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Elektrischer Unterwassermotor der nassen Bauart für Hochspannung Die
elektrischen Unterwassermotoren der nassen Bauart sind im allgemeinen nur für Spannungen
von etwa maximal 1000 Volt geeignet, da die Isolierung der Ständerwicklung bei höheren
Spannungen übermäßig beansprucht wird und namentlich im Bereich des Überganges von
den Wickelköpfen zu den Nuten leicht Glimmentladungen auftreten. Es sind bereits
verschiedene Vorschläge bekanntgeworden, um die Glimmbeständigkeit der Isolierung
zu erhöhen und dadurch eine Zerstörung der Isolierung bei höheren Spannungen zu
vermeiden. So hat man z. B. die Leiterisolation der Drähte und damit die Gaseinschlüsse
innerhalb der Leiterumhüllungen dem Druck der Flüssigkeitsfüllung der Maschine ausgesetzt,
der bis 5 kV mindestens 2 atü und bei höheren Spannungen mindestens 3 atü beträgt.
Hierbei wird der Maschineninnenraum an ein Druckgefäß angeschlossen, in dem der
erforderliche Druck durch eine Regeleinrichtung aufrechterhalten wird. Die hierbei
erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen machen jedoch den Aufbau des Motors umständlich
und ergeben keine ausreichende Betriebssicherheit, da bei Störungen der Regeleinrichtung
der notwendige Flüssigkeitsdruck im Motor nicht gewährleistet ist.
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Der sicherste Weg zur Vermeidung von Glimmentladung bei Hochspannungs-Unterwassermotoren
ist daher immer noch die Verwendung einer genügend großen Isolationswandstärke für
die Wicklung. Bekanntlich ist die Glimmeinsatzspannung abhängig von dem Verhältnis
Kupferdurchmesser zum Außendurchmesser des Leiters. Wird dieses richtig gewählt,
was entsprechend große Isolationswandstärken voraussetzt, so wird bei der gewünschten
Hochspannung das Auftreten von Glimmentladungen unterdrückt. Die hierbei erforderliche
starke Isolation der Wicklung nimmt aber einen erheblichen Anteil des Nutenraumes
in Anspruch, wodurch der Kupferfüllfaktor verringert wird. Um keine zu große Stromdichte
in der Wicklung zu bekommen, muß die Länge des Ständerblechpakets vergrößert werden;
was aus mechanischen Gründen nur bis zu einer gewissen Grenze möglich ist. Aber
auch aus elektrischen Gründen sind lange Blechpakete unvorteilhaft, da die Drähte
beim Wickeln nach dem üblichen Durchziehverfahren mechanisch erheblich beansprucht
werden und es in, der Praxis nicht möglich ist, bei langen Blechpaketen die Drahtlagen
in den Nuten immer gleichmäßig und ohne Druckpunkte einzuziehen.
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Man hat bereits Unterwassermotoren mit Kurzschlußläufern, z. B. für
den Antrieb von Tauchkreiselpumpen, in mehrere miteinander gekuppelte Einzelmotoren
unterteilt, um bei kleinem Außendurchmesser eine große Leistung zu erhalten. Die
einzelnen Teilstatoren sind dabei unter sich gleich ausgebildet, und ihre Wicklungen
sind in Hintereinanderschaltung an das Netz angeschlossen. Sämtliche Wicklungen
haben dabei die gleiche für die volle Netzspannung bemessene Isolation, so daß beim
Betrieb mit Hochspannung für die Teilstatoren ebenfalls große Blechpaketlängen erforderlich
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei mit Hochspannung betriebenen
Unterwassermotoren der Naßläuferbauart, deren Ständer aus mehreren Teilstatoren
mit hintereinandergeschalteten Wicklungen besteht, eine Verkürzung der Blechpaketlänge
zu ermöglichen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich für die Isolationsbeanspruchung
der Wicklung der einzelnen Teilstatoren folgende Verhältnisse ergeben: Die in Reihe
geschalteten Wicklungen der einzelnen Teilstatoren sind mit einer in Stern geschalteten
Transformatorwicklung zu vergleichen. Der erste, bei Unterwassermotoren mit senkrechter
Welle obere Teilstator liegt mit seiner Wicklung an der vollen Netzspannung U, für
welche Spannung diese Wicklung auch isolationsmäßig ausgelegt sein muß. Bei insgesamt
n Teilstatoren wird jeweils der nächste Teilstator isolationsmäßig mit einer Spannung
beansprucht, der letzte Teilstator also mit der Spannung
Hat das Netz eine verkettete Spannung mit geerdetem Nullpunkt, so wird die Isolation
eines jeden Teilstators nur mit dem -fachen Wert der Netzspannung beansprucht. Bei
Verwendung
von drei Teilstatoren bei einer Netzspannung von z. B. 3000 Volt wird also der obere
Teilstator mit der Spannung
Volt, der mittlere Teilstator mit einer Spannung von
Volt und der untere
Teilstator mit einer Spannung von
Volt isolationsmäßig beansprucht.
