AT72U1

AT72U1 - Laeuferwicklung fuer eine elektrische maschine

Info

Publication number: AT72U1
Application number: AT0803794U
Authority: AT
Inventors: Walter Dr Scheidl Walt Scheidl
Original assignee: Elin Energieversorgung
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1994-12-27
Also published as: EP0616738B1; DE59203862D1; ATE128581T1; WO1993012571A1; EP0616738A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Läuferwicklung für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Turbogenerator, die aus mehreren Spulen besteht, wobei die einzelnen Spulen aus mehreren hintereinander geschalteten Windungen, welche sich vorzugsweise aus zwei Halbwindungen bzw. Wicklungsstäben zusammensetzen, aufgebaut ist und die Wicklungsstäbe in den Längsnuten des Läufers angeordnet sind und jede Längsnut radial nach aussen durch einen Nutenverschlusskeil abgeschlossen ist.

Derartige Läuferwicklungen sind bekannt. Der Läufer ist dabei vorwiegend ein einteiliges, massives Stück, das aus einem im Vakuumguss hergestellten Block geschmiedet ist. Im Läuferballen sind die Längsnuten eingefräst, die die Läuferwicklung aufnehmen.

Durch die Gesamtkonzeption des Läufers ist es aufgrund der begrenzten Wärmeabfuhr zu unterschiedlichsten Längen- änderungen gekommen. So wird versucht, die Kühlung zu verbessern, wobei jedoch die konstruktiven Grenzen nicht überschreitbar sind. Darüberhinaus wurde auch zur Erhöhung der thermischen Standfestigkeit das Läuferwicklungsprofil aus silberlegiertem Kupfer hergestellt.

Trotz dieser Massnahmen hat es jedoch aufgrund der Wärmespannungen zur Zerstörung der Wicklung kommen können.

Insbesondere ist es bei kurzzeitigen Überlastungen der elektrischen Maschine zu unterschiedlichsten Schrumpfungen der Wicklungsstäbe in den einzelnen Nuten gekommen.

Aus der US-PS 2575. 932 ist es bekannt, die aussenliegenden Spulen in Umfangsrichtung zu verbreitern. Die Höhe der Spulen
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und einem Kupfer-Teil, wobei diese beiden Teile miteinander verschweisst sind. Diese Konstruktion wurde aus Gründen der

Fliehkraft gewählt. Das leichtere Aluminium wird für die oberen Lagen gewählt und der Kupferteil ist im Nutteil des Rotorkörpers vorgesehen. Im Wickelkopfbereich wird der gleiche Querschnitt über alle Windungen, die aus Aluminium gefertigt sind, vorgesehen. Die im Umfangsrichtung breitere Nut bedarf eines grösseren Bearbeitungsaufwandes.

Die Vergrösserung des Aluminiumquerschnittes muss aufgrund der Leitfähigkeit erfolgen. Die Fliehkraftwerte werden aber zweifellos verbessert.

Aus der DE-PS 652 948 ist eine Gleichstromankerwicklung bekannt, bei der die weiter aussenliegenden Wicklungen mehr Spulenseiten, mehr Leiter oder grössere Leiterbreite in Umfangsrichtung besitzen, als die weiter innenliegenden Wicklungen.

In der GB-PS 901 672 ist ein speziell konstruierter Leiter beschrieben, der im Einströmungsbereich einen Kühlkanal aufweist.

Aus der JP-A 55 166 472 ist eine Träufel-Wicklung bekannt, die vorwiegend bei Niederspannungsmaschinen zum Einsatz kommen.

Ferner ist aus der FR-PS 828 119 eine Wicklung bekannt, die im Bereich der Nutenverschlusskeile in Umfangsrichtung breiter ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Läuferwicklung der eingangs zitierten Art zu schaffen, die einerseits die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet und die anderseits eine höhere Stabilität in Hinblick auf thermisches und mechanisches Verhalten aufweist.

Die erfindungsgemässe Läuferwicklung ist dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Höhe mindestens des dem Nutenverschlusskeil nächstliegenden Wicklungsstabes grösser ist als die

radiale Höhe der übrigen in der Längsnut vorgesehenen Wicklungsstäbe.

