DE965878C

DE965878C - Large alternating current machine, especially large synchronous generator for hydroelectric power stations with low inclines

Info

Publication number: DE965878C
Application number: DEP41708A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bauer; Hans Trassl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1949-05-05
Filing date: 1949-05-05
Publication date: 1957-06-27

Description

Wechselstromgroßmaschine, insbesondere Synchrongroßgenerator für Wasserkraftwerke mit geringem Gefälle Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstromgroßmaschinen, insbesondere Synchrongroßgeneratoren für Wasserkraftwerke mit geringem Gefälle, bei denen der Wechselstromteil aus Einzele.lementen mit ausgeprägten Polen und konzentrierten Wicklungen zusammengesetzt ist. Vor mehreren Jahrzehnten sind solche Maschinengebaut worden, offenbar aus dem Grunde, weil das Stanzen großer Bleche für den Wechselstromteil Schwierigkeiten machte. Bei diesen bekannten Maschinen schloß sich der Fluß des Wechselstromteiles in tangentialer Richtung über die Stoßfugen. Um den magnetischen Widerstand genügend klein zu halten, mußte man die Einzelelemente des Wechselstromteiles an den Stoßfugen gut aufeinanderpassen und dafür sorgen, daß trotz der großen Abmessungen der Maschine eine Verlagerung dieser Einzelteile, beispielsweise auch durch unterschiedliche Temperaturverteilung, ausgeschlossen war. Diese genaue Abpassung der Stoßfugen macht erhebliche Schwierigkeiten. Außerdem besteht an den Stoßfugen immer die Gefahr, daß sich die Lamellen gegenseitig überbrücken und Wirbelströme entstehen, die die Verluste der Maschine erhöhen und eine stärkere Erwärmung zur Folge haben.Large alternating current machine, in particular large synchronous generator for hydroelectric power stations Gradient The invention relates to large AC machines, in particular Large synchronous generators for hydropower plants with low gradients, where the AC part made up of individual elements with pronounced poles and concentrated Windings is composed. Such machines were built several decades ago apparently for the reason that the stamping of large sheets for the AC part Made trouble. In these known machines the river of the closed AC part in the tangential direction over the butt joints. To the magnetic To keep the resistance sufficiently small, you had to separate the individual elements of the alternating current part fit together well at the butt joints and ensure that, despite the large dimensions the machine a relocation of these individual parts, for example through different ones Temperature distribution, was excluded. This makes precise adjustment of the butt joints considerable difficulties. In addition, there is always the danger at the butt joints that the lamellas bridge each other and eddy currents arise that the Increase machine losses and result in greater heating.

Erfindungsgemäß werden solche und ähnliche Mängel dadurch vermieden, daß die Einzelelemente wenigstens des Wechselstromteiles je die Form eines in einer Axialebene liegenden U haben. Man vermeidet dadurch, daß sich im Wechselstromteil der Fluß in tangentialer Richtung schließt und erspart auf diese Weise ein genaues Aufeinanderpassen der Stoßflächen dieser Teile. Vielmehr schließt sich der Fluß im U-Teil in axialer Richtung.According to the invention, such and similar defects are avoided by that the individual elements of at least the alternating current part each have the shape of one in one U have an axial plane. This avoids being in the alternating current part the flow closes in the tangential direction and in this way saves an accurate one Take care of each other the abutment surfaces of these parts. Rather, it closes the flow in the U-part in the axial direction.

Steht der Wechselstromteil still, dann können die U-Teile unter Zwischenschaltung von Schienen, Profilteilen od. dgl. auch in nichtmetallischem Baustoff, wie Beton, Zement od. dgl., gehaltert sein, so daß sich die Bettung für diese Teile am Aufstellungsort der Maschine herstellen läßt und der schwierige Transport der sonst üblichen großen Ständergehäuse u. dgl. vermieden wird.If the AC part is stationary, the U-parts can be interposed of rails, profile parts or the like, also in non-metallic building material, such as concrete, Cement or the like. Be supported so that the bedding for these parts at the installation site the machine can produce and the difficult transport of the otherwise usual large Stator housing and the like is avoided.

Um eine sinusförmige oder angenähert sinusförmige Spannung trotz ausgeprägter Pole zu erzielen, können die Wicklungen der U-Teile sämtlich, oder gruppenweise, in Reihe geschaltet und die Feldmagnetpole und Wechselstrommagnetpole relativ zueinander derart ungleichmäßig verteilt werden, daß die störende Wirkung der konzentrierten Wicklungen und der ausgeprägten Pole auf die Sinusform der Spannung wenigstens annähernd ausgeglichen wird.Around a sinusoidal or approximately sinusoidal voltage despite being more pronounced To achieve poles, the windings of the U-parts can all, or in groups, connected in series and the field magnetic poles and AC magnetic poles relative to each other so unevenly distributed that the disturbing effect of the concentrated Windings and the salient poles on the sinusoidal shape of the voltage at least approximately is balanced.

