<Desc/Clms Page number 1>
Flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung für elektrische Generatoren mit aus Hohlleitern aufgebauten verdrillten Leiterstäben
Die Erfindung bezieht sich auf flüssigkeisgekühlte Ständerwicklungen für Wechselstromgeneratoren grosser Leistung, insbesondere Turbogeneratoren, bei denen das flüssige Kühlmittel durch das Innere der aus Hohlleitern aufgebauten, aus einzelnen Stäben zusammengesetzten Ständerwicklung verläuft.
Bekanntlich ermöglicht eine entsprechende Ausbildung der Ständerwicklungen eine ausserordentlich verbesserte Kühlung der Wicklung und infolgedessen eine sehr wesentliche Leistungssteigerung der Maschinen, da die Belastbarkeit der Leiterstäbe auf ein vielfaches gegenüber den üblichen Wicklungen ohne Innenkühlung gesteigert werden kann. Infolgedessen ergibt sich, dass bei derartigen Wicklungen mit einer Flüssigkeitskühlung auch die Streufelder, darunter die Stirnstreufelder entsprechend der Erhöhung der Belastbarkeit der Leiterstäbe wesentlich anwachsen. Sieht man von den Nutenstreufeldern ab, deren Einfluss durch eine Vollverdrillung der z. B. nach dem Röbelprinzip ausgebildeten Leiterstäbe vollkommen aufgehoben werden kann, so ergibt sich, dass der Einfluss der Stirnstreufelder sehr störend wird.
Hiebei spielt eine grosse Rolle, dass für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels Anschlüsse für die Kühlmittelzuund-ableitung vorgesehen werden müssen, die aus Gründen der Betriebssicherheit am vorteilhaftesten aus Metall hergestellt und mit den Hohlteilleitern unter Überbrückung derselben verlötet, insbesondere hart verlötet sind. Bei den bekannten Wicklungen dieser Art sind die aus Hohlteilleitern wenigstens teilweise aufgebauten einzelnen Stäbe an ihren Enden durch aufgelötete Kappen verbunden, welche sowohl die elektrischeschaltverbindung der Teilleiter bewirken, wie auch die Überleitung des Kühlmittels zwischen Ober- und Unterstab bzw. die Ableitung des Kühlmittels über besondere Anschlussleitungen ermöglichen.
Bei einer derartigen Wicklungsausführung ergibt sich, dass durch die infolge der hohen Strombelastung verstärkten Stirnstreufelder in den von den an ihren Enden durch die Anschlusskappen kurzgeschlossenen Leiterschleifen erheblicheKurzschluss- Schleifenströme hervorgerufen werden, die beträchtliche Zusatzverluste verursachen und dadurch den Wirkungsgrad der Maschine herabsetzen.
Die Erfindung behandelt die Aufgabe, eine wesentlich verbesserte flüssigkeitsgekühlte Wicklung dieser Art unter Verwendung von verdrillten Leiterstäben (mit Röbel-Transposition) zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile vermieden und die durch das Stirnstreufeld hervorgerufenen Zusatzverluste ausserordentlich klein gehalten werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die einzelnen Hohlteilleiter der in sich verdrillten Wicklungsstäbe über mehrere Windungen umfassende Wicklungsabschnitte unter gegenseitiger Aufrechterhaltung der Isolation und Durchführung der Kühlkanäle in Reihe miteinander geschaltet sind und lediglich an den Enden der Wicklungsabschnitte durch die elektrische Schaltung ermöglichende und zugleich die Kühlmittelführung bzw. den Kühlmittelanschluss ermöglichende Kappen leitend miteinander verbunden sind.
FürdieWirkungswelsedererfindungsgemässenAnordnung ist ausschlaggebend, dass infolge der Reihenschaltung der in versetzten Nuten liegenden Teilleiter die vektorielleSumme der Stirnstreufeldspannun'- gen im Verhältnis zur geometrischen Summe der ohmschen Widerstände bedeutend herabgesetzt wird, insbesondere wenn in üblicher Weise die Wicklung als Zweischichtwicklung ausgebildet ist. Hiedurch ergibt sich aber eine wesentliche Herabsetzung der Kurzschlussströme.
