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Dämpferwicklung im Läufer einer Synchronmaschine
Durch die unsymmetrische Phasenbelastung eines Synchrongenerators entsteht im Luftspalt ein magnetisches Drehfeld, das sich mit synchroner Drehzahl gegen den Drehsinn des Läufers bewegt. Dieses so- genannte m\. erse Dreht'eld ist besonders ausgeprägt bei binphasen-bynchrongeneratoren. Zu seiner Abdämpfung dient eine Kurzschlusswicklung im Läufer, die sogenannte Dämpferwicklung.
Es ist bekannt, die Stäbe der Dämpferwicklung unmittelbar unter den Nutenverschlusskeilen anzuordnen. Nach andern Vorschlägen sollen die Nutenverschlusskd1e selbst ab Dämpferstäbe dienen. Ebenfalls wurde schon vorgeschlagen, die Dämpferstäbe und die Kurzschlussringe an den Enden des Läuferkörpers mit Kanälen für die Durchleitung eines Kühlmittels zu versehen. Dit Enden der Dämpferstäbe stutzen sich auf den Kurzschlussringen meistens durch die Fliehkräfte ab, die an den Dämpferstäben selbst und an den darunterliegenden Leitern der Läuferwicklung angreifen. Versilberte Kontaktflächen an den Enden der Dämpferstäbe und an den Dämpferringen sorgen dabei für einen sicheren Stromübergang.
Die bei unsymmetrischer Belastung eines Drehstromgenerators in der Dämpferwicklung fliessenden Ströme bewirken je nach dem Ausmass der Unsymmetrie eine Erwärmung. Besonders ungünstige Verhältnisse liegen in einem Einphasen-Generator vor, bei dem im normalen Betriebszustand ständig ein kräftiges inverses Drehfeld umläuft. Durch die mit der Erwärmung verbundenen Wärmedehnungen entstehen an den Enden der Dämpferstäbe starke Schubkräfte, die sich auf die Dämpferringe und auf die Kappen über den Wickelköpfen an den Leiterenden übertragen. Die Fliehkräfte und die in axialer Richtung wir-
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fügige Verlagerung der Kappe stört aber schon den Wuchtzustand des Läufers, was sich dann in einer zunehmenden Laufunruhe aussen.
Eine intensive Kühlung der Dämpferwicklung wird das Mass der Erwärmung an sich zwar vermindern, sie kann jedoch nicht vollständig verhüten, dass der Erwärmungsgrad der Dämpferwicklung mit unterschiedlicher Belastung der Maschine schwanken wird, so dass mit wechselnder Erwärmung auch nach wie vor die Schubkräfte und alle damit verbundenen Nachteile auftreten.
Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, die Dämpferstäbe in durch Abstandsfugen getrennte Längsabschnitte zu unterteilen und die Abstandsfugen durch leitende Zwischenstücke zu überbrücken, die unterhalb der Abstandsfugen in treppenartige Ausfräsungen benachbarter Abschnittsenden der Dämpferstäbe eingeschoben sind. Eine andere Lösung besteht darin, die treppenartigen Abschnittsenden der Dämpferstäbe überlappt anzuordnen, so dass die in Achsrichtung verlaufenden Treppenstufen gegeneinander verschiebbare Kontaktflächen bilden, während die Stirnflächen der Stufen durch eine Abstandsfuge voneinander getrennt sind.
Die Anordnungen haben aber den Nachteil, dass die Dämpferströme an den Kontaktstellen radial
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höht und deren Wirksamkeit herabgesetzt wird.
