CH333321A - Ständerwicklung mit direkter Leiterkühlung - Google Patents

Description

      Ständerwicklung    mit direkter     LeiterkiihIung       Die Erfindung betrifft eine direkt     ge-          külilte        Ständerwicklung    an einer     schnell.-          laufenden    elektrischen Maschine grosser axialer  Länge, insbesondere an einem Turbogenerator,  bei     weleher    der     Nutraum    von Kühlkanälen       diii-eli7ogeii    ist.

   Die Kühlkanäle bestehen aus  Festigkeitsgründen aus Metall.     Chlieherweise     verwendet man     2vIetall-,    welches einen hohen  spezifischen elektrischen Widerstand besitzt  und umgibt die metallischen Kühlkanäle mit  einer schwachen Isolation.  



  Wenn bei einer derartigen Maschine an der       Stinderwieklun-        un-ewöhnlieb.    hohe     Span-          '0    n       nungen    auftreten, sei es im Betrieb, sei es bei       Überspannungsprüfungen    im Prüffeld, treten       an        den    Enden der Kühlkanäle     Koronaersehei-          mingen    auf.

   Die     Korollaentladungen    bedingen  Ströme,     welehe    die     kapazitiv    gekoppelten     Po-          lentiale    der verschiedenen Kühlkanäle stören  und somit ein Durchschlagen der verhältnis  mässig schwachen Isolation der einzelnen Ka  näle veranlassen.  



  Diese durch die     Koronaerselleinun-en    be  dingten Schwierigkeiten werden gemäss der  Erfindung dadurch überwunden,     dass    die En  den der Kühlkanäle auf einer oder beiden  Stirnseiten der Maschine galvanisch mitein  ander verbunden sind. Zweckmässig wird diese       galvanisehe    Verbindung     hoehohmig    ausge  führt, beispielsweise durch Verwendung von  Halbleiterwiderständen.    Zur     ErläuiterLing    der Erfindung ist in den       Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> ein Ausführungsbeispiel darge  stellt.     Fig.   <B>1</B> gibt einen seitlichen Längs  schnitt der obern Hälfte eines wasserstoffge  kühlten Turbogenerators wieder.

   In     Fig.    2 ist  ein vergrösserter Teilausschnitt aus     Fig.   <B>1</B> ge  zeichnet, welcher die Enden der Kühlkanäle  darstellt.     Fig..   <B>3</B> ist ein vergrösserter Schnitt  durch einen     Nutleiter    längs der Linie     III-III     der     Fig.   <B>1.</B>  



  Der Ständer 4 des Turbogenerators der       Fig.   <B>1</B> weist eine zylindrische Bohrung auf  und ist von dem zylindrischen Läufer<B>5</B> durch  den Luftspalt<B>6</B> getrennt. Das Gehäuse<B>7 um-</B>  schliesst den Ständer 4 und den Läufer<B>5</B> gas  dicht. Innerhalb des Gehäuses<B>7</B> befindet sieh  Wasserstoff beispielsweise mit ungefähr 2     atm.          Uberdruck.     



  Der zylindrische Kern<B>10</B> des Ständers 4  ist mit einer Vielzahl von Nuten<B>11</B> versehen,       welehe    zur Aufnahme der     Ständerwicklung        19-          dienen.    Die als     Wechselstromwicklung    ausge  führte     Ständerwieklung    12 besteht aus den  innerhalb der Nuten<B>11</B> angeordneten     Nut-          leitern    und den über den Kern<B>10</B> hinaus  ragenden Wickelköpfen.

   Die als     Zweischicht-          wieklung    ausgeführte     Ständerwicklung    12 ist  aus     Roebe-Istäben    20 aufgebaut,     zwi    sehen  denen die metallischen Kühlkanäle 21 liegen.  Die Enden<B>13</B> dieser     Külilkanäle,    welche in           Fig.    2 vergrössert dargestellt sind, ragen über       t'     die W     iekelköpfe    der     Ständerwicklung    12  hinaus.  



  Der Läufer<B>5</B> besteht aus dem     zylindrisehen          Läuferballen    14, welcher mit Nuten<B>15</B> zur       _Aufnahme    der     Lätiferwicklung   <B>16</B> versehen  ist. Die Leiter der als Erregerwicklung für  den Turbogenerator dienenden     Läuferwiek-          hing   <B>16</B> sind ebenfalls direkt gekühlt. Die       Erregerwieklung   <B>16</B> hat eine niedrigere Span  nung als die     Ständerwieklung    12, so     dass    die  direkt gekühlten Leiter der     Erregerwickhing     <B>C</B>  mit einer verhältnismässig schwachen Isolation  versehen sind.

   Die unmittelbare Kühlung der       Erregerwieklung   <B>16</B> durch umlaufenden Was  serstoff erfolgt in einer geeigneten Weise,  beispielsweise in der durch die Pfeile in der       Fig.   <B>1</B> angedeuteten Art.  



