DE1017265B

DE1017265B - Leiteranordnung fuer stark gekuehlte elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren

Info

Publication number: DE1017265B
Application number: DEL20736A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hubert Rothert; Dr-Ing Wilfried Steinbach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-12-24
Filing date: 1954-12-24
Publication date: 1957-10-10

Description

Leiteranordnung für stark gekühlte elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren Es ist bereits eine Anordnung zur Kühlung elektrischer Wicklungen. in Nuten. bekannt, bei der die Isolation zwischen dem Leiter und dem wirksamen Eisen in solchem Abstand vom Leiter angeordnet ist, daß die Kühlluft den blanken. oder nur schwach isolierten Leiter unmittelbar bestreicht, d. h. zwischen Leiter und Isolation fließen kann.. Ist die Anordnung so, getroffen, daß der Leiter die Nut nicht voll ausfüllt, so wird die Isolation an der Nutenwand angebracht, so daß zwischen Leiter und Isolation Raum für die Kühlluft entsteht. Wenn schließlich die in, einer Nut untergebrachte Wicklung in zwei oder mehr Teilspulen. oder Leiter geteilt ist, so wird zwischen, diesen Leitern ein in der Nutmitte liegender Hohlraum geschaffen, so daß auch die blanken Innenseiten von der Kühlluft bestrichen werden. Diese Maßnahmen tragen wohl schon dazu bei, die Kühlung elektrischer Maschinen zu verbessern, jedoch ergibt sich noch keine: sehr erhebliche Vergrößerung der abkühlenden Fläche.
Ferner ist eine Kühleinrichtung für elektrische Maschinen mit in Nuten flachseitig übereinanderliegenden Wicklungsteilen, an deren beiden Flanken entlang axiale Luftkanäle verlaufen, bekannt. Diese Anordnung ist so getroffen, daß die Kühlluft von dem axialen Kanal an der einen. Flanke durch eine Anzahl über die Länge des Axialkanals verteilter Querkanäle nach dem Axialkanal an der anderen Flanke übergeleitet wird. In. der praktischen Ausführung sind die in die Nuten eingelegten Leiter mit Einkerbungen versehen, die: die erwähnten Querkanäle bilden. Diese Einkerbungen dürfen naturgemäß innerhalb des Leiterpaketes nicht an derselben Stelle der Ballenlänge liegen, weil sonst eine Schwächung der Kupferquerschnitte eintreten. würde. Die Einkerbungen, sind daher in den einzelnen. übereinanderliegenden Leitern an verschiedenen. Steilen gegeneinander versetzt vorgesehen. Diese Ausführung bringt eine merkliche Verteuerung der Leiter mit sich und verteuert damit auch die Herstellung der Wicklung ganz erheblich.
Von der direkten Leiterkühlung wird neuerdings in zunehmendem Maße Gebrauch gemacht. Dies bedeutet, daß vor allem in den sehr tiefen Nuten des Induktors von Turbogeneratoren die Leiter blank eingelegt werden, so daß das Kühlmittel unmittelbar in. Verbindung mit dem Leitermetall steht. Die meist rechteckigen Leiter liegen flach übereinander und sind voneinander lediglich durch eine dünne isolierende Zwischenlage getrennt, die für die geringe Leiterspannung ausreicht. An ihren den. Nuthülsen zugekehrten Seitenflächen sind die Leiter mit einer im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Hohlkehle versehen, die über die ganze axiale Leiterlänge einen Kanal ergibt, durch den das Kühlmittel (Luft oder Wasserstoff) hindurchströmen kann. Seitlich von den Leitern befinden sich Nuthülsen, die der gewählten Spannung entsprechend stark sein, müssen, um eine ausreichende Isolation herzustellen.
