Parallel verschaltete Wicklungen

© Dr. Ralph Okon 09112004

Theorie

 

 

Um in der Optimierung eine weitere Steigerung des wirksamen Drahtquerschnittes zu erreichen, gibt es nur noch einen Ausweg.
Das ist die Parallelschaltung mehrerer Wicklungen bzw. Wicklungsgruppen auf einem Stator.
Besonders Statorschnitte mit höherer Nutzahl bieten sich hier an.
Das Verfahren ist bei entsprechender N/P Kombination jedoch schon auf einem 6N realiserbar, indem man die beiden Nutwicklungen jeder Phase parallel schaltet.

Aufteilungmöglichkeiten:

Die Nutzahl muß stets ein Vielfaches von 3 sein.
rechnerisch kann man nun

aufteilen.
Aber auch das verwendete Wickelschema spielt eine wichtige Rolle:
Es wir sicher jedem einleuchten, das beim 18N 20P - Schema AaABbBCcCAaABbBCcC zwickeltechnisch zwar eine Aufteilung
in 2 Gruppen (AaA --AaA), nicht aber eine
in 3 Gruppen (Aa, A--A,aA) Sinn macht.

Eine Parallelschaltung von einzelnen "A" und "a" ist nicht zulässig.
Wegen Verschiebungen der Phasenlage kommt es zu internen Kreisströmen und damit zu erheblichen Verlusten.
Bei Gruppen dagegen, die als gemeinsam wirkend zu betrachten sind, funktioniert es. Bester Beweis dafür sind die in YY Schaltung ausgeführten 12N10P Motoren.

 

Die Betrachtung der Polzahlen:

Die Polzahl muß durch 2 teilbar sein und sollte nicht mehr als Faktor 1,5 (Erfahrungswert) von der Nutzahl abweichen Für den 9N motor bieten sich 8,10 und 12Magnete an.
Für den 6N Motor wären das 4 oder 8 Magnete und
Für den 3N Motor kämen 2 oder 4 Magnatpole in Betracht.
Die Polzahl des Motors ändert sich durch eine Parallelschaltung von einzelnen Spulen nicht, da die Zahl der zu durchlaufenden Magnetfelder je Umdrehung nicht verändert wird.

 

Betrachtung des Füllgrades:

Dieser kann sich ändern,(erhöhen) weil ich mit füllgradoptimierten Bewicklungen arbeiten kann.
Das heisst, ich kann die Bewicklung nutzen, die sich als die "beste" auf dem jeweiligen Stator herausgestellt hat.
Am 18N ditto z.B. 14 Windungen mit 0,71er Draht.

 

Der Drahtquerschnitt der Wicklung:

Wenn ich 2 Drähte der bisherigen Drahtstärke parallel schalte, verdoppelt er sich.
Schalte ich 3 Drähte parallel, habe ich den 3-fachen Drahtquerschnitt in meiner Wicklung.
Beim 6-fach Motor habe ich demnach zunächst den 6-fachen Drahtquerschnitt in der Spule.

 

Zum Innenwiderstand:

Der Innenwiderstand ändert sich proportional zur Änderung des gesamten Wicklungsquerschnittes. Ich muß also, um bei den ursprünglichen Stromstärken zu bleiben, die Windungszahl entsprechend der Zahl der parallel geschalteten Motoren anpassen (erhöhen)! Dazu muß ich wiederum die Stärke der Einzeldrähte verringern, da der zur Verfügung stehende Platz in der Nut ja begrenzt ist.
Damit verlängert sich gleichzeitig die die Länge des Wickeldrahtes.

 

Zur Drehzahl:

Wenn ich die Windungszahl/slot beibehalte, verdoppelt sich die spezifischen Drehzahl!

 

Zum Drehmoment:

.

 

In den beiden folgenden Tabellen sind relative Daten für eine einfache Parallelschaltung von 2 Gruppen dargestellt.
Ausgangspunkt des Vergleiches ist der sternverschaltete Motor mit wie üblich in Reihe angeordneten Spulen.
Man kann die Rechnung auch auf die weiteren Aufteilungsmöglichkeiten übertragen.

Verschaltung der Phasen

Verschaltung der Spulen

Drehzahl

Ri

Strom

im Stern

in Reihe

1

1

1

im Dreieck

in Reihe

1,73

0,333

3

diese Zusammenhänge sind relativ bekannt. In der Praxis bieten sich bestimmte Bewicklungsschemata mit sich gegenüberliegenden "Gruppenbildungen" in der Bewicklung wie:

für eine Parallelschaltung dieser Gruppen regelrecht an.
Damit ergibt sich folgende Änderung der Motorcharakteristik:

Verschaltung der Phasen

Verschaltung der Spulen

Drehzahl

Ri

Strom

im Stern

gruppenparallel

2

0,5

2

im Dreieck

gruppenparallel

3,46

0,166

6

Demnach ist die Gruppenparallelschaltung am ehesten als eine Multifilarwicklung auf verschiedene Zähne verteilt zu betrachten.
Dieses Beispiel liesse sich bis hin zur angesprochenen Parallelschaltung aller einzelnen Spulen(Wickelsinn dabei beachten!) fortführen!
Im Gegensatz zu einer multifilaren Bewicklung im Standardschema hat diese Methode den großen Vorteil, daß je Spule nur ein Eingang und ein Ausgang anfällt - sodaß die Platzausnutzung in der Nut optimiert wird!
Praktisch kann man so mit einer Bewicklung mit den parallel geschalteten Spulen aus dünnerem Draht bei angepasster Windungszahl und gleicher Verschaltung (Stern/Dreieck)die gleiche Charakteristik erreichen, wie bei einer Bewicklung mit sehr dickem Draht.

 

Fazit:

Auf höherpoligen Statorschnitten lässt sich durch Gruppenparallelschaltung der Bewicklung bis hin zur Einzelzahnparallelschaltung der Füllgrad der Wicklung optimieren.
Die beiden Motoren auf einem gemeinsamen Statorpaket können sogar mit separaten Stellern betrieben werden! Entsprechende Bewicklungsschemata dazu sind hier und hierdargelegt!
Die praktische Umsetzung ist hier und hier gezeigt.

 

Navigation