Ankerwicklungsstab
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ankerwicklungs stab für elektrische Maschinen mit hoher magnetischer Feld induktion, welcher aus mindestens zwei Gruppen von fla chen Teilleitern besteht, die derart miteinander verdrillt sind, dass jeder Teilleiter durch sämtliche Stellen des Stab querschnittes geführt wird.
In Zukunft zu erwartende Synchrongeneratoren grosser
Leistung werden mit einem Induktor ausgerüstet sein, dessen Erregerwicklung im supraleitenden Bereich arbeitet.
Damit erübrigen sich magnetische Eisenwege und die An kerwicklungsstäbe werden dem gesamten Hauptfeld ausgesetzt sein.
Auch Turbogeneratoren konventioneller Bauart und grosser Leistung weisen einen breiten Luftspalt auf, der durch die Forderung nach einer Mindestgrösse des Kurzschlussverhältnisses bedingt ist. Da andererseits die transiente Reaktanz einen gegebenen Höchstwert nicht überschreiten soll, ist es sinnvoll, einen Teil der Wicklungsstäbe im Luftspalt anzuordnen.
Solche, ausserhalb des Ankereisens angeordnete Wicklungsstäbe werden vom Hauptfeld und einem starken Querfeld durchsetzt.
Die Aufteilung des Stabquerschnittes in Einzelleiter, wie sie in bekannten Seilstäben wie z. B. bei Roebelstäben, Schrankstäben etc. durchgeführt wird, genügt daher nicht mehr, um die in den stromführenden Einzelleitern hervorgerufenen Wirbelströme und die damit verbundenen Zusatzverluste hinreichend klein zu halten.
Die an sich bekannte Unterteilung der Ankerleiter in Teilleiter, die seilförmig verdrillt sind, führt dazu, dass die in den einzelnen koaxialen Teilleiterschichten vom rotierenden Hauptfeld induzierten Spannungen nicht gleich gross sind und Ausgleichsströme (Schlingströme) in den Teilleitern fliessen können. Durch die Verwendung von nur einer Schicht von Teilleitern kann dieser Nachteil behoben werden. Um für den Stromdurchgang genügend Kupferquerschnitt zur Verfügung zu haben, müssen die Teilleiter jedoch dicker ausgeführt werden und damit steigen wieder die in ihnen induzierten Wirbelstromverluste.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Ankerleiter hinreichend unterteilt. Da diese Teilleiter längs des aktiven Eisens achsparallel geführt werden, induziert das Hauptfeld in ihnen Spannungen, die wesentlich voneinander abweichen. Die einzelnen Teilleiter müssen also getrennt und von einander isoliert mit Teilleitern der korrespondierenden Spulenseite verbunden werden, wobei ganz bestimmte Verdrillungsvorschriften im Wickelkopf zu beachten sind. Eine vollständige Kompensation der zwischen den Teilleitern entstehenden Spannungen ist nicht möglich, so dass trotz einer sehr aufwendigen Wicklungskonstruktion Schlingstromverluste entstehen.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Ankerwicklungsstabes, der diese Nachteile nicht aufweist.
Der erfindungsgemässe Ankerwicklungsstab ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilleiter aus einer Vielzahl von voneinander elektrisch isolierten, miteinander verdrillten Elementarleitern besteht.
Damit sich innerhalb der Teilleiter keine oder nur ganz geringe Schlingströme bilden können ist es zweckmässig, dass die Elementarleiter jedes Teilleiters derart miteinander verdrillt sind, dass jeder oder zumindest die Mehrzahl der Elementarleiter sämtliche Stellen des Teilleiterquerschnittes gleichmässig oft durchläuft.
Vorteilhafterweise besteht jeder Teilleiter aus einer Vielzahl von auf einen rechteckförmigen Teilleiterquerschnitt zusammengepressten und voneinander isolierten Elementarleitern.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen wassergekühlten Roebelstab;
Fig. 2 bis 5 ein Verfahren zur Herstellung der Teilleiter;
Fig. 6 einen Querschnitt durch einen mit einem Kühlrohr versehenen Teilleiter;
Fig. 7 einen Querschnitt analog Figur 6, jedoch mit verpressten Elementarleitern;
Fig. 8 einen Querschnitt analog Fig. 6, jedoch mit einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Elementarlei tern;
Fig. 9 eine Seitenansicht auf einen Teil eines mit einem Kühlrohr und gekröpften Elementarleitern versehenen Teilleiters; und
Fig. 10 einen Schnitt gemäss der Linie X-X in Fig. 9.
Der in Fig. 1 dargestellte Roebelstab besteht aus zwei Gruppen a und b von flachen Teilleitern 1, die derart miteinander verdrillt sind, dass jeder Teilleiter durch sämtliche Stellen des Stabquerschnittes geführt wird.