  In dein in der     Fig.   <B>1</B> gezeigten Turbogene  rator wird der unter Druck stehende Wasser  stoff sowohl zur Kühlung der     Ständerwiek-          lung    als auch zur Kühlung der     Läuferwiek-          lung    verwendet. Der Wasserstoff zirkuliert  hierbei in der durch die Pfeile angedeuteten  Weise und wird durch eine     Kühlvorriehtung     <B>17</B> gekühlt.  



  Wie in     Fig.   <B>3</B> gezeigt, sind die beiden       Spuleilseiten    der     Ständerwieklung    12 jeweils  aus zwei     Roebelstäben    20 aufgebaut, zwischen  denen die Kühlkanäle 21 angeordnet sind. Die  Kühlkanäle 21 sind aus einem Metall. mit  hohem spezifischen elektrischen Widerstand  und weisen einen rechteckigen Querschnitt       auf.    Die Kühlkanäle 21 sind jeweils mit einer  dünnen     Isolationssehieht    24 umgeben und  ragen mit ihren offenen Enden<B>13</B> über die  Wickelköpfe der     Ständerwicklung    12 hinaus.

    Jede der aus zwei     Roebelstäben    20 und fünf  zu einem Bündel     zusammengefassten    Kühl  kanälen 21 bestehende Schicht der     Ständer-          wieklung    12 ist mit der Isolation 22 umgeben,  welche gegenüber der Einzelisolation der  Kühlkanäle und der     Roebelstäbe    eine grössere  Stärke aufweist, so     dass    sie     als        dielektrisehe     Sperrwand wirkt,. In den     Fig.   <B>92</B> und<B>3</B> sind  die     Schielitdicken    der Isolierhüllen nicht     mass-          stäblich    gezeichnet.

   Jeder Teilstab eines         Roebelstabes    hat eine eigene schwache Isola  tion<B>23,</B> welche etwa<B>0,15</B> bis<B>0,18</B> min stark  ist. Die     Durelischlagspannung    dieser Isolation  liegt bei etwa<B>600</B> Volt. Die Isolationshülle 24  der einzelnen Kühlkanäle '21 ist etwa     gfleieh     stark, ausgebildet.

   Die     Roebelstäbe    20 sind mit  einer leichten     Bandumwicklun"   <B>25</B>     Limo-eben.     In gleicher Weise sind jeweils fünf     Kübl-          kanäle   <B>211</B> mittels der leichten     Bandumwiek-          lung   <B>26</B> zu einem     Kühlkanalbündel        zusammen-          gefasst.    Die     Unnvieklungen   <B>25</B> und<B>226</B>     erleieb-          tern    den     Ztisanimenbau    der     l,,täilderwiekl-Liii,,

            IC).    Die sehr starken Isolationshüllen 22 müs  sen demgegenüber die hohe Spannung der       Roebelstäbe    20     iriit    Sicherheit aufnehmen.  deren     "L\Tennspannun,-,-    etwa<B>10 000</B> bis 24<B>000</B>  Volt beträgt. Während einer kurzen Zeit müs  sen sie überdies beträchtlich höhere     Prüfspan-          ntingen    aushalten.

   Da die einzelnen     Külil-          kanäle    21 voneinander und von den     Roebel-          stäben    20 isoliert sind, ergibt sieh eine     kapa-          zitive    Kopplung der Potentiale dieser Kanäle  mit der verhältnismässig hohen Spannung der  ihnen zugeordneten Leiter.

   Bei der bisherigen  Ausführung eines derartigen Turbogenerators  sind also die Potentiale der     Kühlkanäle        dureii     die erwähnte     kapazitive    Kopplung bestimmt  und werden durch den     Streuflass    über die       Ständernuten   <B>11.</B>     mir    wenig     beeinflusst.     



  Durch die Rotation des Läufers wird     zwi-          sehen    den beiden     Wiekelköpfen    in jedem Teil  leiter der einzelnen     Roebelstäbe        '210    sowie in  jedem einzelnen     Kühlkaiial        '221    eine     Spanniiiii,#     von etwa<B>1000</B> Volt induziert. Infolge der       Nutenstreuung    ist diese Spannung auf     deiii          Nutengrund    etwas niedriger als an der     mit-          öffnung.    Diese Differenz beträgt etwa<B>10</B> bis  20 Volt.

   Durch die Verwendung von     Roebel-          stäben    gelingt es, Wirbelströme in den     mit-          ]eitern    zu vermeiden. Die     Wirbelstroniverlust-          der        Kiihlkanäle    '21 lassen sieh dadurch ver  ringern,     dass    für diese     Külilkanäle    ein Metall  mit hohem spezifischem elektrischem Wider  stand gewählt wird.

   Dieses Metall     muss    aller  dings eine mechanische Festigkeit aufweisen,  <I>welche</I> eine Verfestigung- der äussern Isola  tionshülle 22     zulässt.         Werden die Potentiale der Kühlkanäle 21       VOrwiegend    durch die. erwähnte     kapazitive     Kopplung bestimmt, so besteht bei hoher  Spannung der     Ständerwieklung    12 die Gefahr  einer schädlichen Potentialverteilung an den  Kühlkanälen, welche     Koronaentladungen    an  einem oder an beiden Enden der     Kühlka.nal-          bündel    der Ober-     bzw.        Unterschieht    zur Folge  hat.

