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PATENTANSPRUCH
Stator-Wicklungsstab einer elektrischen Wechselstrommaschine, der über die Stablänge verlaufende, isolierte Leiter aufweist, die in zwei Reihen angeordnet und im für die Statornut vorgesehenen Nutenteil des Stabs verdrillt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei in ein und derselben Reihe nebeneinander liegende Leiter (1,2; 3,4 usw.) paarweise mit den übrigen Paaren verdrillt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Statorwicklungs stab einer elektrischen Wechselstrommaschine.
Besonders vorteilhaft wirkt sich der vorgeschlagene Stator wicklungsstab bei langsamlaufenden Wasserkraftgeneratoren aus.
In der Praxis des Elektromaschinenbaus wird allgemein in den Statorwicklungsstäben elektrischer Wechselstrommaschinen zum Zweck der Beseitigung von Zusatzverlusten infolge der in den Teilleitern der Stäbe fliessenden Ausgleichsströmen eine Verdrillung dieser Teilleiter, d.h. eine Lagenänderung jedes Leiters der Stabhöhe nach in dessen Statornute verwendet.
Es ist ein Statorwicklungsstab einer elektrischen Maschine bekannt (CH-PS 526872), der aus isolierten Teilleitern besteht, die der Stabhöhe nach in vier Reihen angeordnet sind. In diesem bekannten Statorwicklungsstab ist eine Verdrillung der Teilleiter derart vorgesehen, dass die Teilleiter aus der ersten vertikalen Reihe in die dritte, aus der zweiten in die vierte und umgekehrt hinüberwechseln. Dabei sind zwei nebeneinander liegende Teilleiter, die in zwei anliegenden vertikalen Reihen angeordnet sind (der ersten und zweiten bzw. der dritten und vierten), an einer und derselben Stelle des Wicklungsstabes gemeinsam gebogen.
Die gemeinsam gebogenen Teilleiter, die auf einem Niveau der Stabhöhe nach jedoch in verschiedenen vertikalen Reihen liegen, haben nicht identische Abmessungen, da ihr Biegeradius verschieden ist: der Aussenbiegeradius des einen Leiters muss dem Innenbiegeradius des anderen Leiters entsprechen. Der Verdrillungsschritt der Teilleiter bei einer Verdrillung um 360 elektrische Grade ist gleich der Länge des Nutenteils im Statorkern, dividiert durch die doppelte Leiterzahl in einer vertikalen Reihe.
Der bekannte Aufbau des Stabs kann daher nur in elektrischen Maschinen mit sehr breiten Nuten im Stator, die ausschliesslich bei sehr hohen Strömen in den Wicklungsstäben zulässig sind, verwendet werden. Solch hohe Ströme treten aber nur bei Turbogeneratoren auf. In Maschinen mit niedrigeren Drehzahlen als Turbogeneratoren ist dieser Stabaufbau nicht verwendbar, da in diesen Maschinen keine so hohen Ströme durch die Stäbe der Statorwicklung fliessen, und deshalb die Nuten im Statorkern üblicherweise wesentlich schmä ler sind, wobei die Teilleiter des Stabs stets in zwei Reihen angeordnet werden.
Es ist ferner ein Wicklungsstab für die Statorwicklung einer elektrischen Wechselstrommaschine bekannt (vgl. das Buch Dombrowski i dr. Proektirovanie gidrogeneratorov Energia , Leningrad 1965, s 38/Dombrowski, W.W. u.a. Entwurf von Wasserkraftgeneratoren , Verlag Energie , Leningrad, 1965,S.38), der über die Stablänge verlaufende und in zwei Reihen angeordnete isolierte Teilleiter enthält, wobei die Anzahl der Leiter in jeder Reihe gleich ist. In diesem Stab wird eine Verdrillung der Teilleiter im Nutenteil des Stabs um 360 elektrische grade verwendet, d.h. jeder isolierte Leiter ändert seine Lage über die Stabhöhe im Bereich des Nutenteils so, dass er nacheinanderfolgend sämtliche Lagen in beiden Reihen einnimmt. Dabei hat jeder Leiter in den Wickelkopfteilen an bei den Enden des Stabs eine gleiche Lage.
