Wechselstrommaschine mit verdrillten Wicklungsstäben, insbesondere Turbogenerator Bei den Wicklungen von Generatoren grosser Lei stung, insbesondere Turbogeneratoren, werden im Stator verdrillte Stäbe angewendet. Man verhindert dadurch die Bildung von Wirbelströmen im Streu feld der Nuten. Die Verdrillung ist so ausgeführt, dass die von den einzelnen Teilleitern umschlossenen Streufelder in Summe Null ergeben und infolgedessen keine elektromotorischen .Kräfte induziert werden können. Für den aktiven Teil mit seinen in den Nu ten liegenden Stabteilen ist diese Aufgabe mit ver drillten Leitern, z.
B. bei Stäben nach der Bauart Roebel, exakt gelöst.
In den ausserhalb dem aktiven Eisen im Stirn raum liegenden Stabteilen treten aber auch Felder auf, die bei unverdrillten, parallel laufenden Teillei tern, wie in Fig. 1 dargestellt, nicht kompensiert sind. Es werden durch die Felder im Stirnraum Schling- ströme erzeugt, welche den Stab nicht nur im Wickel kopf sondern auch in der Nut zusätzlich belasten.
In Fig. 1 bedeuten C-C'-D'-D den innerhalb der Nut liegenden Teil und A'-C'-C-A, D'-F'-F-D die ausserhalb der Nut liegenden Wickelkopfteile. Der Streufluss ist mit (D, bezeichnet.
Man hat deshalb auch Verdrillungen im Wickel kopf ausgeführt ; es hat sich aber gezeigt, dass ihre Wirkung nicht mit der gleichen Sicherheit vorausbe stimmt werden kann wie im Nutenteil. Die Ursache liegt in der ungleichmässigen räumlichen Verteilung der magnetischen Feldvektoren des Stirnraumes.
Im allgemeinen genügt eine gleichmässige Verdril- lung nur dann der Forderung der vollen Kompensa tion der Kraftflussverkettungen, wenn die Feldstär ken in Längsrichtung des Stabes gleichmässig verlau fen. Da diese Bedingung im Stirnraum nicht erfüllt ist, kann eine gleichmässige Verdrillung nicht genü- gend wirksam sein.
Man hat deshalb auch ungleich- mässig über die Wickelkopflänge verteilte Verdril- lungen vorgeschlagen, die aber zu schwierig herzu stellenden Konstruktionen führen.
Der Zweck der Erfindung ist daher, bei einfacher Stabherstellung eine Verdrillungsart zu erreichen, bei welcher die ungleichmässige Feldverteilung berück sichtigt werden kann. Zum Verständnis der Erfindung muss aber noch zuerst auf folgende Eigenschaft der Stirnraumfelder hingewiesen werden. Bei den Fel dern, deren Komponente senkrecht zur Stabfläche hindurchtreten, sind grundsätzlich zwei verschiedene Fälle möglich.
Der erste Fall gilt hauptsächlich für den Bereich der Stäbe in Ballennähe, wo die Stäbe in axialer Richtung aus, den Nuten kommen. In diesem Bereich liegen unter den Statorstäben die Rotor spulen. Sie verlaufen ebenfalls in axialer Rich tung.
Im Kurzschlusslauf, durch welchen ja die Zusatzverluste bestimmt werden, sind die Durch- flutungen von Stator und Rotor gleich gross und entgegengesetzt. Die Streuflussverteilung entspricht hier derjenigen des Transformators gemäss Fig. 2a, wo S die Statorwicklung, R die Rotorwicklung und B die Feldverteilung ist. Das heisst, sie verläuft zwi schen den beiden Wicklungen mit grösster Feldstärke und nimmt nach aussen hin mit der radialen Stärke der Wicklung ab.
Für die Statorwicklung ist die räum liche Feldverteilung somit die gleiche wie in der Nut, nur die Feldstärken sind verschieden. Für die Kom- pensierung dieses Feldes gelten also auch dieselben Gesetze der Verdrülung.
Beim zweiten Fall gilt die Feldverteilung einer Stabreihe nach Fig. 2b. Die von der Rotorwicklung weiter entfernt liegenden Stator-Wicklungsteile S' werden von der Rotordurchflutung kaum mehr be- einflusst. Vorherrschend ist hier der Einfluss des Eigenfeldes der Selbstinduktion. Bei der üblichen Zweischichtwicklung entsteht zwar auch eine gegen seitige Induktion der beiden Stabschichten im Wick lungskonus.