   Infolge der     Koronaentladung    entsteht ein  Strom, dessen Grösse den normalen     kapaziti-          \-eii        Kopplungsstroin    übertrifft, so     dass        zwi-          selien    zwei benachbarten Kanälen eine     Span-          min-    entstehen kann, welche hoch genug ist,       nin    die zwischen diesen Kanälen liegende Iso  lation zu durchschlagen.

   Tritt dies an beiden       14,'ncleii    von zwei benachbarten Kanälen auf,  so     er-ibt    sich über diese beiden Kanäle ein       Wirbelstroinweg,    so     dass    der durch die Isola  tion der einzelnen Kühlkanäle geschaffene  Vorteil, vernichtet wird.  



  Die Kühlkanäle jedes Kanalbündels wer  den nunmehr mindestens an einer Stirnseite  der Maschine     galvaniseh    verbunden, so     dass     eine schädliche Spannungsverteilung zwischen       den    Kanälen vermieden wird. Dadurch,     dass     diese     galvanisehe    Verbindung     hoehohmig        aus-          o-e     <B>,</B> führt ist, werden ebenfalls die verhältnis  mässig grossen Wirbelströme von Kanal zu  Kanal, welche pro     Külilkanalbündel        beträeht-          liehe    Verluste hervorrufen, erheblich vermin  dert.  



  Wie in der     Fig.    2 dargestellt, ragen die  Kanalenden<B>13</B> über die     Roebelstäbe    20 und  die Isolationshülle 22 jeder Schicht der     Stän-          derwieklung    12 hinaus und sind innerhalb  ,jeden Kanalbündels der Ober-     bzw.        Unter-          sebieht    durch das     lioehohmige        Widerstands-          niaterial   <B>30</B> miteinander verbunden.     Zweck-          iiidssi##    wird als Widerstandsmaterial<B>30</B> ein       lfalbleitermaterial    verwendet.

       Auf    diese Weise  fliesst innerhalb der     Küblkanäle    21 ein     elek-          triselier        Stroni    in der     Grössenordnuno,    von  etwa<B>1</B> mA oder weniger, während ohne die  Verwendung des     hoehohmigen    Materials<B>30</B>  der     kapazitive    Kopplungsstrom. etwa in der       ('Frössenordnung    von<B>1</B>     yA    liegt.

   Die     galva-          nisehe    Verbindung über das Halbleitermate-         rial   <B>30</B> hat einen Widerstand, welcher einer  seits niedrig genug ist, um eine schädliche  Potentialverteilung zwischen benachbarten  Kanälen zu verhindern und welcher anderseits  hoch genug ist, um auftretende Wirbelströme  zu begrenzen, so     dass    keine     Wirbelstromver-          luste    in den Kühlkanälen     atiftreten.     



  Für die     hochohmige    Verbindung der     Kühl-          kanalenden    können alle geeigneten Mittel ver  wendet werden. In dem in den Figuren dar  gestellten Ausführungsbeispiel. ist die Isola  tionshülle 24 der     Kühlkanäle    21 an den Kanal  enden<B>13</B> in einer Länge von etwa 2 bis<B>3</B>     ein     abgezogen. Der dadurch entstehende freie  Raum ist mit einem Halbleitermaterial ausge  füllt. Um das     hoehohmige    Halbleitermaterial  <B>30</B> in fester Berührung mit den jeweiligen  Kanälen 21 zu halten, ist das gesamte     Kühl-          kanalbündel    durch die Bandumwicklung<B>26</B>  fest verschnürt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCI-I Ständerwieklung an einer schnellaufenden elektrischen Maschine grosser axialer Länge, insbesondere an einem Turbogenerator mit direkter Leiterkühlung, bei welcher der Nut- raum von mehreren voneinander isolierten metallischen Kühlkanälen durchzogen ist, da durch gekennzeichnet, dass die Enden der Kühlkanäle auf einer oder beiden Stirnseiten der Maschine galvaniseh miteinander verbun den sind.

   <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Ständerwicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Verbindung der metallischen Kühlkanäle boehohmig ist. 2. Ständerwicklung nach Unteranspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Verbindung der metallischen Kühlkanäle durch Halbleiterwiderstände erfolgt. <B>3.</B> Ständerwicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühl kanäle mittels einer Bandumwieklung zu einem Kühl.kanalbündel zusammengefasst sind.

   4. Ständerwicklung nach Unteranspruch<B>3,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kühlkanäle eines Kühlkanalbündels für sieh galvanisch verbunden sind. <B>5.</B> Aus Roebelstäben aufgebaute Ständer- wicklung nach Unteransprueli <B>3,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass das Kühlkanalbündel zwi- sehen zwei den Nutleiter bildenden Roebel- stäben angeordnet ist.