 104,7 cm 2 . Nach der Tabelle Nr. 10 Spalte 3 und 4 müßte die Leistung zwischen 3 und 4 PS liegen. Die tatsächliche listenmäßige Leistung des Motors beträgt 4 PS. 5. Beispiel Drehstrommotor Bergmann EW Typ DM 60/750, 750 n (8 polig) Ständer innen = 46 cm Packlänge = 27 cm Dann ist die totale Polfläche = 46 • 3,14 • 27 = etwa 3900 cm2 und die Fläche eines Poles = 3900: 8 = etwa 487 cm2. 21

Nach der Tabelle Nr. 10 Spalten 7 und 8 müßte der Motor etwa 60 PS leisten. Diese Leistung entspricht genau der listenmäßigen Leistung, die 60 PS beträgt. 6. Beispiel Drehstrommotor BBC Typ S, 725 n (8 polig) Ständer innen Packlänge Dann ist die totale Polfläche und die Fläche eines Poles

= = = =

31,8 cm 14 cm 31,8 • 3,14 • 14 = etwa 1397 cm 2 13979: 8 = ca. 174,7 cm 2 .

Nach der Tabelle Nr. 10 Spalte 7 und 8 käme ür diesen Motor eine Leistung von etwa 10 PS in Betracht. Das Ursprungsleistungsschild enthält als Leistungsangabe: 1 0 P S . Handelt es sich in einem gegebenen Falle um einen normalen, offenen Drehstrommotor, der n a c h den REM des Jahres 1923 entworfen und gebaut worden ist, dann liegen die Leistungswerte höher als die Werte der Tabelle Nr. 10. Die Unterschiede werden noch größer, wenn es sich um einen Motor handelt, der nach den REM vom 1. Januar 1930 oder nach dem 1. Januar 1938 (Lackdraht Werkstoffklasse B) gebaut worden ist. Die Regeln für Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen (REM) des VDE spielen hier eine bedeutende Rolle. Auch andere Unterschiede, die beispielsweise in der zusätzlichen Kühlung (Ventilator), in einer die Wärmeabgabe fördernde Formgebung der Gehäuse und Lagerschilder usw. liegen können, sind jeweils sorgfältig in Betracht zu ziehen. Die Leistungswerte liegen bei gegebenen Voraussetzungen höher, als die Werte der Tabelle Nr. 10. Andererseits können die listenmäßigen Leistungen bei älteren Typen (Entwurf und Erstausführung) um das Jahr 1900 unter den Werten der Tabelle 10 liegen. 7. Beispiel Drehstrommotor AEG Typ D 1000/30, 950 n (6polig) Ständer innen Packlänge Dann ist die totale Polfläche und die Fläche eines Poles

= = = =

33,5 cm 28,5 cm 33,5 • 3,14 • 28,5 = 2992 cm 2 2992: 6 = 498 cm 2 .

Die Leistung dieses Motors könnte nach der Tabelle Nr. 10 zwischen 60 und 75 PS geschätzt werden. Die listenmäßige Leistung beträgt aber nur 30 PS. 22

8. Beispiel Drehstrommotor AEG Typ D 1500/7,5, 1450 n (4polig) Ständer innen = 16,3 cm Packlänge = 20 cm Dann ist die totale Polfläche = 16,3 • 3,14 • 20 = 1020 cm 2 und die Fläche eines Poles = 1020: 4 = 255 cm a . Dieser Motor würde nach der Tabelle Nr. 10 Spalte 3 und 4 etwa 15PS leisten. Die ursprüngliche, listenmäßige Leistung beträgt aber nur 7,5 PS. A n m e r k u n g : Die l i s t e n m ä ß i g e n L e i s t u n g e n der A E G - D r e h s t r o m m o t o r e n der T y p e n r e i h e D l i e g e n a l s o e t w a 50% n i e d r i g e r a l s d i e W e r t e d e r T a b e l l e Nr. 10. Die AEG-Motoren der Type D werden schon seit vielen Jahren nicht mehr gebaut, kommen aber noch sehr häufig zur Instandsetzung und Neuwicklung und befinden sich noch zeitweise im Altmaschinenhandel. Umgekehrt liegen die Verhältnisse beispielsweise bei den SSW-Drehstrommotoren der bekannten und beliebten Type R. Die listenmäßigen Leistungen dieser Motoren liegen höher als diejenigen der Tabelle Nr. 10.

9. Beispiel Drehstrommotor SSW, Typ R 224 h—750, 750 n (8polig) Ständer innen = 40 cm Packlänge = 22 cm Die totale Polfläche = 40 • 3,14 • 22 = 2763 cm 2 Die Fläche eines Poles = 2763: 8 = 345 cm 2 . Dieser Motor würde nach der Tabelle Nr. 10, Spalte 7 und 8 nur 40 PS leisten. Nach der SSW-Liste beträgt die Leistung jedoch 59,8 PS. 10. Beispiel Drehstrommotor SSW, Typ R 184g—1000, 960 n (6polig) Ständer innen = 30 cm Packlänge = 19 cm Die totale Polfläche = 30 • 3,14 • 19 = 1790 cm 2 Die Fläche eines Poles = 1790: 6 = 298 cm 2 . Dieser Motor würde nach der Tabelle Nr. 10, Spalte 5 u. 6 zwischen 15 und 20 PS liegen. Gemäß SSW-Liste leistet derselbe jedoch 40,8 PS. 11. Beispiel Drehstrommotor SSW Typ R 81 n—1500, 1460 n (4polig) Ständer innen = 16,5 cm Packlänge = 11 cm Die totale Polfläche = 16,5 • 3,14 • 11 = 569,8 cm 2 Die Fläche eines Poles = 569,8 : 4 = 142,4 cm 2 . 23

Die Leistung dieses Motors würde nach der Tabelle Nr. 10, Spalte 3 u. 4 zwischen 4 und 5 P S liegen. Nach der SSW-Liste kommt jedoch eine Leistung von 7,48 P S in Betracht. A n m e r k u n g : Die l i s t e n m ä ß i g e n L e i s t u n g e n der offenen SSWD r e h s t r o m m o t o r e n d e r T y p e R l i e g e n e t w a 1,5 m a l h ö h e r a l s d i e W e r t e d e r T a b e l l e Nr. 10.

E s soll nun noch zum Vergleich eine der neuesten Typen der SSW herangezogen werden. 12. Beispiel Drehstrommotor SSW Typ OR 47,5/4, 1410 n (4polig) Ständer innen Packlänge Die totale Polfläche Die Fläche eines Poles

= = = =

12 cm 11 cm 12 • 3,14 • 11 = 414,48 cm» 4 1 4 , 4 8 : 4 = 101 cm 2 .

Dieser Motor wäre nach der Tabelle Nr. 10 Spalte 3 und 4 für eine Leistung zwischen 2 und 3 P S zu schätzen. Gemäß Ursprungsleistungsschild beträgt die Nennleistungsabgabe jedoch 3 kW oder 4,08 P S . Der betrachtete Motor hat im Ständer eine Zweischichtenwicklung, die mit einer Spezialisolation (Feuchtigkeitsschutz) versehen ist. Der Motor dient zum Antrieb einer Kreiselpumpe. An den vorstehenden zwölf Beispielen wurde aufgezeigt, daß unter Beachtung der wichtigsten Merkmale die Leistung eines normalen, offenen Drehstrommotors an Hand der Abmessungen des aktiven Eisens durch Vergleiche mit der Tabelle Nr. 10 näherungsweise festgestellt werden kann. Man wird sich aber mit dieser Vergleichsschätzung nicht allein begnügen, sondern auch die jeweils vorgefundenen Wickeldaten zur Kontrolle heranziehen. In der Tabelle Nr. 11 sind in den Spalten 3 — 5 die annähernden totalen Leiterzahlen zu den Motoren der Tabelle 10 angegeben. Diese Werte beziehen sich ausschließlich auf normale, offene Drehstrommotoren, Entwurf etwa bis 1930 und zwar für die Spannungen 380/220 Volt. Hierauf ist besonders zu achten. 13. Beispiel Der AEG-Drehstrommotor Typ N W D 10/6 (Beispiel Nr. 1) hat im Ständer 36 Nuten. Bei 380/220 Volt liegen in jeder Nute 98 Drähte, Draht 0,9 mm •©•, Serie-Sternschaltung. Die totale Leiterzahl beträgt daher 36 • 98 = 3528. In der Tabelle Nr. 11 Spalte 4 ist für einen 0,5 P S Drehstrommotor 6polig die Zahl 3600 angegeben. Die Differenz ist 2 % , also unwesentlich.

24

Tabelle Nr. 11 über die ungefähre, totale Leiterzahl der Ständerwicklungen bei normalen, offenen Drehstrommotoren, B a u j a h r etwa b i s 1950 Spannung: 380/220 Volt. Näherungswerte PS 1 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 3 4 5 7,5 8,5 10 15 20 25 30 40 50 75

kW

4 polig totale Leiterzahl

6 polig totale Leiterzahl

8 polig totale Leiterzahl

2

3

4

5

5400 3528 3240 2496 2340 1800 1656 1296 1008 936 828 756 576 540 396 360 306 270 240

5850 3600 3400 3240 2512 2300 1728 1458 1332 1080 1025 756 648 586 475 432 425 378 308

0,18 0,37 0,55 0,74 1,1 1,45 2,2 2,95 3,7 5,5 6,3 7,4 11 14,5 18,5 22 29,5 37 55

2450 2200 1566 1480 1270 1080 900 780 610 590 468

B e m e r k u n g e n : 1. Die Zahlen in den Spalten 3, 4 und 5 beziehen sich auf die totale Leiterzahl. Bei mehreren parallelen Drähten, parallel geschalteten Gruppen oder Strängen usw. ist dies zu berücksichtigen. 2. Die Angaben beziehen sich nur auf Motoren aus den Baujahren etwa 1910—1923 und sind als Näherungswerte zu betrachten. A n m e r k u n g : Die Zahlen in den Spalten 3, 4 und 5 sind durch die Nutenzahl im Ständer zu teilen. 14. Beispiel Der Sachsenwerk-Drehstrommotor T y p A N D 13/260, 970 n (Beispiel 2) ist nach der Tabelle Nr. 10 für die Kupferleistung von etwa 75 P S geschätzt worden. Hiernach würde die totale Leiterzahl für 380/220 Volt im Ständer gemäß Tabelle Nr. 11 Spalte 6 = etwa 308 betragen. Der Ständer hat 72 Nuten, in jeder Nute liegen vier Leiter (Aluminiumdraht 4,4 mm ö 2 parallel), so daß eine totale Leiterzahl von 72 • 4 = 288 vorhanden ist. In Kupfer würde die totale Leiterzahl etwa 8 — 1 0 % höher auszulegen sein. Geschätzte Leiterzahl 308, vorhandene Leiterzahl 288, Differenz etwa 7 % .

25

15. Beispiel Der DEW-Drehstrommotor Typ HD 50 a, 1460 n (Beispiel 3) ist nach der Tabelle Nr. 10 für eine Leistung von 22 P S geschätzt worden. Nach Tabelle Nr. 11, Spalte 3 würde die totale Leiterzahl etwa im Mittel zwischen 540 und 396 — 518 Leiter liegen. Der Ständer dieses Motors hat 36 Nuten. Bei 380/220 Volt liegen in jeder Nute 2 • 15 Drähte, Draht 2,6 mm •©•, Serie-Stern geschaltet. Die totale Ursprungs-Leiterzahl beträgt also 36 • 15 = 540. Die Differenz beträgt etwa 5 % . 16. Beispiel Drehstrommotor Sachsenwerk; Typ AD 45—4; Drehzahl: 1420 (4polig) 380/220 Volt Ständer innen Packlänge Dann ist die totale Polfläche und die Fläche eines Poles

= = = =

14,3 cm 10,7 cm 14,3. 3,14. 10,7 = 482 cm 2 482 : 4 = 120,5 cm 2 .

Die hierfür in der Tabelle abgelesene Leistung ist etwa 2 , 8 k W ; die tatsächliche Leistung ist 4,4 kW. 17. Beispiel Drehstrommotor AEG; Typ AVDN 5 / 6 ; Drehzahl: 930 (6polig) 380/220 Volt Ständer innen Packlänge Totale Polfläche Fläche eines Poles Abgelesene Leistung Tatsächliche Schildleistung

= = = = = =

10 cm 7,3 cm 10. 3,14. 7,3 = 230 cm 2 2 3 0 : 6 = 38 cm 2 aus der Tabelle 4 a etwa 0,35 kW 0,37 kW.

Der Ständer hat 36 Nuten. Nach Tabelle 11 müßte die totale Leiterzahl 3600, und die Windungszahl je Nut somit 3 6 0 0 : 36 = 100 betragen. Die tatsächliche Windungszahl beträgt 102 je Nut. 18. Beispiel Drehstrommotor SSW; Typ R 35 s—4; Drehzahl: 1420 (4polig) 380/220 Volt Ständer innen Packlänge Totale Polfläche Fläche eines Poles Abgelesene Tabellen-Leistung Tatsächliche Schild-Leistung

26

= = = = = =

10 cm 5,5 cm 10. 3,14. 5,5 = 173 cm 2 1 7 3 : 4 = 43,25 cm 2 0,37 kW 0,8 kW.

Nuten: 36; abgelesene Windungszahl aus der Tabelle 11: 3528 je Nut: 3 5 2 8 : 3 6 = 98; tatsächliche Leiterzahl je Nut: 92*). 19. Beispiel Drehstrommotor AEG; Typ WML 25/4; Drehzahl: 1450 (4polig) Ständer innen Packlänge Totale Polfläch Fläche eines Poles Abgelesene Tabellen-Leistung Tatsächliche Schild-Leistung

= 9,0 cm = 7,7 cm = 9. 3,14. 7,7 = 218 cm 2 = 218 : 4 = 54,5 cm2 = ca. 0,6 kW = 0 , 7 kW.

Nuten: 24; abgelesene Tabellen-Windungszahl: etwa 2490, je 2490: 2 4 = 104; tatsächliche Leiterzahl je Nut: 105.

Nut:

20. Beispiel Drehstrommotor Garbe—Lahmeyer; Typ FD 1500/30 r ; 380/220 Volt Ständer innen Packlänge Totale Polfläche Fläche eines Poles Abgelesene Tabellen-Leistung Tatsächliche Schild-Leistung

Drehzahl:

1420

= 15 cm = 11,3 cm = 1 5 -3,14 • 1,3 = 533 cm 2 = 533: 4 = 133,25 cm = etwa 3 kW = 4 kW.

Nuten: 36; abgelesene Windungszahl: etwa 1000, je Nut: 1000: 36 = 27,8 = 28; tatsächliche Leiterzahl je Nut: 30. 21. Beispiel Drehstrommotor AEG; Typ: DB 22/7; Drehzahl: 1420 (4polig). 380/20 Volt Ständer innen = Packlänge = Totale Polfläche = Fläche eines Poles = Abgelesene Tabellen-Leistung = Tatsächliche Schild-Leistung =

12,6 cm 9,2 cm 12.6 • 3,14 • 9,2 = 364 cm2 364: 4 = 91 cm2 ca. 2, kW 2,9 kW.

