CZ349096A3

CZ349096A3 - Combined twisted bar of stator winding with enlarged equalized field

Info

Publication number: CZ349096A3
Application number: CZ963490A
Authority: CZ
Inventors: Johann Haldemann
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1997-06-11
Also published as: EP0778648B1; US5777417A; CN1516322A; UA35637C2; EP0778648A1; HUP9603345A2; HU9603345D0; ATE187856T1; CN1130813C; BR9605845A; CN1327596C; CN1166074A; PL317317A1; DE19545307A1; JP3844548B2; KR970055079A; DE59603919D1; JPH09182339A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká na koncích zkratované tyče vinutí střídavého stress rozšířeným vyrovnaným polem, kterážto vodivá tyč je vytvořena z více vůči sobě navzájem izolovaných dílčích vodiů, kteréžto dílčí vodiče jsou zkrouceny podle Roebelova principu, přičemž jak dílčí vodiče v obou úsecích čelních třmenů, tak také v úseku aktivní části jsou spolu navzájem zkrouceny,

Dosavadní stav techniky.

Vynález přitom vychází ze stavu techniky, jak vyplývá např. z pat. spisu DS 14 88 769.

Tyče statorového vinutí velkých střídavých strojů sestávají zp pravidla z více vůči sobě navzájem izolovaných a podle Roebelova principu vůči sobě na vzájem zkroucených dílčích vodičů, &teré jsou na obou koncích tyče spojenv nakrátko ( viz publikace Herstellung der Wicklungen elektrischer Mashhinen”, Springer-Verlag Wien, New York, 1973, str. 69 - 83, zejména obr. 19 na str. 79).

Klasická Roebelova tyč má zkroucení 360° v drážkové Části. V čelních třmech jsou dílčí vodiče nov 2 noběžné, tedy nezkroucené. Velmi brzy se ale rozpo znalo, že i mimo drážku jsou tyče pod vlivem střída vých polí, která prostupují čelní třmeny jak ze širší strany, t.j. příčné složky polí, tak tak é z úzké stra íiy, t.j. radiální složky polí.

Aby se zabránilo přídavným ztrátám v důsledku čel ního pole, jsou čelní třmen;/ dále rozdělný v dílčí,navzájem vůči sobě izolované, vodiče. Přitom pořád ješ,tě vznikají ztráty v důsledku tak zvaných smyčkových proudů, které se uzavírají prostřednictvím pouzder na koncích tyčí. Z tohoto důvodu byla navržena řada zvlá: tních zkrucování, které se vztahují jak na drážkovou nebo aktivní část, tak také na část čelního třmenu tyče. G.Neidhbfer uvádí ve známé knice v oddílu 3.3 Roebelstábe mit erweitertem Feldausgleich” téměř ú plný přehled o různých možnostech, dosáhnout vyrovnaného pole a tím i větší teplotní rozdíly a tím eli minovat místní přehřátí uvnitř tyče. ZvláŠt hospodárné řešení je přitom zkroucení 9O°/36O°/9O°, t.j. dílčí vodiče jsou v obou čelních třmenech zkrouceny vždy o 90° , dílčí vodiče v aktivní části jsou zkrouceny o 3^0° (viz shora uvedenou publikaci oBr· 24 na str. 74, “nebo pat. spis DE-PS 14 88 769).

Protože^ustrojů s krátkou délkou aktivní části,například hydrogenerátory, se v důsledku zkroucení čelních třmech celková délka stroje zvětší, a pode pření daleko vyložených čelních třmenů je velmi ná kladné, navrhuje se ve zprávě o konfernci ISSl·! 93 Proceeding of the International Symposium on Salient -Pole Machine 10. - 12.0_ctober 1993, VíUHAN, China, str. 384 - 389 v příspěvku od XU Shanchun et al. A new

Transposition Téhnique of Stator 3ars of Hydrogenerator nový způsob k rozšířenému vyrovnanému poli,totiž tak zvané nižší zkroucení, t.j. nikoliv 360°,nebo tak zv. prázdná délka v aktivní části v kombinaci s nezkroucenými částmi čelního třmenu. Každým z obou zvláštních zkroucení se dosáhne znatelného zmenšení smyčkovou proudů a podle zprávy z onferance mají i silně zmenšovat teplotní rozdíly uvnitř tyče.

?odstata_yynálezu.

Jestliže se vychází z popsaného stavu techniky, pak je úkolem vynálezu vytvořit takovou složenou a zkroucenou tač statorového vinutí, s rozšířeným vy rovnaným polem, která ještě umožní dalekosáhlé po tlačení smyčkových proudů a tím i zmenšení teplotního profilu ve vodivé tyči.