<Desc/Clms Page number 2>
Gemäss der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann noch eine wesentliche weitere Verbesserung derartiger Wicklungen in der Weise erzielt werden, dass die innerhalb der Wicklungsabschnitte durch- gehend verbundenen und die durchgehende Kühlmittelführung ermöglichenden Teilleiter an einer Verbin- dungsstelle in den Stirnköpfen derart gegeneinander geschaltet werden, dass einevollkommene Aufhebung der in den Leiterstranghälften von den Stirnstreufeldern hervorgerufenen unausgeglichenen Streufeldspannungen erzielt wird. Es wird also bei dieser Anordnung jeder Wicklungsabschnitt zwischen den Kühlmittelanschlüssen als Verdrillungsstrecke ausgebildet.
Die Verdrillung innerhalb jeder Verdrillungsstrecke lässt sich unter Ver- tauschung der Leiter sowohl in radialer Richtung wie auch in tangentialer Richtung bei dieser Anordnung in verhältnismässig einfacher Weise dmch eine Verdrillungsschleife erzielen, welche inmitten jeder Ver- drillungsstrecke zwischen zwei benachbarten Endpunkten bzw. Kühlmittelanschlüssen angeordnet ist.
An sich ist bereits eine Wicklung bekanntgeworden, bei der die Kühlmittelkreise sich über grössere
Abschnitte der Wicklung erstrecken. Bei dieser Anordnung sind die Kühlkanäle der einzelnen Leiterstäbe hälftig in Reihe geschaltet, wobei das Kühlmittel in der einen Hälfte der Kühlkanäle in entgegengesetzter
Richtung durch die Stäbe geführt wird, wie in der andern Hälfte der Kühlkanäle. Diese Anordnung, bei der jeweils an den Enden der Leiterstäbe Anschlusskappen mit Zwischenkühlern für die zu verbindenden
Hälften der Teilleiter vorgesehen sind, dient dazu, die Kühlmittelzuführung an spannungsmässig günstigen
Punkten der Wicklung vorzunehmen, beispielsweise an dem Sternpunkt. Mit der erfindungsgemässen Lösung lässt sich diese bekannte Wicklung in keiner Weise vergleichen.
Es wurde auch bereits ein Vorschlag für die Ausbildung von geschlossenen Spulenwicklungen bekannt, gemäss dem am Anfang und Ende der mehrere Windungen umfassenden Spulen einem gesonderten, innerhalb der Spulenleiter liegenden System von Kühlkanälen ein verdampfungsfähiges Kühlmittel zugeführt wird. Ein derartiges Kühlsystem ist jedoch praktisch unbrauchbar, weil es unmöglich ist, innerhalb eines mehrere Windungen umfassenden Kühlkreises eine gleichmässige Verdampfung sicherzustellen. Im übrigen unterscheidet sich diese Wicklungsanordnung in allen Einzelheiten von der erfindungsgemässen Stabwicklung, so dass sie mit letzterer nicht in Vergleich gestellt werden kann und auch keine Anregungen im Sinne der erfindungsgemässen Ausbildung von flüssigkeitsgekühlten Stabwicklungen für Maschinen grosser Leistung bietet.
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert werden, die in der Zeichnung erläutert sind.
Fig. 1 gibt in Abwicklung schematisch einen Teil einer Wechselstrommaschine, u. zw. das Eisenblechpaket mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Wicklung wieder. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einenLeiterstabderWicklunggemäss Fig. 1. Fig. 3 der Zeichnung zeigt schematisch die Anordnung und Schaltung der Teilleiter innerhalb eines Wicklungsabschnittes. In Fig. 4 ist im einzelnen die Verbindung der Hohlteilleiter der Stäbe an den Verbindungsstellen innerhalb des Wickiungsabschnittes wiedergegeben.
Fig. 5 zeigt ferner im Schnitt die Ausbildung einer Verbindungskappe an den Verbindung-un Anschlussstellen der Wicklung. Die Fig. 6 und 7 beziehen sich auf ein weiteres Ausführungsbeispiel und veranschaulichen näher die Ausbildung einer erfindungsgemässen Wicklung mit einer innerhalb der Wicklungsabschnitte vorgesehenen Gegenschaltung der Teilleiter. Fig. 8 schliesslich gibt noch perspektivisch eine Schleife wieder, mittels deren die Teilleiterstränge innerhalb der Wicklungsabschnitte gegeneinander geschaltet werden. Fig. 9 zeigt die Teilleiterverbindung in der Schleife.