Nuten: 36; abgelesene Tabellen-Windungszahl: 1296; je Nut: 1 2 9 6 : 3 6 = 36; tatsächliche Windungszahl je Nut: 38. *) Das Mittel aus 0,37 und 0,55 kW ergibt nach Tabelle 11 3 3 8 4 : 3 6 = 94 Leiter je Nute

27

22. Beispiel Drehstrommotor AEG; Typ DB 8/4; Drehzahl: 1420 (4polig). 380/220 Volt Ständer innen = 10 cm Packlänge = 7,5 cm Totale Polfläche = 10 • 3,14 • 7,5 = 236 cm2 Fläche eines Poles = 236 : 4 = 59 cm2 Abgelesene Tabellen-Leistung = 0,74 kW Tatsächliche Schild-Leistung = 1,1 kW. Nuten: 36; abgelesene Tabellen-Windungszahl: 2340; je Nut: 2340: 36 = 65; tatsächliche Leiterzahl: 65 je Nut. 23. Beispiel Drehstrommotor SSW; Typ R 35 n/4; Drehzahl: 1420 (4polig). 380/220 Volt Ständer innen = 10,0 cm Packlänge = 6 , 7 cm Totale Polfläche = 10 • 3,14 • 6,7 = 210 cm 2 Fläche eines Poles = 210: 4 = 52,5 cm 2 Abgelesene Tabellen-Leistung = etwa 0,7 kW Tatsächliche Schild-Leistung = 1,1 kW. Nuten: 36; abgelesene Tabellen-Windungszahl: 2340; je N u t : 2340: 36 = 65; tatsächliche Windungen: 67 je Nut. 24. Beispiel Drehstrommotor AEG; Typ DB 15/4; Drehzahl: 1420 (4polig). 380/220 Volt Ständer innen = 11,1 cm Packlänge = 8,3 cm Totale Polfläche = 11,1 • 3,14 • 8,3 = 290 cm 2 Fläche eines Poles = 290 : 4 = 72,5 cm2 Abgelesene Tabellen-Leistung = etwa 1,3 kW' Tatsächliche Schild-Leistung = 2,2 kW. Nuten: 36; abgelesene Tabellen-Windungszahl 1656; je Nut: 1656:36 = 46; tatsächliche Windungszahl: 44 je Nut. 25. Beispiel Drehstrommotor Sachsenwerk; Typ: AD 56/4; Drehzahl: 1420 (4polig) 380/220 Volt Ständer innen = 17,9 cm Packlänge = 16 cm Totale Polfläche = 17,9 • 3,14 • 16 = 900 cm2 Fläche eines Poles = 900 cm 2 : 4 = 225 cm2 Abgelesene Tabellen-Leistung = 7,4 kW Tatsächliche Schild-Leistung = 10,7 kW. 28

Nuten: 36; abgelesene Tabellen-Windungszahl: 676; je Nut: 6 7 6 : 3 6 = 19; tatsächliche Windungszahl je Nut: 17. 26. Beispiel Drehstrommotor Kaiser; Typ D 22/4. Drehzahl: 1420 (4polig). 380/220 Volt Ständer innen = 9,2 cm Packlänge = 5,7 cm Totale Polfläche = 9,2 • 3,14 • 5,7 = 165 cm 2 Fläche eines Poles = 165: 4 = 41,25 cm 2 Abgelesene Tabellen-Leistung = 0,37 kW Tatsächliche Schild-Leistung — 0,55 kW. Nuten: 24; abgelesene Tabellen-Windungszahl 3240; je Nut: 3240: 24 = 135; tatsächliche Windungszahl je Nut: 137. A n m e r k u n g . Da diese Maschinen zum größten Teil Erzeugnisse der letzten Jahre, also nach 1923 gebaut sind, liegen die nach den Polflächen in der Tabelle 10 abgelesenen Leistungswerte alle tiefer als die tatsächlichen Leistungen. Sie müssen daher gemäß Fußnote Tabelle A etwa 1,3—1,7 mal höher bewertet werden als die Vergleichswerte in der Tabelle 10. Betrachten wir jedoch die Ergebnisse, die sich an Hand der totalen Leiterzahlen ergeben, dann sind sie zuverlässig und die Differenz verschwindend klein.

Für welche Betriebsspannung ist ein Drehstrommotor gewickelt? Diese Frage ist in den vorstehenden Beispielen an Hand der Vergleiche zwischen den vorgefundenen Leiterzahlen und den Leiterzahlen der Tabelle Nr. 11 durch brauchbare Näherungswerte beantwortet. Man kann nun noch die Größe des sogenannten Magnetisierungsstromes in der Ständerwicklung zur Gegenkontrolle heranziehen und davon ausgehen, daß derselbe bei den normalen, offenen Motoren der Tabelle Nr. 10 und 11 etwa 20—30% des Nennstromes beträgt. Ist die Ständerwicklung nicht mehr vorhanden, so können die Werte der Tabelle Nr. 10 als erste Grundlage für die Berechnung der Wickeldaten verwendet werden.

Anwendung der Tabellen Nr. 33—37 Die Tabellen Nr. 33 bis 37 bieten in folgenden Fällen ein ausgezeichnetes Hilfsmittel: 1. Zur Kontrolle des Drahtquerschnittes bei gegebener Leistung, Spannung und Schaltung der Ständerwicklung. 2. Zur Feststellung der Schaltung bei gegebener Leistung, Spannung und Drahtstärke bzw. Drahtquerschnitt. 3. Zur Feststellung der Leistung bei gegebener Spannung, Drahtdurchmesser und Schaltung der Ständerwicklung. 4. Bei der Preisfestsetzung einer Neuwicklung.

29

Bei dem Gebrauch der Tabellen ist immer zu berücksichtigen, daß die Tabelle nur diejenigen Drahtdurchmesser angibt, die bei Sternschaltung der Ständerwicklung für die jeweilige Spannung und Ausführungsart der Maschine in Frage kommen. Soll der Drahtdurchmesser für Dreieckschaltung festgelegt werden, so ist an Hand der Tabellen Nr. 33—37 der jeweils in Frage kommende Drahtdurchmesser für Sternschaltung, in qmm-Querschnitt umzurechnen bzw. abzulesen und dieser Wert ist durch de Zahl 1,73 zu teilen. Beispiel: Tabelle Nr. 36 gibt für einen 10-PS- = 7,4-kW-Motor, dessen Ständerwicklung für 220 Volt in Sternschaltung hergestellt werden soll, einen Drahtdurchmesser 3,1 mm an. Soll diese Wicklung für 380 Volt in Dreieckschaltung ausgeführt werden, so ist zunächst der Querschnitt des 3,1 mm •©• Drahtes an Hand von Tabelle Nr. 33u.33a festzustellen. Alsdann ist der gefundene Wert durch die Zahl 1,73 zu teilen und für diesen Querschnitt der zugehörige Drahtdurchmesser zu suchen. 3,1 mm O = 7,55 mm2 Querschnitt. 7,55 :1,73 = 4,36 mm2 Querschnitt = 2,35 mm - e Draht. Wird dieselbe Wicklung also in Dreieckschaltung ausgeführt, so kommt ein Runddraht von 2,35 mm nacktem Durchmesser in Frage. Diese Umrechnung ist immer durchzuführen, wenn z. B. ein Motor für 380 Volt und Sternschaltung der Ständerwicklung, mit Sterndreieckschalter an 380 Volt Betriebsspannung angeschlossen werden soll. Für diesen Zweck muß die Wicklung im Ständer entfernt und eine Wicklung hergestellt werden, die in Sternschaltung für eine 1,73 mal höhere Spannung in Frage kommt. Für Sternschaltung kommt alsdann 660 Volt und für Dreieckschaltung 380 Vol in Frage. Für Drehstrommotoren in normaler, offener Ausführung und mit normaler Drehzahl wählt man die Stromdichte je mm 2 Kupfer mit 3 bis 3,5 Ampere. Will man für eine derartige Maschine den Drahtdurchmesser für eine bestimmte Leistung und Spannung bei Sternschaltung der Ständerwicklung ermitteln, so bieten die Tabellen Nr. 34—37 ein außerordentliches praktisches Hilfsmittel hierzu. Handelt es sich um Motoren in offener Ausführung, deren Kühlung der Wicklungen durch Einbau eines Ventilatorflügels auf der Läuferachse künstlich erhöht ist, so findet man die Drahtdurchmesser in der Tabelle Nr. 36. Bei kleinen Maschinen dieser Ausführung ist häufig auch eine Stromdichte von 4 Ampere je mm 2 gewählt, so daß Drahtdurchmesser in Frage kommen können, die geringer sind, als in der Tabelle Nr. 36 angegeben. Bei offenen Motoren mit größeren Leistungen und bei ventiliert gekapselten Motoren bietet die Tabelle Nr. 37 einen Anhalt für die Wahl der Drahtdurchmesser. 30

Für alle Fälle ergibt sich der Drahtquerschnitt eines Leiters aus der Formel: , . Vollaststrom in Ampere Querschnitt = — ? . (5 ; btromdichte je mm 2 Beispiel: Ein offener Drehstrommotor von 10 PS, 7,4 kW Dauerleistung, für eine Betriebsspannung von 380 Volt, normale Drehzahl, nimmt bei voller Last 15 Ampere Strom auf. Bei einer Stromdichte von 3,5 Ampere je qmm Kupferleiter ergibt sich daher der Querschnitt eines Leiters für Sternschaltung der Ständerwicklung: 15 Querschnitt in qmm = ——- = 4,28 mm 2 . 0,0

Diesem Querschnitt entspricht nach Tabelle Nr. 33 a ein nackter Durchmesser von 2,3—2,35 mm •©•• Drahtdurchmesser und Drahtquerschnitt sind immer auseinanderzuhalten. Die Anwendung der vorstehenden Formel kommt immer in den Fällen in Frage, wo die Ständerwicklung in Dreieckschaltung ausgeführt werden soll, oder wo Leiterquerschnitte in Frage kommen, die man der besseren Handlichkeit wegen in Profillitze herstellen läßt. Die Tabellen enthalten für diese Fälle keine Angaben.

Anwendungsbeispiele I. Zur Kontrolle des Drahtquerschnittes bei gegebener Leistung, Spannung und Schaltung der Ständerwicklung. Beispiel: Ein offener Drehstrommotor von 7,5 PS = 5,5 kW Leistung, 380 Volt Betriebsspannung und Sternschaltung der Ständerwicklung hat in der Ständerwicklung einen Drahtdurchmesser von 1,9 mm •©• nackt. Die vorgefundene Wicklung ist nicht mehr die Ursprungswicklung. Nach Aussage des Besitzers wird der Motor bei Dauerbetrieb auffällig warm. Da der Motor offene normale Ausführung besitzt, so kommt für die Kontrolle des Drahtdurchmessers die Tabelle 36 in Frage. Die Tabelle gibt einen Durchmesser von 2,1 mm an. Der vorgefundene Drahtdurchmesser von 1,9 mm hat einen Querschnitt von 2,835 mm 2 . Der Motor nimmt bei voller Last 11,6 Ampere auf, so daß die Stromdichte je mm 2 Kupferleiter q, , . • „ Stromstärke btromdichte je m m 2 = — —;— Querschnitt

(6)

II,6:2,835 = 4,09 Amp°re beträgt. Diese Stromdichte ist als reichlich hoch für einen 7,5-PS-Motor normaler Ausführung zu bezeichnen. Die Erwärmung des Motors bei Dauerleistung ist mit der zu hohen Stromdichte 31

in Verbindung zu bringen. Bei der Neuwicklung ist daher unter Beibehalt der Leiterzahl ein Draht von 2,1 mm •©• zu verwenden. 2. Zur Feststellung der Schaltung bei gegebener Leistung, Spannung und Drahtstärke bzw. Querschnitt. Beispiel: Ein normaler offener Drehstrommotor trägt auf dem Ursprungsleistungsschild folgende Bezeichnung: 15 PS, 11 kW, 220 Volt, 39 Ampere, n = 1450. Die Ständerwicklung ist mit Runddraht von 2,4 mm •©•, 2 Drähte parallel, hergestellt. Am Klemmbrett sind 6 Schaltenden herausgeführt. Die Tabelle Nr.36 gibt für diesen Motor bei 220 Volt und Sternschaltung 2 X 2,4 mm •©• an. Es steht daher außer Frage, daß der Motor für 220/120 gewickelt und für 380 Volt z. B. nicht zu verwenden ist. Ist die Ständerwicklung dieses Motors mit einem Runddraht hergestellt, so kommt ein Drahtdurchmesser in Frage, der den doppelten Querschnitt eines 2,4-mm-Drahtes hat. Diesem Querschnitt entspricht ein Draht von 3,4 mm •©•• An der Bezeichnung des Leistungsschildes war also nicht zu erkennen, ob der Motor für 220/120 oder für 380/220 Volt gewickelt war. Ein Vergleich des Drahtdurchmessers mit der betr. Angabe der Tabelle, bzw. eine Kontrolle des Querschnittes gibt Aufschluß hierüber, daß der Motor für 220/120 Volt gewickelt ist. Die Schaltung der Ständerwicklung ist daher für 220 Volt Sternschaltung. 3. Zur Feststellung der Leistung bei gegebenem Drahtdurchmesser, Spannung und Schaltung der Ständerwicklung. Beispiel: Ein normaler, offener Drehstrommotor für 380 Volt Betriebsspannung, angebliche Leistung 20 PS, Sternschaltung der Ständerwicklung und Drahtdurchmesser 2 • 2,15 mm •©• soll kontrolliert werden, ob die Leistungsangabe von 20 P S dauernd möglich ist, ohne die Temperaturgrenzwerte zu überschreiten. Ein Vergleich mit den Angaben bezüglich Drahtdurchmesser der Tabelle Nr. 34 zeigt, daß dies wahrscheinlich nicht der Fall sein wird. Bei einer Stromdichte von 3,5 Ampere kommen nach der Tabelle 34 parallele Drähte von je 2,35 m m © in Frage, wenn der Motor dauernd 20 P S leisten soll. Entweder handelt es sich um einen Motor für aussetzenden Betrieb (Kranmotor usw.) oder die Leistungsangabe ist durch Umstempeln zu hoch eingesetzt worden. Um völlige Klarheit hierüber zu erhalten, ist eine Dauerbelastung des Motors und eine Temperaturmessung der Wicklung und des aktiven Eisens unbedingt angebracht. 4. Bei der Preisfestsetzung (Vorkalkulation einer Neuwicklung). Beispiel: Ein Kunde verlangt die Preisangabe für eine Neuwicklung. Zur Ermittlung der Werkstoffkosten benötigt man den in Frage kommenden Drahtdurchmesser des Wickeldrahtes, der für die Ständerwicklung aus den Tabellen Nr.34—37 mit praktischer Genauigkeit entnommen werden kann. 32

Die Gewichtsangaben für Ständer- und Läuferwicklungen sind aus der Tabelle Nr. 39 zu entnehmen. Die Ständerwicklung eines 20-PS-Drehstrommotors, offene Ausführung, 380/220 Volt, n = 1450 hat hiernach: a) einen Drahtdurchmesser von 2,4 mm (2 parallel), oder einen Drahtdurchmesser von 3,4 mm (einfach), b) ein Kupfergewicht von etwa 28 kg. Der jeweils in Frage kommende Preis für 1 kg Dynamodraht ist in der heutigen Zeit von Fall zu Fall bei den Lieferanten zu erfragen, da die Preise Schwankungen infolge des unstabilen Kupferpreises unterworfen sind.

Abschnitt

II

Die Wahl des Drahtdurchmessers unter Berücksichtigung der Nutenform und der bestmöglichen Ausnutzung derselben Bei einer Neuwicklung, insbesondere aber bei Umwicklungen für andere Spannungen und Drehzahlen kommt es darauf an, die erforderliche Zahl der wirksamen Leiter je Nute so in den vorhandenen Nutenraum unterzubringen, daß der sogenannte tote Wickelraum auf das geringste Maß beschränkt bleibt. Hierzu sei folgende Betrachtung angestellt. Eine rechteckige Nute, 8 mm breit und 35 mm hoch, soll mit 5 wirksamen Leitern ausgefüllt werden. Unter Berücksichtigung einer Nutenisolation von 0,75 mm Dicke wird die Breite 6,5 mm. Ist der in Aussicht genommene Runddraht 2 • mit Bw. umsponnen, so kommt ein nackter Drahtdurchmesser von 6,1 mm in Frage. Von diesem Draht sind 5 Leiter in einer Nute unterzubringen. Aus Abb. 2 ist zu ersehen, daß bei Anwendung eines Runddrahtes ein verhältnismäßig großer, toter Wickelraum entsteht. Würde man hingegen einen rechteckigen Leiter verwenden, etwa von 6 • 6 mm nackten Abmessungen, so würde der vorhandene Nutenraum bedeutend besser ausgefüllt und bei gleichbleibender Leiterzahl könnte ein Leiterquerschnitt zur Anwendung kommen, der ganz bedeutend größer ist, als derjenige des Runddrahtes von 6,1 mm -Q. 6,1 mm •©• Runddraht hat = 29,22 mm 2 Querschnitt 6 • 6 mm Profilkupfer 3

R a s k o p , Berechnungsbuch. 9. Aufl.