Um diesem Mangel abzuhelfen, schlägt die Erfindung eine Dämpferwicklung vor, die aus ganz oder teilweise in den-Nuten des Läuferkörpers liegenden Dämpferstäben besteht, die in durch Abstandsfugen voneinander getrennte Längsabschnitte im Bereich des Läuferballens unterteilt sind, wobei die Abstandsfugen durch elektrisch leitende Zwischenstücke überbrückt werden, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zwischenstücke in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Dämpferstäben angeordnet sind und
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i radialer Richtung in gleicher Höhe wie die Dämpferstäbe selbst oder-bei Dämpferstäben mit grösserer radialer Ausdehnung-in gleicher Höhe wie die Teile der Dämpferstäbe, die den grössten radialen Ab- stand von der Läuferachse haben, liegen,
wobei sie in an sich bekannter Weise gegen Fliehkräfte an den
Dämpferstäben abgestützt sind. Die Abstandsfugen zwischen den Enden zweier Längsabschnitte erlauben bereits im Bereich des Läuferkörpers den Ausgleich der Wärmedehnungen, so dass diese an den Läuferen- den nicht mehr als Schubkräfte erscheinen. Die Enden der Dämpferstäbe können an den Läuferenden am
Läuferkörper festgelegt werden. Auf diese Weise wird die Wärmedehnung an den Läuferenden verhindert.
Die Schubkräfte werden vollständig von den Kappen ferngehalten. Die Zwischenstücke liegen in ra- dialer Richtung in gleicher Höhe wie die Dämpferstäbe selbst. Bei Dämpferstäben mit grösserer radialer
Ausdehnung liegen die Zwischenstücke zwischen den Teilen der Dämpferstäbe, die den grössten radialen
Abstand von der Läuferachse haben. Auf diese Weise - das ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung- wird jede Umlenkung der Dämpferströme radial nach innen vermieden, die eine Erhöhung des Blindau- teils am Gesamtwiderstand der Dämpferwicklung bedeuten und damit deren Wirksamkeit herabsetzen wur- de.
Die Zwischenstücke im Bereich des Läuferkörpers überbrücken elektrisch leitend die Abstandsfugen zwischen zwei Längsabschnitten und müssen also zunächst nur in axialer Richtung leiten. Die leitende
Verbindung, die die Zwischenstücke auch in Umfangsrichtung zwischen den Dämpferstäben herstel- len, ist unbedeutend, da bei Unterteilung in gleichlange Längsabschnitte aus Symmetriegründen in Um- fangsrichtung nahezu kein Strom fliesst. Es ist jedoch auch möglich, in die Zwischenstücke eine isolieren- de Schicht einzufügen, die in Umfangsrichtung einen Stromfluss unterbindet.
Die Zwischenstücke an den Läuferenden verbinden die Enden der Dämpferstäbe in Umfangsrichtung miteinander und bilden so einen Kurzschlussring, der über die Länge des Läuferkörpers hinaus keinen zusätzlichen Platz beansprucht und der die Wickelköpfe der Läuferwicklung und die Kappe nicht erwärmt. Das Problem der Kühlung des unter der Kappe liegenden Dämpferringes entfällt und der dazu bisher erforderliche beträchtliche fertigungstechnische Aufwand wird eingespart.
Weitere Merkmale der Erfindung sollen nun an einem in drei Figuren dargestellten Aus führungsbei- spiel erläutert werden. Die Fig. l zeigt einenQuerschnitt durch zwei Dämpferstäbe 10, die in den Nuten 11 liegen und mit ihren Kopfteilen 12 über den Läuferkörper 13 hinausragen. Zwischen denKopfteilen liegen Füllstücke 14 aus Isoliermaterial, die den Raum zwischen den Kopfteilen vollständig ausfüllen und so dem Läufer wieder eine glatte Oberfläche geben. Auf diese Weise wird eine mit hohen Strömungswiderständen verbundene starke Verwirbelung eines Kühlgases im Luftspalt der Synchronmaschine vermieden.
Die Füllstücke 14 haben einen trapezförmigen Querschnitt und stützen sich mit ihren schräg verlaufenden Trapezflächen gegen Fliehkräfte an den Dämpferstäben ab, die zu diesem Zweck etwas schwalben- schwanzförmig ausladen.
Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht der aus Dämpferstäben 10, Füllstücken 14 und Zwischenstücken 15 bestehenden Oberfläche des Läufers. Die Abstandsfugen 16 zwischen den in Längsabschnitte unterteilten Dämpferstäben 10 erlauDen einen Ausgleich der Wärmedehnungen bereits im Bereich des Läuferkörpers, so dass bei an den Läuferenden am Läuferkörper festgelegten Dämpferstäben dort keine auf die Kappen wirkenden Schubkräfte auftreten können. Zur elektrisch leitenden. Überbrückung der Abstandsfugen 16 dienen die Zwischenstücke 15, die gegen Fliehkräfte an den Dämpferstäben 10 abgestützt sind ; die Fliehkräfte erzeugen gleichzeitig den für eine sichere Kontaktga'' : e zwischen den Dämpferstäben 10 und den Zwischenstücken 15 notwendigen Anpressdruck.
Die Zwischenstücke haben ebenfalls einen trapezförmigen Querschnitt und stützen sich auch mit ihren schräg verlaufenden Trapezflächen an den schräg verlaufen- den Seitenteilen der schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Kopfteile 12 ab. Zur Verbesserung der Kontaktgabe können die Auflageflächen der Dämpferstäbe und der Zwischenstücke versilbert sein.
Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt gemäss der Linie A-A in Fig. 1. Federn 17 in Nuten 18 des Läuferkörpers 13 unterstützen den Anpressdruck der auf die Zwischenstücke 15 wirkenden Fliehkräfte und tragen so auch zu einer stabilen Lage der Zwischenstücke bei niedriger Drehzahl (Turnbetrieb) bei. Solche Federelemente können auch unter den Füllstücken 14 angeordnet sein. Die Füllstücke 14 bestehen aus einem hochwarmfesten Kunststoff, beispielsweise Silikonglashartgewebe, oder aus Metallteilen mit Isolierstoffummantelung. Die Isolierschichten brauchen nur dünn zu sein. da ja zwischen den einzelnen Dämpferstäben keine hohen Spannungen auftreten. Statt der Füllstücke kann auch ein T-förmiges Profilstück mit seinem Fuss in den Läuferkörper 13 eingelassen sein, wobei die Enden des T-Balkens die Dämpferstäbe nicht berühren sollten.
Die zwischen dem T-förmigen Profilstück und den Kopfteilen der Dämpferstäbe verbleibenden Hohlräume könnten mit einer aushärtbaren Isoliermasse ausgefüllt werden.
Werden die Erfindungsgedanken auf eine Dämpferwicklung angewendet, deren Dämpferstäbe voll-
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ständig in den Nutendes Läuferkörpers liegen, so kann der Läuferkörper im Bereich der Abstandsfugen zwi- schen den Längsabschnitten der Dämpferstäbe eine Ringnut erhalten, die die zwischen den Dämpferstäben liegenden Zwischenstücke aufnimmt. Somit werden auch bei einersolchen Dämpferwicklung die Dampfer- ströme nicht radial nach innen umgelenkt, wodurch der induktive Widerstand der Dämpferwicklung erhöht und ihre Wirksamkeit insgesamt beeinträchtigt würde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dämpferwicklung im Läufer einer Synchronmaschine beliebiger Phasenzahl mit ganz oder teil- weise in den Nuten des Läuferkörpers liegenden Dämpferstäben, die in durch Abstandsfugen voneinander getrennte Längsabschnitte im Bereich des Läuferballens unterteilt sind, wobei die Abstandsfugendurch elektrisch leitende Zwischenstücke überbrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstücke in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Dämpferstäben angeordnet sind und in radialer Richtung in gleicher Höhe wie die Dämpferstäbe selbst oder - bei Dämpferstäben mit grösserer radialer Ausdehnung - in gleicher Höhe wie die Teile der Dämpferstäbe, die den grössten radialen Abstand von der Läuferachse haben, liegen,
wobei sie in an sich bekannter Weise gegen Fliehkräfte an den Dämpferstäben abgestützt sind.