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die normal schlechte Kühlung der elektrischen Maschine und die damit verbundene kleine Wärmeabfuhr aus dem Läufer durch die wesentlich bessere mechanische Stabilität der Wicklung zu kompensieren. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass durch die Erhöhung der radialen Höhe des Wicklungsstabes die Stromdichte im gleichen Ausmass reduziert wird. Ferner erfolgt die Erhöhung aus thermischen Gründen, da diese Windungen aufgrund der Temperaturschwankungen grössten Beanspruchungen ausgesetzt sind. Durch die thermische Belastung werden mechanische Spannungen induziert, die eine verringerte Stabilität dieses Wicklungsteiles hervorrufen. So könnten die relativen Dehnungen der obersten Wicklung zu Rotorballen und Wicklungskappen zu Wicklungsschäden führen.

Durch die Erhöhung der radialen Höhe, der in Rede stehenden Spulen, ist das Temperaturniveau und damit die Dehnungen beherrschbar.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Faktor für die Erhöhung der radialen Höhe des Wicklungsstabes 1, 2 bis 3, vorzugsweise 1, 8 bis 2, 2. Wird nun der Querschnitt annähernd um das Doppelte vergrössert und es werden die beiden dem Nutenverschlusskeil am nächsten liegenden Wicklungsstäbe derart ausgeführt, so reduzieren sich praktisch für diese beiden Windungen die Verluste auf die Hälfte. Diese beträchtlich geringe Erwärmung führt zu einer Vergleichmässigung des Wärmebildes in der Nut des Läufers.

Mit der Erfindung wird also einerseits eine höhere mechanische Stabilität und anderseits ein wesentlich besseres thermisches Verhalten der Wicklung erreicht.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Fig.

1 bzw. 2 zeigt einen Schnitt durch die Längsnut des Läufers eines Turbogenerators.

Gemäss Fig. 1 weist der Läufer 4 Längsnuten 9 auf. Jede dieser Längsnuten 9 ist mit einer Wandisolierung 6 versehen. In die isolierte Längsnut 9 werden die einzelnen Windungsstäbe 7 angeordnet.

Die einzelnen Windungsstäbe 7 sind durch Zwischenlagen 8 gegeneinander isoliert. Radial nach aussen wird die Längsnut 9 mit einer Nutkopf-Einlage 5 und dem Nutenverschlusskeil 1 abgeschlossen. Die dem Nutenverschlusskeil 1 bzw. der NutkopfEinlage 5 nächstliegenden Windungsstäbe 2 weisen den doppelten Querschnitt auf, wie die Windungsstäbe 7. Um trotzdem eine bessere Kühlung der Wicklung zu erreichen, weisen die Windungsstäbe 2 bzw. 7 Kühlschlitze 10 auf. Die Kühlluft tritt dann im Kühlluftaustrittskanal 3 des Nutenverschlusskeiles 1 in den Luftspalt der Maschine ein.

Gemäss der Fig. 2 weist der Läufer 4 die Längsnuten 9 auf. Die in der isolierten Längsnut 9 angeordneten Windungsstäbe 7 sind aus massivem silberlegierten Kupfer hergestellt. Die Längsnut 9 ist radial nach aussen mit dem Nutenverschlusskeil 1 abgeschlossen. Die diesem Nutenverschlusskeil 1 nächstliegenden Windungsstäbe 2 weisen einen grösseren Querschnitt als die Windungsstäbe 7 auf.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Läuferwicklung für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Turbogenerator, die aus mehreren Spulen besteht, wobei die einzelnen Spulen aus mehreren, hintereinander geschalteten Windungen, welche sich vorzugsweise aus zwei Halbwindungen bzw. Wicklungsstäben zusammensetzen, aufgebaut ist und die Wicklungsstäbe in den Längsnuten des Läufers (1) angeordnet sind und jede Längsnut radial nach aussen durch einen Nutenverschlusskeil abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Höhe mindestens des dem Nutenverschlusskeil (1) nächstliegenden Wicklungsstabes (2) grösser ist als die radiale Höhe der übrigen Längsnut (9) vorgesehenen Wicklungsstäbe (7).
2. Läuferwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor für die Erhöhung der radialen Höhe des Wicklungsstabes (2) 1, 2 bis 3, vorzugsweise 1, 8 bis 2, 2 beträgt.