Der Abstand über die Stablänge, der für die Überführung jedes Teilleiters in die Stelle, die der ihm nebenliegende Leiter in der Reihe einnimmt, erforderlich ist, wird als Verdrillungsschritt bezeichnet. Zur Verdrillung um 360 elektrische Grade beträgt der Verdrillungsschritt L/n, wobei L die Länge des in die Statornute zu liegen kommenden Nutenteils des Stabs und n die Gesamtanzahl der Teilleiter im Stab ist.
In einem solchen Stab gewährleistet die Verdrillung der Leiter um 360 elektrische Grade im Nutenteil eine Gleichheit der in den Leitern induzierten EMK, in den Wickelkopfteilen ist jedoch bei einer gleichbleibenden Lage der Teilleiter in bezug auf die externen Magnetflüsse das Auftreten unterschiedlicher EMK in den einzelnen Leitern unvermeidlich. Da aufbaumässig sämtliche Leiter im Stabkopf gemeinsam verlötet werden, so ergibt sich, dass sie parallel zueinander mit, wie oben angegeben, unterschiedlichen EMK geschaltet sind. Das bedingt ein Auftreten von Ausgleichsströmen im Innern des Stabs.
Mit dem Anstieg der Leistung und der elektromagnetischen Belastungen elektrischer Maschinen, ist auch ein Anstieg der Magnetflussdichte in den Stirnseitenzonen des Stators und der dadurch bedingten Zusatzverluste in der Wicklung infolge der Ausgleichsströme zu verzeichnen.
In der Praxis werden diese Verluste mit den Grundverlusten in der Wicklung vergleichbar, wodurch erstens das Auftreten von gefährlichen lokalen Erwärmungen und eine Lebensdauerverminderung der Wicklungsisolation, zweitens eine Begrenzung der weiteren Erhöhung elektromagnetischer Belastungen und damit der Maschinenleistung und drittens eine Verschlechterung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschinen bedingt wird.
Dieser Nachteil ist im Aufbau eines weiteren bekannten Stabs einer Statorwicklung elektrischer Wechselstrommaschinen beseitigt (vgl. das Buch W.W. Titow i.d. Turbogeneratory, Raschet i dr. Energia, Leningrad 1967, s 155,Titow, W.W. u.a.
Turbogeneratoren, Berechnung und Konstruktion Verlag Energie Leningrad,1967, 155, Abb. 3-3). Dieser weitere, vorbekannte Stab ist in gleicher Weise wie der letzte beschriebene Stab mit der einzigen Ausnahme ausgeführt, dass die Verdrillung der Teilleiter hier um 540 elektrische Grade erfolgt, bei der nach dem Abschluss des vollen Zyklus der Leiterverdrillung um 360 elektrische Grade noch ein halber Zyklus dieser Verdrillung ausgeführt wird, wobei jeder Teilleiter im Wickelkopfteil an einem Stabende nach der Verdrillung eine entgegengesetzte Lage gegenüber seiner Lage im Wickelkopfteil am anderen Stabende vor der Verdrillung einnimmt. Zum Beispiel wird der Oberleiter vor der Verdrillung zum Unterleiter nach der Verdrillung und umgekehrt.
Die Verdrillung der Stableiter um 540 elektrische Grade hat gestattet, die in den Teilleitern in den Wickelkopfteilen des Stabs aufgebrachten EMK in einem bedeutenden Mass zu kompensieren und dadurch die Ausgleichsströme stark herabzusetzen.
Der Nachteil dieses Stabs besteht im begrenzten Verwendungsgebiet desselben. Insbesondere können solche Stäbe für Statorwicklungen langsamlaufender elektrischer Maschinen, z.B. Wasserkraftgeneratoren, deren Statoren eine relativ kurze Eisenkernlänge (in der Regel nicht mehrt als 2,5 Meter) aufweisen, nicht hergestellt werden. Zur Ausführung der Leiterverdrillung um 540 elektrische Grade in den Stäben der Statorwicklung einer solchen Maschine ist ein so geringer Verdrillungsschritt der Leiter erforderlich, dass er praktisch unausführbar wird, d.h. es ist physikalisch unmöglich die Leiter um einen solchen geringen Winkel zu verbiegen.
