Motorwikkelingen:wat zijn de verschillen?

Motorwikkelingen kunnen vele vormen of vormen aannemen. Driefasige gedistribueerde wikkelingen worden echter het meest gebruikt in AC-motoren voor industriële toepassingen, wat de focus van dit artikel zal zijn. De discussie die volgt is evenzeer van toepassing op het gebruik van dit type wikkeling in inductiemotoren of in synchrone permanentmagneetmotoren.

Het doel van de gedistribueerde wikkeling is het produceren van een sinusoïdale Magneto-Motive Force (MMF) distributie in de luchtspleet van de motor. Deze MMF wordt geproduceerd wanneer een uitgebalanceerde set van driefasige wisselstroomstromen in de fasewikkelingen vloeien. Het is de MMF, gecombineerd met het ontwerp van het magnetische motorcircuit, dat aanleiding geeft tot een lopende golf van flux in de luchtspleet om het vereiste motorkoppel te produceren.

Wikkelingen bestaan ​​uit verschillende spoelen die zijn gewikkeld uit geïsoleerd koperdraad of in sommige gevallen aluminiumdraad. Verschillende draadstrengen kunnen parallel worden geschakeld om een ​​enkele geleider te vormen die vervolgens in een spoel wordt gewikkeld die meerdere windingen zal hebben. Het aantal beurten is afhankelijk van specifieke ontwerpvereisten.

Een gedistribueerde wikkeling bestaat uit verschillende spoelen die in de sleuven van de motorstator zijn gestoken, zoals hieronder weergegeven. Het aantal spoelen hangt af van het aantal statorslots, het aantal fasen (in ons geval 3) en het aantal motorpolen, p.

Elke spoel zal meerdere slots overspannen. Een wikkeling met volledige spoed heeft spoelen waarvan de gemiddelde overspanning overeenkomt met een aantal sleuven gelijk aan de poolsteek of 360°/p, terwijl een wikkeling met korte spoed minder sleuven zal overspannen. De onderstaande afbeelding toont een wikkeling met volledige spoed voor een typische 4-polige motor.

Een 4-polige motorstator met een driefasige gedistribueerde wikkeling

Een deel van de wikkeling bevindt zich in de gleuf waar het bijdraagt ​​aan de productie van het motorkoppel. De rest zal in de eindwikkelingen zijn die niet bijdragen aan de productie van het motorkoppel. Zorgvuldig ontwerp is daarom nodig om onnodige verspilling van duur koper te voorkomen. Bovendien stimuleren goede thermische prestaties de behoefte aan een hoge sleufvulling en thermisch beheer van de eindwikkeling. Deze factoren worden vaak beperkt door overwegingen bij het fabricageproces. Een ideale gedistribueerde wikkeling heeft een oneindig aantal spoelen die in een oneindig aantal sleuven zijn geplaatst, zodat de MMF-ruimteverdeling een perfecte sinusoïde is. Dit is in de praktijk duidelijk niet mogelijk, dus er moet een beste compromis worden gevonden om aan de vereiste prestaties te voldoen.

Spoelen van verschillende fasen moeten van elkaar en van de statorkern worden geïsoleerd om kortsluiting en uitval te voorkomen. Isolatie vormt extra thermische barrières die het vermogen om warmte van de binnenkant van de machine naar de buitenkant over te dragen, beperken. Tussen de wikkeldraden en tussen de isolatie, de wikkeling en de statorkern zullen luchtleemtes aanwezig zijn. Deze holtes worden gevuld met een hars met behulp van een impregnatieproces dat de warmteoverdracht verbetert en de isolatie van de wikkelingen verder verbetert.

Toepassingen van elektromotoren zijn talrijk en gevarieerd. Verschillende toepassingen stellen verschillende eisen aan het motorontwerp. Verschillende van deze vereisten worden beïnvloed door het ontwerp van de wikkeling en kunnen zijn:

• Minimalisering van harmonische verliezen voor verbeterde efficiëntie
• Verminder koppelpulsaties
• Akoestisch geluid en trillingen verminderen

Er zijn verschillende wikkelindelingen mogelijk om dezelfde elektrische prestaties te bereiken. De keuze van deze lay-outs wordt bepaald door productiebeperkingen die sterk worden beïnvloed door het automatiseringsniveau dat wordt gebruikt om de wikkeling te produceren.

De onderstaande tabel geeft enkele van de meest voorkomende wikkelconfiguraties samen met de belangrijkste selectiecriteria.

Het is duidelijk dat er sterke compromissen moeten worden gesloten tussen technische vereisten, procescomplexiteit, automatiseringsniveau en kosten. Dit betekent dat motorontwerpers nauw moeten samenwerken met productie-engineering om de beste totaaloplossing te definiëren.