DE1903090U - Wechselstrommaschine, insbesondere turbogenerator mit verdrillten wicklungsstaeben. - Google Patents

Description

Op/ro ' '

RA-676 885*25.9.6ί*

Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE., BADEN (Schweiz)

Wechselstrommaschinej insbesondere Turbogenerator mit verdrillten Wicklungsstäben.

Bei den Wicklungen von Generatoren grosser Leistung, insbesondere Turbogeneratoren, werden im Stator verdrillte Stäbe angewendet. Man verhindert dadurch die Bildung von Wirbelströmen im Streufeld der Nuten. Die Verdrillung ist so ausgeführt, dass die von den einzelnen Teilleitern umschlossenen Streufelder in Summe Null ergeben und infolgedessen keine elektromotorischen Kräfte induziert werden können. Far den aktiven Teil mit seinen in den Nuten liegenden Stabteilen ist diese Aufgabe mit verdrillten Leitern, z.B. bei Stäben nach der ig.ua.r-t Rq§Td§1j exakt g§l§§£.

In den ausserhalb dem aktiven Eisen im Stirnraum liegenden Stabteilen treten aber auch Felder auf, die bei unverdrillten, parallel laufenden Teilleitern, wie in Fig. 1 dargestellt, nicht kompensiert sind. Es werden durch die Felder im Stirnraum Schlingströme erzeugt, welche den Stab nicht nur im Wickelkopf sondern auch in der Nut zusätzlich belasten.

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In Pig. 1 bedeuten C-C' - D'- D' den Innerhalb der Nut liegenden Teil und A-C¹ -C-A, D' -F¹ -F-D die ausserhalb der Nut liegenden Wickelkopfteile. Der Streufluss ist mit <p_s bezeichnet.

Man hat deshalb auch Verdrillungen im Wickelkopf ausgeführt; es hat sich aber gezeigt, dass ihre Wirkung nicht mit der gleichen Sicherheit vorausbestimmt werden kann, wie im Nutenteil. Die Ursache liegt in der ungleichmässigen räumlichen Verteilung der magnetischen Feldvektoren des Stirnraumes.

Im allgemeinen genügt eine gleichmässige Verdrillung nur dann der Forderung der" vollen Kompensation der Kraftflussverkettungen, wenn die Feldstärken in Längsrichtung des Stabes gleichmassig verlaufen.Da diese Bedingung im Stirnraum nicht erfüllt ist, kann eine gleichmässige Verdrillung nicht genügend wirksam sein. Man hat deshalb auch ungleiehmässig über die Wickelkopflänge verteilte Verdrillungen vorgeschlagen, die aber zu schwierig herzustellenden Konstruktionen führen.

Der Zweck der Erfindung ist daher bei einfacher Stabherstellung eine Verdrillungsart zu erreichen, bei welcher die ungMchmässige Feldverteilung berücksichtigt werden kann. Zum Verständnis der /SrTinttong muss aber noch zuerst auf folgende Eigenschaft der Stirnraumfelder hingewiesen werden. Bei den Feldern, deren Komponente senkrecht zur Stabfläche hindurchtreten, sind grundsätzlich zwei verschiedene Fälle möglich.

Der erste Fall gilt hauptsächlich für den Bereich der Stäbe in

- .-" V¹Ti '.- ^: Λ

132/61 - 3 -

Ballennähe, wo die Stäbe in axialer Richtung aus den Nuten kommen. In diesem Bereich liegen unter den Statorstäben die Rotorspulen. Sie verlaufen ebenfalls in axialer Richtung. Im Kurzschlusslauf, durch welchen Ja die Zusatzverluste bestimmt werden, sind die Durchflutungen von Stator und Rotor gleich gross und entgegengesetzt. Die Streuflussverteilung entspricht hier derjenigen des Transformators gemäss Fig. 2a, wo S die Statorwicklung, R die Rotorwicklung und B die Feldverteilung ist. Das heisst, sie verläuft zwischen den beiden Wicklungen mit grösster Feldstärke und nimmt nach aussen hin mit der radialen Stärke der Wicklung ab. Für die Statorwicklung ist die räumliche Feldverteilung somit die gleich wie in der Nut, nur die Feldstärken sind verschieden. Für die Kompensierung dieses Feldes gelten also auch dieselben Gesetze der Verdrillung.

Beim zweiten Fall gilt die Feldverteilung einer Stabreihe nach Fig. 2b. Die von der Rotorwicklung weiter entfernt liegenden Stator-Wicklungsteile S' werden von der Rotordurchflutung kaum mehr beeinflusst. Vorherrschend igt hier der Einfluss des Eigenfeldes der Selbstinduktion. Bei der üblichen Zweischichtwicklung entsteht zwar auch eine gegenseitige Induktion der beiden Stabschichten im Wicklungskonus. Das von der Nachbarschicht erzeugte Fremdfeld würde bei parallelem Verlauf eine starke Verkettung ergeben. Da sich aber die Stabschichten im Gitterkorb des Wickelkopfes kreuzen, dst der Einfluss der gegenseitigen Induktion sehr gemildert.