Bei der Konstruktion von Stäben für Statorwicklungen langsamlaufender elektrischer Maschinen muss also widersprüchlichen Anforderungen Genüge geleistet werden: einerseits ist zur Herabsetzung der Zusatzverluste und lokaler
Erwärmungen durch Ausgleichsströme die Verwendung einer Verdrillung der Stableiter um 540 elektrische Grade wünschbar, und anderseits muss ein annehmbarer Verdrillungsschritt, d.h. die Sicherheit der Wicklung und die Technologiegerechtigkeit zur Fertigung der Stäbe gewährleistet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Statorwicklungsstab einer elektrischen Wechselstromaschine der eingangs genannten Art mit einer solchen gegenseitigen Anordnung der Teilleiter zu schaffen, dass eine Herabsetzung der Zusatzverluste und der lokalen Erwärmung durch die Ausgleichsströme bei der Verwendung dieses Stabs in der Wicklung eines Stators mit relativ kurzem Eisenkern gewährleistet ist, wodurch der Wirkungsgrad und die Sicherheit der elektrischen Maschine unter Beibehaltung der Technologiegerechtigkeit zur Fertigung des Stabs verbessert werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im vorgeschlagenen Statorwicklungsstab, der über die Stablänge verlau- fende isolierte Leiter enthält, die in zwei Reihen angeordnet und im für die Statornut vorgesehenen Nutenteil des Stabs verdrillt sind, erfindungsgemäss jeweils zwei in ein und derselben Reihe nebeneinander liegende Leiter paarweise mit den übrigen Paaren verdrillt sind.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen im folgenden: Erstens wird durch die gemeinsame Verdrillung zweier in einer Reihe nebeneinander liegender Leiter des Stabs der Verdrillungsschritt verdoppelt, wodurch sich die Möglichkeit zur Verwendung der Verdrillung um 540 elektrische Grade für Statorwicklungen langsamlaufender elektrischer Maschinen ergibt, die relativ kurze Eisenkerne aufweisen, bei denen eine Ausführung der üblichen Verdrillung um 540 elektrische Grade über einen Leiter wegen des dabei erforderlichen sehr geringen Ver drillungsschritts unmöglich ist. Infolge der Verwendung einer paarweisen Verdrillung der Leiter des Stabs um 540 elektrische Grade werden die Zusatzverluste und die lokalen Erwärmungen durch die Ausgleichsströme im Stab herabgesetzt und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine wird verbessert.
Zweitens führt die Vergrösserung des Verdrillungsschrittes der Leiter zu einer Vereinfachung der Fertigungstechnologie der Stäbe und zu einer höheren Güte der Statorwicklung.
Und zuletzt ergibt sich in elektrischen Maschinen mit sehr kurzem Statorkern, in denen üblicherweise Statorwicklungen des Spulentyps verwendet werden, die Möglichkeit zur Verwendung einer Statorwicklung mit Benutzung des erfindungsgemässen Stabs, in dem eine gemeinsame Verdrillung zweier in einer Reihe nebenliegenden Leiter um 360 elektrische Grade ausgeführt ist.
Im folgenden wird die Erfindung durch eine ausführliche Beschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben mit Hinweisen auf die beigelegten Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Stab der Statorwicklung einer elektrischen Wechselstrommaschine mit Querschnitt im Wickelkopfteil,
Fig. 2 die Ansicht des in der Fig. 1 dargestellten Stabs mit entfernter Isolation von der Seite der Breitkante des Stabs und
Fig. 3 die Ansicht des in der Fig. 1 dargestellten Stabs mit entfernter Isolation von der Seite der Schmalkante des Stabs.
Der dargestellte Stab für die Statorwicklung einer elektrischen Wechselstrommaschine hat einen rechtwinkligen Quer schnitt und enthält zwanzig isolierte Teilleiter 1,2,3.. .20 (Fig. 1), die über die Stablänge verlaufen und der Stabhöhe nach in zwei vertikalen Reihen angeordnet sind, zwischen denen eine Isolierzwischenlage 21 untergebracht ist, wobei in jeder Reihe zehn Leiter, d.h. eine gerade Zahl von Leitern, liegt Von aussen ist der Stab mit der Nutisolation 22 überzogen.
Zur bequemen Darlegung werden im weiteren die vertikalen Reihen als linke und rechte Reihe in bezug auf die Fig. 1 bezeichnet. Die Leiter 1-20 werden im Nutenteil 23 des Stabs verdrillt, d.h. sie ändern ihre Lage im Bereich der Stablänge über dessen Höhe mit Übergängen aus der linken Reihe in die rechte und umgekehrt, wobei nebenliegender Leiter, z.B. die Leiter 1 und 2, einer und derselben Reihe paarweise gemeinsam verdrillt werden.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Stabs mit Verdrillung der Leiter 1-20 um 540 elektrische Grade dargestellt, wobei die Fig. 2 die Ansicht eines unisolierten Stabs von der Seite dessen Breitkante und die Fig. 3 von der Seite der Schmalkante darstellt.
