DE2040760A1

DE2040760A1 - Elektrische Synchronmaschine

Info

Publication number: DE2040760A1
Application number: DE19702040760
Authority: DE
Inventors: Austin Hughes
Original assignee: International Research and Development Co Ltd
Current assignee: International Research and Development Co Ltd
Priority date: 1969-08-20
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1302549A; SE363202B; US3644766A; FR2059057A5; JPS4842281B1

Description

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IKTERKATIONAL RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY LIMITED, Newcastle upon Tyne-6, England

Elektrische Synchronmaschine

Die Erfindung betrifft eine Wechselstrom- oder Drehstromsynchronmaschine mit einer gleiohstromerregten Läuferfeldwicklung aus supraleitendem Material und einer Ständerwick« lung aus nichtsupraleitendem Material.

Wenn man eine supraleitende Feldwicklung verwendet, erübrigt sich die Anordnung eines Ständerkerns aus magnetischem Material, und die Ständerleiter können in Luft oder in einem Gehäuse aus nichtmagnetischem Material, z.B. einem Epoxidharz, untergebracht werden. Wegen der hohen magnetischen Feldstärken ist es jedoch notwendig eine magnetische Abschirmung vorzusehen, die den Läufer umgibt, Jedoch hat diese gewöhnlich einen verhältnismäßig großen Abstand von dem Läufer, so daß sie außerhalb des Bereiches der hohen Feldstärken liegt.

Große Maschinen dieser Bauart bieten manchmal Schwierigkeiten bei Kürzschlußbedingungen, da die Ström© in einem solchen Fall so groß werden, daß sie die Wicklungen stark beschädigen können.

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Die Kurzschlußströme können dadurch herabgesetzt werden, daß ein magnetisches Material, z.B. Eisen, in den Bereichen hoher Feldstärke verwendet wird, jedoch vereitelt die Anwendung eines solchen Materials einen der Hauptvorteile der supraleitenden Wicklung, daß nämlich ein Magnetkern fortgelassen werden kann.

Gemäß der Erfindung hat die Ständerwicklung einen aktiven Teil der aus Leitern gebildet wird, die in einer nichtmagnetischen Umgebung in der Nähe des Läufers gehaltert sind, einen weiteren Teil, der von Leitern gebildet wird, die sich in einer magnetischen Abschirmung befinden, welche den aktiven Teil und den Rotor umgibt und Stirnwicklungen oder Verbindungen, welche die Leiter des aktiven Teiles und des weiteren Teiles in Reihe miteinander verbinden.

Der weitere Teil der Wicklung, der mit dem magnetischen Material der magnetischen Abschirmung verknüpft ist, liefert eine genügende Reaktanz, um die Kurzschlußströme zu begrenzen, ohne daß es notwendig ist, irgendein zusätzliches magnetisches Material in der Nähe des aktiven Teiles der Wicklung vorzusehen. Die Leiter des aktiven Teiles der Wicklung können von einem Gehäuse aus nichtmagnetischen Material getragen werden, das einen Abstand von der magnetischen Abschirmung hat.

Die Leiter des aktiven Teiles und des weiteren Teiles der Wicklung erstrecken sich vorzugsweise parallel zu der Achse des Läufers und werden durch Stirnleiter miteinander verbunden, die im allgemeinen radial mit Bezug auf die Läuferachse verlaufen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Leiter des aktiven Teiles der Wicklung eine Doppellagenwicklung, die Stirnleiter befinden sich an dem einen Ende der Ma-

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schine und die weiteren Wicklungsteile haben eine Anzahl von Polen, die von der Anzahl der Pole des aktiven Teiles verschieden sind.

Die Leiter des weiteren Teiles der Wicklung können in Schlitzen in einer lameliierten magnetischen Abschirmung oder in einem ringförmigen Spalt zwischen zwei Zylindern angeordnet sein, die aus Lamellen bestehen, welche die Abschirmung bilden. ■

Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit Aüsführungsbei spielen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen ist

Fig. T ein Längsschnitt einer Wechselstromsynchronmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Teilschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,.