= 36

mm 2 Querschnitt. 33

Diese Betrachtung gibt die Aufklärung darüber, warum so viele Firmen vorzugsweise Profildrähte verwenden. Der Instandsetzungsfachmann schätzt den Profildraht nicht, weil die Beschaffung desselben große Schwierigkeiten bereitet. In besonders eiligen Fällen wird man daher den Versuch anstellen, ob die Ausführung der jeweilig vorliegenden Wicklung in Runddraht möglich ist. Nur in verhältnismäßig wenigen Fällen wird man den Runddraht so wählen können, daß derselbe Querschnitt erreicht wird, der bei Verwendung des ursprünglichen Profildrahtes zu erreichen ist. Im allgemeinen wird man aber trotz Abb. 2 Abb. 3 sorgfältigster Raumausnutzung bei Verwendung von Runddraht die Querschnittswerte des Profildrahtes nicht erreichen. Die Folge hiervon ist, daß der Ohmsche Widerstand in einer Wicklungsphase größer und die Stromdichte je mm 2 eines Leiters höher wird, als dies ursprünglich der Fall war. Derartig umgewickelte Maschinen haben nicht den ursprünglichen Leistungswert. Wird die volle Nennleistung trotzdem verlangt, so nehmen die Erwärmungen in den Wicklungen und im Eisen höhere Werte an und die Folge wird sein, daß die Maschine, die ursprünglich einwandfrei arbeitete, nunmehr übermäßig warm wird und eine geringere Drehzahl bei Last aufweist. Die Verhältnisse liegen nur dann günstig, wenn der volle Leistungswert der Maschine nicht verlangt wird. Es ist sehr häufig der Fall, daß eine Maschine, die z. B. für 10 P S Dauerleistung gebaut ist, praktisch nur 8 P S zu leisten braucht. Bevor eine vorhandene Profildrahtwicklung in eine Runddrahtwicklung umgeändert wird, ist zu erwägen, ob eine mäßige Leistungsverminderung statthaft ist. Aber auch in den günstigen Fällen sollte man nur im Notfalle zur Verwendung einer Runddrahtwicklung schreiten, weil hierdurch die ursprünglichen Wickeldaten verändert werden und die ursprüngliche Vollwertigkeit der Maschine eine Einbuße erleidet. Der tote Wickelraum in einer Nute ist um so größer, je mehr umsponnene Leiter darin untergebracht werden müssen. Liegen z. B . in einer

R 0

34

•

Nute 20 Leiter von ]e 2,0 mm O und ist diese Leiterzahl gut in dem vorhandenen Raum unterzubringen, so wird die doppelte Leiterzahl mit halben Querschnitt = 1,45 mm •©> 2 • Bw. einen größeren Raum einnehmen und die Folge wird sein, daß die Platzverhältnisse in der Nute beengt werden. Der praktische Fall tritt ein, wenn eine Maschine für 110 Volt Spannung auf 500 Volt umgewickelt werden soll. Da bei der höheren Betriebsspannung auch die Nutenisolation stärker gewählt werden muß, so ist es erklärlich, daß sich der tote Wickelraum bei der hohen Betriebsspannung wesentlich vergrößert.

\ J

Abb. 4. Gebräuchliche Nutenformen für Ständer (oben) und Läufer (unten) der Drehstrommotoren

Ganz besonders deutlich tritt diese Tatsache bei Hochspannungswicklungen in Erscheinung. Ist das Nutenvolumen einer Ständernute nicht so dimensioniert, daß sowohl eine Hoch- als auch Niederspannungswicklung hergestellt werden kann, so wird der Nutenraum einer Niederspannungsmaschine nicht zur Herstellung einer Hochspannungswicklung ausreichen. Einige Firmen, z. B. SSW., wählen den Nutenraum der Drehstrommaschinen für höhere Leistung so groß, daß dieselbe Maschine für gleiche Leistung und Spannungen bis 6000 Volt gewickelt werden kann. Andere Firmen, z. B. BBC., setzen die Leistung eines bestimmten Modells wesentlich herab, wenn die Maschine mit Hochspannungswicklung- ausgerüstet wird. Für den Instandsetzungsfachmann ist es nun wesentlich, von Fall zu Fall zu entscheiden, wie ein vorhandener Nutenraum am günstigsten aus35

genutzt wird. Unter Beibehalt des Beispieles Abb. 2 soll die Aufgabe gestellt sein, in dem Nutenraum 35 • 8 mm die doppelte Leiterzahl mit halbem Querschnitt unterzubringen. Der ursprüngliche Leiter hat 6,1 mm •©• = 29,22 mm2

Querschnitt

29,22 qmm : 2 = 14,61 mm2 oder 4,35 mm •©•• Mit 2 • Bw. umsponnen hat dieser Draht einen Durchmesser von 4,65 mm. Da nach Abzug der Nutenauskleidung 6,5 mm Breite der Nute vorhanden ist, so können weder 2 Drähte nebeneinander in der Nute untergebracht werden, noch ist die Anordnung der 10 Drähte übereinander in der Nute möglich. Die Lösung der Aufgabe ist indessen gefunden, wenn 2 parallele Drähte von je 3,05 mm nacktem Durchmesser 3,35 mm 2 • Bw. umsponnen, gewählt werden. Es kommen nunmehr je Nute 20 Drähte in Frage, die folgendermaßen angeordnet werden: 2 Drähte nebeneinander = 6,7 mm 10 Drähte übereinander = 33,5 mm. Verlangt war ein Leiterquerschnitt von 14,6.1 mm 2 . Der 3,05 mm O Runddraht hat einen Querschnitt von etwa 7,3 mm 2 • 2 = 14,6 mm 2 . Hieraus ist zu ersehen, daß die doppelte Leiterzahl mit halbem Querschnitt in einen bestimmten Nutenraum vielfach nur dann untergebracht werden kann, wenn durch weitere Teilung des Querschnittes ein Drahtdurchmesser gefunden wird, der die bestmöglichste Ausnutzung des Nutenraumes gewährleistet. Die Erklärung dafür, daß trotz der erhöhten Leiterzahl die Unterbringung derselben in dem Nutenraum durchaus möglich ist, beruht im wesentlichen darauf, daß bei Verwendung der ursprünglichen 5 Leiter pro Nute der tote Wickelraum außerordentlich groß war. Durch die Wahl der dünneren Leiter wurde der tote Wickelraum wesentlich verkleinert, die Nute besser mit Kupfer ausgefüllt. Der Mehrbedarf an Nutenraum durch die Bespinnung der Leiter wurde somit aufgehoben. Ist also der jeweilig vorhandene Nutenraum mit wenig dicken Drähten schlecht ausgenutzt, so ist die Möglichkeit einer besseren Raumausnutzung durch Anwendung mehrerer parallel geschalteter Leiter geringeren Querschnittes gegeben. Ist hingegen der Nutenraum etwa mit Profildraht großen Querschnittes gut ausgenutzt, so wird man nur in seltenen Fällen die doppelte Leiterzahl mit halbem Querschnitt in demselben Nutenraum unterbringen können. Unter Beibehalt des Beispiels Abb. 3 würde bei doppelter Leiterzahl je Nute ein nackter Querschnitt von 6 • 3 mm, 2 • Bw. umsponnen 6,4 • 3,4 mm in Frage kommen. Da nunmehr 10 Drähte übereinander angeordnet werden müssen, so ist ein Raum von 10 • 3,4 mm = 34 mm in der Höhe erforderlich, während bei 5 Leitern, wie ursprünglich, 5 • 6,4 mm = 32 mm in Frage kamen. Für die Praxis bleibt außerdem zu berücksichtigen, daß 10 Drähte übereinander immer mehr Raum zur

36

Unterbringung benötigen, als 5 Drähte doppelten Querschnittes. Die einzelnen Drahtlagen sind trotz sorgfältigster Glättung des Drahtes praktisch nicht ohne Luftzwischenraum herzustellen. J e mehr Leiter vorhanden, je mehr Lufträume entstehen und je größer ist der tote Wickelraum. Die Rechenbeispiele zur Kontrolle der Raumausnutzung einer Nute sind natürlich nur theoretisch richtig. Da, wie schon erwähnt, die einzelnen Drahtlagen nicht ohne kleine Luftzwischenräume hergestellt werden können, der Wickeldraht selbst immer kleine Unebenheiten aufweist usw., so ist nicht der wirkliche Drahtdurchmesser, sondern ein etwas größerer Durchmesser (bzw. etwas größere Abmessungen der Leiter) in die Rechnung einzusetzen. Bei wenigen Leitern starken Querschnittes ist die Differenz unerheblich, bei vielen Leitern geringen Querschnittes hingegen sehr wesentlich. Zu berücksichtigen ist ferner, ob es sich um eine Lagen- oder Wildwicklung handelt. Liegen die einzelnen Leiter nicht sorgfältig neben- und übereinander, so ist hierfür ein besonderer Zuschlag vorzusehen. Da das Wickeln mit parallelen Drähten vielfach mehr Zeitaufwand erfordert, als wenn mit einem Draht gewickelt wird, so kann der erforderliche Querschnitt auch durch Parallelschalten mehrerer Gruppen erreicht werden. Entfallen je Phase 2 Gruppen, so ist die Möglichkeit dieser Parallelschaltung gegeben. Bei 3 Gruppen je Phase (Drehzahl 1000 bei 50 Per.) ist eine 3fache Parallelschaltung, bei 4 Gruppen (Drehzahl 750 bei 50 Per.) ist eine 2- und 4fache Parallelschaltung möglich usw. Beispiel: Ein 100-PS-, 75-kW-Drehstrommotor, 220 Volt, Stern 725 n, Nutenzahl im Ständer = 72, hat je Nute 4 Leiter, je 2 parallel geschaltet. E s kommen also 2 wirksame Leiter j e Nute in Frage, die in dem vorliegenden Falle aus 4 Einzelleitern bestehen. Insgesamt sind 12 Gruppen vorhanden, so daß je Phase 1 2 : 3 = 4 Gruppen entfallen. Die Wicklung kann durch Parallelschalten der 4 Gruppen wie folgt ausgeführt werden: 72 Nuten, je Nute 8 Drähte, 4 Gruppen parallel geschaltet (Sternschaltung bei 220 Volt). Nimmt der Motor bei 220 Volt Sternschaltung = 238 Ampere bei Vollast auf und beträgt die Stromdichte je mm 2 = 2,5 Ampere, so kommt bei Verwendung eines Leiters ein Querschnitt von 95,2 mm 2 zweier Leiter ein Querschnitt von 47,6 mm 2 (2 parallel) von vier Leitern

ein Querschnitt von 23,8 mm 2 (4 parallel)

in Frage. Wenn die Drahtbeschaffung Schwierigkeiten bereitet, die Instandsetzung einer Maschine aber sehr dringend ist, so ist es immer empfehlenswert, durch Rechnung festzustellen, ob durch Parallelschalten zweier oder mehrerer Leiter den Erfordernissen Rechnung getragen werden kann. Hierdurch ist sehr häufig die Möglichkeit gegeben, einen Draht verwenden

37

zu können, der sich am Lager befindet. Ob mit mehreren Drähten parallel gewickelt wird, oder die entsprechende Anzahl der Gruppen parallel geschaltet werden, ist an sich belanglos. Der Einfachheit halber wird man aber die Parallelschaltung der Gruppen vorziehen. Das Ergebnis einer Raumberechnung ist zweckmäßig vor Beginn der Wickelarbeit durch einen praktischen Versuch zu kontrollieren. Unter Verwendung der richtigen Nutenauskleidung ist die gewählte Drahtzahl in kurzen Drahtenden in den Nutenraum einzupassen.

Abschnitt

III

Die Berechnung der Leiterzahl und des Leiterquerschnittes bei Umwicklungen In den Instandsetzungswerken elektrischer Maschinen tritt häufig der Fall ein, daß Drehstrommotoren für eine andere Spannung umgewickelt werden müssen. Bei derartigen Umwicklungen handelt es sich um Veränderung der Wicklungsdaten, bei gleichbleibender Leistung und Drehzahl der Maschine. Da in solchen Fällen die Leistungs- und Läuferdaten dieselben bleiben, so ist eine Umwicklung des Läufers nicht erforderlich, wenn die vorgefundene Läuferwicklung technisch richtig ausgeführt und die Wicklung betriebstüchtig ist. Die Anzahl der Leiter je Nute der Ständerwicklung verändert sich im gleichen Verhältnis wie die Spannungen zueinander, während die Querschnittsverhältnisse der Leiter im umgekehrten Sinne sich verändern. Die an sich einfache Umrechnung hat indessen nur dann Anspruch auf Richtigkeit, wenn die vorgefundenen Leiterzahlen und der Leiterquerschnitt ursprünglich richtig gewählt wurden. Handelt es sich um die Originalwicklung einer leistungsfähigen Spezialfirma, so können kaum Bedenken bestehen. Läßt hingegen die Ausführung der vorgefundenen Wicklung Zweifel bezüglich Richtigkeit der Wickeldaten aufkommen, so sind die richtigen Wickeldaten auf Grund einer vollkommenen Durchrechnung zu ermitteln. Handelt es sich bei der Umwicklung nicht allein um eine Veränderung der Leiterzahlen und des Querschnittes für die neue Betriebsspannung, sondern soll etwa eine vorhandene Ersatzmetallwicklung gleichzeitig in Kupferwicklung hergestellt werden, so ist ebenfalls die einfache Umrechnung nicht ausreichend. Unter der Voraussetzung, daß die Vorbedingungen für die Durchführung einer einfachen Umrechnung gegeben sind, ist der Gang der Umrechnung folgender: 38

Beispiel: Ein Drehstrommotor mit Schleifringanker, 5 PS, 3,7 kW Leistung, 220 Volt, 13,6 Amp., 1450 Umdr., soll für 380 Volt umgewickelt werden. Die Wickeldaten bei 220 Volt sind folgende: a) Ständer 36 Nuten, je Nute 16 Leiter, 2,2 mm •©•, 2 • Bw. 2,5 mm -Q. 2 Gruppen in Serie, Sternschaltung bei 220 Volt; b) Läufer 48 Nuten, je Nute 10 Leiter, 2,0 mm -Q-, 2 • Bw., 2,3 mm O . Sternschaltung. Das Verhältnis der beiden Spannungen 380: 220 Volt zueinander ist rund 1,73. Die Spannung 380 ist also 1,73 mal größer als die bisherige Spannung 220 Volt. Da die Leiterzahlen im Ständer sich im gleichen Verhältnis erhöhen müssen, so beträgt die Zahl der Leiter je Nute bei 380 Volt 16 • 1,73 = 27,68 = rund 28 Drähte je Nute. Der Leiterquerschnitt verringert sich in demselben Verhältnis wie die Leiterzahl sich erhöht. Der 2,2 mm •©• Draht bei 220 Volt Sternschaltung hat einen Querschnitt von 3,80 mm2. Für 380 Volt und Sternschaltung muß der Querschnitt des Leiters 3,80:1,73 = 2,19 mm2 betragen. Der Durchmesser des runden Leiters wird demnach 1,65—1,7 mm, 2 • Bw. 1,95 bzw. 2,0 mm. Die Läuferspannung berechnet sich mit praktischer Genauigkeit nach folgender Formel: .. , , Gesamtdrahtzahl im Läufer _ .. , Laufervolt = — — _ .. , . Standerspannung. Gesamtdrahtzahl im Stander

T

(7)

Die Werte der ursprünglichen 220 Volt Wicklung ergeben demnach eine Läuferspannung von 48 Nuten • 10 Leiter = 480 Leiter im Läufer 36 „ • 16 „ = 576 „ „ Ständer, folglich ^

• 220 =

182,6, rund 182 Volt.