Fig. 1 zeigt schematisch in Abwicklung den Eisenkörper einer elektrischen Maschine z. B. eines Wechselstromgenerators mit einem Wicklungsstrang (Phasenstrang). Zur Vereinfachung sind die weiteren Wicklungsstränge wie sie bei Mehrphasenmaschinen erforderlich sind, nicht dargestellt. Die Wicklung, welche als Schleifenwicklung ausgebildet ist, wird hiebei durch die in Reihe geschalteten Windungen 1-4 gebildet. Zur Vereinfachung sind nur vier Windungen angedeutet. Selbstverständlich kann jedoch eine grössere Windungszahl je Phasenstrang vorhanden sein. Die einzelnen Windungen sind aus den Oberstäben 10 - 40 und Unterstäben 1U und 4 zusammengesetzt. Die am Maschinenumfang versetzten Stäbe
EMI2.1
DieBezeichnungen Oberstäbe und Unterstäbe geben die Lage der Stäbe in den Nuten an, d. h. ob ein Stab in dem unteren oder oberen Teil der Nut liegt.
In der Figur sind noch mit e der Eisenkörper der Maschine und mit n die Nuten, fu welchen die Leiterstäbe liegen, bezeichnet. Jeder Leiterstab besteht aus einem geraden, in den Nuten des Eisenkörpers liegenden Stabteil sowie dem abgebobenen Wickelkopfoder Stirnkopfteil. An den Enden der Stimkopfteile sind die Stäbe leitend miteinander verbunden.
Die einzelnen Ober- und Unterstäbe der Leiter haben einen Querschnitt gemäss Fig. 2. Sie sind aus
<Desc/Clms Page number 3>
einzelnen hohlen Teilleitern 1 zusammengesetzt, die in zwei Reihen nebeneinander liegend angeordnet sind und innerhalb des in den Nuten der Maschine liegenden geraden Teiles der Stäbe nach dem Röbelprinzip verdrillt sind, um über die Stablänge innerhalb des Eisenkörpers der Maschine die Erzeugung ungleicher Zusatzspannungen durch das veränderliche Nutenstreufeld und damit die hiedurch bedingten Zusatzverluste zu verhindern. h ist die den zusammengesetzten Stab umgebende Isolierhülse.
Die erfindungsgemässewicklung zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Wicklung bzw. jeder Phasenstrang in eine Anzahl gleicher, mehrere Windungen umfassender Wicklungs- oder Kühlabschnitte unterteilt ist. Bei dem in Fig. l gezeigten Beispiel bilden die Windungen l und 2 sowie 3 und 4 je einen Wicklungsoder Kühlabschnitt A bzw. B, wobei die Kühlmittelzu- und -ableitung bei a und b bzw. b und c erfolgt. Nur an diesen Stellen sind die Hohlleiter innerhalb des Wicklungsstranges durch gleichzeitig die Kühlmittelführung ermöglichende metallische Verbindungskappen, welche über die Enden der Stirnkopfteile der zusammengeschalteten Stäbe geschoben sind, leitend verbunden.
Innerhalb jedes Wicklungs- oder Kühlabschnittes sind im übrigen die hohlen Teilleiter jedes Stabes unter Aufrechterhaltung der Isolierung zur Vermeidung einer Kurzschlussverbindung durch Löten oder Schweissen verbunden.
Fig. 3 der Zeichnung gibt schematisch genauer die Anordnung und Schaltung der Teilleiter des aus den Windungen 1 und 2 gebildeten Wicklungsabschnittes A wieder. Zur Vereinfachung ist angenommen, dass jeder, der die Windungen 1 und 2 bildenden Leiterstäbe l,l bzw. 2O,2U aus fünf Teilleitern
EMI3.1
üblicher Weise in zwei Teilleiterreihen angeordnet und nach dem Röbelprinzip verdrillt sind. a'und b' bedeuten in dieser Figur die Verbindungskappen, über welche das Kühlmittel dem aus den Windungen 1 und 2 bestehenden Wicklungsabschnitt zu- und abgeleitet wird. Die Kappe b'dient gleichzeitig zur Schaltverbindung mit dem angrenzenden aus den Windungen 3 und 4 bestehenden Wicklungsabschnitt (vgl. Fig. 1) sowie der Kühlmittelableitung von diesem Abschnitt.