Zwecks einer übersichtlicheren.I1lustration des Wesens der Erfindung sind in den Fig. 2,3 nicht alle Leiter 1-20, sondern nur einzelne, aus der Gesamtanzahl beliebig ausgewählte Leiter dargestellt.
Die Verdrillung der Leiter 1-20 um 540 elektrische Grade erfolgt folgenderweise. Die Länge L des Nutenteils 23 des Stabs wird in drei Strecken 11,12,13 unterteilt. Die Länge jeder Strecke 11 und 13 entspricht einem Viertel der Länge L des Nutenteils 23 des Stabs und die Länge der Strecke 12 der Hälfte von der Länge L des Nutenteils 23.
Die Leiter 1 und 2, die im Wickelkopfteil 24 (Fig. 2) an einem Ende des Stabs die Oberleiter in der linken Reihe bilden, werden am Anfang der Verdrillung gemeinsam durch eine Abbiegung in die rechte Reihe an die Stellen überführt, die vor der Verdrillung durch die Leiter 11, 12 (Fig. 1) besetzt waren, wobei der Leiter 1 die Stelle des Leiters 11 und der Leiter 2 die Stelle des Leiters 12 einnimmt. Die Leiter 11 und 12 werden ihrerseits nach unten an die Stellen der Leiter 13 bzw. 14 versetzt, die desgleichen nach unten an die Stellen der Leiter 15 bzw. 16 überführt werden usw.
Die Leiter 19,20, die im Wickelkopfteil 24 (Fig 2) am gleichen Ende des Stabs die untere Lage in der rechten Reihe einnehmen, werden am Anfang der Verdrillung gemeinsam durch eine Abbiegung in die linke Reihe an die Stelle überführt, die vor der Verdrillung durch die Leiter 9 bzw. 10 (Fig. 1) besetzt war, welche ihrerseits nach oben an die Stelle der Leiter 7 bzw.
8 überführt werden usw., so lange bis die Leiter 3 und 4 die von den Leitern 1 bzw. 2 freigegebenen Stellen einnehmen.
Die Länge der Strecke t (Fig. 2), in deren Bereich jedes Paar der in einer vertikalen Reihe angeordneten nebenliegenden Leiter, z.B. die Leiter 3 und 4, ihre Lage so ändert, dass es an die Stelle kommt, welche am Anfang der Verdrillung durch das ihm anliegende Leiterpaar in derselben Reihe, z.B. durch die Leiter 1 und 2, besetzt war, wird als Verdrillungsschritt bezeichnet, der bei der paarweisen Verdrillung um 540 elektrische Grade an den Strecken 11 und 13 dem Verhältnis L/n, wo L die Länge des Nutenteils 23 des Stabs und n die Leiterzahl im Stab sind, und an der Strecke k dem Verhältnis 2lein gleich ist.
Also werden im Bereich eines Verdrillungsschritts sämtliche Leiter 1-20 (Fig. 1) paarweise im Kreis , im vorliegenden Fall im Uhrzeigersinn, versetzt, wobei jedes Paar der in einer Reihe nebenliegenden Leiter, z.B. 3 und 4,5 und 6 usw. die Lage einnimmt, welche früher ein anderes, diesem Paar vorangehendes Leiterpaar, z.B. 1 und 2,3 und 4 usw. entsprechend besetzte, wobei der Leiter 3 an die Stelle des Leiters 1 und der Leiter 4 an die Stelle des Leiters 2 kommt.
Weiterhin, wie das aus den Fig. 2,3 ersichtlich ist, bleiben die Leiter 1 und 2 im Bereich der Strecke h in der rechten Reihe, ändern jedoch allmählich ihre Lage über die Stabhöhe.
Am Ende der Strecke 11 nehmen diese Leiter die untere Lage in der rechten Reihe ein und werden dann durch das Abbiegen gemeinsam in die linke Reihe an die Stellen überführt, die in der Fig. 1 durch die Leiter 9 bzw. 10 besetzt sind.
Im Bereich der Strecke k ändern die Leiter 1 und 2 desgleichen allmählich ihre Lage über die Stabhöhe und kehren in die Ausgangsstellung zurück, die sie am Anfang der Verdrillung hatten, d.h. in die obere Lage in der linken Reihe.
