Ankerwicklungen und Magnetfeld in Gleichstrommaschinen

Grundbegriffe der Ankerwicklung

Polteilung (τp)

Definiert den Abstand zwischen den Mitten zweier benachbarter Pole, gemessen am Ankerumfang.

• Für eine Maschine mit 2p Polen und dem Ankerdurchmesser D gilt: τp = πD / 2p (in m)
• Wenn die Maschine S Nuten hat, beträgt die Gesamtzahl der Spulenseiten 2S. Die Polteilung in Nuten ausgedrückt ist: τp = S / p (in Nuten)

Polbogenbreite (bp)

Der am Ankerumfang gemessene Abstand, den ein Polschuh überdeckt. Das Polbedeckungsverhältnis α wird berechnet als: α = bp / τp

Spulenweite (y1)

Der Abstand zwischen der Hin- und Rückseite einer Spule, gemessen in Nuten.

• Wenn y1 = S / 2p (ganzzahlig) ist, spricht man von einer diametralen Wicklung.
• Wenn y1 < S / 2p ist, wird die Wicklung als gesehnte Wicklung (verkürzte Wicklung) bezeichnet.

Vorderer Teilschritt (y2)

Der Abstand zwischen dem Ende einer Spule und dem Anfang der nächsten Spule, gemessen an den Kommutatorlamellen.

Arten der Ankerwicklung

Man unterscheidet zwischen Schleifen- und Wellenwicklungen. Bei der Schleifenwicklung sind der hintere und vordere Teilschritt entgegengesetzt gerichtet. Die Wicklung schleift unter einem Polpaar zurück, bevor sie zum nächsten fortschreitet. Im Gegensatz dazu sind bei der Wellenwicklung beide Teilschritte gleich gerichtet. Die Wicklung schreitet wellenförmig um den gesamten Ankerumfang fort und durchläuft nacheinander alle Nord- und Südpole. Sowohl Schleifen- als auch Wellenwicklungen können einfach oder mehrfach (multiplex) ausgeführt sein.

Magnetfeld im Luftspalt von DC-Maschinen

Das für den Betrieb von Gleichstrommaschinen grundlegende Magnetfeld wird durch die Feldwicklung erzeugt, die um die Hauptpole gewickelt ist. Die räumliche Verteilung der magnetischen Induktion hängt entscheidend von der Form des Polschuhs und der Dicke des Luftspalts ab. Bei der Gleichstrommaschine hängen die induzierte EMK und der Oberschwingungsgehalt des inneren mechanischen Drehmoments von der räumlichen Flussdichtewelle ab. Das Profil des Pols wird angepasst, um den maximalen magnetischen Fluss zu erhalten. Der Luftspalt ist im zentralen Teil des Polschuhs praktisch konstant und vergrößert sich zu den Polkanten hin. Das Ergebnis ist eine trapezförmige Induktionswelle, wenn die Wirkung der Nuten vernachlässigt wird.