-
Aus isolierten Teilleitern bestehender Leiterstab für die Statorwicklung
elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren Die Statorwicklungen großer
elektrischer Maschinen bestehen aus einer Anzahl von Leiterstäben, die in die Nuten
des Statorblechpaketes eingelegt sind. Jeder Leiterstab setzt sich aus einer Anzahl
verdrillter Teilleiter zusammen, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die
Leiterstäbe sind über die Länge der Blechpaketnuten gerade, besitzen aber abgebogene
Endefl, die mit den entsprechenden Enden gleichwertiger Stäbe im Wicklungszuge verbunden
sind. Die einzelnen Teilleiter jedes Stabes sind nicht nur über die Länge der Nut,
sondern auch im Bereich der Wickelkopfenden gegeneinander isoliert. An den Verbindungsstellen
mit dem Nachbarstab jedoch werden ihre Teil-Leiter miteinander kurzgeschlossen,
so daß von dem magnetischen Wechselfeld induzierte Ausgleichsströme durch diese
Teilleiter fließen können, die zusätzlich Verluste hervorrufen.
-
Das wichtigste elektromagnetische Feld ist ein starkes Nutenquerfeld,
dessen Intensität annähernd linear mit dem Abstand vom Nutengrund ansteigt. Dieses
Nutenquerfeld induziert in den oberen Teilleitern jedes Leiterstabes eine Spannung,
die größer ist als die Spannung, die in den Teilleitern in der Nähe des Nutengrundes
induziert wird. Um diese Unterschiede auszugleichen, werden die Teilleiter jedes
Leiterstabes so miteinander verdrillt, daß jeder Teilleiter des gleichen Stabes
über die wirksame Eisenlänge jede mögliche Position innerhalb des Stabes durchläuft.
Auf diese Weise wird erreicht, daß über die ganze Länge des wirksamen Eisens die
in jedem Teilleiter des gleichen Stabes induzierten Spannungen annähernd gleich
sind, so daß keine Ausgleichsströme zwischen den Teilleitern fließen können: Bei
Leiterstäben, die lediglich zwei radial verlaufende Teilleiterebenen besitzen, ist
ein solcher Ausgleich relativ leicht zu bewerkstelligen, indem man etwa eine 360°-Verdrillung
vorsieht. Dieses Verfahren ist aber nur anwendbar bei Leiterstäben mit zwei Teilleiterebenen,
wobei es allerdings möglich ist, zwei solcher Stäbe nebeneinanderzulegen und zu
einem Vierebenenstab zusammenzufügen. In bestimmten Fällen jedoch wird es notwendig,
Stäbe mit drei Teilleiterebenen zu verwenden. Die Abmessungen der Statornuten hängen
nämlich von verschiedenen Gesichtspunkten ab, die bei der Auslegung eines Generators
eine Rolle spielen; und wenn man eine nach solchen Gesichtspunkten ausgewählte Nutabmessung
vorliegen hat, kann es vorkommen, daß bei Verwendung eines Vierebenenstabes die
zugehörigen Teilleiter so klein werden, daß die Fertigung des Stabes erschwert wird.
Wollte man statt dessen einen Zweiebenenstab verwenden, so würden die dazugehörigen
Teilleiter bei gleichen Nutabmessungen im Verhältnis zu ihrer Höhe zu breit werden.
-
Es ist bekannt, für solche Fälle einen Leiterstab zu verwenden, bei
dem die Teilleiter in drei nebeneinanderliegenden Ebenen übereinanderliegend angeordnet
und über die Länge des wirksamen Eisens derart verdrillt sind, daß die Teilleiter
zweier Ebenen über den Verdrillungsbereich einander abwechselnd die dritte Ebene
durchlaufen und anschließend wieder in die Ausgangsebene zurückkehren, während die
Teilleiter der dritten Ebene wechselweise die eine oder die andere der beiden ersten
Ebenen durchlaufen. Hierbei ist die von den Teilleitern zweier Ebenen durchlaufene
dritte Ebene die mittlere Teilleiterebene. Die bei einem derart verdrillten Leiterstab
durch das Nutenquerfeld induzierten Spannungen in den einzelnen Teilleitern sind
gleich, so daß keine Ausgleichsströme fließen können. Die Spannungen jedoch, die
durch das radiale Streufeld in den Wickelköpfen induziert werden, heben sich nicht
auf, so daß als Folge dieser im Gebiet der Wickelkopfräume in den Wickelköpfen induzierten
Spannungen Ausgleichsströme zwischen den Teilleitern der verschiedenen Ebenen auftreten.
Diese Ströme können relativ hohe Verluste erzeugen.
-
Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, den Dreiebenenstab derart zu verdrillen,
daß sich die durch das radiale Streufeld in den Wickelköpfen induzierten Spannungen
aufheben. Die Erfindung besteht darin, daß in jeder Ebene eine ungeradzahlige Anzahl
von
Teilleitern übereinanderliegt und daß die Teilleiter der beiden
äußeren Ebenen über den Verdrillungsbereich jede Ebene durchlaufen, während die
Teilleiter der mittleren Ebene jeweils abwechselnd eine der beiden äußeren Ebenen
durchlaufen. Die genannten Spannungen werden auf diese Weise restlos aufgehoben.
Es treten somit keine Ausgleichsströme zwischen den Ebenen auf, wie dies z. B. bei
den obengenannten Dreiebenenstäben, die nicht auf diese Weise verdrillt sind, und
beim normalen 360°-Roebelstab der Fall ist.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Leiterstabes gemäß
der Erfindung dargestellt.