m 4 *

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Bin Stab dieser Art ware aber sehr uiastindlich uad aufwendig iii der Herstellung. Bis iJeueammg besw©cli:t nusaaelir bei eiaea aus Seilloitera besteheaäea tfioklimgsstab für IJeciiselstrOiä·* inaschinen» welcher awooks Teraeidung Ton V/irbolstrSmea ia Ilutenteil taai 360° und ia Uickelkopfteil wa 180° verdrillt wird» diesen Macliteil au belieben» §eiaäse der lleiaeruag wird dies dadttrch erroiciitg dass die Terärillimgsläiag© des "Imtenteiles über die Sisealliiige wa eiaen bestimmten 33®tra§ χ 2iach beiden Seiten hinausragt usd die ?ordrilluag - ia den Wiökelkopf endea jedes Stabes sich nur über de& geärüsiaiten Seil ersstrecl£t_s wobei di<

ζ sich aus der Sleiehimg

χ » &■ .. ^, ..., ergibt»

die lialt>e Bisenlänge des Stators ;

das Iferhältiiiss dox⁵ SEage des geraden Stabteiles. ausserhalb des liseag aus? kalben Eisenlänge mid das" Verhältnis äer tasgentialea f

ia tmd uusserlialb öer lutea

132/61 - 5 - ,

Die Anordnung gemäss der Erfindung ist in Fig. 4 veranschaulicht, woraus ersichtlich ist, dass an Stelle von β hintereinander liegenden l80°-Verdrillungen (Fig. 3) nur noch notwendig sind.

Der Feldausgleich innerhalb BEEB¹ wird mit einer 36O°-Verdrillung im aktiven Teil dadurch erreicht, dass die Verdrillung* länge grosser ist als die aktive Eisenlänge.

In der Fig. 4 ist die aktive Eisenlänge mit 2 1, die Ver-

längerung der Verdrillung mit' 2 χ und der gerade axiale Stabteil im Stirnraum einseitig mit 1 angegeben.

Die Feldstärke B des Streufeldes in halber Nuthöhe ist bei

der Stabwicklung bekanntlich

B =
a - ίο b_n

wo J der Stabstrom und b die Nutenbreite bedeutet.

Ausserhalb des Eisens ist die Feldstärke B kleiner, und zwar

η _ Mt

g " 10

wenn*C_n die Nut teilung in halber Nuthöhe bedeutet.

Der Kraftfluss J, kann anhand Fig. 5 für die beiden Stäbe einer Nut feestimmt werden. Die mittlere Feldstärke des Stabes am

■R B

a , ausserhalb des Eisens _g.

2 2

"R B

Nutengrund ist fa , ausserhalb des Eisens

152/61 - β - . 7

der mit dem Dreieck P P' O verkettete Fluss ist: 1 + χ

J₁- J ^aM »* 4·=πϊ

h = Stabhöhe

_wird T 1 = fajL. 1 dl =| B_a (l_a + x) ^ ^{+ 3}SZ

In ähnlicher Weise findet man für

-£ B ^a

_ro 8 a 1 + χ L2 a

§ ^a ^X + 1 - χ J B

Wenn ψ_Ί+<Ρ^+τ^ ,_τ ,, , , _Ί

Il I 2 - 3 Null werden soll, so muss

a sein.

Mit den Bezeichnungen Z =f (3 -

fa ^ -is

erhält man für

132/61 - 7 - I

[Λ ρ

Das Längenverhältnis ο ist sehr klein gegen ρ, dem Verhältnis der mittleren.Nutteilung zur Nutbreite.

Man kann also statt

1+ Jpg)²/ -"J— setzen

Für * erhält man dann

^£ ß -if

als Bestimmungsgleichung für

χ - £ 1

unter der Bedingung, dass

wird.
Dasselbe gilt sinngemäss für den Stab an der Nutöffnung.

2s ist sorait \va£$v Si^äÜllEI Slip? §§2i§liün| IHSgüuh αέη Bereich des aktiven Teiles mit dem des geraden Teiles ausserhalb des Eisens durchweine einzige Verdrillung um J>oO so zu kompensieren, dass der Stab· für beide Bereiche der Streufelder ausgeglichen ist.

Die restlichen Stabteile., die in der Krümmung liegen, werden erfindungsgemäss auf jeder Seite entsprechend Pig. K um l80 verdrillt. In der Fig. 4 sind dies die Rechtecke A.B 3¹ A* und EFF¹ E' .

Claims (1)

1. neuer Schutzanspruch:

   Aus Teilleitern bestehender Wicklungssta"b für Wechselstrommaschinen , welcher zwecks Vermeidung -von Wirbelströmen im Nutenteil um 3^0° und im Wickelkopfteil um l80° verdrillt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrillungslange des Nutenteiles über die Eisenlänge um einen bestimmten Betrag χ nach beiden Seiten hinausragt und die Verdrillung in den' Wickelkopfenden jedes Stabes sich nur über den gekrümmten Teil erstreckt, wobei die Länge χ sich aus der Gleichung

   r- ■

   χ ^=:

   ergibt,

   /i - t

   worin

   /3

   die halbe Eisenlänge des Stators

   das Verhältnis der Länge des geraden Stabteiles ausserhalb des Eisens zur halben Eisenlänge und

   das Verhältnis der tangentialen Feldstärken in und ausserhalb der Nuten bedeuten.

   Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI &.CTE