Im Bereich der Strecke 13 erfolgt die Verdrillung der Leiter 1 und 2 analog der Verdrillung in der Strecke 11, wie das oben beschrieben wurde, und im Wickelkopfteil 24 am anderen Ende des Stabs werden diese Leiter zu den Unterleitern und liegen in der rechten Reihe.
Die Verdrillung der sonstigen Leiter 3-20 jeder vertikalen Reihe wird nach dem gleichen Verfahren durchgeführt.
Also nimmt jedes Paar der nebenliegenden Leiter 1-20 jeder Reihe nacheinanderfolgend sämtliche Lagen über die Stabhöhe in beiden Leiterreihen ein, so als ob es anderthalb Umdrehungen in bezug auf seine Ausgangslage vollführt.
In den Fällen, wenn der Statorkern so kurz ist, dass die Durchführung einer paarweisen Verdrillung der in einer Reihe nebenliegenden Leiter um 540 elektrische Grade wegen des technologisch nicht realisierbaren Verdrillungsschritts unmöglich ist, können diese Leiter um 360 elektrische Grade verdrillt werden. Dabei wird die Verdrillung jedes Leiterpaars, dem in den Fig. 2,3 an den Strecken 11 und 12 dargestellten Verdrillung mit dem einzigen Unterschied entsprechen, dass die Strecken li und 12 eine gleiche Länge, die der halben Länge L des Nutenteils 23 des Stabs gleich ist, sowie einen gleichen Verdrillungs schritt von 2 Lin haben.
Beim Betrieb der elektrischen Maschine sind die in jedem Paar der Leiter 1-20 des Stabs induzierten EMK dem Wert nach zwischeneinander gleich, und zwischen den Einzelpaaren der Leiter 1-20 entstehen keine Ausgleichsströme. Gleichzeitig ergibt sich dabei, dass infolge der gemeinsamen Verdrillung zweier Leiter innerhalb jedes Paars der Leiter 1-20 die durch den magnetischen Querfluss im Nutenteil 23 des Stabs bedingte
EMK unkompensiert bleibt, wodurch Ausgleichsströme zwischen den beiden Leitern jedes Paars der Leiter 1-20 entstehen.
Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass bei einer grös seren Anzahl von Teilleitern im Stab, die mehrere Zehner erreicht, die durch diese Ausgleichsströme hervorgerufenen Zusatzverluste bedeutend geringer als die Zusatzverluste sind, die es beim Übergang von der üblichen Verdrillung über einen Leiter um 360 elektrische Grade zur paarweisen Verdrillung der Leiter in einer Reihe um 540 elektrische Grade zu beseitigen gelingt. In einer Reihe von Fällen bei sehr kurzen Statorkernen (mit einer Länge in der Grössenordnung 1 Meter) gestattet die Benutzung der paarweisen Verdrillung der in der Reihe nebenliegender Leiter überhaupt Wicklungen des Stabtyps anstatt des Spulentyps zu verwenden.
Hierbei soll hervorgehoben werden, dass in den Windungen der Spulenwicklungen keine Verdrillung der Teilleiter verwendet wird, und also Ausgleichsströme zwischen den Teilleitern einer Windung stets vorhanden sind. Dabei beträgt die Anzahl der Leiter in einer Windung der Spule in der Regel mehr als vier Leiter und deshalb sind die Verluste infolge dieser Ausgleichsströme bedeutend höher als diejenigen, die beim Übergang zur gemeinsamen Verdrillung zweier Leiter in Stabwicklungen aufgebracht werden.
Also ergibt die vorliegende Erfindung für langsamlaufende elektrische Maschinen eine annehmbare Kompromisslösung zwischen der Forderung hinsichtlich einer Herabsetzung der Zusatzverluste in der Statorwicklung infolge von Ausgleichsströmen und der Forderung in bezug auf die Gewährleistung eines technologisch vertretenbaren Verdrillungsschritts der Leiter des Stabs.
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PATENT CLAIM
Stator winding rod of an electrical alternating current machine, which has insulated conductors running over the rod length, which are arranged in two rows and are twisted in the slot part of the rod provided for the stator groove, characterized in that two conductors lying next to one another in the same row (1 , 2; 3,4 etc.) are twisted in pairs with the other pairs.
The present invention relates to a stator winding rod of an AC electric machine.
The proposed stator winding rod has a particularly advantageous effect in slow-running hydropower generators.