Fig. 3 ein Schnitt ähnlich wie der der Fig. 2_S der Qedoch eine andere Anordnung der Stände wicklung in der magnetischen Abschirmung zeigt und

Fig. 4 ein Wicklungsdiagramm der Ständerwicklung der Ma schine der Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine ist ein Synchronwechselstromgenerator, der einen hohlen Stahlläufer 10 hat, in dem eine Gleichstromerregerwicklung 11 aus supraleiten dem Material angeordnet ist. Der Rotor 10 hat Wellenstümpfe 12 und 13 an federn Ende, die in Lagern 14 und 15 gelagert sind, welche ihrerseits auf Lagerstützen 16 und 17 ruhen. Der Wellenstumpf 13 hat einen Kupplungsflansch 18, so daß er an ein Antriebsaggregat, z.B. eine Turbine zum Antrieb des Läufers, angekuppelt werden kann. Der Wel lenstumpf 12 trägt Schleifringe 19, die mit Bürsten 20 zusammenarbeiten und durch Leitungen 21 mit der Feldwick-' : ■ 109811/1372 ' ."_

lung 11 verbunden sind, um der Wicklung Strom zuzuführen. Ein Kühlaggregat 22 ist auf dem V/ellenstumpf 12 montiert und liefert ein Kühlmittel von sehr niedriger Temperatur, d.h. von einigen Grad Kelvin,an die Wicklung 11, um sie in einem supraleitenden Zustand zu halten. Der Läufer 10 hat eine Strahlungsabschirmung" 23, welche die zylindrische Fläche umgibt, um das Eindringen von Wärme in die Wicklung zu verhindern. Die Strahlungsabschirmung 23 befindet sich in einem Vakuumraum innerhalb einer äußeren Hülle 24.

Der Ständer der Maschine hat Abschlußteile 25 und 26 und ein äußeres Stahlgehäuse 27. Ringe 28 aus einer nichtmagnetischen Legierung sind zwischen dem Gehäuse 27 und den Endteilen 25 und 26 montiert, und ein ringförmiger Hauptkörper 29, der ebenfalls aus einer nichtmagnetischen Le- ' gierung besteht, ist mit den Ringen 28 durch Bolzen verbunden. Aktive Leiter 30 der Ständerwicklung werden von der Innenseite des Hauptkörpers 29 unterstützt. Eine magnetische Abschirmung 31 aus lamellierten Blechen und von hohlzylindrischer Form ist um den Hauptkörper 29 zwischen den Ringen 28 montiert. Reaktanzleiter 32 gehen durch die Abschirmung 31 hindurch und liegen, wie Fig. 2 zeigt, in einem ringförmigen Spalt 33 zwischen zwei koaxialen Zylindern, die die Abschirmung bilden. Die Reaktanzleiter 32 sind in Reihe mit den aktiven Leitern 30 durch Stirnleiter 34 verbunden, die im allgemeinen radial in einer Ebene quer zur Achse des Läufers verlaufen. Die Verbindungen zwischen den aktiven Leitern 30 und den Stirnleitern 34 sind in Hauptwasserbehälter 35 eingeschlossen und die Verbindung zwischen den Stirnleitern 34 und den Reaktanzleitern 32 in Hilfswasserbehältern 36. Die Wasserbehälter 35 und 36, die ringförmig sind, dienen dazu, die Leiter...zu kühlen, die oberhalb oder bei Raumtemperatur arbeiten, d.h. sie sind nicht supraleitend.

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Die magnetische Abschirmung 31, die in Fig. 2 dargestellt ist, besteht aus koaxialen Zylindern, die je aus Lamellen von Siliconstahl zusammengesetzt sind. Die Reaktanzleiter 32, die in dem ringförmigen Spalt zwischen den beiden Zy-linaern angeordnet sind, können in ein Epoxidkunstharz oder dgl. eingebettet sein. Es ist auch möglich,, die aktiven Leiter 30 mit Hilfe von Teilen aus verstärktem Epoxidkunstharz zu haltern, anstatt in dem Körper 29 aus nichtmagnetischer Legierung. Die aktiven Leiter befinden sich in einer nichtmagnetischen Umgebung und haben einen Abstand von der magnetischen Abschirmung 31.