Fig. 4 der Zeichnung veranschaulicht im einzelnen noch die Verbindung der Hohlteilleiter der Stäbe, an den in Fig. 3 mit x bezeichneten Verbindungsstellen. Die in einer Radialebene gruppenweise mit ver-
EMI3.2
binder sind mit den Teilleitern durch Verlötung oder Verschweissung an einem überlappenden Teil verbunden.
Fig. 5 gibt ferner noch im Schnitt die Ausbildung einer Verbindungskappe, beispielsweise an der Anschlussstelle b der Wicklung wieder. Ober-und Unterstab 30 bzw. 2U sind in der Kappe 11 zusammengefasst und abgedichtet leitend mit der Kappe verbunden. Zur Verbesserung der elektrischen Verbindung kann noch eine zusätzliche Schalthülse 10 vorhanden sein, 12 bedeutet einen innerhalb der Kappe liegenden Kühlmittelführungsraum, 13 einen Stutzen zum Anschluss einer z. B. aus Isoliermaterial bestehenden Flüssigkeitszuleitung.
Wie durch Pfeile angedeutet ist, kann aus der Zuleitung 14 durch den Kühlmittelführungsraum 12 den einzelnen Hohlteilleitern das flüssige Kühlmittel zuströmen, wobei sämtliche Teilleiter durch die Kappe sowie durch die gegebenenfalls zur Kontaktverbesserung vorgesehene Schalthülse 10 kurzgeschlossen sind.
Die erfindungsgemässe Kombination von Kühlmittelkreisen mit der durchgehenden Schaltung der Teilleiter der mit einer Röbel-Transposition ausgeführten Leiterstäbe innerhalb begrenzter Abschnitte der Wicklung bzw. Wicklungsstränge ermöglicht, eine besonders günstige Wicklungsausbildung zu erzielen.
Die Zahl der Anschlusskappen und damit der Kühlmittelleitungen kann wirksam herabgesetzt werden, wobei Kühlmittelerwärmung und Druckabfall innerhalb der Rohrkanäle in niedrigen Grenzen bleiben. Die
EMI3.3
Folge, dass auch durch die Stirnstreufelder keine grösseren Zusatzverluste hervorgerufen werden, weil die Zahl der kurzschliessenden Kappen verringert ist und weil die von den Stimstreufeldern durch Induktion von Zusatzspannungen hervorgerufenen Kurzschluss- oder Schleifenströme innerhalb der in den Wicklungsabschnitten durch die kurzschliessenden Verbindungskappen an den Enden gebildeten Schleifen bedeutend herabgemindert werden.
Dies ist dadurch bedingt, dass durch die Reihenschaltung der hohlen Teilleiter der ohmsche Widerstand in den entstehenden Leiterschleifen in grösserem Masse anwächst als die geometrische Summe der von den Stirnstreufeldern hervorgerufenen Zusatzspannungen in den versetzten und in bezug auf das Streufeld eine verschiedene Lage einnehmenden Teilleiter. Infolgedessen tritt eine wesentliche Herabsetzung der Amplitude der noch auftretenden Kurzschluss-oder Schleifenströme ein, wodurch wegen der quadratischen Abhängigkeit der Verluste von den Strömen die von den Stirnstreufeldern
<Desc/Clms Page number 4>
hervorgerufenen Zusatzverluste erheblich herabgesetzt werden.
Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, dass durch die erfindungsgemässe Schaltung der vollkommene Ausgleich der Nutenstreufeldspannungen durch die Röbel-Transposition nicht beeinträchtigt wird.
Wie hervorgehoben, kann noch eine wesentliche Verbesserung der beschriebenen Wicklung dadurch erzielt werden, dass innerhalb der in den Wicklungsabschnitten durchgeschalteten Teilleiter eine Gegenschaltung der Teilleiter bezüglich der Stirnstreufeldspannungen herbeigeführt wird.