Bei der Umwicklung für 380 Volt Betriebsspannung ist die Läuferwicklung unverändert beibehalten worden. Die Läuferspannung beträgt demnach: 48 Nuten • 10 Leiter = 480 Leiter im Läufer 36 „ • 28 „ = 1008 „ „ Ständer, folglich 480 - — • 380 = 182,8, rund 182 Volt. 1008 Bei der Umwicklung hat sich also die Läuferspannung nicht verändert, weil das Übersetzungsverhältnis der Leiterzahlen im Ständer und Läufer zugleich mit der Betriebsspannung Werte annahm, die in die Formel eingesetzt, dasselbe Ergebnis zeitigen mußten. Da die Läuferspannung dieselbe

39

geblieben, muß natürlich auch der Läuferstrom derselbe geblieben sein, weil die Leistung des Motors nicht verändert, sondern nur die Wicklung für die Spannung 380 Volt umgeändert wurde. Das Produkt aus Läuferspannung • Läuferstrom muß also bei beiden Wicklungen gleich sein. Der Läuferstrom errechnet sich mit praktischer Genauigkeit aus: T..

r

Lauferstrom =

Betriebsspannung .. — Lauferspannung

„ .. , Standerstrom

(8)

Nimmt der Motor bei voller Last und 220 Volt = 380 Volt =

13,6 Ampere 8,0

auf, so beträgt der Läuferstrom bei 220 Volt = und bei 380 Volt =

200 — - • 13,6 = 182

16,4 Amp.

380 — • 8 = 16,6 Amp. rund. 182

Die Stromdichte je mm 2 in der Ständerwicklung bei 380 Volt =

2,269 mm 2

beträgt:

= 3,5 Ampere

und die Stromdichte in der Läuferwicklung: 10,6 Ampere , „ . —„— = 4,3 Ampere. 2 F 3,80 mm Die zusammengefaßten Daten für die Umwicklung sind folgende: 5 P S , 3,7 k W , 380/220 Volt, 8/13,6 Ampere, , a) Leistungsschild: n = 1 4 5 Q > L ä u f e r 3 8 2 V o l t > 1 6 , 3 Ampere; b) Ständer 36 Nuten, je Nute 28 Drähte, Draht = 1,7 mm 2 m m O 2 Gruppen Serie, Sternschaltung bei 380 V o l t ; c) Läufer 48 Nuten, je Nute 10 Leiter, Draht 2,5 mm •©•, 2 Gruppen Serie, Sternschaltung.

2 • Bw.

2,2 mm •©•, 2 • Bw.

Berechnung der Leiterzahlen für die Ständerwicklung, wenn die Läuferspannung und die Leiterzahl im Läufer gegeben ist Da die Läuferspannung durch das Übersetzungsverhältnis der Leiterzahlen im Ständer und Läufer, sowie durch die Betriebsspannung der Ständerwicklung gegeben ist, so kann man selbstverständlich auch die Leiterzahl im Ständer errechnen, wenn die Läuferspannung, die Anzahl der Leiter im Läufer und die Betriebsspannung des Motors bekannt ist.

40

Handelt es sich um einen Motor, dessen Ständerwicklungsdaten nicht vorhanden, dessen Läuferwicklung aber noch einwandfrei und in ursprünglicher Ausführung vorliegt, so kann man die Wickeldaten für den Ständer errechnen, wenn das Ursprungsleistungsschild noch vorhanden und hier die Läuferspannung angegeben ist. Beispiel: Ein SSW.-Drehstrommotor Type R 1 3 4 f — 1 0 0 0 , ohne Ständerwicklung, aber gut erhaltener Läuferwicklung, hat folgendes Leistungsschild: 17 P S , 12,5 kW, 380/220 Volt, 955 Umdr., 25/42 Ampere, Läufer 66 Volt. Der Läufer hat eine Stabwicklung, 72 Nuten, 144 Stäbe insgesamt. Der Ständer hat 54 „ Das Ubersetzungsverhältnis der Läufer- und Ständerspannung ist nach den Angaben: 380 : 66 = 5,75. Um also mit 144 Stäben eine Läuferspannung von 66 Volt (bei stillstehendem Läufer) zu erhalten, muß die Leiterzahl im Ständer 5,75 mal größer sein als die Leiterzahl im Läufer: 144 • 5,75 = 828 Leiter im Ständer. Da im Ständer insgesamt 54 Nuten vorhanden sind, so entfallen N u t e

je

8 2 8 : 54 = 15,3 rund 15 Leiter j e Nute.

Auch die vorstehende Rechnung hat nur dann Anspruch auf Richtigkeit, wenn die Unterlagen hierzu nachweislich einwandfrei vorhanden sind. Der Motor m u ß also das Ursprungsleistungsschild und die ursprüngliche Läuferwicklung besitzen. Ist z. B . das ursprüngliche Leistungsschild vorhanden, die Läuferwicklung hingegen von Stab- in Runddrahtwicklung hergestellt worden, so können die Daten für die etwa fehlende Ständerwicklung auf die vorbeschriebene Art natürlich nicht ermittelt werden, da die Angaben des Leistungsschildes bezüglich der Läuferspannung mit der neuen Runddrahtwicklung nicht übereinstimmen. Da, wie schon an anderer Stelle erwähnt, die Preislisten der leistungsfähigen Motorenfabriken auch Angaben über Läuferstrom und Läuferspannung enthalten, so empfiehlt es sich, die etwa vorgefundenen Angaben des Leistungsschildes mit den Angaben der Preisliste zu vergleichen. Auf Grund der so beschafften Unterlagen kann man in vielen Fällen die Rechnung auch dann mit Erfolg durchführen, wenn es sich um eine überschlägliche Feststellung der Drahtzahl im Ständer handelt.

Die Ermittlung der Daten für die Läuferwicklung Falls an einem Drehstrommotor die Läuferdaten ermittelt werden sollen, so kann man, wenn die Ständerwicklung und das Leistungsschild noch in ursprünglicher Ausführung vorhanden, die Anzahl der Leiter fÜT den Läufer ebenfalls auf die vorgeschriebene Art festlegen: 41

Beispiel: Es soll die Leiterzahl je Nute für eine Läuferwicklung eines Drehstrommotors mit folgendem Leistungsschild und Daten ermittelt werden: AEG. Type D 1000/10, 380/220 Volt, 15/26 Amp., 940 Umdr. Läufer 118 Volt. Ständer: 54 Nuten,

je Nute 17 Leiter, Draht = Sternschaltung.

2,7 mm

2 • Bw

Läufer: 72 Nuten. Die gesuchte Leiterzahl je Läufernute ergibt sich hieraus wie folgt: 380 Volt: 118 Volt = 3,22. Das Übersetzungsverhältnis der Ständer- und Läuferspannung beträgt somit 3,22. Der Läufer erhält demnach eine Leiterzahl, die den 3,22ten Teil der Leiterzahl des Ständers beträgt, und zwar: Anzahl der Leiter im Ständer = 54 • 17 = 918, mithin: 918 : 3,22 = 285: 54 Nuten = rund 4 Leiter je Nute. Der Querschnitt des Leiters ergibt sich, wie bereits erwähnt, aus: Läuferstrom: Stromdichte je mm 2 , T.. , Ständerspannung „ .. , Lauferstrom = T .. . • Standerstrom, (9) Lauferspannung mithin: 380 Läuferstrom - — • 15 = 48,3 Ampere. 118 Bei einer Stromdichte von etwa 4,5 Amp. je mm 2 (fliegende Wicklung) ist ein Drahtquerschnitt von 48,3 : 4,5 = 10,7 mm 2 = 3,7 mm O , 2 • Bw. = 4,0 •©• erforderlich. Bei der Läuferwicklung kommt es im wesentlichen auf gute Raumausnutzung der Nute an. Anderseits wird man sich auch tunlichst an die ursprüngliche Läuferspannung halten, weil der Bürstenquerschnitt, die Verbindungsleitungen zwischen Schleifringe und Anlasser und der Anlasser selbst nach den ursprünglichen Läuferdaten bemessen wurden. Man kann daher nicht ohne weiteres eine vorhandene Stabwicklung in Runddrahtwicklung, oder umgekehrt, ausführen. Im ersten Falle wird man bei Anwendung von Runddraht den ursprünglichen Leiterquerschnitt auch nicht durch Parallelschalten mehrerer dünner Leiter erzielen, weil der Nutenfüllfaktor bei Runddraht ungünstiger ist. Im zweiten Falle wird man die Nute ausnützen können, mithin eine geringere Stromdichte je A/mm 2 erreichen, hingegen stimmen die Querschnittsverhältnisse der Bürsten und Verbindungsleitung nicht für die bei Stabwicklung auftretende niedrige Spannung und hohe Stromstärke. Ganz besonders wichtig ist die Tatsache,

42

daß die auf diese Weise veränderten Wickeldaten natürlich, nicht mehr mit den Daten des Anlassers übereinstimmen. Der Anlasser müßte daher entsprechend der neuen Läuferdaten umgearbeitet werden und diese Arbeit wird man sich unter allen Umständen schenken, wenn nicht andere, durch die Umwicklung etwa zu erzielende Vorteile, ausschlaggebend sind. Der Nutenfüllfaktor ist das Verhältnis des gesamten, in einer Nute liegenden Leiterquerschnittes zum Nutenquerschnitt.

erforderlich

Abschnitt

IV

Die Berechnung der Wickeldaten für normale Drehstrommotoren unter Verwendung vorgefundener Merkmale an ausgeführten Maschinen Es gehört nicht zu den seltenen Fällen, daß Drehstrommotoren in Instandsetzungswerken zur Neuwicklung eingeliefert werden, wo die Ständer oder Läuferwicklung oder sogar beide Wicklungen gänzlich fehlen. Der mit der Instandsetzung beauftragte Fachmann steht in solchen Fällen vor der äußerst wichtigen Aufgabe, den nackten Motor so wiederherzustellen, daß die auf dem Leistungsschild vermerkten Werte wieder erzielt werden. 43

Diese Aufgabe ist im Regelfall nur dann einwandfrei zu lösen, wenn die Ursprungs-Wickeldaten einem Archiv entnommen, oder an Hand des aktiven Eisens usw. berechnet werden können. Mit Sicherheit werden die ursprünglichen elektrischen Werte nur dann erreicht, wenn die Ursprungsdaten zur Verfügung stehen, denn es ist selbst dem geübtesten Berechner nicht möglich, die vom Erbauer ermittelten Standart-Wickeldaten durch den an sich bekannten Berechnungsgang zu rekonstruieren. Mit kleinen Abweichungen ist auch hier in allen Fällen zu rechnen, wenn man den Zufall unberücksichtigt läßt. Aus dieser Feststellung geht eindeutig hervor, wie schwierig die Lösung der gestellten Aufgabe für solche Fachleute ist, die weder über die Ursprungs-Wickeldaten verfügen, noch in der Lage sind, unter Anwendung komplizierter Berechnungsformeln die benötigten Wickeldaten zu ermitteln. Erfreulicherweise kommt es heute nur noch sehr selten vor, daß in Ermangelung der Ursprungs-Wickeldaten einfach auf gut Glück und im guten Glauben, daß es nicht so genau darauf ankomme, eine roh geschätzte Leiterzahl und Drahtstärke angewandt wird. Man könnte fast sagen, es ist für einen halbwegs Fachmann — leider — ein Kunstwerk, einen normalen Drehstrommotor mit Wickeldaten so auszurüsten, daß sich der Läufer überhaupt nicht „dreht". Diese bedauerliche, aber nicht hinwegleugbare Tatsache verleitet eben vielfach zu der durchaus irrigen Annahme, daß es hinsichtlich der Wickeldaten bei Drehstrommotoren nicht so genau darauf ankomme. Daß das Gegenteil der Fall ist, braucht an dieser Stelle nicht begründet zu werden. Es soll nun Zweck der nachstehenden Ausführungen sein, in den Fällen, wo die Ursprungs-Wickeldaten fehlen, und mangels Kenntnis die vom Erbauer angewandten Berechnungsmethoden ausschalten, für den Praktiker Wege zu finden, die unter gewissen Voraussetzungen und Bedingungen in den vorerwähnten Fällen mit größter Aussicht auf Erfolg beschritten werden können. Es sei vorweggenommen, daß sich die nachstehenden Ausführungen grundsätzlich nur auf erprobte Maschinen bekannter und leistungsfähiger Firmen beziehen. Erzeugnisse zweifelhafter Herkunft schalten aus der Betrachtung gänzlich aus. Überdies beziehen sich die nachstehenden BerechnungsMethoden nur auf solche Fälle, wo das Ursprungs-Leistungsschild noch vorhanden und es sich nur darum handelt, für einen einwandfreien Maschinenkörper die fehlenden Wickeldaten für den Läufer oder Ständer zu rekonstruieren.

44

Rekonstruktion der Wickeldaten unter Anwendung der Faktoren Nutenquerschnitt, Füllfaktor und Drahtquerschnitt Wenn der Erbauer eines Drehstrommotors an Hand der Dirnensionierungsformel und Erfahrungswerte die Abmessungen des aktiven Eisens festgelegt hat, so errechnet er an Hand dieser und anderer Unterlagen die totale Leiterzahl und den Leiterquerschnitt für die Ständerwicklung. Nach Wahl der Nutenzahl bestimmt er alsdann den notwendigen Nutenraum, der erforderlich ist, um die errechnete Leiterzahl je Nute in dem ebenfalls errechneten Leiterquerschnitt bequem unterbringen zu können. Hierbei bedient er sich des sogenannten Nutenfüllfaktors, eines Erfahrungswertes, der das Verhältnis des totalen Nutenquerschnittes zu dem in einer Nute unterzubringenden totalen Kupferquerschnitt darstellt. Der Nutenfüllfaktor berücksichtigt also, daß die Nutenisolation, die Bespinnung des Wickeldrahtes und der Nutenverschlußkeil einen Teil des totalen Nutenraumes belegt und zwar ist dieser Teil um so größer, je höher die Leiterzahl (hohe Spannung) und je dünner der Drahtdurchmesser (bei kleinen Leistungen und bei hohen Betriebsspannungen) ist. Schalten wir der Einfachheit halber die Hochspannungsmaschinen aus der Betrachtung aus, so ergibt sich ohne weiteres, daß der Nutenfüllfaktor bei Maschinen geringer Leistung (hohe Leiterzahl, geringer Leiterquerschnitt) erheblich schlechter ist, als bei Maschinen größerer und größter Leistungen (geringe Leiterzahl, großer Leiterquerschnitt). Bei den kleinen Maschinenleistungen nimmt also die BaumwolleUmspinnung der Leiter den weitaus größten Teil des Nutenraumes ein, während mit dem Ansteigen der Maschinenleistung die Verhältnisse günstiger werden. Wenn es nun gelingt, die zu bestimmten Drahtdurchmessern gehörenden Nutenfüllfaktoren in einer Tabelle zusammenzustellen, so erhält man ein außerordentlich wertvolles Hilfsmittel für die einfache Rekonstruktion von Wickeldaten. Es ist leider nicht möglich, eine für alle Fälle passende Tabelle aufzustellen. Eine derartige Tabelle kann sich beispielsweise nur auf eine bestimmte Wicklungsart und auf bestimmte Baujahre beschränken. Diese Tatsache ändert aber nichts an dem Wert solcher Zahlensammlungen. Verfasser hat daher versucht, die Mittelwerte der Füllfaktoren aus verschiedenen Fabrikaten der Baujahre 1910—1930 rechnerisch zu ermitteln und in der nachstehenden Tabelle zusammenzustellen. Die in der Tabelle enthaltenen Füllfaktoren beziehen sich ausschließlich auf HandEinlegewicklungen bei halbgeschlossenen Nuten. Für Formspulen- und Träufelwicklungen sind die Tabellenwerte also nicht verwendbar. Desgleichen nicht für die neuzeitlichen hochausgenutzten DIN-Motoren.