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Gemäß der Erfindung sind die hintereinanderliegenden Wicklungen der
Teilstatoren so geschaltet, daß die Spannungsbelastung der einzelnen Teilstatoren
vom obersten, unmittelbar an der Netzspannung liegenden bis zum untersten und letzten
fortlaufend geringer wird, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, die Blechpaketlänge
der einzelnen Teilstatoren bei gleichbleibender Stromdichte der Wicklung durch Verringerung
der Isolationswandstärke entsprechend der geringer werdenden Spannungsbelastung
abzustufen.
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Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Hochspannungs-Tauchpumpenmotoren,
z. B. für den Antrieb von Bergwerkspumpen, da diese jetzt mit der in Bergwerken
üblichen Hochspannung von z. B. 6 kV betrieben werden können und dabei eine besonders
kurze Baulänge erhalten.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.l den Längsschnitt eines vollständigen Unterwassermotors
zum Antrieb einer Tauchkreiselpumpe mit zwei Teilstatoren, Fig.2 die Schaltung der
Wicklung der beiden Teilstatoren.
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Gemäß Fig. 1 besteht der mit einer Netzspannung von z. B. 2000 Volt
betriebene Unterwassermotor der nassen Bauart aus zwei Teilstatoren 11, 12, die
je ein rohrförmiges Gehäuse 13, 14 haben. Die beiden Gehäuse 13, 14 sind durch ein
rohrförmiges Zwischenstück 15 miteinander verbunden, das die Kupplung 16 für die
senkrechte Welle 17, 18 des jedem Teilstator zugeordneten Rotors 27, 28 umschließt.
Die beiden Wellen 17, 18 sind mittels der Lager 19 jeweils doppelt in den entsprechenden
Motorgehäusen 13, 14 geführt. Das untere Motorgehäuse 14 weist an seinem unteren
Ende ein. Spurlager 20 auf, auf dem die Welle 18 des unteren Rotors 28 ruht.
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Der obere Teilstator il hat eine Ständerwicklung 21 und der untere,
kürzer bemessene Teilstator 12 eine Ständerwicklung 22. Die drei Phasen der Wicklung
21 sind unmittelbar an das am Drehstromnetz liegende Stromzuführungskabel 23 angeschlossen;
die untere Ständerwicklung 22 liegt in Reihe mit der oberen Ständerwicklung 21 und
ist in Stern geschaltet, wobei die Verbindungsstelle 24 innerhalb des Zwischengehäuses
15 liegt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.
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Die obere Ständerwicklung 21 ist isolationsmäßig für die Spannung
von z. B. Volt ausgelegt. Die untere Ständerwicklung 22 ist isolationsmäßig
nur mit der halben Netzspannung beansprucht, wird also in bezug auf die notwendige
Drahtisolation für die Spannung Volt ausgelegt. Es kann daher das Blechpaket des
unteren Teilstators 12 bei gleicher Stromdichte in seiner Wicklung 22 kürzer bemessen
sein als im oberen Teilstator 11. Natürlich muß der untere Teilstator 12 in seiner
elektrischen und magnetischen Auslegung der Paketverkürzung angepaßt werden.
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Die Wellen 17, 18 der beiden Teilstatoren 11, 12 sind durch die Kupplung
16 miteinander verbunden, wodurch die Leistung beider Teilstatoren addiert und für
den Antrieb der im oberen Teil des Maschinensatzes vorgesehenen Kreiselpumpe 25
ausgenutzt wird.