Drehstromwicklungen in Elektromotoren: Aufbau, Typen und Besonderheiten

Dreiphasige konzentrische Wicklungen

Bei dreiphasigen konzentrischen Wicklungen werden die Spulen in konzentrischen Gruppen angeordnet. Innerhalb einer Gruppe haben alle Spulen die gleiche Spulenweite, aber unterschiedliche Abmessungen. Ein Nachteil dieser Wicklungsart ist die Notwendigkeit, für jede Spule innerhalb einer Gruppe eine eigene Form zu verwenden, da jede Spule unterschiedliche Abmessungen aufweist.

Bildung und Verteilung von Spulengruppen

Die Spulengruppen werden entsprechend der Anzahl der Phasen und Pole gleichmäßig über den Umfang des Stators verteilt. Bei einer geraden Anzahl von Gruppen pro Phase erfolgt die Verteilung in zwei Hälften, wobei die erste Hälfte die gleichen Gruppen wie die zweite Hälfte aufweist und diese genau um 180° versetzt sind. Jede Gruppe befindet sich auf einer Seite der Welle und ist äquidistant platziert. Ist die Anzahl der Gruppen pro Phase ungerade, werden die Gruppen ebenfalls gleichmäßig über den Umfang des Stators verteilt.

Verbindung von Spulengruppen einer Phase

Die konzentrisch angeordneten Spulengruppen können auf verschiedene Weisen miteinander verbunden werden:

• 1-polige Reihenschaltung: Hierbei werden das Ende der ersten Gruppe mit dem Anfang der nächsten Gruppe verbunden. Diese Verbindung führt zu einer geringeren Anzahl von Windungen pro Gruppe, ist aber bei mehreren Gruppen pro Phase anwendbar.
• 2-polige Parallelschaltung: Bei dieser Verbindung werden die Enden der ersten Gruppen mit den Anfängen der letzten Gruppen verbunden. Dies führt zu einer höheren Anzahl von Windungen in jeder Gruppe und einer geringeren Anzahl von Wicklungsgruppen insgesamt.

Zweigeschwindigkeitswicklungen (Dahlander-Schaltung)

Asynchronmotoren können mit einer einzigen Wicklung zwei verschiedene Geschwindigkeiten erreichen, ohne die Anzahl der Pole mechanisch zu verändern. Dies wird durch eine Änderung der internen Verbindungen jeder Phasenwicklung erreicht, die in zwei Hälften geteilt wird. Durch Umschalten der Wicklungspole wird die Geschwindigkeit geändert. Das typische Geschwindigkeitsverhältnis, das durch Umschalten der Polarität erreicht werden kann, beträgt 2:1. Das bedeutet, wenn die höhere Geschwindigkeit 1500 U/min beträgt, ist die niedrigere Geschwindigkeit 750 U/min. Diese Art der Wicklungsschaltung wird als Dahlander-Schaltung bezeichnet.

Bestimmung der Phasenanfänge

Im Gegensatz zu Gleichstromwicklungen, die oft offen sind, bestehen Drehstromwicklungen aus Strängen, die jeweils zwei freie Enden haben: einen Anfang und ein Ende. Die Bestimmung der Wicklungsanfänge ist entscheidend und wird durch die Phasenverschiebung des bestehenden Ein- oder Dreiphasensystems motiviert. Der Beginn einer Phase kann in jedem beliebigen Nut des 360°-Umfangs der Maschine festgelegt werden. Sobald der Anfang der ersten Phase platziert ist, werden die Anfänge der anderen Phasen unter Einhaltung der Phasenverschiebung in Drehstromwicklungen bestimmt, typischerweise durch eine elektrische Verschiebung von 120°.

Ganzloch- und Teillochwicklungen

Eine Ganzlochwicklung liegt vor, wenn die Anzahl der Nuten pro Pol und Phase eine ganze Zahl ist. Diese Wicklungen werden in der Regel verwendet, wenn eine Anpassung der Polarität an einen anderen Stator gewünscht wird, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen.

Eine Teillochwicklung hingegen liegt vor, wenn die Anzahl der Nuten pro Pol und Phase einen Bruchwert ergibt. Bei dieser Wicklungsart können Spulengruppen in der gleichen Phase aus einer ganzen Zahl von Spulen (z.B. 3 Spulen) und zusätzlich abwechselnd aus einer oder zwei Spulen bestehen. Die Gesamtzahl der Spulen einer Phase ergibt sich aus dem Produkt der Anzahl der Spulen pro Gruppe und der Anzahl der Gruppen.

Unterschied zwischen konzentrischen und exzentrischen Wicklungen

Im Gegensatz zu konzentrischen Spulen, bei denen die Spulen einer Gruppe unterschiedliche Abmessungen haben und nicht überlappen, sind bei exzentrischen Wicklungen (auch als Überlappungs- oder Wellenwicklungen bezeichnet) alle Spulen gleich groß und überlappen sich. Diese Wicklungen werden üblicherweise in Polteilungen verbunden, wobei jede Spulengruppe beide Pole einer Wicklung umfasst.

Exzentrische Wicklungen können als Ein- oder Zweischichtwicklungen ausgeführt werden. Bei einschichtigen exzentrischen Wicklungen kann die Polteilung reduziert werden, jedoch immer unter Berücksichtigung spezifischer Werte. Bei zweischichtigen Wicklungen kann der Wert der Polteilung gerade oder ungerade sein.