Wie bei den bekannten Maschinen kann man mit verhältnismäßig kleinen Blechschnitten auskommen. Man kann die Wicklungen für sich herstellen und isolieren, denn sie brauchen ja nur auf die Schenkel der U-Teile aufgeschoben zu werden und müssen nicht beim Einlegen in Nuten in der üblichen Weise deformiert werden. Sie lassen sich also auch leicht für hohe Spannungen gut isolieren. Die Spulenköpfe fallen klein aus, so daß man auch ohne Versteifung eine hohe Kurzschlußfestigkeit erzielt. Auch wird das lästige Überkreuzen der Wickelköpfe vermieden. Ferner erhöht sich durch die Anwendung konzentrierter Wicklungen die Reaktanz der Statorwicklung, mit der Folge, daß die Kurzschlußströme herabgesetzt und die Kurzschlußsicherung erhöht wird. Wenn bei Temperaturschwankungen die einzelnen Teile arbeiten, so sind wegen des Aufbaues aus einzelnen U-Teilen die Wärmedehnungen verhältnismäßig klein. Keinesfalls rufen sie eine mechanische Beanspruchung der Wicklung und ihrer Isolation hervor. Der Aufbau aus U-Teilen erleichtert wesentlich die Herstellung, den Transport und die Montage am Aufstellungsort und das Auswechseln schadhafter Teile. .As with the known machines, one can use relatively small ones Make do with sheet metal cuts. You can make and isolate the windings for yourself, because they only need to be pushed onto the legs of the U-parts and do not have to be deformed in the usual way when they are inserted into grooves. she can therefore also be easily insulated for high voltages. The coil heads are small, so that you have a high short-circuit strength even without stiffening achieved. The annoying crossing of the winding heads is also avoided. Also increased the reactance of the stator winding is increased by using concentrated windings, with the result that the short-circuit currents are reduced and the short-circuit protection is increased. If the individual parts work with temperature fluctuations, so are due to the construction of individual U-parts, the thermal expansion is relatively small. Under no circumstances do they cause mechanical stress on the winding and its insulation emerged. The construction from U-parts makes production and transport much easier and the assembly at the installation site and the replacement of defective parts. .

Bei Mehrphasenmaschinen werden ungleichnamige Pole gleicher Phase um je eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt, so daß also beispielsweise bei Drehstromgeneratoren mit den Phasen R, S, T die Pole im Sinne + R, - T, + S, - R, + T, - S, + R ... aufeinanderfolgen.In multi-phase machines, unlike poles become the same phase offset from one another by half a pole pitch, so that for example at Three-phase generators with the phases R, S, T the poles in the sense of + R, - T, + S, - R, + T, - S, + R ... follow one another.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Der Wechselstromteil besteht in Fig. i und 2 aus U-förmigen lamellierten Eisenkernen 7 mit Wicklungen B. Den Polenden 9 stehen zwei Kränze von Feldpolen Io gegenüber, die auf Rädern Ii sitzen. Diese Bauform ergibt den wesentlichen Vorteil, daß nunmehr auch für größte Generatoren die teuere und nur mit hochwertigen Kräften durchführbare Einzelfertigung durch eine billige Massenfertigung ersetzt werden kann, für die kein besonders geschultes Personal erforderlich ist, ja, man kann die gleichen Einzelelemente auch für die Herstellung von Generatoren verschiedener Abmessungen, Drehzahlen, Leistungen od. dgl. verwenden, und durch entsprechende Schaltung der Spulen lassen sich verschiedene Spannungen erzielen.The AC part consists in Fig. I and 2 of U-shaped laminated Iron cores 7 with windings B. The pole ends 9 are two rings of field poles Io opposite who sit on wheels II. This design gives the essential advantage that now also for the largest generators the expensive and only with high-quality power feasible one-off production can be replaced by cheap mass production can, for which no specially trained staff is required, yes, one can the same individual elements also for the manufacture of different generators Dimensions, speeds, powers or the like. Use, and by appropriate Switching the coils, different voltages can be achieved.

