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Polrad für grosse elektrische Synchronmaschinen
Die Abmessungen und damit die zu installierende Leistung grosser elektrischer Synchronmaschinen mit Einzelpolen sind bekanntlich durch die mechanische Beanspruchung des Polrades, die mit Rücksicht auf die Festigkeit der Werkstoffe bestimmte Werte nicht überschreiten darf, begrenzt. Die kritische Stel- le in diesem Sinne ist häufig die Befestigung der Polschuhe an den Polkernen, die durch die Fliehkraft des
Polschuhgewichtes sowie der Erregerwicklung ausserordentlich hoch beansprucht wird. Hiezu sind eine Rei- he von Abhilfemassnahmen vorgeschlagen worden.
Beispielsweise hat man bei der Anordnung nach der deutschen Patentschrift Nr. 931299 den Polkern und den Polschuh der Pole eines Polrades von grossen Schenkelpolmaschinen wohl aus einem Stück hergestellt und dadurch den Übergang vom Polschuh zum Polkern kräftiger ausbilden können als bei bekannten Anord- nungen. Ausserdem ist dabei zwischen der Erregerwicklung und dem Polkern Platz für die Belüftung der
Wicklung vorgesehen worden. Das Gewicht der Erregerwicklung wird aber dabei immer noch im wesent- lichen vom Polschuh aufgenommen, d. h. die weiter oben genannte kritische Stelle wird nach wie vor sehr stark belastet.
Bei einer nach der USA-Patentschrift Nr. l, 554,438 bekanntgewordenen Anordnung wird vorgeschlagen, die Wicklung einer elektrischen Maschine mäanderförmig am Stator anzubringen. Der Grund für diese Anordnung ist in grösstmöglicher Kompaktheit und einfacher Fertigung sowie Montage der Wicklungen zu sehen. Die bei umlaufenden Polrädern grosser elektrischer Maschinen auftretenden Fliehkräfte werden dagegen bei dieser bekannten Anordnung gar nicht in Erscheinung treten, sie bedürfen hier also kei- ner Berücksichtigung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Polrad für grosse elektrische Synchronmaschinen, bei welchen die einzelnen Polschuhe und Polkerne flächenmässig einteilig ausgebildet sind. Erfindungsgemäss ist die Erregerwicklung symmetrisch zu benachbarten Polen durch die Pollücken und entlang den Stirnseiten mit Abstand von den Polkernen ohne Isolation gegen diese geführt und ausschliesslich in den Pollücken, entweder am Jochring oder an den Polkernen, sowie auf den beiden stirnseitigen Pressplatten des Polrades- jedoch nicht am Polschuh - durch im wesentlichen an sich bekannte Halterungsmittel befestigt, so dass der Polschuh von den von der Erregerwicklung ausgehenden Fliehkräften nicht belastet wird.
Dieser erfindungsgemässe Aufbau eines Polrades bringt den Vorteil mit sich, dass die bisher übliche Befestigung des Polschuhes am Polkern mittels besonderer Befestigungselemente, wie Schrauben oder Bolzen, durch den mechanisch wesentlich höher belastbaren Übergangsquerschnitt zwischen dem Polkern und dem einen gemeinsamen Teil mit diesem bildenden Polschuh ersetzt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Übergangsquerschnitt zwischen dem Polkern und dem Polschuh jetzt lediglich durch die Fliehkraft des Polschuhes beansprucht wird, während die Fliehkraft der Erregerspule von diesem Übergangsquerschnitt ferngehalten ist.
Da der Polschuh innerhalb des erfindungsgemäss ausgebildeten Polrades keine mechanische Funktion mehr zu übernehmen hat, sondern seine Abmessungen lediglich aus der gewünschten Polbedeckung folgen, kann es in den Fällen, in denen das Polrad ein möglichst grosses Schwungmoment haben soll, zweckmässig sein, auf eine ausgeprägte Polschuhform ganz zu verzichten und den Pol als rechteckigen Zahn auszubilden. Auch kann man das Polrad aus Blechschnitten aufbauen, die jeweils einen vollständigen Pol und einen segmentförmigen Jochkranzteil umfassen. Das Polrad kann auch insgesamt einteilig sein, wo-
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bei es entweder aus Blechen oder Platten oder als Schmiedestück hergestellt ist.