In electrical engineering, in practice, twisting of these subconductors, i.e., to compensate for additional losses due to the equalizing currents flowing in the sub-conductors of the bars, is generally carried out in the stator winding bars of electrical AC machines. a change in position of each conductor according to the rod height used in its stator slot.
A stator winding rod of an electrical machine is known (CH-PS 526872), which consists of insulated partial conductors which are arranged in four rows according to the rod height. In this known stator winding rod, the partial conductors are twisted such that the partial conductors change from the first vertical row to the third, from the second to the fourth and vice versa. Two adjacent partial conductors, which are arranged in two adjacent vertical rows (the first and second or the third and fourth), are bent together at one and the same point on the winding rod.
The jointly bent partial conductors, which are at the same level as the rod height but in different vertical rows, do not have identical dimensions since their bending radius is different: the outside bending radius of one conductor must correspond to the inside bending radius of the other conductor. The twisting step of the partial conductors when twisted by 360 electrical degrees is equal to the length of the slot part in the stator core, divided by twice the number of conductors in a vertical row.
The known structure of the bar can therefore only be used in electrical machines with very wide slots in the stator, which are only permissible at very high currents in the winding bars. Such high currents only occur with turbogenerators. This rod structure cannot be used in machines with lower speeds than turbogenerators, since in these machines no such high currents flow through the rods of the stator winding, and therefore the slots in the stator core are usually much narrower, the partial conductors of the rod always being arranged in two rows will.
A winding rod for the stator winding of an electric alternating current machine is also known (cf. the book Dombrowski i dr. Proektirovanie gidrogeneratorov Energia, Leningrad 1965, p. 38 / Dombrowski, WW and others draft of hydropower generators, Verlag Energie, Leningrad, 1965, p.38) , which contains the insulated partial conductors running over the length of the rod and arranged in two rows, the number of conductors in each row being the same. In this rod, a twisting of the partial conductors in the groove part of the rod by 360 electrical degrees is used, i.e. each insulated conductor changes its position over the rod height in the area of the slot part so that it takes up all layers in succession in both rows. Each conductor has the same position in the end winding parts at the ends of the rod.
The distance over the rod length that is required for the transfer of each partial conductor into the position that the adjacent conductor occupies in the row is called the twisting step. For twisting by 360 electrical degrees, the twisting step is L / n, where L is the length of the groove part of the rod coming into the stator groove and n the total number of partial conductors in the rod.
In such a rod, the twisting of the conductors by 360 electrical degrees in the slot part ensures equality of the EMF induced in the conductors, but in the winding head parts, with the constituent position of the partial conductors in relation to the external magnetic fluxes, the occurrence of different EMF in the individual conductors is inevitable . Since all conductors are soldered together in the rod head, it follows that they are connected in parallel with one another, as stated above, with different EMFs. This requires the occurrence of equalizing currents inside the rod.
With the increase in power and the electromagnetic loads on electrical machines, there is also an increase in the magnetic flux density in the end face zones of the stator and the resulting additional losses in the winding as a result of the compensating currents.
In practice, these losses are comparable to the basic losses in the winding, which firstly causes the occurrence of dangerous local heating and a reduction in the service life of the winding insulation, secondly limits the further increase in electromagnetic loads and thus the machine performance, and thirdly causes a deterioration in the efficiency of the electrical machines becomes.
This disadvantage is eliminated in the construction of a further known rod of a stator winding of electrical AC machines (cf. the book W.W. Titow i.D. Turbogeneratory, Raschet i dr.Energie, Leningrad 1967, p 155, Titow, W.W. and others.
Turbogenerators, calculation and construction Verlag Energie Leningrad, 1967, 155, Fig. 3-3). This further, previously known rod is designed in the same way as the last rod described, with the only exception that the partial conductors are twisted here by 540 electrical degrees, and half a cycle after the end of the full cycle of the conductor twisting by 360 electrical degrees this twisting is carried out, with each partial conductor in the end winding part at one rod end after the twisting having an opposite position to its position in the end winding part at the other end of the rod before the twisting. For example, the top conductor before twisting becomes the bottom conductor after twisting and vice versa.
The twisting of the rod conductors by 540 electrical degrees has made it possible to compensate to a significant extent for the EMF applied in the partial conductors in the end winding parts of the rod and thereby to greatly reduce the compensating currents.
