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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
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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
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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.
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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.
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The invention relates to a rotor winding for an electrical machine, in particular for a turbogenerator, which consists of a plurality of coils, the individual coils being constructed from a plurality of turns connected in series, which are preferably composed of two half-turns or winding bars, and the winding bars in the longitudinal slots of the rotor are arranged and each longitudinal groove is closed radially outwards by a slot wedge.
Such rotor windings are known. The runner is primarily a one-piece, solid piece that is forged from a block made in vacuum casting. The longitudinal grooves that receive the rotor winding are milled into the bale.
Due to the limited heat dissipation, the overall design of the rotor has resulted in a wide variety of changes in length. An attempt is made to improve the cooling, but the design limits cannot be exceeded. In addition, the rotor winding profile was made of silver-alloyed copper to increase the thermal stability.
Despite these measures, however, the winding could be destroyed due to the thermal stresses.
In particular, in the event of brief overloads of the electrical machine, a wide variety of shrinkage of the winding bars in the individual slots has occurred.
From US-PS 2575.932 it is known to widen the outer coils in the circumferential direction. The height of the coils
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and a copper part, these two parts being welded together. This construction was made for the sake of
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Centrifugal force selected. The lighter aluminum is chosen for the upper layers and the copper part is provided in the groove part of the rotor body. In the winding head area, the same cross-section is provided across all turns made of aluminum. The groove, which is wider in the circumferential direction, requires greater machining effort.
The aluminum cross section must be enlarged due to the conductivity. The centrifugal force values are undoubtedly improved.
From DE-PS 652 948 a DC armature winding is known, in which the windings located further outside have more coil sides, more conductors or a larger conductor width in the circumferential direction than the windings lying further inside.
GB-PS 901 672 describes a specially constructed conductor which has a cooling channel in the inflow area.
A trickle winding is known from JP-A 55 166 472, which are mainly used in low-voltage machines.
Furthermore, a winding is known from FR-PS 828 119, which is wider in the circumferential direction in the area of the slot wedges.
The object of the invention is therefore to provide a rotor winding of the type cited at the outset which on the one hand avoids the disadvantages indicated above and on the other hand has a higher stability with regard to thermal and mechanical behavior.
The rotor winding according to the invention is characterized in that the radial height of at least the winding rod closest to the slot lock wedge is greater than that
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radial height of the other winding rods provided in the longitudinal groove.
With the invention it is possible for the first time to compensate for the normally poor cooling of the electrical machine and the associated small heat dissipation from the rotor by the much better mechanical stability of the winding. This is mainly due to the fact that increasing the radial height of the winding bar reduces the current density to the same extent. Furthermore, the increase takes place for thermal reasons, since these windings are exposed to the greatest stresses due to the temperature fluctuations. Mechanical stresses are induced by the thermal load, which cause a reduced stability of this winding part. For example, the relative stretching of the top winding to rotor bales and winding caps could lead to winding damage.
By increasing the radial height of the coils in question, the temperature level and thus the strains can be controlled.
According to a special embodiment of the invention, the factor for increasing the radial height of the winding bar is 1, 2 to 3, preferably 1, 8 to 2, 2. If the cross section is now increased approximately twice and the two are closest to the slot wedge horizontal winding bars designed in this way, the losses for these two turns are practically reduced by half. This considerably low heating leads to a more even heat image in the groove of the rotor.
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With the invention, on the one hand, a higher mechanical stability and, on the other hand, a significantly better thermal behavior of the winding is achieved.
The invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Fig.
1 and 2 show a section through the longitudinal groove of the rotor of a turbogenerator.
1, the rotor 4 has longitudinal grooves 9. Each of these longitudinal grooves 9 is provided with wall insulation 6. The individual winding rods 7 are arranged in the insulated longitudinal groove 9.
The individual winding bars 7 are insulated from one another by intermediate layers 8. The longitudinal groove 9 is closed radially outwards with a slot head insert 5 and the slot closing wedge 1. The winding bars 2 closest to the slot locking wedge 1 or the slot head insert 5 have twice the cross-section as the winding bars 7. In order to achieve better cooling of the winding nonetheless, the winding bars 2 and 7 have cooling slots 10. The cooling air then enters the air gap 3 of the slot wedge 1 into the air gap of the machine.
2, the rotor 4 has the longitudinal grooves 9. The winding bars 7 arranged in the insulated longitudinal groove 9 are made of solid silver-alloyed copper. The longitudinal groove 9 is closed radially outwards with the slot lock wedge 1. The winding bars 2 closest to this slot locking wedge 1 have a larger cross section than the winding bars 7.