Tento úkol se podle vynálezu řeší 'tím, že^iílčí vodiče v části čelního třmenu mají zkroucení mezi 60° a 120° a v úseku aktivní části je uspořádáno nižší zkroucení, t.j. zkroucení v aktivní části rovno měrně a menší než 360°, nebo při úplném zkroucení 360° v úseku aktivní části, pak uspořádat ve středu aktivní části prázdné místo, t.j. nezkroucený úsek, zatím co zkroucení v aktivní části mimo tento nez kroucený úsek má rovnoměrné zkroucení 180 .

Společné použití návodu podle pat. spisu DR 14 88 769, t.j. zvláštní složení a zkroucení s 90°/ 36O°/9O° a nižší zkroucení/prázdná délka v aktivní části podle XU Shanchun et al. vede k vodivé tyči, která umožňuje prakticky proudu a tím se dosáhne profilu ve vodivé tyči.

úplné potlačení smyčkových dalšího snížení teplotního

Vynález lze použít u všech středních a velkých elektrických strojů, jako jsou turbogenerátory a hydr generátory· ?řehled_obrázků_na_yvkrese..

V dalším textu bude vynález blíže objasněn na příkladech provedení, znázorněných na výkresechh.

Na obr. 1 je shhématicky znázorněn pohled ze shora na známou Roebelovu tyč” s rozšířeným vyrovnaným polem se zkroucením 9O°/36C°/9O°.

Na obr. 2 je znázorněn diagram Roebelových ty čí s různým zkroucením pro objasnění působení vlastního pole a sice pro Roebelovu tyč se známým zkroucením 9O°-36O°-9O° (obr. 2a), Roeblovu tyč s práz dnou délkou(obr. 2b), a Roebelovu tyč s nižším zkrou· děním.

Na obr. 3 je znázorněn diagram s různými zkrouceními pro ozřejmění působení cizího pole a sice pro Roebelovu tyč se známým zkroucením 9O°-36O°-9Q⁰(obr. 3a), Roebelovu tyč s prázdnými délkami (obr.3b) a Roebelovu tyč s nižším zkroucením (obr. 3)·

Na obr. 4 je schématicky znázorněna polovina tyče s nižším zkroucením s pěti den sloupek se zkroucením 324°· dílčími vodiči pro je

-Příklady provedení vvnálezu.

nene

Roeblova tyč podle obr. 1 sestává z navzájem vůči sobě izolovaných dílčích vodičů 1, které jsou na koncích elektricky amechanicky navzájem spolu spojeny očky 2, 3· Tyč sestává ze dvou úseků 4, 5 čelních třrae nů v levém a pravém čelu vinutí a z úseku o aktivní části. Posledně uvedený úsek 6 leží zcela v neznázorstatorových plechů elektric4, 5 čelních třmenů jsou drážce tělesa 7 kého stroje. Obě část vždy zkrouceny o , aktivní část 6 je zkroucena /* Λ O

3oO .

Schématický diagram podle obr. 2a příp. 3a pro Roebelovu tyč se zkroucením 9Ο°/3βΟ°/9Ο° podle obr.

ukazuje průběh v případě pěti dílčích vodičů a áž f příp. g až 1 pro sloupec dílčích vodičů v levém čelním třmenu 4 v aktivní části 6 a v pravém čelním třmenu 5. I*ze zřetelně rozpoznat, jakou polohu polohu v drážce jednotlivé dílčí vodiče v aktivní čáoři zkroucení 360° zaujmou, zatím co v čelsti 2 nich třmenech jsou zkrouceny 90°. Dílčí vodič d v obou čelních třmenech 4, 5 jsou,souhrnně vzato, umístěny k rotoru R nejdále. Ostatní dílčí vodiče nejsou tak daleko vůči rotoru R uloženy. Jak vyplývá ze známého působení elektromagnetického pole na část čelních třmenů nezkroucené tyče, je dílčí vodič a'' zatížen nejvíce proudem, ostatní postupně menším. Pro porozumění vynálezu stačí si pamatovat, že při zkroucení 9O°-36O°-9O° se vlastní pole čela vinutí úplně kompenzuje, zatím cc cizí pole čela vinutí se vyrov nává jen částečně ( viz SEQUF2ÍZ a. a. O., zejména str. 74, obr. 24 a příslušný text na str. 75.

Zde začíná vynález. Vytvořili se na vodivá tyči zkroucené v čelních třmenech 4, 5,

90°, usek aktivní části s nižším zkroucením, t.j. se zkroucením ' méně než 360°, nebo se uspořádá ve středu aktivní části prázdná délka, t.j. nezkroucený úsek a mimo prázdnou délku zkroucení 360°, pak ty dílčí vodiče,které se nacházejí na dně drážky, jsou delší dobu bez .proudu. Předají proud těm dílčím vodičúmm které jsou blíže k otvoru drážky, tedy které sousedí s rotorem R. To jsou ale právě ty vodiče, které vedou méně proudu. Tímto způsobem se dá téměř dokonale doshnout rovno měrného rozdělení ve vodivé tyči.