Die Erregerwicklung erstreckt sich dabei mäanderförmig über den Umfang des gesamten Polrades. Sie wird zweckmässig durch Schrauben, die, in Balken oder Schwalbenschwanzleisten befindlich, zwischen den
Polen im Jochring und in den massiven Pressringen an beiden Stirnseiten des Polrades eingeschraubt sind, gehalten.
Die Erregerwicklung, die symmetrisch zu benachbarten Polen durch die Pollücken und entlang den
Stirnseiten mit Abstand von den Polkernen und ohne feste Isolation gegen diese geführt ist, kann nach ei- nem weiteren Erfindungsgedanken durch Schrauben an den beiden stirnseitigen massiven Ringen und durch unmagnetische Brücken oder Klammern, die in Nuten zweier benachbarter Polkerne eingreifen, an den
Polkernen befestigt werden. Dabei kann es besonders zweckmässig sein, die Erregerwicklung an den je- weils in einer Pollücke angeordneten unmagnetischen Brücken oder Klammern durch Druckschraubenoder
Keile abzustützen, die eine elastische Verspannung zwischen der Erregerwicklung und den Brücken oder
Klammern zur Folge haben.
Wenn die Wicklung in erfindungsgemässer Weise mäanderförmig um die Pole herumgeführt wird, so bleibt jeweils eine Polseite offen und man erspart also die vierte Spulenseite und damit Kupfer und Verluste. Man kann die mäanderförmige Erregerwicklung auch in zwei Wicklungen auflösen, so dass der Erregerstrom stirnseitig in zwei-Bahnen mit entgegengesetztem Umlaufsinn fliesst.
Da die Erregerwicklung nur noch gegen ihre Halterung elastisch isoliert werden muss, nicht aber gegen die Pole, lässt sie. sich besonders wirksam durch einen Luftstrom kühlen, der zwischen der Polkernwand und der Erregerspule hindurchgeleitet wird. Die Kühlluft für die Erregerspule wird dabei durch Schlitze dem Jochring zugeführt und strömt zu beiden Seiten der Erregerspule in den Luftspaltraum. Die Schlitze ergeben sich durch das Einschichten von Blechen kleinerer Abmessungen, wie später noch gezeigt werden wird.
Die Montage der Erregerwicklung gestaltet sich besonders einfach, wenn die Pole mittels Schwalben- schwanz oder Hammerkopf amjochring befestigt werden. In diesem Fall kanndiegesamte Erregerwicklung auf dem Jochring befestigt werden, noch ehe die Pole aufgebracht worden sind. Die Pole können danach von beiden Seiten her in den Jochring eingeschoben werden. Nach dem Herausziehen jedes zweiten Poles nach einer Seite kann die Erregerwicklung als Ganzes oder in Teilen abgenommen werden. Diese Bauart ist besonders günstig für den Transport des Polrades.
Die Erregerwicklung kann jedoch auch auf konventionelle Art hergestellt sein, wobei also jeder Pol von einer ringförmigen Spule umgeben ist. Auch in diesem Fall besteht erfindungsgemäss ein Zwischenraum zwischen der Erregerspule und dem Polkern, da ja die Erregerspule unabhängig von dem Pol am Jochring bzw. an den stirnseitig angeordneten massiven Ringen befestigt ist, und der freie Raum zwischen dem Polkern und der Erregerspule kann auch in diesem Fall für eine wirksame Kühlung der Erregerspule ausgenutzt werden. Die Erregerspule wird so dimensioniert, dass sie nach dem Lösen der Halteklammern oder Schrauben über den gesamten Pol geschoben und abgenommen werden kann.
Man erhält ein besonders festes Blechpaket, wenn man die einzelnen Bleche, insbesondere die Vollkreisbleche, durch das sogenannte Lochschweissverfahren miteinander verbindet.
In den Fig. 1-4 der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele konstruktiver Einzelheiten eines erfindung- gemässen Polrades dargestellt.
Fig. 1 gibt den Querschnitt eines Polradsegmentes, Fig. 2 die Draufsicht desselben vom Umfang her gesehen, Fig. 3 den Querschnitt einer Erregerspulenbefestigung mittels eines Bügels und Fig. 4 schliesslich eine Polbefestigung mittels Hammerköpfen wieder.