45

Tabelle Nr. 12 der N u t e n f ü l l f a k t o r e n *) f ü r normale, offene Motoren m i t halbgeschlossenen N u t e n (Spannungen bis 500 Volt) Drahtdurchmesser blank

Nuten-Füllfaktor

0,16 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,2 2,4 2,6

0,14 —0,15 0,15 —0,16 0,16 —0,17 0,17 —0,18 0,184—0,19 0,198—0,20 0,20 —0,22 0,22 —0,23 0,225—0,23 0,23 —0,24 0,24 —0,25 0,25 —0,26 0,264—0,27 0,278—0,28 0,282—0,29 0,29 —0,30 0,298—0,31 0,30 —0,32 0,304—0,33 0,31 —0,34 0,32 —0,35 0,328—0,35 0,33 —0,36

Es war erwähnt, daß man mit Hilfe des Nutenfüllfaktors und des Leiterquerschnittes die Leiterzahl je Nute zurückrechnen könne. Wenn wir also zu der vorstehenden Tabelle noch die Tabellen 6, 7 u. 8 des Verfassers über nackte Kupferdrähte für Ständerwicklungen HO—500 Volt, 0,5—100 PS. zu Hilfe nehmen, so ist es sehr leicht, an einem Beispiel die Anwendbarkeit der Berechnungsmethode zu prüfen. Wir wollen als erstes Beispiel den SSW-Drehstrommotor Type R 81 n1500, 5,5 kW, 7,5 PS. 380/220 Volt wählen. Nutenmasse 9/7 - 26,5 mm, Nutenzahl des Ständers = 48. Nehmen wir an, der Motor sei ohne Ständerwicklung zur Instandsetzung eingeliefert. Es sollen also die Daten für die Ständerwicklung zurückgebildet werden. Der Querschnitt einer Ständernute ergibt sich aus: 26,5 • 8 = 212 mm 2 *) Die Tabellenwerte „Nutenfüllfaktor" beziehen sich aui 2 • Bw. umsponnene Drähte mit normaler Zunahme. Bei normalen Lackdrähten (L) und Doppelschichtdrähten (LL) liegen die Werte höher (siehe Raskop: „Die Schnellbestimmung der Wickeldaten" 3. Aufl. 1958, S. 15, 16 und 18).

46

Aus der Tabelle Nr. 36 ergibt sich, daß für einen 7,5 PS-Drehstrommotor normaler offener Ausführung 1500 n, 380 Volt Sternschaltung ein Drahtdurchmesser vom 2,1 mm •©• in Frage kommt. Der Leiterquerschnitt beträgt also 3,4636 mm 2 . Der zu dem Drahtdurchmesser 2,1 mm gehörende Füllfaktor beträgt nach der vorstehenden Tabelle 0,33. Multiplizieren wir den totalen Nutenquerschnitt mit dem Nutenfüllfaktor (0,33), so erhalten wir den Nutenraum, der lediglich mit Kupfer ausgefüllt wird.

212 • 0,33 = 69,96 Teilen wir nun die Zahl 69,96 durch den Leiterquerschnitt 3,4636 mm 2 , so erhalten wir die Leiterzahl je Nute. Leiterzahl je Nute 0,33 • 212 3,4636

= 20 Drähte

In Ursprungsausführung ist der Ständer in 2 Gruppen parallel, Draht 1,45 mm -0-, je Nute 42 Drähte, also mit 21 Leiter je Nute ausgeführt. Der Fehler beträgt also nur 5 % und ist nicht größer, als der nach der ordentlichen Berechnungsmethode zu erwartende Fehler. Die vorstehende Berechnungsmethode hat aber den gewaltigen Vorzug, daß das Ergebnis mit Leichtigkeit in wenigen Minuten erzielt wird. Allerdings muß man bei Feststellung des Drahtdurchmessers sehr vorsichtig sein, wenn größere Fehler vermieden werden sollen. Hierbei ist vor allen Dingen das Baujahr des Motors zu berücksichtigen. Bei Motoren älteren Baujahres z. B. 1910 wird man zweckmäßig den nächst höheren Tabellenwert einsetzen, während man bei Motoren jüngeren Baujahres den nächst niedrigeren Querschnitt einsetzen kann. Auch ist die Polzahl (Drehzahl) des jeweils vorliegenden Motors zu berücksichtigen. Bei höherer Ankerdrehzahl (guter Luftkühlung) ist die spezifische Strombelastung des Wickelmetalles höher gewählt, als bei langsam laufenden Maschinen. Wohlverstanden, die Werte derTabellen 34-36 beziehen sich nur auf die entsprechende Ausführung. Wählen wir als zweites Beispiel den AEG-Drehstrommotor Type D 1000/10, 380/220 Volt, 7,5 kW = 10 PS., so werden wir die Meinung bestätigt finden. Der Motor hat folgende Daten: Nutenmasse 11 • 26 mm (halbrund) Nutenzahl = 54 Nutenquerschnitt = 282 mm2 Drahtstärke aus Tabelle 36 = 2,3 mm 0 Drahtquerschnitt = 4,1548 mm2 Nutenfüllfaktor aus der Tabelle = 0,36

47

Demnach: 0,36 • 282 = 23 AHr4n 4,1548 In Ursprungsausführung hat der Ständer je Nute 17 Drähte, Draht 2,7 mm - e . Der Fehler beträgt also etwa 15%. Die Type D 1000/10 ist von der AEG schon vor 1910 herausgebracht worden, also zu einer Zeit, wo man hinsichtlich der spezifischen Strombelastung des Leiters für Ständerwicklungen noch sehr vorsichtig war, um zu vermeiden, daß die zulässigen Temperaturgrenzwerte weder erreicht, geschweige noch überschritten wurden. Später und ganz besonders heute, ist man nicht mehr so ängstlich. Der Läufer des Motors hat eine Drehzahl = 1000. Demnach kommt die Tabelle 35 in Frage. Wenn man das Alter des Motors richtig eingeschätzt und den nächst höheren Tabellenwert eingesetzt hätte, so wäre das Ergebnis fehlerlos gewesen (Drahtdurchmesser = 2,7 mm). Wir wählen als weiteres Beispiel den SSW-Drehstrommotor Type R 61 — 1500, 380/220 Volt, 2,99 PS. 2,2 kW, 1420 n. Nutenmasse 11/9 • 25 mm Nutenzahl = 36 Nutenquerschnitt = 250 mm 2 Drahtstärke aus Tabelle Nr. 36 = 1,35 mm •©• Drahtquerschnitt = 1,423 mm 2 Füllfaktor aus Tabelle = 0,27 0,27 • 250 Hiernach Drahtzahl Jie Nute: — , = 47 Drähte ie Nute. 1,423 ' In Ursprungsausführung: 45 Drähte je Nute. Fehler etwa 5%. Aus Gründen der Vorsicht, die nicht genug angeraten werden kann, wird man die so errechneten Daten durch ein Kontrollverfahren auf Richtigkeit prüfen, bevor mit der Herstellung der Wicklung begonnen wird. Ist z. B. die Läuferwicklung noch in Ursprungsausführung vorhanden, oder sind die Ursprungsdaten für den Läufer bekannt, so können diese an Hand der Angaben des Leistungsschildes (Ursprungs-Leistungsschild), d. h. unter Zuhilfenahme der Werte, für die Läuferspannung zur Kontrollrechnung verwendet werden. Drahtzahl je Nute =

Rekonstruktion der Ständerwickeldaten unter Verwendung der Läuferwickeldaten und Läuferspannung Da die Höhe der Läuferspannung bei Stillstand des Läufers von der Ständerspannung und von dem Verhältnis der Leiterzahlen im Ständer und Läufer bedingt wird (Übersetzungsverhältnis), so ist es möglich, eine

48

der unbekannten Größen (z. B. Leiterzahl im Ständer) durch einfache Berechnung zu ermitteln. Wir wollen uns wieder eines praktischen Beispieles bedienen und wählen den SSW-Drehstrommotor Type R 8 1 s — 1500, 4 kW, 5,5 PS, 380/220 Volt, 1440 n. Nehmen wir an, die Ständerwicklung sei überhaupt nicht mehr vorhanden, indessen sei die Läuferwicklung noch die ursprüngliche und das Ursprungsleistungsschild gebe die Läuferspannung 120 Volt an. Dann lassen sich die Ständerwickeldaten wie folgt errechnen: Läuferdaten: 1. 60 Nuten, je Nute 7 Drähte 2. totale Leiterzahl im Läufer = 60 • 7 = 420 3. Läuferspannung = 120 Volt. Übersetzungsverhältnis: Da die Ständerspannung 380 Volt, die Läuferspannung 120 Volt beträgt, so ist das Übersetzungsverhältnis zwischen Ständer und Läufer 380:120 = 3,16. Betrachten wir jetzt den Motor als Transformator und die Läuferwicklung als Primärwicklung, so muß die Leiterzahl der Ständerwicklung 3,16 mal größer sein, als die Leiterzahl der Läuferwicklung, damit bei 120 Volt Primär (Läufer)—Spannung im Ständer eine Spannung von 380 Volt auftritt. Da die totale Leiterzahl gemäß Ziffer 2 = 420 beträgt, so muß die totale Leiterzahl im Ständer = 3,16 • 420 = 1327 Leiter betragen. Der Ständer des genannten Motors hat 48 Nuten, so daß je Nute 1327 : 48 = 27 Drähte entfallen. In Ursprungsausführung hat derStänder je Nute 26 Drähte, Fehler etwa 3,5%. Die Drahtstärke für den Ständer entnehmen wir aus der Tabelle 35 mit 1,75 mm -Q-. Auf gleiche Art läßt sich selbstverständlich auch die Läuferwicklung errechnen, wenn die Ständerdaten noch in Ursprungsausführung vorhanden und die übrigen Voraussetzungen erfüllt sind. Ein Vergleich mit der beschriebenen Methode bzw. mit dem hiernach erzielten Ergebnis gestattet einen Rückschluß auf die praktische Richtigkeit und Anwendbarkeit beider Methoden. Man könnte zur Sicherheit das arithmetische Mittel aus den beiden Ergebnissen wählen, um den Ideal- oder Standardwerten am nächsten zu kommen. Wir wollen noch ein weiteres Beispiel durchrechnen und hierzu den 4

R a s k o p , Berechnungsbuch. 9. Aufl.

49

Bergmann-Motor Type D-20/4, 15 kW, 1450 n, 380/220 Volt wählen. 1. Läuferspannung = 76 Volt 2. Nutenzahl im Läufer = 60, je Nute 2 Stäbe 3. Nutenzahl im Ständer = 36 4. totale Leiterzahl im Läufer = 120 5. Ubersetzungsverhältnis = 5. Dann ist die totale Leiterzahl im Ständer: 5 • 120 = 600 und die Leiterzahl je Nute 600: 36 = 16,6 rund 17. Die wirkliche Leiterzahl je Nute beträgt 16. Der Fehler also etwa 5%. Die ursprüngliche Drahtstärke ist = 3,1 mm •©•, nach der Tabelle: N r . 28 • 2, 35 mm -Q. Betrachten wir einmal die Größe der Fehler, die sich bei Anwendung der beschriebenen Berechnungsmethoden ergeben, so kann leicht festgestellt werden, daß die Fehler bei Maschinen kleiner und mittlerer Leistung praktisch bedeutungslos sind. Immerhin ist es notwendig darauf hinzuweisen, daß bei Ermittlung der Unterlagen für die einfache Berechnung mit größter Sorgfalt vorgegangen werden muß. So ist z. B. bei Ermittlung der Läuferdaten darauf zu achten, ob die zu einer Phase gehörenden Spulen (bei Gruppenwicklungen) in Serie oder etwa parallel geschaltet sind. Ferner kommt es natürlich darauf an, ob die Läuferwicklung im Dreieck oder Stern geschaltet ist. In den vorstehenden Berechnungsbeispielen war angenommen, daß sowohl der Ständer als auch der Läufer in Stern und die zu einer Phase gehörenden Gruppen in Serie geschaltet sind. Die Klärung solcher Vorfragen darf aber als selbstverständlich vorausgesetzt werden.

Wickeldaten und Abmessungen des aktiven Eisens ausgeführter, normaler, offener Drehstrommotoren 4polig, 1500 n bei 50 Hertz, Baujahr etwa 1925 1. 0,25 PS, 0,19 kW, 1420 n, 380/220 Volt, Typ HD 15a/1500. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 225 Drähte, Draht 0,45 mm-©-, Serie Sternschaltung. b) L ä u f e r : 29 Nuten, Käfigwicklung, Stabdurchmesser 5,5 mm, Kurzschlußring = 1 1 - 6 mm. c) M a ß e d e s a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 160 mm -0-, Ständer innen = 90 mm •©-, akt. Packlänge = 40 mm.

50

2. 0,5 PS, 0,37 kW, 380/220 Volt, 1420 n, Typ HD 15b/1500. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 147 Drähte, Draht 0,55 mm-©-, SerieSternschaltung. b) L ä u f e r :

29 Nuten wie vor.

c) M a ß e des a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 160 mm ©-, Ständer innen = 90 mm -©-, akt. Packlänge = 60 mm. 3. 0,75 PS, 0,55 kW, 380/220 Volt, 1420 n, Typ HD 20a/1500. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 137 Drähte, Draht 0,6 mm-©, SerieSternschaltung. b) L ä u f e r :

29 Nuten, Stabdurchmesser ring = 1 0 - 8 mm.

6,2 mm

Kurzschluß-

c) M a ß e d e s a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 190 mm •©•, Ständer innen = 110 mm -©-, akt. Packlänge = 54 mm. 4. 1 PS, 0,74 kW, 380/220 Volt, 1420 n, Typ HD 20b/1500. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 136 Drähte, Draht 0,7 mm •©•, SerieSternschaltung. b) L ä u f e r :

wie vor, lfd. Nr. 3.

c) M a ß e des a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 190 mm •©•, Ständer innen = 110 mm ©-, akt. Packlänge = 70 mm. 5. 1,5 PS, 1,1 kW, 380/220 Volt, 1420 n, Typ HD 25a/1500. a) S t ä n d e r : 36 Nuten, je Nute 85 Drähte, Draht 0,8 mm-©-, SerieSternschaltung. b) L ä u f e r :

29 Nuten, Käfigwicklung, Stabdurchmesser 7,2 mm, Kurzschlußring = 1 3 - 8 mm.

c) M a ß e d e s a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 240 mm •©•, Ständer innen = 140 mm ©-, akt. Packlänge = 58 mm. i'

51

Wickeldaten und Abmessungen des aktiven Eisens ausgeführter, normaler, offener Drehstrommotoren 2polig, 3000 n bei 50 Hertz, Baujahr etwa 1925 1. 0,33 PS, 0,243 kW, 380/220 Volt, etwa 2800 n. a) S t a n d e r : 18 Nuten, je Nute 210 Drähte, Draht 0,5 mm-©-. SerieSternschaltung. b) L ä u f e r : 23 Nuten, Käfigwicklung, Stabdurchmesser 5 mm. c) M a ß e des a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 140 mm ©-, Ständer innen = 70,4 mm •©, akt. Packlänge = 40 mm. 2. 0,5 PS, 0,37 kW, 380/220 Volt, etwa 2800 n. a) S t ä n d e r : 18 Nuten, je Nute 135 Drähte, Draht 0,65 mm-©-, SerieSternschaltung. b) L ä u f e r : wie vor, lfd. Nr. 1. c) M a ß e d e s a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 140 mm ©-, Ständer innen = 70,4 mm ©-, akt. Packlänge = 60 mm. 3. 0,75 PS, 0,55 kW, 380/220 Volt, etwa 2800 n. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 85 Drähte, Draht 0,7mm©-. Sternschaltung. b) L ä u f e r : 26 Nuten, Käfigwicklung, Stab 5 mm ©-, c) Maße des a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 160 mm •©, Ständer innen = 85,6 mm ©-, akt. Packlänge = 50 mm. 4. 1,1 PS, 0,81 kW, 380/220 Volt, etwa 2800 n. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 75 Drähte, Draht 0,8 mm-©. Sternschaltung. b) L ä u f e r : 26 Nuten, Käfigwicklung, Stab 5 mm©-. c) M a ß e des a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 160 mm ©-, Ständer innen - 85,6 mm -©, akt. Packlänge = 65 mm. 5. 1,5 PS, 1,1 kW, 380/220 Volt, etwa 2800 n. a) S t ä n d e r : 24 Nuten, je Nute 54 Drähte, Draht 1,0 mm©-. Sternschaltung. 52

Serie-

Serie-

Serie-

b) L ä u f e r : Käfigwicklung wie lfd. Nr. 4. c) Maße des a k t i v e n E i s e n s : Ständer außen = 160 mm •©•, Ständer innen = 85,6 mm •©•» akt. Packlänge = 90 mm.