Obě varianty prázdných délek a nižšího zkroucení jsou znázorněny v obou diagramech podle obr. 2’o a 3b, příp. obr. 2c a obr. 3c v porovnání se známou zkrou podle obr. 2a a obr. 3a,přivztahují na úvahy o vlastním 3c na úvahy o cizím poli. Přitom se znázornění opírá o ta obvyklá znázornění zkroucených tyčí, jak byla použita také ve shora uvedeném pat. spisu DP 14 88 769. Tak symbolizují průběžně probíhající čáry od leva nahoře směrem vpravo dolů, dráhy dílčích vodičů, které se při pohledu ze strany na dvou rovinnovou tyč (obr. 1) nacházejí na této předčenou tyčí 9O°-36O°-9O° čemž se obr. 2a, 2b, 2c poli, a obr. 3A, 3B a obr, ní straně. Přerušované čáry ukazují dráhy na zadní straně, t.j. ve druhá rovině dílčího vodiče. Dále je v obr. 2a až 2c znázorněn průběh B₇ vlastního po lé^3-?_e ^v aktivní části a vlastní pole B^v čele vinutí nad tyčemi. Znaménka plus minus v kruhu znamenají přitom označení indukovaných napětí v dílčích plo chách základny smyčky s přihlédnutím ke smyslu oběhu plošných obrysů jakož i směr protlačnovanáho toku. Plochy, označené otazníkem v kruhu v obr. 2a a obr. 3a symbolizují nevyrovnanou část na nezkroucenám pře· chodu z aktivní části 6 k čelním třmenům 4 příp. ¹V obr. 3a až 3c je dále zakreslena poloha konců tyčí : dvanácti dílčích vodičů a až 1 znázorněných. 3c.

az

Dříve, nežli bude vynález blíže popisován, budiž předeslány následující úvahy o polích.

Jak lze rozpoznat u tyče se zkroucením 90°-3δ0°90° podle obr. 3a,zůstává při úvaze cizího pole část smyčky, která není kompenzována (otazníky v dvojité kružnici. Tato nekompenzovaná část vytváří smyčkové proudy, které jsou nad výškou tyčí rozděleny nesymetricky. Cílem prázdných délek/nižšího zkroucení v aktivní části je, tento zbytek vyrovnat. Jak bude pozc ji ještě blíže vysvětleno, podaří se toto vyrovnání, jestliže se v aktivní části ó^Že^yíovnaná část, symbolizovaná kladným znaménkem v dvojité kružnici, vy rovnat ji protipůsobícím proudem, symbolizovaným záporným znaménkem v dvojitém kruhu, v části 4, resp.5 čelních třmenů» K tomu je třeba poznamenat, že tento mechanismus funguje jen tehdy, jestliže pole čela vinutí na místě tyče a drážkové pole v aktivní čás8 ti, jsou přibližné ve fázi. To je v tom případe, ne bot, jak je znáno, v aktivní části stejně jako v části čelního třmenu teče proud ve stejném směru,t.j.radiálně směrem dovnitř, což vede i k polím stejné Sáze. Relativně velká nevyrovnané smyčkové části v čele vi nutí mohou se kompenzovat relativně malými protismyč kami v aktivní části, takže drážkové příčné pole je pod statně silnější.

Při úvaze vlastního pole podle obr. 2a až 2c lze rozpoznat, že u tyče se zkroucením 9O°-36O°-9O° jsou smyčky úplně kompenzovány. ^en případně nezkroucené části tyče, např. na výstupu aktivní části, poskytují zbytková napětí pro smyčkové proudy, Prázdná délka 8 v aktivní části o vytváří smyčková napětí, která poslcýtují smyčkové proudy, kreré jsou vzhledem k výšce tyče symetricky rozděleny. Působení od případně ne zkroucené části tyče čela vinutí by se bezprostředně na výstupu aktivní části zesílilo. V opaku k tomu působ: nižší zákrut v, aktivní části zcela opačně. Nekondenzované části v čele vinutí stojí proti nekompenzováné části v aktivní části a navzájem se ruší, přičemž tato kompenzvace nemusí být případně ΙθΟ %, nižší zkroucení v aktivní části je směrováno ke kompenzaci cizího pole čela vidnutí. Nyní může vzniknout dojeli, že vynálezem se na jednom místě dosáhne zlepšení (cizí pole), a na jiném místě zhoršení (vlastní pole). To je skutečně ten případ. Uvažujíli se však oba výsledky dohromady, rezultuje celkové zlepšení, zejména při nižším zkroucení.