Nach Fig. l bilden der Polkern 1 und der Polschuh 2 eines Poles mit dem anschliessenden Jochringsegment 3 eine Einheit. Die so gestalteten Blechlamellen werden vorteilhaft mittels des sogenannten Lochschweissverfahrens zu einem festen Blechpaket vereinigt. Zu diesem Zweck erhält die Hälfte der Blechlamellen Löcher 4, die über die gesamte Fläche verteilt sind, während die andere Hälfte der Blechlamellen Löcher 5 erhält, die so über die Fläche der Blechlamellen verteilt sind, dass nach dem Aufeinanderlegen zweier Blechlamellen mit Löchern 4 und Löchern 5 jeweils die Löcher 4 bzw. 5 der andern Blechlamellen abgedeckt werden. Die Schweissnaht wird dann entlang dem Umfang eines Loches 4 bzw.
5 gelegt.
In den Pollücken 6 ist jeweils ein Zuganker 7 durch einen Schwalbenschwanz 8 im Jochring 9 verankert. Dieser Zuganker 7 hält die aus mehreren Lagen bestehende Erregerwicklung 10 zwischen zwei Isolierplatten 11 und 12. Die Zentrifugalkraft der Erregerwicklung 10 wird über Deckplatten 13 von den Muttern 14 auf den Zuganker 7 übertragen.
Der erfindungsgemäss ermöglichte grosse Abstand zwischen den Polkernen 1 und den Windungen der Er-
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regerwicklungen 10 kann zj einer wirksamen Kühlung der Erregerwicklung 10 ausgenutzt werden. Zu die- sem Zweck werden im Jochring 9 radiale Luftführungskanäle 15 geschaffen, durch die die Kühlluft vom
Jochring 9 her in Richtung zum Polradumfang durch die Zwischenräume 16 strömen kann, wie dies durch die Pfeile 17 angedeutet ist. Die radialen Luftführungskanäle 15 innerhalb des Jochringes 9 können da- durch geschaffen werden, dass zwischen Blechlamellen, die ein vollständiges Jochringsegment 3 enthal- ten, jeweils eine oder mehrere Blechlamellen geschichtet werden, deren Jochringsegment 3 auf einer
Seite so verkürzt ist, wie dies durch die gestrichelten Linien 18 wiedergegeben wird.
Fig. 2 zeigt die Mäanderform der Erregerwicklung 10 und die zweckmässige Aufteilung der Deck- platten 13,19, 20 und 21. Die Erregerwicklung 1Ó umgibt danach jeden der Pole 22 nur auf drei Seiten, die vierte Polseite bleibt frei und man spart dadurch Kupfer. Auch die Verluste werden entsprechend ge- ringer. Die stirnseitigen Abschnitte der Erregerwicklung 10 sind an den Ringen 23 und 24 befestigt.
In Fig. 3 ist eine Befestigungsweise der Erregerwicklung 10 in einer Pollücke 25 dargestellt, die von derjenigen nach Fig. 1 abweicht. An Stelle eines Zugankers 7 ist hier ein Bügel 26 mit hakenförmigen
Vorsprüngen 27 in entsprechende Nuten der benachbarten Polkerne 28 eingehängt worden, und die notwen- dige Druckkraft auf die Deckplatte 13 der Erregerspule 10 wird durch Anziehen der Schraube 29 bzw. durch Keile erzeugt. Auch damit ist eine absolut sichere Befestigung der Erregerspule 10 geschaffen. Die stirnseitige Befestigung der Erregerspule 10 erfolgt auch in diesem Fall so, wie dies in Fig. 2 dargestellt wurde.
Die Erregerspule 10 kann durch Mittelkanäle 34 zusätzlich gekühlt werden.
In Fig. 4 ist schliesslich die Befestigung von Polen 30 im Jochring 31 mittels hammerkopfförmiger Ansätze 32, die in entsprechende Nuten 33 des Jochringes 31 eingreifen, dargestellt.
PATENTANSPRÜCHE : l. Polrad für grosse elektrische Synchronmaschinen, bei welchen die einzelnen Polschuhe und Polkerne flächenmässig einteilig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerwicklung symmetrisch zu benachbarten Polen durch die Pollücken und entlang den Stirnseiten mit Abstand vondenPolkernen ohne Isolation gegen diese geführt und ausschliesslich in den Pollücken, entweder am Jochring oder an den Polkernen, sowie auf den beiden stirnseitigen Pressplatten des Polrades - jedoch nicht am Polschuh - durch im wesentlichen an sich bekannte Halterungsmittel befestigt ist, so dass der Polschuh von den von der Erregerwicklung ausgehenden Fliehkräften nicht belastet wird.