Fig. 6 und 7 veranschaulichen näher die Ausbildung einer derartigen Wicklung. Wie Fig. 6 zeigt - welcheimübrigen der obennäher erläuterten Fig. 1 entspricht, so dass eine nähere Erläuterung entfallen kann-sind zwischen den Windungen der zwischen den Anschlüssen a, b, c usw. angeordneten Wicklungsabschnitten Gegenschaltungsschleifen 8 angeordnet. Durch diese Schleifen werden, wie dies Fig. 7 näher veranschaulicht, in der Mitte der Wicklungsabschnitte z. B. zwischen den Windungen 1 und 2 die Teillei-
EMI4.1
auftreten können. Die Schaltung nach Fig. 6 und 7 bietet die Möglichkeit eine völlige Unterdrückung der Kurzschluss-oder Schleifenströme auch dann zu erreichen, wenn die einzelnen Wicklungsabschnitte nur je zwei Windungen der Wicklung umfassen.
Schliesslich ist in Fig. 8 noch perspektivisch die Ausbildung einer Gegenschaltungsschleife an der Stelle S der Fig. 7 wiedergegeben. In dieser Figur ist davon ausgegangen, dass die hohlen Teilleiter der Stäbe in zwei Ebenen nebeneinander liegend angeordnet sind. Die wiedergegebene Schleife zeichnet sich
EMI4.2
1U 20 zunächst bei x um die Breitseiten der Leiterstäbe abgebogen sind und die abgebogenen Leiterseiten wieder bei y um ihre Schmalseiten umgebogen sind und in weiteren schleifenförmig gebogenen Teilen aneinanderstossen, wobei die Teilleiter z. B. in der Mitte einer Schleife bequem durch Hart- oder Weichlötung bei t unter Durchführung der Kühlkanäle einzeln miteinander verbunden werden können.
Die beschriebene Schleifenausbildung hat zur Folge, dass die verbundenen Teilleiter von Oberstab und Unterstab die gleiche Lage einnehmen, d. h. die obere Lage der Teilleiter des Oberstabes ist mit der oberen Teilleiterlage des Unterstabes verbunden und in analoger Weise ist eine Verbindung zwischen den in Richtung der Nuttiefefolgenden Teilleiterlagenhergestellt In entsprechender Weise sind durch die vorgesehene Schleife die Teilleiter der aussen liegenden Leiterreihen miteinander und in gleicher Weise die Teilleiter der innen liegenden Leiterreihen miteinander verbunden.
Selbstverständlich können bei der in Fig. 8 wiedergegebenen Schleife an den Verbindungsstellen t der Teilleiter auch übergeschobeneRöhrchen zur Verbindung vorgesehen werden, die hart oder weich aufgelö- tet sind. Letztere Anordnung ist in Fig. 9 angedeutet.
Auch weitere Einzelheiten der beschriebenen Anordnungen können sinngemäss abgeändert werden. So ist es beispielsweise bei dem Beispiel der Fig. 1 und 3 auch möglich, die Wicklungs- oder Kühlabschnitte sich über eine ungerade Zahl von Stäben d. h. eine gebrochene Windungszahl (z. B. 3 1/2 oder 4 1/2 Windungen) erstrecken zu lassen. In diesem Fall liegen die Kühlmittelanschlüsse abwechselnd auf verschiedenen Seiten der Wicklung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. FlüssigkeitsgekühlteStänderwicklung für elektrische Maschinen (Wechselstromgeneratoren), deren Windungen aus Stäben mit in sich verdrillten Hohlteilleitern aufgebaut sind und bei der die Zu-und Ableitung des flüssigenKühlmitteIs anschaltstellen der Leiterstäbe mittels die Schaltverbindung herstellender Kappen erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Hohlteilleiter der in sich verdrillten Wicklungsstäbe über mehrere Windungen umfassende Wicklungs- oder Kühlabschnitte der Wicklung unter gegenseitiger Aufrechterhaltung der Isolation und Durchführung der Kühlkanäle in Reihe miteinander geschaltet sind und lediglich an den Enden der Wicklungs- oder Kühlabschnitte durch die zur Schaltung und Kühlmittelführung dienenden Kappen leitend miteinander verbunden sind.