Die Ermittlung des Baujahres normaler, offener oder spritzwassergeschützter Drehstrommotoren für DB-Betrieb Für die Rekonstruktion verlorengegangener Wickeldaten ist es sehr wichtig, daß ungefähre Baujahr des jeweils in Betracht stehenden Motors zu ermitteln, sofern diese Angaben nicht auf dem Leistungsschild vermerkt sind. Aus der tabellarischen Zusammenstellung der Totalgewichte eines 4poligen 5 PS-Drehstrommotoren aus den Baujahren 1893—1930 (S. 17) ist ersichtlich, daß die Abmessungen und Totalgewichte der normalen, offenen Drehstrommotoren ständig, und zwar ganz erheblich geringer geworden sind. Das ungefähre Baujahr eines normalen, offenen Drehstrommotors für DB-Betriebe läßt sich mit praktisch ausreichender Genauigkeit im Regelfalle nach der totalen Polfläche des Ständers in cm2 und nach der Polzahl (Drehzahl) schätzen. Beträgt beispielsweise der lichte Durchmesser des Ständer-Blechpaketes 10 cm, dann ist der Umfang bekanntlich = 10 • 3,14 = 31,4 cm. Beträgt die Packlänge des Ständer-Blechpaketes ebenfalls 10 cm, dann beträgt die totale Polfläche 31,4 • 10 = 314 cm2. In den Tabellen Nr. 13u.l4sind nun totale Polflächen (Spalte 1) und in den Spalten 2—7 die ungefähren DB-Leistungen in kW und P S — bezogen auf die Baujahre 1930—1951 — eingetragen. Beispiel für die Anwendung der Tabellen 13 u. 14.

Es steht ein normaler, offener bzw. spritzwassergesch. Drehstrommotor —• ohne Ständerwicklung — zur Neuwicklung an. a) Das Ursprungs-Leistungsschild des Motors ist noch vorhanden und weist aus, daß der Motor vom Hersteller für eine DB-Leistungsabgabe = 3,5 kW, 4,75 P S bei einer Drehzahl von 1420 n (4polig) hergestellt wurde. b) Die totale Polfläche des Ständers beträgt etwa 420 cm2. In diesem Falle entstammt der Motor gemäß Tabelle Nr. 13 aus den Baujahren 1931—1941. Diese Feststellung ist für die Ermittlung der Ständer-Wickeldaten sehr wichtig. 53

Rekonstruktion der Nennleistung

4 polig

Tabelle Nr, 13 über die ungefähre DB-Leistung normaler, offener Drehstrommotoren gemäß des jeweiligen ungefähren Baujahres, bezogen auf die totale Polfläche des Ständers in cm 2 ungefähres Baujahr

Totale Polfläche

bis etwa 1930

von etwa 1 9 3 1 - 1 9 4 0

von etwa 1941 — 1951

Ständers

DB-Leistung

DB-Leistung

DB-Leistung

kW

PS

kW

PS

kW

PS

1

2

3

4

5

6

7

115

0,19 0,37

0,25

0,3

0,41

0,4

0,54

170

0,50

0,57

0,78

0,78

1,06

190

0,55

0,75

0,95

1,30

1,16

1,55

240

0,74

1,0

1,15

1,55

1,57

2,2

260

1,1 1,45

1,5 2,0

1,70

2,30

2,33

3,16

350

2,25

3,05

3,0

4,10

420

2,2

3,0

3,5

4,75

4,86

6,57

540

3,0

4,0

4,68

6,40

6,36

8,56

650

3,7

5,0

860

6,0

8,5

930

8,1

5,70 10,6

7,75

7,85

10,62

14,5

12,75

17,4

11

12,6

17

17,0

23

18,75

25,2

25,5

34,5

1300

12

16

1500

16

22

25

34

34,5

46

2000

20,5

28

31,5

42,5

43,5

59

2400

33

45

50

68

70

95

2500

48

65

74

100

100

135

2900

59

80

92

125

125

170

Anmerkung : Die Schildleistungen der Käfigläufermotoren nach Spalten 6 — 7 (1941 bis 1951) liegen in manchen Fällen noch höher, wenn es sich um Motoren aus den letzten Baujahren und um größere Leistungseinheiten handelt

54

Rekonstruktion der Nennleistung

6 polig

Tabelle Nr. 14 über die ungefähre DB-Leistung normaler, offener Drehstrommotoren gemäß des jeweiligen ungefähren Baujahres, bezogen auf die totale Polfläche des Ständers in cm 2 Totale Polfläche des Ständers in cm 2

ungefähres Baujahr bis etwa 1930

von etwa 1931-1940

von etwa 1941 — 1951

DB-Leistung

DB-Leistung

DB-Leistung

kW

PS

kW

PS

l

2

3

4

5

kW

«

205

0,24

0,33

0,34

0,46

0,44

0,60

265

0,37

0,50

0,52

0,71

0,67

0,91

280

0,74

1,0

1,05

1,36

1,35

1,85

370

1,1

1,5

1,50

2,05

2,0

2,7

450

1,45

2,0

2,05

2,8

2,64

3,6

PS 7

570

2,2

3,0

3,1

4,2

4,0

5,45

735

3,0

4,0

4,25

5,72

5,46

7,4

800

3,7

5,0

5,2

7,10

6,75

9,15

950

4,8

6,5

6,77

9,15

8,75

11,85

1050

6,0

8,5

8,44

11,45

10,88

15

1500

8,1

11,0

11,45

15,4

14,75

20,4

12

16

17,0

23

22,0

30

1725 2250

16

22

22,50

30,5

29

31,5

2450

20,5

28

29

39,5

37,5

51,4

2770

25,5

35

31,75

43,4

41

56

2850

33,0

45

46,5

62,7

60

81,5

3000

44

60

62,50

3200

55

75

79

84,8 107

81

110

101

135

55

Grundsätzlich ist bei der Rekonstruktion verlorengegangener Wicke 1daten von der listenmäßigen Ursprungsleistung auszugehen bzw. der Motor soll möglichst für die ursprüngliche listenmäßige Leistung neu gewickelt werden. Motoren älterer Baujahre weisen bekanntlich größere Abmessungen und höhere Totalgewichte auf als neuzeitliche Typen. Aus solchen Motoren kann durch eine entsprechende Umwicklung oftmals eine höhere als die listenmäßige Ursprungsleistung herausgeholt werden. Ob eine höhere DB-Leistung in einem gegebenen Fall erzielt werden kann und um welches Maß eine Leistungserhöhung möglich ist, kann nur durch eine vollständige Durchrechnung des Motors unter Beachtung des Alters, des Watt Verlust es der Bleche usw. entschieden werden. Derartige Fälle sind mit größter Zurückhaltung und Vorsicht zu behandeln, wenn Enttäuschungen und Verluste erspart bleiben sollen.

Intermittierende Leistungsabgabe von Drehstrommotoren Für die zeitlich begrenzte, vorübergehende Leistungsentnahme erhalten die Drehstrommotoren eine besondere Bewicklung und in der Regel auch einen etwas größeren Luftspalt zwischen Ständer und Läufer. Die Leistungsentnahme bei intermittierendem Betrieb beträgt gegenüber der listenmäßigen DB-Leistung der betreffenden Typen a) spritzwassergeschützte Motoren bei 4 0 % E D (etwa Stundenleistung) = etwa 1 1 5 % der Modelleistung „ 2 5 % E D ( „ Vi Stundenleistung) = „ 125% „ ,, 1 5 % E D ( „ 2O-Minutenbetrieb) = „ 135% „ b) geschlossene Motoren bei 4 0 % E D = etwa 9 0 % der normal., spritzwassergesch. Modelleistg. „ 25% ED = „ 100% „ „ 15% ED = „ 120% „ Im Regelfalle sind Motoren für intermittierenden Betrieb nicht für DB-Leistungsabgabe verwendbar, d. h. man kann einen vom Herstellerwerk für intermittierende Leistungsentnahme gelieferten Motor nicht ohne weiteres für Dauerbetrieb zum Einsatz bringen. Im Regelfalle ist dann eine Änderung der Ständerwickeldaten (Neuwicklung) erforderlich, wobei die Größe des vorgefundenen einseitigen Luftspaltes unter Umständen eine ausschlaggebende Rolle spielt. Man kann auch nicht ohne weiteres in solchen Fällen die Wickeldaten des Normalmotors gleicher Type für DB-Leistung verwenden. Hierauf sei ausdrücklich hingewiesen, weil in der Praxis des Instandsetzungsfachmannes über diese offenen Fragen vielfach irrtümliche Auffassungen bestehen. 56

Nennbetriebsarten elektrischer Maschinen (gemäß V D E 0530/7.55, § 18) *) a) Dauerbetrieb ( D B ) : Die Betriebsdauer bei Nennleistung ist so lang, daß die Beharrungstemperatur praktisch erreicht wird. b) Kurzzeitbetrieb ( K B ) : Die vereinbarte Betriebsdauer bei Nennleistung ist so kurz, daß die Beharrungstemperatur nicht erreicht wird. Die Pause, in der die Maschine nicht unter Spannung steht, ist so lang, daß die Maschine sich praktisch auf die Temperatur des Kühlmittels abkühlt (siehe § 23s). c) Durchlaufbetrieb mit Kurzzeitbelastung ( D K B ) : Die vereinbarte Belastungsdauer mit Nennleistung ist so kurz, daß die Beharrungstemperatur nicht erreicht wird. Die Pause, in der die Maschine leerläuft, ist so lang, daß die Maschine sich praktisch auf ihre Endtemperatur bei Leerlauf abkühlt (siehe § 23a). d) Aussetzbetrieb (AB): Einschaltzeiten mit Nennleistung wechseln mit Pausen ab, in denen die Maschine spannungslos ist. Die Pausen sind so kurz, daß die Maschine sich nicht auf die Temperatur des Kühlmittels abkühlt (siehe § 2 3 b und Bild 6a). e) Durchlaufbetrieb mit Belastungszeiten mit die so kurz sind, daß bei Leerlauf abkühlt

Aussetzbelastung (DAB): Nennleistung wechseln mit Leerlaufpausen ab, sich die Maschine nicht auf ihre Endtemperatur (siehe § 23b und Bild 6b).

f) Schaltbetrieb: Sonderfall des Durchlaufbetriebes mit Aussetzbelastung (DAB) oder des Aussetzbetriebes (AB), bei dem die Erwärmung der Maschine hauptsächlich durch Anlauf, Bremsung oder Umschaltung bestimmt ist. 1. Durchlaufschaltbetrieb ( D S B ) : Der mit Nennleistung belastete Motor wird in regelmäßiger oder unregelmäßiger Folge geschaltet. Spannungslose Pausen treten nicht auf. Neuausgabe: V D E 530 / 3 . 59

57

2. Aussetzschaltbetrieb (ASB): Belastungszeiten mit Nennleistung und in regelmäßiger oder unregelmäßiger Folge ausgeführte Schaltungen wechseln mit Pausen ab, in denen die Maschine nicht unter Spannung steht und die so kurz sind, daß sich die Maschine nicht auf die Temperatur des Kühlmittels abkühlt. g) Kenngrößen für die Beanspruchung eines Motors im Schaltbetrieb: 1. Schalthäutig eit: Zahl der Schaltungen je Stunde. Hierbei sind zu unterscheiden: I. AnlaufSchaltungen: Anlauf mit später folgender mechanischer Bremsung oder freiem Auslauf. II. Bremsschaltungen: Anlauf mit später folgender elektrischer Bremsung. III. Umschaltungen: Umkehrschaltung auf entgegengesetzte Drehrichtung oder Umschalten auf eine andere Drehzahl, z . B . bei polumschaltbaren Motoren. 2. Zu beschleunigende Schwungmassen des gesamten Antriebes: I. Schwungmomentfaktor ist das Verhältnis des auf die Motorwelle bezogenen Gesamtschwungmomentes zum Motorschwungmöment. h) Spieldauer: 1. Bei Aussetzbetrieb (AB) nach d) und Aussetzschaltbetrieb (ASB) nach f) 2. ist die Spieldauer die Summe aus Einsatzschaltzeit und spannungsloser Pause. 2. Bei Durchlaufbetrieb mit Aussetzbelastung (DAB) nach e) und Durchlaufschaltbetrieb (DSB) nach f) 1. ist die Spieldauer die Summe aus Belastungsdauer und Leerlaufpause. 3. Die Spieldauer beträgt bei Aussetzbetrieb (AB) nach d) und Durchlaufbetrieb mit Aussetzbelastung (DAB) nach e), wenn nichts anderes vereinbart wurde, 10 Minuten. i) Relative Einschaltdauer (ED) ist das Verhältnis Belastungsdauer zu Spieldauer. 58

Abschnitt V

Bruchlochwicklungen*) Bei Umwicklungen der Drehstrommotoren für andere Drehzahlen tritt häufig der Fall ein, daß die vorhandene Nutenzahl im Ständer oder Läufer nicht zur Herstellung einer normalen symmetrischen Dreiphasenwicklung geeignet ist. Soll z. B. ein Drehstrommotor mit 54 Nuten im Ständer von 1000 auf 1500 Umdrehungen in der Minute umgewickelt werden, so ist der praktische Fall gegeben, wo die Wicklungselemente (Gruppen) sich nicht mit ganzen Nuten auf den Umfang des Ständers verteilen lassen. Während bei 54 Nuten und 9 Gruppen (n = 1000) für die Aufnahme der wirksamen Leiter einer Gruppe 54: 9 = 6 Nuten zur Verfügung stehen, jede Gruppe also aus drei Teilspulen hergestellt werden kann, ergibt sich für 1500 Umdrehungen und 6 Gruppen: 54: 6 = 9, eine Nutenzahl, die eine Ganzlochwicklung nicht ermöglicht. Diese Wicklung ist aber technisch einwandfrei ausführbar, wenn jede Gruppe 41/2 Nuten rechts und links belegt. Bei dieser Wicklungsart werden vielfach Nuten von verschiedenen Wicklungsphasen belegt; es kommt daher für jedes Wicklungselement eine gebrochene Nutenzahl in Frage, weshalb diese Wicklungen auch Bruchlochwicklungen genannt werden. Die Bedingung, daß die vorhandene Anzahl der wirksamen Leiter symmetrisch auf dem Umfang des Ständers verteilt sein müssen, ist auch bei der Bruchlochwicklung erfüllt. Die Wicklung ist daher als technisch einwandfrei zu bezeichnen. Ob die Umwicklung für eine andere Drehzahl aus mechanischen Gründen auch angebracht ist, muß von Fall zu Fall geprüft werden. Hier können nur Bedenken eintreten, wenn die Drehzahl durch die Umwicklung erhöht werden soll. Da bei der höheren Drehzahl die Umfangsgeschwindigkeit und der Lagerdruck größer wird, sich auch die übrigen mechanischen Verhältnisse wesentlich verändern, so können große Enttäuschungen eintreten, wenn die Umwicklung ohne Berücksichtigung der hierdurch eingetretenen Veränderungen ausgeführt wird. Bei verhältnismäßig großem Läuferdurchmesser für eine bestimmte Drehzahl und Leistung, wird man eine Umwicklung für höhere Drehzahl (1000 auf 1500) nicht immer ohne Verstärkung der Lager usw. ausführen können. Auch die Befestigung der Wicklungselemente gegen die Wirkung der Fliehkraft muß bei höherer Drehzahl entsprechend der erhöhten Fliehkraft verstärkt werden. Handelt es sich um Umwicklungen für niedrigere Drehzahlen, z. B. von 1500 auf 750 Umdrehungen, so spielen die veränderten mechanischen Verhältnisse stets eine untergeordnete Rolle. Da die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers und der Lagerdruck geringer wird, so können dieserhalb keine Störungen eintreten. Wichtiger hingegen ist die Beantwortung *) Siehe auch Raskop: Der Katechismus, 14. Auflage, Schaltbilder für Bruchlochwicklungen. S. 322—344.