Die Wicklungen 8 kann man mit den Eisenkernen zusammenbauen, verkleben oder vergießen. Man vermeidet dadurch, daß sich die Wicklung relativ zu den Eisenkernen, beispielsweise unter der Einwirkung von mechanischen Schwingungen, elektrodynamischen Kräften usw. bewegt und dadurch die Isolation ermüdet oder durchgescheuert wird. Gegebenenfalls kann man die Wicklung unmittelbar auf den Eisenkern fest aufwickeln.The windings 8 can be assembled with the iron cores, glued together or shed. This avoids the winding relative to the iron cores, for example under the action of mechanical vibrations, electrodynamic Forces etc. moved and thereby the insulation is fatigued or chafed through. If necessary, the winding can be tightly wound directly onto the iron core.

Die U-förmigen Elemente 7 können in verschiedener Weise ausgeführt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform zeigen die Fig. 3 und 4. Hier sind die Jochteile 70 in der einen Richtung, die Polteile 71 in einer dazu senkrechten Richtung lamelliert. Man kann dadurch die Pole 9 ohne Anwendung von magnetischen Keilen in der Umlaufrichtung verbreitern und trotzdem die Wicklungen 8 für sich fertigstellen. Die Teile 7o und 71 werden dann durch entsprechende Verschalungen 72 mit Hilfe von Schweißnähten, Nieten, Schrauben zusammengehalten. Die Stoßfugen können durch entsprechende Auszackung der Teile eine vergrößerte Übergangsfläche für den Fluß erhalten, oder sie können durch eine Eisenteilchen enthaltende Paste ausgefüllt werden, um ihren magnetischen Widerstand zu verkleinern. In Fig. 4 haben die Polschenkel 71 T-Form, die Wicklungen 8 werden fest auf die Polstücke gewickelt. Die Teile 70 und 7 1 werden durch eine Verschalung 72 zusammengehalten, indem ihre Ränder 73 um die Köpfe 74 der Teile 71 herumgreifen.The U-shaped elements 7 can be designed in various ways will. A preferred embodiment is shown in FIGS. 3 and 4. Here are the yoke parts 70 in one direction, the pole pieces 71 laminated in a direction perpendicular thereto. You can thereby the poles 9 without the use of magnetic wedges in the direction of rotation widen and still finish the windings 8 for yourself. The parts 7o and 71 are then through appropriate cladding 72 with the help of welds, Rivets, screws held together. The butt joints can be provided with appropriate serrations of the parts receive an enlarged transition area for the flow, or they can be filled by a paste containing iron particles to make their magnetic Decrease resistance. In Fig. 4, the pole legs 71 have a T-shape, the windings 8 are tightly wound onto the pole pieces. The parts 70 and 7 1 are through a Formwork 72 held together by placing its edges 73 around the heads 74 of the parts 71 reach around.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sitzen die Einzelelemente 12 des Wechselstromteils auf einem Rad 18 und laufen um, müssen aber dann über Schleifringe z9 den Strom abgeben. Der Feldpolteil besteht aus U-förmigen Einzelkernen 2o mit Wicklungen 21. Bei dieser Ausführungsart fällt der Läufer verhältnismäßig leicht aus, weil das Eisenvolumen der Wechselstromelemente sehr klein ist.In the embodiment according to FIG. 5, the individual elements are seated 12 of the AC part on a wheel 18 and run around, but then have to use slip rings z9 deliver the current. The field pole part consists of U-shaped individual cores 2o with Windings 21. In this embodiment, the rotor falls relatively easily because the iron volume of the AC elements is very small.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Large alternating current machine, in particular large synchronous generator for hydropower plants with a slight gradient, with: one of individual elements with pronounced Poles and concentrated windings composed alternating current part, thereby characterized in that the individual elements of at least the alternating current part each have the shape have a U lying in an axial plane.

2. Machine according to claim i, characterized in that the fixed U-parts, if necessary with the interposition of rails, profile parts or the like. In non-metallic building material such as concrete, cement or the like are supported. 3. Machine according to claim I, characterized in that the windings of the U-parts all or in groups, connected in series and the field magnetic poles and AC magnetic poles are distributed so unevenly relative to each other that the disturbing effect of the concentrated windings and the pronounced poles on the Sinusoidal voltage is at least approximately compensated. Publications Considered: Jackson Book, "Alternating currents and alternating current machinery," 1896, pp. 29 and 30; Book by Dr. F. Auerbach, "The dynamoelectric machines", 1893, pp. 237 to 243; Book by Kap p, "Dynamo machines for direct and alternating current", 1904, pp. 6o2 to 6o5; Book by Thompson, "The Dynamo-Electric Machines", Part 2, 1901, Fig. 380 and q.32.