Zur Innenkühlung des Roebelstabes sind zwischen den Teilleitern 1 vier Hohlleiter 2 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums vorgesehen.
Um zu verhindern, dass infolge der ungleichmässigen Feldverteilung über den Querschnitt der Teilleiter zwischen Teilen ein und desselben Leiters Potentialdifferenzen auftreten, die sich im Innern des Leiters ausgleichen und zu starken Wirbelströmen führen, besteht nun jeder der Teilleiter 1 aus einer Vielzahl von voneinander elektrisch isolierten, miteinander verdrillten Elementarleitern 3. Um die Schling- ströme, die sich innerhalb eines Teilleiters ausbilden könnter weitgehend zu unterdrücken, werden die Elementarleiter derart miteinander verdrillt, dass jeder der Elementarleiter sämtliche Stellen des Teilleiters möglichst gleichmässig oft durchläuft. Somit ist jeder Teilleiter 1 des Roebelstabes als Seilleiter ausgebildet.
Jeder Elementarleiter 3 jedes Teilleiters ist vom benachbarten Elementarleiter isoliert und ursprünglich mit rundem Querschnitt versehen.
Die Teilleiter 1 werden bei ihrer Herstellung auf den gewünschten Rechteck-Querschnitt gewalzt oder gepresst, und dabei werden so hohe Drücke angewendet, dass die Elementarleiter einen polygonartigen Querschnitt annehmen und ein Füllgrad des so erzeugten Teilleiters von über 66 /0 entsteht.
In den Fig. 2 bis 5 ist ein beispielsweises Verfahren zur Herstellung eines Teilleiters dargestellt. Gemäss diesem wird von einem Kranz Elementarleiter 3a mit rundem Querschnitt ausgegangen (Fig. 2), die schraubenlinienförmig auf ein die Form eines Dornes 4 aufweisendes Hilfswerkzeug aufgewickelt werden. Danach werden die Elementarleiter 3a auf einen flachen Teil 4' des Dornes (Fig. 3) und schlussendlich ganz von diesem abgezogen, so dass ein einlagiges Flachseil (Fig. 4) entsteht. Dieses derart hergestellte Flachseil wird danach durch Walzen oder Pressen verdichtet (Fig.
5), um einen guten Füllgrad des Teilleiters zu erzielen.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann anstatt eines Dornes auch ein Kühlrohr 5 benützt werden, um die Elementarleiter 3 schraubenlinienförmig auf diesem anzuordnen.
Zur Erzielung eines guten Füllgrades kann man den Hohlleiter 5 des in Fig. 6 dargestellten Teilleiters mit einem druckfesten Füllstoff füllen und den gesamten Teilleiter pressen, bis die Elementarleiter 3 wie aus Fig. 7 ersichtlich, einen weitgehend rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Anstatt wie gemäss Fig. 6 Elementarleiter 3 mit runden Querschnitt zu verwenden können, wie aus Fig. 8 ersichtlich, auch solche mit rechteckförmigem Ausgangsquerschnitt verwendet werden, um einen besseren Füllgrad und eine geringere notwendige Pressung zu erzielen.
Bei dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Teilleiter verlaufen die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Elementarleiter 3 nicht mehr als Kranz um den Kühlleiter 5, sondern weisen auf den beiden Schmalseiten des letzteren Kröpfungen 6 auf, um den Übergang von einer Kühlleiter Breitseite auf die andere in regelmässigen Abständen zu ermöglichen.
Gemäss einer anderen möglichen Ausführungsform können die Teilleiter in bekannter Weise als Roebel- oder Schränkstab ausgeführt sein.
Armature winding rod
The present invention relates to an armature winding rod for electrical machines with a high magnetic field induction, which consists of at least two groups of fla chen sub-conductors that are twisted together such that each sub-conductor is cross-sectioned through all points of the rod.
Synchronous generators to be expected in the future will be larger
Power will be equipped with an inductor whose excitation winding works in the superconducting range.
This eliminates the need for magnetic iron paths and the armature winding rods are exposed to the entire main field.
Turbogenerators of conventional design and high output also have a wide air gap, which is due to the requirement for a minimum size of the short-circuit ratio. On the other hand, since the transient reactance should not exceed a given maximum value, it makes sense to arrange some of the winding bars in the air gap.
Such winding bars arranged outside the anchor iron are penetrated by the main field and a strong transverse field.
The division of the rod cross-section into individual conductors, as in known rope rods such. B. is carried out in Roebel bars, cabinet bars, etc., is therefore no longer sufficient to keep the eddy currents caused in the current-carrying individual conductors and the associated additional losses sufficiently small.