59

der Frage, ob sich bei der vorhandenen Nutenzahl noch so viel Nuten pro Pol und Phase ergeben, daß der Leistungsfaktor, der hiervon nicht zuletzt abhängig ist, einen brauchbaren Wert nicht unterschreitet.

Läuferwicklungen Bei der Herstellung der Läuferwicklung bietet sich außer der oben erwähnten Bruchlochwicklung auch durch die Anwendung der Zweiphasenwicklung eine Möglichkeit, etwaigen Schwierigkeiten, die bei Umwicklungen für andere Drehzahlen auftreten können, zweckmäßig zu begegnen. Die Zweiphasen-Läuferwicklung (siehe auch S. 6) wird in zwei Wicklungssträngen, und zwar je einen oberen und unteren Strang, hergestellt. Die Gruppenzahl für den jeweiligen Fall ergibt sich aus der Polzahl 2. Hieraus ergeben sich: für 4polige Maschinen (bei 50 Hz. 1500 n) = 8 Gruppen „ 6 „ „ „ 50 „ 1000 „ = 12 „ 8 „ „ „ 50 „ 750 „ = 16 „ usw. Zweiphasen-Ganzlochwicklungen sind ausführbar bei Läufer mit: 32 Nuten, 4polig, 48 „ 4 „ 96 „ 4 „ 48 „ 6 „ 72 „ 6 „ 96 „ 8 „

1500 Umdrehungen, 1500 1500 1000 1000 750

Auch die Zweiphasenwicklung ist als Bruchlochwicklung herstellbar. Der praktische Fall erstreckt sich auf Umwicklungen z. B. von 1500 n und 60 Nuten, auf 1000 Umdrehungen. Bei dieser Nutenzahl belegt eine Gruppe 60: 12 = 5 : 2 = 2% Nute beiderseitig. (Abb. 6). Ob für eine gegebene Nutenzahl die Ganzloch- oder Bruchlochwicklung in Frage kommt, oder die Zweiphasenwicklung nicht ausführbar ist, ergibt sich aus folgender Rechnung: Nutenzahl: Gruppenzahl: 2. Ist das Ergebnis dieser Rechnung eine gerade Zahl, so ist eine Ganzlochwicklung ausführbar, z. B. 48 : 12 = 4 : 2 = 2, ist das Ergebnis hingegen eine Zahl mit dem Bruch 1 / 2 , so entsteht eine Bruchlochwicklung (siehe Abb. 6). Die Wicklung ist auch mit mehreren gebrochenen Nuten ausführbar, jedoch kommt die Art bei Umwicklungen praktisch selten vor. 60

Auf die Schaltung dieser Wicklungen und nähere Ausführung derselben ist in dem Werke Raskop, Die Instandsetzungen an elektr. Maschinen 1 ), 3. Auflage, ausführlich eingegangen. Die Zweiphasenwicklung wird mit Erfolg auch da angewandt, wo die Ausladung (Schritt) der Gruppen einer Dreiphasenwicklung verhältnismäßig groß werden würde. Die Befestigung derartiger Gruppen gegen die Flieh-

Abb. 6 kraftwirkung ist häufig mit großen Ausführungsschwierigkeiten verbunden, und da die Gruppen der Zweiphasenwicklung eine wesentlich geringere Ausladung haben, bietet die Anwendung dieser Wicklung auch in dieser Hinsicht Vorteile.

Entwurf einer öpoligen Zweiphasen-Bruchlochwicklung verteilt auf 28 Nuten (Beispiel aus der Praxis) Als praktisches Beispiel sei ein 4poliger Drehstrommotor der AEG Type D 30/4 gewählt. Dieser Motor hat bekanntlich im Ständer = 36 Nuten, im Läufer = 28 Nuten. Der Läufer besitzt eine Zweiphasenwicklung. Der Motor soll 6polig, für eine Leerlaufdrehzahl von 1000 n gewickelt werden. Bei dem Ständer sind die Voraussetzungen für die Herstellung einer normalen 6poligen Dreiphasenwicklung gegeben. Bei dem Läufer bereitet die Umwicklung von 4 auf 6 Pole jedoch Schwierigkeiten. Die einzige Möglichkeit, den Läufer mit einer 6poligen Wicklung auszurüsten, bietet die Anwendung einer Zweiphasen-Bruchlochwicklung, wie nachstehende Tabelle zeigt. Die Spulenzahl einer Wicklungsphase ergibt sich aus: Neuer Titel: Das Elektromaschinenbauerhandwerk, Instandsetzungen).

3. Aufl. (7. Auflage

61

N 28 Spulenzahl = — = — = 7

(9)

Insgesamt besteht die Wicklung also aus 14 Einzelspulen. Tabelle Nr. 15 über symmetrische Zweiphasen-Bruchlochwicklungen Totale Nutenzahl 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

Ausführbar für die Polzahlen

Spulenzahl je Phase

10 6 und 0 6 10 6 und 10 6, 10 und 12 10 6 und 12 6 und 10 10

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Entwurf der Wicklung Nachdem wir uns von der Ausführbarkeit der Wicklung an Hand der Tabelle überzeugt haben und die Spulenzahl für einen Wicklungsstrang nach der Formel 9 ermittelt ist, wollen wir den Entwurf der Wicklung von Grund auf durchführen. Der Übersichtlichkeit halber lassen wir die Wicklung in vier Etappen entstehen und zeichnen die 28 Nuten des Läufers gemäß Abb. 7 in vier Reihen untereinander.

Die Berechnung des Nutenschrittes Von grundlegender Bedeutung für den Entwurf der Wicklung ist der Nutenschritt, den wir nach Formel 10 wie folgt ermitteln: gN + l Nutenschritt = 6 ^ (10) P In dieser Formel bedeuten: g = eine beliebige ganze Zahl (einschl. 0), N = Nutenzahl, p = die halbe Polzahl. Bei 28 Nuten und 6poliger Ausführungen erhalten wir den Nutenschritt: 3 ' Jede Spule hat eine positive und eine negative Seite. Wir errechnen an H a n d des Nutenschrittes zunächst die positiven Spulenseiten f ü r die erste 62

i ¡ill i 6I 7I »I 9i »IIti tlI p; »i 15 i I16 I1?I11tf I n

Ü . . I I I .

.11

4 Entmirf einer Zwelphasen-Bruchlochwicklung 6yolig 28 Nuten f ü r den Läufer eines von 4 auf 6 Pole umwickelten Drehstrommotors AEG. Type D 50/4

Abb. 7

10 _

i

22

23

U f r 7 19

20 2t

21

unterer

WüQ .

_

\

,

h Vt

26 27

26

I L = U

J J

\

If 25

Strang

tt 1

2

3

*

10Wda

n :

(

1

(

12

13 7f

f f f l 5

6

7

8

9

10

11

'•">

f r n 15

16

16

j

L U J J I I L U i

©

17

oberer Sarong IQWdQ

20Wdg

Zweip/iosen-ßruchlochwidcfung 28 Nuten,

4-polig

/e Strang = 4 Gruppen

Primipschaltung der beiden (verkettete Zweiphasen-Widilung)

3 • 5 6

7

8

9

10111011

12

13

%

15

16

l ü sz:

Stränge

® Abb. 7 a

63

Wicklungsphase, indem wir mit Nute 1 beginnen und die Schrittzahl 9 hinzuzählen. 1. positiv: 1 + 9 = 1 0 + 9 = 1 9 + 9 = 2 8 + 9 = 9 + 9— 18 + 9 = 27 und erhalten so die Nutenzahlen 1, 10, 19, 28, 9, 18, 27. Hierauf errechnen wir die negativen Spulenseiten der zweiten Wicklungsphase, indem wir zu der Zahl 27 + 9 hinzuzählen usw. 2. negativ: 27 + 9 = (36 — 28) = 8 + 9 = 17 + 9 = 26 + 9 = (35 — 28) = 7 + 9 = 16 + 9 = 25 + 9 (34 — 28) = 6 und erhalten so die Nutenzahlen: 8, 17, 26, 7, 16, 25, 6. Die negativen Spulenseiten des 2. Wicklungsstranges erhalten wir auf gleiche Weise, indem wir fortfahren: 6 + 9 = 15 + 9 = 24 + 9 = (33 — 28) = 5 + 9 = 14 + 9 = 23 + 9 = 32 — 28 = 4 + 9 = 13. Nuten 15, 24, 5, 14, 23, 4, 13. Die positiven Spulenseiten für den 2. Wicklungsstrang: 13 + 9 = 22 + 9 = (31 — 28) = 3 + 9 = 12 + 9 = 21 + 9 = (30 — 28) = 2 + 9 = 11 + 9 = 20. Wir stellen nunmehr die Zahlen zusammen und erhalten folgendes Bild: I. Wicklungsstrang: positiv: negativ: II. Wicklungsstrang: positiv: negativ:

1, 10, 19, 28, 9, 18, 27 15, 24, 5, 14, 23, 4, 13 " 22, 3, 12, 21, 2, 11, 20 8, 17, 26, 7, 16, 25, 6

In dem vorbereiteten Schaltbild zeichnen wir nunmehr gemäß Abb. 7 die positiven Spulenseiten durch volle, die negativen durch gestrichelte Linien ein und erhalten so das erste Stadium der Wicklung gemäß Abb. 7 Ziffer 1. Nun muß eine vollausgezogene starke Linie mit einer gestrichelten Linie zu einer Spule verbunden werden. Wir wählen hierbei die am nächsten zusammenliegenden positiven und negativen Seiten, um möglichst Wicklungsmetall zu sparen. Nach einfacher Überlegung entsteht so das zweite Stadium der Wicklung gemäß Abb. 7 Ziffer 2. Die Abb. 7 Ziffer 2 stellt den Wicklungsstrang 1 (7 Spulen) dar. Wir kennzeichnen die positiven Spulenseiten mit nach oben gerichteten und die negativen Spulenseiten mit nach unten gerichteten Pfeilen und stellen sofort die Schaltverbindungen her.

Die Herstellung der Schaltverbindungen Die 7 Spulen eines Stranges schalten wir in Serie. Hierbei ist lediglich zu beachten, daß die negative Seite einer Spule mit der positiven Seite der nächstliegenden Spule verbunden wird. Ist dies geschehen, so ist der I. Wicklungsstrang fertig. 64

Die Verteilung der 7 Spulen des II. Wicklungsstranges geschieht nach den gleichen Grundsätzen wie vorbeschrieben. In Abb. 7 Ziffer 3 sind nach dem aufgestellten Zahlenschema nur die positiven und negativen Spulenseiten des II. Wicklungsstranges eingezeichnet, die gemäß Ziffer 4 verbunden und geschaltet werden. Denkt man sich das Schaltbild Ziffer 4 so über das Schaltbild Ziffer 2 gelegt, daß sich die gleichbezifferten Nuten decken, so entsteht das vollständige Schaltbild der 6poligen Zweiphasen-Bruchlochwicklung. Bei der Umwicklung des Läufers können wir ohne Bedenken die ursprüngliche Drahtzahl je Nute und den Drahtdurchmesser beibehalten.

Schematische Darstellung einer ZweiphasenWioklung f ü r den Läufer des Drehstrommotors AEG. Type D 50/4

Abb. 8

Betrachten wir nunmehr die entworfene Wicklung näher, so kann festgestellt werden, daß die Anzahl der Leiter je Strang und somit die Spannungen gleich sind. Hingegen entfallen auf 2 Polpaare je Pol 5 Nuten und auf ein Polpaar je Pol 4 Nuten. Die Wicklung ist jedoch völlig symmetrisch und entspricht in allen Teilen den Wicklungsgesetzen für symmetrische Zweiphasen-Bruchloch Wicklungen. Da das vorbeschriebene Beispiel praktisch durchgeführt wurde, so sei der Vollständigkeit halber noch erwähnt, daß die ursprünglichen Ständerwickeldaten (4polig) natürlich nicht für die öpolige Wicklung verwendet werden konnten. Die Ständerwickeldaten wurden an Hand der Abmessungen des aktiven Eisens mit 52 Leiter je Nute für 380 Volt Sternschaltung errechnet. Die Schaltung der Läuferwicklung und die Verbindungen zwischen Wicklung und Schleifringe ist in Abb. 8 schematisch dargestellt. 5

R a s k o p , Berechnungsbuch. 9. Aufl.

65

Zweiphasen-Zweischichten-Wicklungen mit Spulen gleicher W e i t e Die Zweiphasen-Zweischichtenwicklungen mit Spulen gleicher Weite (auch Stabwicklungen) haben heute nur noch als Zweiphasen-Läuferwicklungen bei Drehstommotoren eine praktische Bedeutung. Diese Wicklungen bestehen aus zwei Wicklungssträngen mit einem Phasenwinkel = 90°, die im Regelfalle miteinander verkettet werden. Man spricht hier von verketteten Zweiphasenwicklungen (Abb. 9). Bezogen auf Läuferwicklungen liegt der Verkettungspunkt beider Phasen an dem mittleren Schleifring, die beiden Phasen (WicklungsSchleifringe

Abb. 9. Verkettete Zweiphasen-Läuferwicklung

enden) an je einem äußeren Schleifring. Insgesamt sind also 3 Schleifringe erforderlich. Die Spannungen zwischen den mittleren und den beiden äußeren Schleifringen (verkettete Spannungen) betragen bei Stillstand des Läufers den l,42ten Teil der Spannung (Phasenspannung), die zwischen den beiden äußeren Schleifringen auftritt. Die Zahl 1,42 ergibt sich aus: j/ 2 = 1,42. Beträgt die Phasenspannung zwischen den beiden äußeren Schleifringen z.B. 250 Volt, dann betragen die Spannungen zwischen dem inneren und äußeren Schleifring 250:1,42 = 176 Volt1) Die Zweiphasenwicklungen können sowohl ein- als auch zweischichtig ausgeführt werden. Bezogen auf Läuferwicklungen werden bevorzugt die Zweischichtenwicklungen angewandt. Die Zweischichtenwicklungen können mit Formspulen gleicher oder ungleicher Weite und als Stabwicklungen ausgelegt werden. In beiden Fällen entfallen je Nute 2 Spulenhälften (obere und untere Schicht!). !) Siehe Abb. 9.