Fig. 3 zeigt eine andere AusfUhrungsform und Anordnung der reaktiven Leiter in Schlitzen der magnetischen Abschirmung 31. Die Reaktanzleiter 32A können in Schlitzen an der äußeren Oberfläche der magnetischen Abschirmung angeordnet sein oder Reaktanzleiter 32B können in Schlitzen an der Innenfläche vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Leiter in Bohrungen in der magnetischen Abschirmung anzuordnen.

,Fig. 4 zeigt das Wicklungsdiagramm für eine Dreiphasenwicklung, in der der aktive Teil eine Zweipoldoppellagenwicklung ist und der Reaktanzteil eine Achtpolwicklung mit nur vier Polphasengruppen. Die erste Phasenwicklung ist durch dicke Linien dargestellt, die zwischen den Klemmen 4OA und 403 verlaufen, die zweite Phasenwicklung ist durch eine dünne Linie dargestellt, die zwischen den Klemmen 41A und 41B verläuft,und die dritte Phase ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt, die zv/ischen den Klemmen 42A und 42B verläuft. Die aktiven Leiter 43 liegen paarweise in Schlitzen, um die Doppelwicklung zu bilden. In jedem Paar ist ein Leiter, z.B. der Leiter 44, in der oben beschriebenen Weise dargestellt und liegt über einem anderen Leiter» z.B. dem Leiter 45, der in gestrichelten Linien (oder in Falle einer dritten Phase als strichpunktiert© Linie) dar-

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gestellt ist. Die Stirnleiter 46 liegen in diesem Fall nur an einem Ende der Maschine. Die Reaktanzleiter 47 sind in Reihe mit den aktiven Leitern über die Stirnleiter verbunden.

Es sei bemerkt, daß die aktiven Teile und Reaktanzteile der Wicklung verschiedene Polzahlen haben. Der Reaktanzteil hat acht Pole, aber die Hälfte der Polphasengruppen ist weggelassen worden, so daß nur vier vorhanden sind. Beim Fortlassen von Polphasengruppen muß der Reaktanzteil trotzdem zwischen den Phasen im Gleichgewicht bleiben.

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Claims

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Patentansprüche

(1A Elektrische Synchronmaschine mit einer von Gleichstrom durchflossenen Läuferfeldwicklung aus supraleitendem Material und einer Ständerwicklung aus nichtsupraleitendem Material,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung aktive Leiter (30) aufweist, die in einer nichtmagnetischen Umgebung in der Nähe des Läufers (10) gehaltert sind, daß Reaktanzleiter (32) in einer magnetischen Abschirmung (31) angeordnet sind, die die aktiven Leiter und den Läufer umgibt und daß Stirnleiter (34) die aktiven und die Reaktanzleiter in Reihe miteinander verbinden.
2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Leiter von einem Gehäuse (29) aus nichtmagnetischem Material in Abstand von der magnetischen Abschirmung gehaltert sind. ■
3. Synchronmaschine nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven und die Reaktanzleiter parallel zu der Achse des Läufers verlaufen und die Stirnleiter in einer Ebene oder in Ebenen quer zur Läuferachse liegen.
4. Synchronmaschine nach Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Leiter eine Doppellagenwicklung (43) bilden.

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5. Synchronmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung zwei koaxiale Zylinder aus lameliiertem Material aufweist, die von einem ringförmigen Spalt (33) getrennt sind und daß die Reaktanzleiter (32) in dem Spalt angeordnet sind.
6. Synchronmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanzleiter (32A»32B) in Schlitzen der magnetischen -Abschirmung (31) angeordnet sind.
7. Synchronmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (47) der Wicklung, der von den Reaktanzleitern gebildet wird, eine Polzahl hat, die von der Polzahl des Teiles der Wicklung abweicht, der von den aktiven Leitern gebildet wird.

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