The disadvantage of this rod is its limited area of use. In particular, such bars can be used for stator windings of slow running electrical machines, e.g. Hydropower generators, the stators of which have a relatively short iron core length (generally not more than 2.5 meters), are not produced. To conduct the conductor twist by 540 electrical degrees in the rods of the stator winding of such a machine, the conductor twisting step is so small that it becomes practically unworkable, i.e. it is physically impossible to bend the conductors at such a small angle.
When designing bars for stator windings of slow-running electrical machines, contradictory requirements must be met: on the one hand, additional losses are reduced and local
Warming by compensating currents would require the use of a 540 electrical degree twist on the rod conductor, and on the other hand, an acceptable twist step, i.e. the safety of the winding and the technology fairness for the production of the bars are guaranteed.
The present invention has for its object to provide a stator winding rod of an electric alternating current machine of the type mentioned with such a mutual arrangement of the partial conductors that a reduction of the additional losses and the local heating due to the compensating currents when using this rod in the winding of a stator with relatively short iron core is guaranteed, whereby the efficiency and safety of the electrical machine are improved while maintaining the technological fairness for the production of the rod.
The object is achieved in that, in the proposed stator winding rod, which contains insulated conductors running over the rod length, which are arranged in two rows and are twisted in the groove part of the rod provided for the stator groove, according to the invention two in each case lying side by side in one and the same row Heads are twisted in pairs with the other pairs.
The advantages of the present invention are as follows: Firstly, by twisting two conductors of the rod side by side in a row, the twisting step is doubled, which gives the possibility of using 540 electrical degrees of twist for stator windings of slow-running electrical machines, which is relatively short Have iron cores, in which an execution of the usual twist by 540 electrical degrees over a conductor is impossible because of the very low twisting step required. Due to the use of twisting the conductors of the rod in pairs by 540 electrical degrees, the additional losses and local heating are reduced by the compensating currents in the rod and the efficiency of the electrical machine is improved.
Secondly, the increase in the twisting step of the conductors leads to a simplification of the manufacturing technology of the rods and to a higher quality of the stator winding.
And finally, in electrical machines with a very short stator core, in which stator windings of the coil type are usually used, there is the possibility of using a stator winding using the rod according to the invention, in which a common twisting of two conductors lying in a row is carried out by 360 electrical degrees .
In the following, the invention is explained by a detailed description of an embodiment of the same with reference to the attached drawings. It shows
1 shows a rod of the stator winding of an electrical AC machine with a cross section in the end winding part,
Fig. 2 is the view of the rod shown in Fig. 1 with the insulation removed from the side of the wide edge of the rod and
Fig. 3 is a view of the rod shown in Fig. 1 with the insulation removed from the narrow edge side of the rod.
The rod shown for the stator winding of an electrical AC machine has a right-angled cross section and contains twenty insulated partial conductors 1, 2, 3,... 20 (FIG. 1), which run over the rod length and are arranged in two vertical rows according to the rod height, between which an insulating intermediate layer 21 is accommodated, with ten conductors in each row, ie an even number of conductors lies from the outside, the rod is covered with the slot insulation 22.
For ease of explanation, the vertical rows are referred to as left and right rows with reference to FIG. 1. The conductors 1-20 are twisted in the groove part 23 of the rod, i.e. they change their position in the area of the bar length above its height with transitions from the left row to the right and vice versa, with adjacent conductors, e.g. conductors 1 and 2, one and the same row, are twisted together in pairs.
2 and 3, an embodiment variant of the rod according to the invention with twisting the conductors 1-20 by 540 electrical degrees is shown, with FIG. 2 the view of an uninsulated rod from the side of its wide edge and FIG. 3 from the side of the Represents narrow edge.
For the purpose of a clearer illustration of the essence of the invention, not all conductors 1-20 are shown in FIGS. 2, 3, but only individual conductors selected from the total number.
The conductors 1-20 are twisted by 540 electrical degrees as follows. The length L of the groove part 23 of the rod is divided into three sections 11, 12, 13. The length of each section 11 and 13 corresponds to a quarter of the length L of the groove part 23 of the rod and the length of the section 12 corresponds to half the length L of the groove part 23.
The conductors 1 and 2, which form the top conductor in the left row in the end winding part 24 (FIG. 2) at one end of the rod, are transferred together at the beginning of the twisting by a turn into the right row to the positions prior to the twisting were occupied by the conductors 11, 12 (FIG. 1), the conductor 1 taking the place of the conductor 11 and the conductor 2 taking the place of the conductor 12. The conductors 11 and 12 are in turn moved down to the positions of the conductors 13 and 14, which are likewise transferred down to the positions of the conductors 15 and 16, etc.