66

2pollg, 8 Nuten, 16 Stäbe Spulemahlen

12

3A-

5 6

7 8

9 10

1112 1314

1.51.6

Stabzahlen Polzahl Nutenzahlen

i^J

l

Abb. 10. 2polige Zweischichten-Zweiphasen-Stabwicklung 8 Nuten, 16 Stäbe, Nutenschritt: 1—5

4polig, 8 Nuten, 16 Stäbe

Spulen

©©©©©©©© > >

12

••

34

I I

56

©®

I I

78

I I

I I

I I

I I

-

Hüten „,

910 1112 1314 1516 Stabe

Abb. 11 4 polige ZweiphasenZweischichtenwicklung

® ( X )

8 Nuten, 16 S t ä b e (Schleifenwicklung), Nutenschritt: 1—3, S t a b s c h r i t t : 1—6

67

Bezogen auf die Schaltart können die Zweiphasen-Zweischichtenwicklungen a) als Reihenwicklungen, b) als Schleifenwicklungen ausgeführt werden. In der Abb. 11 ist eine 4polige Zweiphasen-Zweischichten-Schleifenwicklung, in Abb. 12 eine Reihenwicklung dargestellt. Beide Wicklungen belegen je Pol und Phase = 2 Spulenhälften (2 Stäbe) und je Pol = 4 Spulenhälften (Halblochspulen) bzw. Stäbe. J e Phase sind 4 Spulen (Stäbe) in Reihe geschaltet. Der Nutenschritt beträgt bei beiden Wicklungsarten = 1 — 3. Derselbe ergibt sich aus: Nutenzahl „ , . ,, , , „ . „ ^ , , , = Schrittzahl (ungesehnt) = 8 : 4 = 2 ( 1 + 2 = Polzahl

3).

Die Verbindungen der in einer Phase (Wicklungsstrang) in Serie geschalteten Spulen bzw. Stäbe können nach verschiedenen Methoden rechnerisch ermittelt werden. Bei der Reihen-(Serien-)Schaltung Schrittzahlen aus: totale Spulen-(Stab-)Zahl Polzahl

(Abb. 12) ergeben

sich

die

5 =

< 3

E s ergeben sich also 3 Schrittzahlen, und zwar beziehen sich diese Zahlen auf den Wickelschritt des hinteren Wickelkopfes (1 + 5 = 6) und auf den vorderen Wickelkopf ( 1 + 4 = 5). Die Zahlen 3 und 5 sind Wechselschritte. Die Schaltverbindungen ergeben sich aus: 16 Stäbe total 8 Stäbe j e Strang Wicklungsstrang -U- beginnt mit Stab -1- (oben in der Nute) (1) + 5 = (6) + 3 = (9) + 5 = (14) J I (2) — 5 = 16 — 3 = (13) — 3 = (10) — 5 = (5)

Stab Nr. -14- in Nute -7- wird mit Stab -2- in Nute -1- verbunden. Die Gabelverbindung zwischen den Stäben 14 und 2 ergibt sich aus: (14) + 4 = 18 — 16 Stäbe = (2) 68

4polig, 8 Nuten, 16 Stäbe SpulengLWeite

® 3 4-

(D 5 6 •i

© 7 8 I I

v( D B 9io I I

©' fli2

® 13"W-

(D K «

Nuten S t ä b e

A b b . 1 2 . 4polige Z w e i p h a s e n - Z w e i s c h i c h t e n - S t a b wicklung, 8 Nuten, 16 S t ä b e (Reihenwicklung), Nutenschritt: 1 — 3 , j e Pol und Phase = 2 Stäbe, je Pol = 4 Stäbe Stab verbindungen : Phase U : Stab 1—6—9—14—2—13—10—5. Phase V : Stab 3 8 11—16—4—15—12—7 Gabelverbindungen: Stab 16—4(unten), Stab 14—2(unten) Die gradzahligen Stäbe liegen (unten) l N | ] f p Die ungradzahligen Stäbe liegen (oben ) ]

© ® ®

(y)

4polig, 8 Nuten, 3 2

©

®

Stäbe

Zählrichtung

A b b . 13. 4polige Z w e i p h a s e n - Z w e i s c h i c h t e n w i c k l u n g 8 Nuten, 32 Stäbe, Nutenschritt: 1—3, Stabschritte: ± 9, ± 7, ± 8, je Nute = 4 Stäbe

69

Wicklungsstrang V : 3 _

r

8 — 11 — 16 J

14 — 15 — 1 2 —

7

Nach Abb. 15 (8polige Zweiphasen-Zweischichtenwicklung) ergibt sich folgendes Zahlenschema: Wechselschritte: 3 2 : 8 = 4 < \ Phase - U - : Stab: 1 (30 + 4 = 34 — 32 = 2) = 14 + 3 = 17 (1) + 5 =

(6) + 3 = (9) + 5 = (14) + 3 = (17) + 5 = (22) + 3 = (25) + 5 = (30)

(2) — 5 = ( 2 9 ) — 3 = (26) — 5 = (21) — 3 = (18) — 5 = (13) — 3 = (10) - 5 (5) Phase -V- Stab: (32 + 4 = 36 — 32 = 4) (3) + 5 = (8) + 3 = (11) + 5 = (16) + 3 = (19) + 5 = (24) + 3 = (27) + 5 = (32) (12) — 5 = (7) — 3 =

(4) — 5 = (31) — 3 = (28) — 5 = (23) — 3 = (20) — 5 = (15)

B e i größeren L e i s t u n g s e i n h e i t e n , z .B. bei Hebezeug- (Kran-) Motoren kann die Zahl der Spulenseiten/Nute (Stäbe j e Nute) größer als 2, z . B . 4 Stäbe je Nute gewählt werden. Das Wicklungs-Schaltbild für eine 4polige Zweiphasen-Zweischichten-Stabwicklung mit 4 Stäben/Nute ist in Abb. 12 dargestellt. Die 32 Stäbe sind in 8 Nuten angeordnet. Die geradzahligen Stäbe liegen unten, die ungeradzahligen Stäbe oben in den Nuten. Der Nutenschritt ist 1 — 3 ( 8 : 4 = 2 = 1 + 2 = 3 ) . Die Stabschritte ergeben sich aus der totalen Stab- und Polzahl zu: 32 : 4 = ± 8 < ± ® Unter Anwendung der Wechselschritte ¿ 8 , ziz 9, i für die Phasen U und V folgendes Zahlenbild:

7 ergibt sich

Phase U : 1 — 10 — 17 — 26 — 2 — 25 — 1 8 — 9 1 I 3 — 12 — 19 — 28 — 4 — 27 — 20 — 11 — (X)

Z. B. Läufer des AEG-Drehstrom-Kranmotors Type DNU 161/1605 50 kW. 6-poIig, 980 n, 54 Nuten, je Nute 4 Stäbe = 216 Stäbe total, 50 Hz.

70

6polig, 12 Nuten, 2 4 Stäbe

TT Tr 11 n^nn .

12

•

3 >t 5 6

7 8

i

I I

Nuten Ii

I I

T i

I i

u.Pole

Pl...

910 11 12 13 H- 15 16 17 18 19 20 21 22 23 V> Stabe

Phase V Stab: 7 - 1 2 - 1 5 - 2 0 - 2 3 - 4 • ( X )

®

24-19-16-11-8-3

(Y)

Abb. 14. Zweiphasen-Zweischichten-Stabwicklung 6po!ig, 12 N u t e n , 2 4 S t ä b e , N u t e n s c h r i t t : 1 — 3 ( R e i h e n w i c k l u n g )

8polig, 16 Nuten, 3 2 Stäbe

©

$

3 +

12

w

w

®

56

7 8

y i

®

910

©

$

1112 13»

j W \ )

®

1516 17JS «20

w

®

$

$

f)Nuten Stäbe

2122 2324 2526 2728 2930 3132

\ > \> \ > K J \ > y

y

y

r

s

J

© ® ®

^

Abb. 15. 8polige Zweiphasen-Zweischichtenwicklung

61 N u t e n , 3 2 S t ä b e , 16 S p u l e n , j e Pol = 4 S t ä b e , j e Pol und P h a s e = 2 S t ä b e (Reihenwicklung), N u t e n s c h r i t t : 1 — 3 , S t a b s c h r i t t : 1 ± 5, 1 ± 3, O a b e l v e r b i n d u n g e n : S t a b 3 2 — 2 1 , 3 0 — 2 S!abschritte: Phase U:

1-6-

-14—17—22—25—30 I
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201

T a b e l l e

- CD i o IO © t > CO I—I c o T i CO CO mhj (rt " N TC iD 00 F H I-H CO W C DW CO0.V0i oCOOCOCO OOCOt>

2 5

2 7

2 9

3 1

3 3

3 5

6 2

6 4

6 6

6 8

7 0

7 2 •

t




(W)*-

Nuten 1 1 1 2

1 56

3 58

5 60

7 62

9 64

11 68

13 68

15 70

17 72 1

t 18 71

16 69

14 67

12 65

10 63

8 61

6 59

4 57

2 5 5 * - (X)

73 20

75 22

77 24

79 26

81 28

83 30

85 32

87 34

89 36 1

t 90 35

88 33

86 31

84 29

82 27

80 25

78 23

76 21

74 1 9 * - (Y)

37 92

39 94

41 96

43 98

45 100

47 102

49 104

51 106

t 54 107

52 105

50 103

48 101

46 99

44 97

42 95

40 93

(1)

3

4

5 6

7 8

(2) 9 10

53 108 38 91*- (Z)

Anordnung der Stäbe in den Nuten

11 12

—

-- (X)

24 95

22 93

20 91

18 89

16 87

14 85

12 83

10 81

79

6 77

4 75

97 26

99 28

101 30

103 32

105 34

107 36

109 38

111 40

113 42

115 44

117 46

120 47

118 45

116 43

114 41

112 39

110 37

108 35

106 33

104 31

102 29

100 27

49 122

51 124

53 126

55 128

57 130

59 132

61 134

63 136

65 138

67 140

69 142

71 144

70 141

68 139

66 137

64 135

62 133

60 131

58 129

56 127

54 125

52 123

50 121-

t

72 143

Anfang: Phase U — X : Nute 1 (1. o.) Ende: Nute 10 Phase V — Y : Nute 13 (1. o.) Nute 4 Phase W — Z : Nute 7 (1. o.) Nute 16 Umkehrstab: Phase U — X : Nute 1 2 — 3 (r. u.) Phase V — Y : Nute 6—15 (r. u.) Phase W — Z : Nute 1 8 — 9 (r. u.) Wickelschritt: 1 4 4 : 2 = 72 ^ ^

Nutenschritt: 1 -

119 48

I

98 25—>-(Y)

"(Z)

(1. o . ) (1. o . )

(1. o.)

1 0

Lage der Stäbe in den Nuten Nuten: Stäbe: I Nuten:

Nuten:

Nuten:

Nuten:

222

1 2

3 4

33 34

35 36

(1)

(5)

5 6

37 38

7 1 9 8 ! 10 39 40

41 42

11 12

(2) 13 14

151 17 16 18

19 20

43 44

(6) 45 46

47 48

51 52

49 50

(3) 21 22

(7)

53 54

231 25 24 26

27 28

(4) 29 30

311 32

55 56

59 60

(8) 61 62

631 641

57 58

(12) (11) 89 91 93 95 1 83 85 87 90 92 94 96 1 84 86 88 (13) (14) (15) (16) 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 125 127 I 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 1 65 66

67 68

(9)

69 70

71 72

73 74

(10) 75 77 76 78

79 80

(18) (17) 129 131 133 135 137 139 141 143 130 132 134 136 138 140 142 144

81 82

N a c h d r u c k verboten !

Tabelle N r .

47

Wickeltabelle f ü r Drehstromläufer m i t S t a b w i c k l u n g 24 N u t e n , 48 Stäbe, 3000 n, 50 H z Wickelschritte: 4 8 : 2 = 24 - 33 10

35 12

37 14

39 16

40 15

38 13

36 11

34 9 (Y)

27 1 25 (X)

(W) ->-17 42

19 44

21 46

23 48

24 47

22 45

20 43

18 41 (Z)

f

1

Anfang: Phase U in Nute 1 (o.) Phase V in Nute 17 (o.) Phase W in Nute 9 (o.) Ende:

Phase U — X in Nute 13 (o ) Phase V — Y in Nute 5 (o.) Phase W—Z in Nute 21 (o )

Umkehrstäbe: Phase U — X : Stab 32 in Nute 16 (u.) mit Stab 8 in Nute 4 (u.) Phase V—Y- Stab 16 in Nute 8 («-) mit Stab 20 in Nute 10 (u.) Phase W—Z: Stab 48 in Nute 24 (u.) mit Stab 24 in Nute 12 (u.)

223

Tabelle Nr. 4 8

Nachdruck verboten !

Wickeltabelle für Drehstromläufer mit Stabwicklung 24Nuten, 96 Stäbe, 300011,50Hz -49 Wickelschritte: 9 6 : 2 = 48 < -47 Nutenschritt: Nute 1 —13, Stab 1 mit Stab 50 Umkehrschritt: + 4 8 1 50

3 52

5 54

7 56

9 58

li 60

13 62

t 16 63

14 61

12 59

10 57

8 55

6 53

4 51

(V) > 65 18

67 20

69 22

71 24

73 26

75 28

77 30

79 32 -I

80 31

78 29

76 27

74 25

72 23

70 21

68 19

66 17 > (Y)

(W) > 33 82

35 84

37 86

39 88

41 90

43 92

45 94

47 96

t 48 95

46 93

44 91

42 89

40 87

38 85

36 83

81 t

*

64

34 (Z)

Anfang:: Phase U: Stab 1 in Nute 1 (1. 0.) Phase V : Stab 65 in Nute 17 (1. 0.) Phase W : Stab 33 in Nute 9 (1. 0.) Ende: Phase U — X : Stab 49 in Nute 13i (1. 0.) Phase V — Y : Stab 17 in Nute 51 (1. 0.) Phase W—Z : Stab 81 in Nute 21 ti- 0.) Umkehrstäbe : U — X : Stab 64 in Nute 16 (r. u.) mit Stab 16 in Nute 4 1(r. u.) V — Y : Stab 32 in Nute 8 (r. u.) mit Stab 80 in Nute 20 1(r. u.) W—Z: Stab 96 in Nute 24 (r. u.) mit Stab 48 in Nute 12 (r. u.) N u t e n - T a b eile (1)

|_6

224

(3) 9 11

(2)

8_

10 12

l ( o . ) 50 (u.)

usw. bis Nute 24 Stab-Schritt Reihenwicklung

Tabelle Nr. 4 9

Nachdruck verboten!

2 polig

Wickeltabelle für Drehstromläufer-Reihen-Stabwicklung 24 Nuten, 144 Stäbe, 6 Stäbe/Nute, 3000 n, 50 Hz Schleifring 1 an Stab: (U)>

1 7L_

t

24 95

p i n 3 1 76 22 93

n

9 82

11 84

13 86

15 88

17 90

19 92

21 94

23

J7L

7 80 !_

20 91

18 89

16 87

14 85

12 83

10 81

79

6 77

4 75

2 73-

5

(X)

Schleifring 2 an Stab:

(V)-»- 97 26

120 47

99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 28

30

32

34

36

^38

40

42

44

46

118 45

116 43

114 41

112 39

110 37

108 35

106 33

104 31

102 29

100 27

57 130

59 132

61 134

63 136

65 138

67 140

69 142

71 144

58 129

56 127

54 125

52 123

50 121-

98 25-

(Y)

Schleifring 3 an Stab: ( W ) * - 49 122

51 124

53 126

55 128

r

t

72 143

-
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