Das von der Nachbarschicht erzeugte Fremdfeld würde bei parallelem Verlauf eine starke Verkettung ergeben. Da sich aber die Stabschichten im Gitterkorb des Wickelkopfes kreuzen, ist der Ein- fluss der gegenseitigen Induktion sehr gemildert.
Die Verteilung der Feldstärke ist über die Stab länge beim Eigenfeld konstant, beim Fremdfeld der gegenseitigen Induktion veränderlich. Da der erste Anteil bei weitem überwiegt, kann mit ungefähr gleichmässig verteiltem Mittelwert gerechnet werden, ebenso wie für den geraden axial verlaufenden Teil des Wickelkopfes.
Nach dieser Darstellung wäre es naheliegend, den Stab so zu unterteilen, dass jeder der verschiedenen Teile für sich verdrillt wird. Es ergäbe sich dann eine Anordnung wie sie Fig. 3 zeigt. Hier ist der aktive Teil im Rechteck C D D'<B>C</B> durch die Verdrillung um 3600 voll kompensiert. Die beiden geraden Teile B C<B><I>C</I></B> B' und D E E' D' sind zusammen ebenfalls 360o verdrillt. Ähnlich ist es mit den beiden Recht ecken A B B' A' und E F F'<B>E</B>, so dass der ganze Stab praktisch feldfrei und die Entstehung von Schlingströmen verhindert wäre.
Ein Stab dieser Art wäre aber sehr umständlich und aufwendig in der Herstellung. Gemäss der Erfin dung wird die gleiche Wirkung in wesentlich einfa cherer Weise dadurch erreicht, dass die Wicklungs- stabteile im Blechpaket eine 360,1-Verdrillung auf weisen, die über die aktive Eisenbreite hinaus soweit verlängert ist, als für den Streufeldausgleich der aus den Nuten in axialer Richtung tretenden Stabteile notwendig ist,
und dass gleichzeitig zum Ausgleich der gekrümmten Wicklungskopfteile in diesen auf beiden Seiten eine 180o-Verdrillung vorgesehen ist.
Die Anordnung gemäss der Erfindung ist in Fig. 4 beispielsweise veranschaulicht, woraus ersicht lich ist, dass an Stelle von 6 hintereinander liegenden 180o-Verdrillungen (Fig. 3) nur noch 4 notwendig sind.
Der Feldausgleich innerhalb B E E' B' wird mit einer 3600-Verdrillung im aktiven Teil dadurch er reicht, dass die Verdrillungslänge grösser ist als die aktive Eisenlänge.
In der Fig. 4 ist die aktive Eisenlänge mit 21a, die Verlängerung der Verdrillung mit 2x und der ge rade axiale Stabteil im Stirnraum einseitig mit 1n an gegeben.
Die Feldstärke Ba des Streufeldes in halber Nut höhe ist bei der Stabwicklung bekanntlich
EMI0002.0043
wo J der Stabstrom und b,t. die Nutenbreite bedeutet. Ausserhalb des Eisens ist die Feldstärke B, klei ner, und zwar ist
EMI0002.0048
wenn i" die Nutteilung in halber Nuthöhe bedeutet. Der Kraftfluss (D1 kann anhand Fig. 5 für die beiden Stäbe einer Nut bestimmt werden.
Die mittlere Feldstärke des Stabes am Nutengrund ist
EMI0002.0056
ausser- halb des Eisens
EMI0002.0059
Der mit dem Dreieck P P'0 verkettete Fluss ist
EMI0002.0061
In ähnlicher Weise findet man für
EMI0002.0062
Wenn e1 -f- (D. -f- 453 Null werden soll, so muss<B>65</B>
EMI0002.0068
Mit den Bezeichnungen
EMI0002.0069
Das Längenverhältnis y ist sehr klein gegen ss, dem Verhältnis der mittleren Nutteilung zur Nut breite.
Man kann also statt
EMI0002.0072
setzen. Für s erhält man dann
EMI0002.0074
als Bestimmungsgleichung für x=elQ unter der Bedingung, dass + ( g + D3 = d wird.
Dasselbe gilt sinngemäss für den, Stab an der Nutöffnung.
Es ist somit unter Einhaltung obiger Beziehung möglich den Bereich des aktiven Teiles mit dem des geraden Teiles, ausserhalb des Eisens durch eine ein zige Verdrillung um 3600 so zu kompensieren, dass der Stab für beide Bereiche der Streufelder ausgegli chen ist.
Die restlichen Stabteile, die in der Krümmung liegen, werden auf jeder Seite entsprechend Fig. 4 um 1800 verdrillt. In, der Fig. 4 sind dies die Recht ecke A B B' A' und E F FE.