Die Erfindung betrifft eine Leiteranordnung für stark gekühlte elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, bei der eine noch stärkere Kühlwirkung angestrebt wird, wobei gleichzeitig der Aufbau des Leiterbündels in der Nut vereinfacht werden soll. Erfindungsgemäß sind besonders profilierte blanke Flachleiter abwechselnd mit Leisten (Abstandhaltern) aus Isoliermaterial bausteinmäßig in, der Nut derart übereinandergeschichtet, daß wenigstens zwischen den Breitseiten übereinanderliegender Leiter, gegebenenfalls auch zwischen den Leitern und der Nutwandung, Hohlräume für den Durchtritt des Kühlmittels verbleiben. Grundsätzlich. werden Leiter verwendet, die im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben, und die isolierenden. Leisten (Abstandhalter) werden an den Ecken eingesetzt. In der Zeichnung Fig. 1 bis 5 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt den Aufbau der Nut im Induktor eines Turbogenerators. Als Baustein werden hierbei Leisten 1 aus Isoliermaterial verwendet, zwischen. denen die einzelnen blanken Leiter 2 liegen. Die Zeichnung zeigt, daß die Ecken der Leiter mit nach innen, gekrümmten. Hohlkehlen versehen sind, so daß die Leiter sich gut auf die gleichfalls entsprechend abgerundeten Leisten 1 stützen. Beim Bewickeln der Nut wird so vorgegangen, daß zunächst die Leisten 1 am Nutgrund eingelegt werden. Darauf folgt ein blanker Leiter 2, dann wiederum zwei Leisten 1 usw., bis die Nut ausgefüllt ist. Über dem letzten Leiter liegt zweckmäßig eine Isolierschicht 3 und, darüber der übliche Keil 4, dessen Form je nach. den. Erfordernissen gewählt wird. Die Zeichnung läßt erkennen, daß am Nutgrund der übliche Kühlkanal 5 vorhanden sein kann, so daß auch der in der Nut am tiefsten liegende Leiter ausreichend gekühlt wird. Auch zwischen dem ganz oben liegenden Leiter und der Isolierung 3 kann ein Hohlraum vorhanden, sein. Zwischen benachbarten Leitern verbleiben bei dieser Anordnung Hohlräume. 6, durch die das Kühlmittel hindurchströmen kann. Außerdem verbleiben zwischen den Leitern und den Nutwandungen Hohlräume 7, die gleichfalls für den Durchtritt des Kühlmittels bestimmt sind. Auf diese Weise kann, die Kühlfläche merklich vergrößert werden. Bei der Herstellung der Leiter tritt kein wesentlicher Mehraufwand auf, weil die Leiter im allgemeinen. durch Ziehen hergestellt werden.. Der Nutfüllfaktor wird gegenüber den bisherigen. Ausführungen kaum verändert. Falls eine zusätzliche Isolierung zwischen den Leitern und dem Induktoreisen für erforderlich gehalten wird, kann die Innenwvand der Nut vor dem Einlegen der Wicklung mit einem flüssigen, nachträglich erhärtenden Isolierrnaterial gestrichen oder gespritzt werden. Dadurch werden gleichzeitig die Kriechwege vergrößert.
In. Abwandlung dieser Ausführungsform sind weitere: bausteinmäßige Anordnungen möglich, die in den folgenden Figuren dargestellt sind.
Die Fig. 2 zeigt wiederum einen. Querschnitt durch eine Nut mit den isolierenden Abstandhaltern. 1 und den Leitern 2, die wie Bausteine übereinandergeschichtet sind. Eine sehr einfache Leiterform ergibt sich bei dieser Ausführung dadurch, daß die Leiter nur an zwei Ecken mit Einkerbungen versehen. sind und daß die Abstandhalter im Querschnitt etwa quadratisch ausgebildet werden.. Auch bei dieser Ausführungsform bleiben zwischen den Leitern einerseits und zwischen den Leitern und der Nutwandung andererseits Hohlräume 6 bzw. 7 bestehen., durch die das Kühlmittel strömen kann.. Die Abstandhalter werden im übrigen bei. allen an dieser Stelle, beschriebenen Ausführungsbeispielen zweckmäßig aus Hartpapier od. dgl. hergestellt, -d. h. aus einem Material, das ausreichende Isoliereigenschaften hat, darüber hinaus aber die notwendige mechanische Festigkeit besitzt, um die infolge von Zentrifugalkräften auftretenden Drücke auszuhalten..
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen wird von der geradlinigen Begrenzung der Leiter und der Abstandhalter auf die Keilform übergegangen. Bei dem Ausführungsbeispiel Fig. 3 sind die Leiter 2 an den Seitenflächen nach einem Doppelkeil geformt und auch die Abstandhalter 1 haben an der Stelle, an. der sie die Leiter berühren, die Form eines Doppelkeiles. Bei dieser Anordnung werden, wie auch schon vorher, Hohlräume 6 bzw. 7 geschaffen, die für den Durchtritt des Kühlmittels bestimmt sind.