Vodivá tyč podle obr. 2b a obr. 3b má ve středu

M aktivní části prázdnou dálku 8,t.j. úsek, ve kterém dílčí vodiče a až 1 jsou vedeny rovnoběžně.&ro mě toho tato oblast 8 vpravo a vlevo od prázdná délky má vždy zkroucené 180°. Axiální délka l_yté -to prázdné délky 8 je při prvním přiBÍíž^i? ^navelikosti vyložení čela vinutí 1,,^. Moderními početními dá se u konkrétního stroje tato prázdná délka poměrně přesně stanovit, jako směrná hodnota může se však uvést, že velikost 1 prázdné délky 8 by měla býti mezi 5 a 10 %, maximálně 15 % vyložení 1·^» aby se do· sáhlo prakticky dokonalého, rozšířeného vyrovnání pole v čele vinutí. Jako druhá směrná hodnota může se pro dimenzování prázdné dálky 8 u turbogenerá torů uvésti, že může činit až 10 % délky 1-,_ο ak tivní části.

má v aktivVodivá tyč podle obr. 2c a obr. 3c ní části 6 niŽŠí zkroucení, t.j. zkroucení,které se od obvyklého zkroucení 3δ0° odchyluje směrem dolů. U vodivé tyče znázorněné v obr. 4 vždy s pěti dílčími vodiči pro sloupec, tedy celkem 10 dílčích vodičů,činí zkroucení 9/10 z 360°, tedy 324°» nižší zkroucení podle toho 3^°, což současně představuje u takové tyče minimální nižší zkroucení.

Reálné Roehelovy tyče mají daleko vyšší počet díl čích vodičů» Tyto jsou typicky mezi 80 a 120 dílčími vodiči pro jednu tyč. Tím se dostane u tyče s n dílčími vodiči a zkroucení 360° v aktivní části minimální nižší zkroucení U = 3β0°/η o velikosti 4,5° pňi 80 dílčích vodičích a 3° při 120 dílčích vodičích pro jednu vodivou tyč.

Analogicky s dimenzování prázdné délky je také stupeň nižšího zkroucení v prvním přiblížení závislý od vyložení čela vinutí. Čím větší je toto vyložení, tím také větším se stává vliv čelního pole v Čele vi nutí a podle toho by měl být také vyšší stupeň nižšího zkroucení v aktivní části. Stejně jako při dimenzování prázdné délky v aktivní části dá se také zde stupeň nižšího zkroucení určit u konkrétního stroje poměrně přesně. Jako směrná hodnota může se však uvésti,že by mělo činit ca lO°až vnání pole v čele vinutí,

15°, aby se dosáhlo úplného vyroV předu uvedených úvahách se stále vycházelo ze zkroucení v čelních třmenech 90°. Rozsáhlé vypočty ukázaly, že i s odchylkami i 30°, tedy zkroucení 60° až 120° v úsecích 4, 5 čelních třmenů, v kombinaci s prázdnými délkami nebo nižším zkroucením v aktivní části o dá se dosáhnout prakticky dokonalého vyrovnání pole v čele vinutí.

Principielně je tedy možné, zhotovit tyče, které při udavném zkroucení v úseku čelních třmenů mají|krogiě prázndé délky také nižší zkroucené. Výroba takovýchto tyčí je však nákladná, pádech přijít v úvahu.

může však ve zvláštních pří-

Claims

PATENTOVÉ NÁROK Ϊ

1. Složená zkroucená tyč statorového vinutí s rozšířeným vyrovnaným polem pro střídavé stroje, kterážto vodivá tyč Je vytvořena z více vůči sobe navzájem elektricky izolovaných dílcích vodičů, kteréžto dílčí vodič jsou zkrouceny podle Roebelova principu, přičemž jak dílčí vodiče v obou úsecích čelních třmenů, tak taká v úseku aktivní části jsou spolu navzájem zkrouceny, vyznačující se tím, že dílčí vodiče (1) v obou úsecích čelních třmenů máji zkroucení mezi 60° a 120°, výhodně S0° a v úseku(6) aktivní části je uspořádáno nižší zkroucení t.j. zkroucení v úseku (6) aktivní části rovnoměrně a menší nežli J.6O⁰, nebo při úplném zkroucení 360° je v úseku (é) aktivní části ve středu (H) aktivní části uspořádaná prázdná délka (8), t.j. nezkroucený úsek, zatím co zkroucení v úseku (6) aktivní části, mimo tento nezkroucený úsek (8), je rovnoměrné zkroucení ISO⁰.
2. Tyč vinutí podle nároku 1, vyznačující se tím, že prázdná délka (8) má délku (l_y) o velikosti řádově od ca 10% vyložení (1^) čela vinutí.
3. Tyč vinutí podle nároku 1, vyznačující se tím, že při nižším zkroucení v úseku (6) aktivní části činí nižší zkroucení 10° až 15° měřených v úhlových stup nich.