The conductors 19, 20, which occupy the lower position in the right row in the winding end part 24 (FIG. 2) at the same end of the rod, are transferred together at the beginning of the twisting by a bend in the left row to the position before the twisting was occupied by the conductors 9 and 10 (Fig. 1), which in turn upwards in place of the conductors 7 and
8 are transferred etc. until the conductors 3 and 4 take the positions released by the conductors 1 and 2, respectively.
The length of the distance t (Fig. 2) in the area of which each pair of adjacent conductors arranged in a vertical row, e.g. conductors 3 and 4, change their position so that it comes to the position which, at the beginning of the twisting, occurs in the same row, e.g. was occupied by the conductors 1 and 2, is referred to as the twisting step which, when twisted in pairs by 540 electrical degrees on the paths 11 and 13, the ratio L / n, where L is the length of the groove part 23 of the rod and n is the number of conductors in Are rod, and the distance k is equal to the ratio 2lein.
Thus, in the area of a twisting step, all conductors 1-20 (FIG. 1) are offset in pairs in a circle, in the present case clockwise, with each pair of the conductors lying in a row, e.g. 3 and 4, 5 and 6, etc. is in the position which previously was another pair of conductors preceding this pair, e.g. 1 and 2, 3 and 4, etc. occupied accordingly, the conductor 3 taking the place of the conductor 1 and the conductor 4 taking the place of the conductor 2.
Furthermore, as can be seen from FIGS. 2, 3, the conductors 1 and 2 remain in the right row in the region of the distance h, but gradually change their position over the bar height.
At the end of route 11, these conductors assume the lower position in the right row and are then jointly transferred into the left row at the positions which are occupied by conductors 9 and 10 in FIG. 1.
In the area of the distance k, the conductors 1 and 2 likewise gradually change their position above the bar height and return to the starting position which they had at the start of the twisting, i.e. to the top position in the left row.
In the area of the section 13, the twisting of the conductors 1 and 2 takes place analogously to the twisting in the section 11, as was described above, and in the winding head part 24 at the other end of the rod, these conductors become the sub-conductors and are in the right row.
The other conductors 3-20 of each vertical row are twisted using the same procedure.
So each pair of adjacent conductors 1-20 of each row successively occupies all positions above the bar height in both rows of conductors, as if it had completed one and a half turns in relation to its starting position.
In cases where the stator core is so short that it is impossible to twist the adjacent conductors in a row by 540 electrical degrees because of the technically not feasible twisting step, these conductors can be twisted by 360 electrical degrees. The twisting of each pair of conductors will correspond to the twisting shown in FIGS. 2, 3 on the sections 11 and 12 with the only difference that the sections li and 12 have the same length, that is half the length L of the groove part 23 of the rod as well as an equal twisting step of 2 Lin.
During operation of the electrical machine, the EMF induced in each pair of conductors 1-20 of the rod are equal in value to one another, and no compensating currents arise between the individual pairs of conductors 1-20. At the same time, it follows that, as a result of the common twisting of two conductors within each pair of conductors 1-20, the conductance caused by the magnetic transverse flux in the groove part 23 of the rod
EMF remains uncompensated, resulting in equalizing currents between the two conductors of each pair of conductors 1-20.
However, studies have shown that with a larger number of partial conductors in the rod, which reaches several tens, the additional losses caused by these compensating currents are significantly smaller than the additional losses that occur in the transition from the usual twisting over a conductor by 360 electrical degrees pair twisting of the conductors in a row to eliminate 540 electrical degrees. In a number of cases where the stator cores are very short (with a length of the order of 1 meter), the use of twisting the conductors in the row next to each other allows the winding of the rod type instead of the coil type.
It should be emphasized here that no twisting of the partial conductors is used in the turns of the coil windings, and therefore equalizing currents are always present between the partial conductors of one turn. The number of conductors in one turn of the coil is usually more than four conductors and therefore the losses due to these equalizing currents are significantly higher than those which are applied when two conductors are twisted together in rod windings.
Thus, for slow-running electrical machines, the present invention provides an acceptable compromise between the requirement to reduce the additional losses in the stator winding due to equalizing currents and the requirement to ensure a technologically acceptable twisting step of the head of the rod.