Eine weitere vereinfachte Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Hier haben die Leiter 2 einen trapezförmigen Querschnitt und auch die Abstandhalter 1 sind trapezförmig, so daß sich der Aufbau des Leiterbündels aus besonders einfachen Einzelteilen zusammensetzt. Die Hohlräume 6 bzw. 7 für den Durchtritt des Kühlmittels sind auch bei dieser Anordnung vorhanden. Eine Abänderung der bisher beschriebenen Ausführungsformen ist in Fig. 5 dargestellt. Hier haben die Leiter 11 wiederum im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, sind aber in der Mitte ihrer langen Seite mit einer Nut versehen, in die Abstandhalter 10 von etwa quadratischem Querschnitt eingesetzt sind. Auf diese Weise lassen sich gleichfalls Leiter und Abstandhalter bausteinmäßig übereinanderschichten, bis die Nut ausgefüllt ist. Dabei werden wiederum Hohlräume zwischen den einzelnen Leitern erzielt. Allerdings muß bei dieser Ausführungsform zwischen den Leitern und der Nutwandung noch eine Abstützung vorhanden sein. Diese kann beispielsweise die Form einer durchgebenden Nuthülse 12 haben, wie sie im linken Teil der Fig. 5 angedeutet ist. Es können aber auch einzelne Formstücke 13 vorgesehen werden, die im rechten Teil der Fig. 5 dargestellt sind und jeden einzelnen Leiter für sich gegen die Nutwand abstützen. Auch bei dieser Ausführungsform liegt die Nutwandung zumindest streckenweise frei, so daß der Kühlmittelstrom nicht nur die Leiteroberfläche, sondern auch die: Innenwand der Nut bestreicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Leiteranordnung für stark gekühlte elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß besonders profilierte blanke Flachleiter abwechselnd mit Leisten (Abstandhaltern) aus Isoliermaterial bausteinmäßig in der Nut derart übereinandergeschichtet sind, daß wenigstens zwischen den Breitseiten übereinanderliegender Leiter, gegebenenfalls auch zwischen den Leitern. und der Nutwandung, Hohlräume für den Durchtritt des Kühlmittels verbleiben.
2. Leiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben und die isolierenden Leisten (Abstandhalter) an den Ecken eingesetzt sind.
3. Leiteranordnung nach. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2) an den Ecken mit nach innen gekrümmten Abrundungen nach Art von Hohlkehlen versehen sind und die Abstandhalter (1) im wesentlichen halbrunde Form haben (Fig. 1).
4. Leiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2) lediglich an zwei Ecken mit Einkerbungen versehen. sind, in die isolierende Abstandhalter (1) von im wesentlichen quadratischem Querschnitt eingelegt sind (Fig. 2).
5. Leiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen sowohl der Leiter (2) als auch der Abstandhalter (1) keilförmig gestaltet sind.
6. Leiteranordnung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen sowohl der Leiter (2) als auch der Abstandhalter (1) einen Doppelkeil bilden (Fig. 3).
7. Leiteranordnung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2) und Abstandhalter (1) im Querschnitt trapezförmig gestaltet sind (Fig. 4). B.
Leiteranordnung nach Anspruch 1, 2 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen bei der Schichtung so gelegt sind, daß einer Lockerung des Leiterbündels durch Zentrifugalkraft entgegengewirkt wird.
9. Leiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen rechteckigen Leiter (11) in der Mitte ihrer flachen Seite mit einer Einkerbung versehen sind, in die isolierende Abstandhalter (10) eingesetzt sind (Fig. 5).
10. Leiteranordnung nach Anspruch 1, 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leiter (11) seitlieh eine gegebenenfalls unterbrochene isolierende Abstützung (13) beigelegt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 280 879, 654 087, 718 359; schweizerische Patentschrift Nr. 98 414; französische Patentschriften Nr. 714 319, 1067 639.