The well-known division of the armature conductors into sub-conductors, which are twisted in the form of a rope, means that the voltages induced by the rotating main field in the individual coaxial sub-conductor layers are not equally large and compensating currents (loop currents) can flow in the sub-conductors. This disadvantage can be eliminated by using only one layer of partial conductors. In order to have enough copper cross-section available for the passage of current, however, the sub-conductors must be made thicker and the eddy current losses induced in them increase again.
In another embodiment, the armature conductors are sufficiently subdivided. Since these sub-conductors are run axially parallel along the active iron, the main field induces voltages in them that differ significantly from one another. The individual sub-conductors must therefore be separated from each other and connected to sub-conductors on the corresponding coil side, insulated from one another, with very specific twisting regulations in the end winding to be observed. A complete compensation of the voltages arising between the partial conductors is not possible, so that loop current losses occur despite a very complex winding construction.
The purpose of the invention is to create an armature winding bar which does not have these disadvantages.
The armature winding bar according to the invention is characterized in that each sub-conductor consists of a multiplicity of elementary conductors that are electrically insulated from one another and twisted together.
So that no or only very small loop currents can form within the subconductors, it is advisable that the elementary conductors of each subconductor are twisted with one another in such a way that each or at least the majority of the elementary conductors pass through all points of the subconductor cross-section evenly.
Advantageously, each sub-conductor consists of a multiplicity of elementary conductors which are pressed together on a rectangular sub-conductor cross-section and insulated from one another.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example. Show it:
1 shows a cross section through a water-cooled Roebel rod;
FIGS. 2 to 5 show a method for producing the sub-conductors;
6 shows a cross section through a sub-conductor provided with a cooling tube;
7 shows a cross section similar to FIG. 6, but with pressed elementary conductors;
8 shows a cross section similar to FIG. 6, but with Elementarlei having a rectangular cross section;
9 shows a side view of part of a partial conductor provided with a cooling tube and cranked elementary conductors; and
FIG. 10 shows a section along the line X-X in FIG. 9.
The Roebel bar shown in FIG. 1 consists of two groups a and b of flat sub-conductors 1, which are twisted with one another in such a way that each sub-conductor is passed through all points of the cross-section of the bar.
For internal cooling of the Roebel rod, four waveguides 2 are provided between the partial conductors 1 for the passage of a liquid or gaseous cooling medium.
In order to prevent potential differences occurring between parts of one and the same conductor as a result of the uneven field distribution over the cross-section of the sub-conductors, which equalize each other inside the conductor and lead to strong eddy currents, each of the sub-conductors 1 now consists of a large number of electrically insulated, elementary conductors twisted together 3. In order to largely suppress the loop currents that could develop within a sub-conductor, the elementary conductors are twisted together in such a way that each of the elementary conductors passes through all points of the sub-conductor as often as possible. Thus, each sub-conductor 1 of the Roebel bar is designed as a rope conductor.
Each elementary conductor 3 of each sub-conductor is insulated from the neighboring elementary conductor and originally provided with a round cross-section.
The sub-conductors 1 are rolled or pressed to the desired rectangular cross-section during their manufacture, and the pressures applied are so high that the elementary conductors assume a polygonal cross-section and the resulting sub-conductor has a filling level of over 66/0.
In FIGS. 2 to 5, an exemplary method for producing a sub-conductor is shown. According to this, a wreath of elementary conductors 3a with a round cross section is assumed (FIG. 2), which are wound helically onto an auxiliary tool having the shape of a mandrel 4. The elementary conductors 3a are then placed on a flat part 4 'of the mandrel (FIG. 3) and finally pulled off completely from it, so that a single-layer flat cable (FIG. 4) is created. This flat rope produced in this way is then compacted by rolling or pressing (Fig.
5) in order to achieve a good degree of filling of the partial conductor.
As can be seen from FIG. 6, instead of a mandrel, a cooling tube 5 can also be used in order to arrange the elementary conductors 3 helically thereon.
To achieve a good degree of filling, the waveguide 5 of the subconductor shown in FIG. 6 can be filled with a pressure-resistant filler and the entire subconductor can be pressed until the elementary conductors 3, as shown in FIG. 7, have a largely rectangular cross section.
Instead of using elementary conductors 3 with a round cross-section, as shown in FIG. 6, as can be seen from FIG. 8, those with a rectangular starting cross-section can also be used in order to achieve a better degree of filling and less pressure required.
In the sub-conductor shown in FIGS. 9 and 10, the elementary conductors 3, which have a rectangular cross-section, no longer run as a ring around the cooling conductor 5, but have cranks 6 on the two narrow sides of the latter, around the transition from one cooling conductor to the other at regular intervals.
According to another possible embodiment, the sub-conductors can be designed in a known manner as Roebel or twist rods.