-
F i g. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht des Leiterstabes, wobei
die Teilleiter nicht eingezeichnet sind; F i g. 2 und 3 zeigen je einen Schnitt
durch den Leiterstab längs den Linien IV-IV und V-V in F i g.1; F i g. 4 zeigt einen
Querschnitt durch den Leiterstab längs den Linien IV-IV, wobei der Weg der Teilleiter
durch den Stab durch eine geschlossene Linie angezeigt ist; F i g. 5 zeigt eine
Draufsicht des Leiterstabes mit eingezeichneten Teilleitern.
-
Der in F i g. 1 dargestellte Leiterstab besteht im wesentlichen aus
einem geraden Teil, der in die Statornut eingelegt wird; seine Länge 29 entspricht
dem Verdrillungsbereich. Die abgebogenen Enden des Leiterstabes sind mit 26 und
27 bezeichnet. Der Leiterstab besteht aus einer Anzahl gegeneinander isolierter
Teilleiter, die in drei Ebenen I, II und III angeordnet sind (s. F i g. 2 und 3).
Jede dieser Teilleiterebenen enthält eine ungerade Anzahl von Teilleitern; in diesem
Ausführungsbeispiel sind fünf Teilleiter je Teilleiterebene gezeichnet. Die Teilleiter
sind in F i g. 2 und 3 mit 10
bis 24 bezeichnet.
-
F i g. 2 zeigt die Lage der Teilleiter vor dem Verdrillen. F i g.
3 zeigt die Lage derselben nach dem Verdrillen. Den Weg der Teilleiter durch den
Stab zeigt die geschlossene Linie 28 in F i g. 4. Die Verdrillung erfolgt entlang
der geschlossenen Linie 28 in Richtung der angedeuteten Pfeile. Verfolgt
man beispielsweise den Weg des Teilleiters 10 entlang der Linie 28 (F i g. 4 mit
Teilleiterverteilung nach F i g. 2), so erkennt man, daß der Teilleiter
10 in der Teilleiterebene I an einer Kröpfstelle in die Teilleiterebene II
übertritt und oberhalb des Teilleiters 24 zu liegen kommt; gleichzeitig wechselt
der untere Teilleiter 20 der Teilleiterebene 1I in die Teilleiterebene III, so daß
er unterhalb des Teilleiters 19 zu liegen kommt. Anschließend wechselt der Teilleiter
11 von der Ebene III hinüber zur Ebene II und legt sich über den Teilleiter
10, während der Teilleiter 21 aus der Ebene II in die Ebene I hinüberwechselt,
so daß er unterhalb des Teilleiters 18 liegt.
-
Die Teilleiter in den beiden äußeren Ebenen I undIII bewegen sich
also innerhalb der Teilleiterebenen aufwärts; wenn man in F i g. 1 von links nach
rechts gesehen ihren Verlauf über die Stablänge betrachtet. Die Teilleiter der mittleren
Teilleiterebene II dagegen bewegen sich über den gleichen Abschnitt abwärts. Da
die mittlere Ebene Teilleiter von zwei äußeren Ebenen aufnehmen muß, ergibt sich,
daß das Gefälle ihrer Teilleiter doppelt so groß ist wie der Anstieg der Teilleiter
in den Ebenen I und IH. Die Abstände zwischen den einzelnen Kröpfstellen der Teilleiter
des Leiterstabes sind gleich und hängen von der Länge 29 des verdrillten Stababschnittes
und der Anzahl der Teilleiter in jeder Ebene ab. Diese Abstände entsprechen dem
Verhältnis wobei L die Länge des Verdrillungsbereichs
ist und n die Anzahl der Teilleiter in jeder Ebene bezeichnet.
-
Es ist erkennbar, daß jeder Teilleiter der beiden äußeren Ebenen I
und III alle drei Ebenen über den gesamten Verdrillungsbereich 29 durchläuft. Nach
Durchlaufen des gesamten Verdrillungsbereichs liegen die Teilleiter 10, 12, 14,
16 und 18, die vor Beginn der Verdrillung in der äußeren Ebene I lagen,
in der äußeren Ebene HI (s. F i g. 2 und 3); ebenso liegen die Teilleiter 11, 13,
15, 17 und 19, die vor Beginn der Verdrillung in der äußeren Ebene III lagen, nach
dem Durchlaufen des Verdrillungsbereichs in der äußeren Ebene I (s. F i g. 2 und
3). Die Teilleiter 20, 21, 22, 23 und 24 der mittleren Ebene II durchlaufen im Verdrillungsbereich
jeweils abwechselnd eine der beiden äußeren Ebenen und haben nach Durchlaufen des
gesamten Verdrillungsbereichs ihre ursprüngliche Lage wieder eingenommen (s. F i
g. 2 und 3).
-
In F i g: 5 ist erkennbar, daß - in ihr von links nach rechts gesehen
- zuerst der Teilleiter 10 von der äußeren Ebene I in die mittlere Ebene II überwechselt;
darauf wechselt der Teilleiter 11 aus der äußeren Ebene III in die mittlere Ebene
II über usw. - Eine Verdrillung gemäß F i g. 4 ermöglicht also einen Ausgleich sowohl
der durch das Nutenquerfeld induzierten Ausgleichsströme als auch der durch den
radialen Streufiuß hervorgerufenen Verluste.