DE2144131A1

DE2144131A1 - Leiterstab fuer elektrische maschinen, insb. fuer turbogeneratoren

Info

Publication number: DE2144131A1
Application number: DE2144131A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Duffert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1971-09-03
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1973-03-08
Also published as: AU4618172A; ZA725932B; GB1381378A; DE2144131C3; SE392188B; US3825783A; FR2151010A1; AT318064B; JPS4833302A; DE2144131B2; CA968021A; FR2151010B1; CH538776A

Description

Z SEP. 1971 KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT 4330 Mülheim-Ruhr"

Wiesenstraße 35

2U4131

Unser Zeichen: PA 71/9346 Mes/Fl

Leiterstab für elektrische Maschinen, insb. für Turbogeneratoren

Die Erfindung betrifft einen Leiterstab für elektrische Maschinen, insb. für Turbogeneratoren, mit in drei Ebenen angeordneten und miteinander verdrillten Teilleitern.

Bei normalen Wicklungsleitern von elektrischen Maschinen treten dabei Wirbelstromverluste auf, die durch den mit dem Leiter verketteten Streufluß hervorgerufen werden. Dies gilt besonders für den Nutenquerfluß, der den im Blechpaket befindlichen Teil des Leiters durchsetzt, als auch für den Stirn streu fluß, der sich in den Wickelköpfen außerhalb des Blechpaketes ausbildet.

Um diese Verluste zu kompensieren, ist es für einen Dreiebenenstab bekannt, die Teilleiter über die Nutlänge insgesamt um 360° zu verdrillen, wobei die Teilleiter nacheinander alle Positionen innerhalb des Leiters bzw. der Nut einnehmen. Bei einem derart verdrillten Leiter sind zwar die durch das Nutenquerfeld und die durch das radiale Stirnstreufeld induzierten Spannungen in den einzelnen Teilleitern gleich, so daß keine Ausgleichsströme fließen können. Eine Kompensation der tangentialen Stirnstreu felder, die bei großen Maschinen wegen der größeren Leiterhöhe stärker sind als das radiale Feld, ist jedoch mit einer derartigen Verdrillung nicht möglich.

Zur Kompensation auch dieses tangentialen Stirnstreu feldes ist es bei einem Zweiebenenstab bekannt, die Teilleiter insgesamt um 540° zu verdrillen, so daß die Teilleiter am Nuteintritt und am Nutaustritt in bezug auf die Verdrillungsachse jeweils die entgegengesetzte Lage einnehmen. Dabei sind

309810/0520 " ²"

PA 71/9346

die Teilleiter um 180° über das erste Viertel, über 180° über das zweite und drittel Viertel und um 180° über das vierte Viertel der Nutenlänge verdrillt.

Eine derartige Verdrillung ist jedoch bei einem Dreiebenenstab nicht möglich, da hierbei die Kompensation des Nutenquerfeldes besondere Schwierigkeiten bereitet und durch eine derartige Verdrillung allein um 5
schnitten nicht zu erreichen ist.

derartige Verdrillung allein um 540° in den genannten Ab-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Dreiebenenatab ein Verdrillungsschema anzugeben, mit dem sowohl die radialen als auch die tangentialen Stirn streu felder sowie das Nutenquerfeld weitgehend kompensiert werden.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Zahl der Teilleiter je Ebene ungerade ist und die Teilleiter der äußeren Ebenen über das erste Sechstel ihrer Länge um 90°, über das zweite bis fünfte Sechstel um 180° und über das sechste Sechstel um 90° verdrillt und abwechselnd in die mittlere Ebene geflochten sind und daß die Teilleiter der inneren Ebene in den entsprechenden Abschnitten eine doppelte Verdrillung von 180°, 360° und 180° aufweisen.

Durch eine derartige Verdrillung wird auch bei einem Dreiebenenstab eine Kompensation der tangentialen und der radialen Wickelkopfstreufelder und ein vollkommener Ausgleich des Nutenquerfeldes erreicht.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Verdrillungsplan für einen Dreiebenenstab mit fünf Teilleitern in einer Ebene, die

309810/0520 " ³ "

PA 71/9346

2U4131

Fig. 2 bis 5 die Lage der einzelnen Teilleiter an verschiedenen Querschnittsstellen der Nut und

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Leiter im Wickelkopfbereich bei Verwendung von Hohl- und Massivteilleitern.

Der in Fig. 1 dargestellte Leiterstab besteht aus 15 Teilleitern, die in den drei Ebenen A, B und C zu je 5 Teilleitern angeordnet sind. Dabei ist in Fig. 1 die Lage der Teilleiter in drei Ebenen A bis C durch verschiedene Strichstärke angedeutet. Die starkausgezogenen Linien zeigen die Teilleiter in der vorderen Ebene A, die im Schnitt L_Q am Anfang der Nut nach Fig. 2 mit arabischen Ziffern bezeichnet sind; die unterbrochenen starken Linien zeigen die Teilleiter in der mittleren Ebene B, die am Nutanfang mit kleinen Buchstaben a bis e bezeichnet sind und die dünnausgezogenen Linien zeigen schließlich die Teilleiter in der hinteren Ebene C, die mit römischen Ziffern I bis V bezeichnet sind.

Die Teilleiter 1 bis 5 und I bis V der beiden äußeren Ebenen A und C werden nunmehr abwechselnd in die mittlere Ebene B, beginnend mit der Ebene A, geflochten. Da. alle Teilleiter der äußeren beiden Ebenen eine mittlere Ebene durchlaufen, ist die Steigung in der mittleren Ebene B doppelt so groß wie in den beiden äußeren Ebenen.

Die gesamte Verarillungsiange des Stabes ist in drei Abschnitte eingeteilt. Der erste und letzte Abschnitt erstreckt sich jeweils über ein Sechstel und der mittlere Abschnitt über vier Sechstel der Verdrillungslänge. Im ersten und letzten Abschnitt werden die Teilleiter in den beiden äußeren Ebenen um 90° und in der inneren Ebene um 180° verdrillt, während im mittleren Abschnitt die Verdrillung 180° in den äußeren Ebenen und 360° in der inneren Ebene beträgt. Entsprechend der Längenaufteilung ist jedoch die räumliche Steigung der Teilleiter im mittleren Abschnitt - also im zweiten bis

309810/0520 " ⁴ "

2Η4Ί3Ί

Pl 71/9346

- 4 fünften Sechstel - halb so groß wie a.n den Stabenden.

In den Fig. 2 bis 5 ist die Lage der einzelnen Teilleiter an verschiedenen Querschnittsstellen der Nut dargestellt. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, haben an der Stelle L₁, also nach einem Sechstel der Nutlänge, die Teilleiter je nach Ausgangslage eine Verdrillung zwischen 90° und 180° erfahren.

Im Querschnitt an der Stelle L,- nach Mg. 4» die fünf Sechstel der Nutlänge entspricht, sind alle Teilleiter um 360° verdrillt. Das heißt, nach einem Umlauf haben die Teilleiter 1 bis 5 der vorderen Ebene A die Plätze mit den Teilleitern I bis V der hinteren Ebene C vertauscht, während die Teilleiter a bis e der mittleren Ebene B wieder an ihre alte Stelle zurückgekehrt sind.

Im letzten Sechstel der Nutlänge erfolgt nochmals eine Verdrillung der Teilleiter in den äußeren Ebenen um 90° und der Teilleiter in der inneren Ebene um 180°, damit ergibt sich am Ende der Nut am Querschnitt Lg eine Teilleiterlage, wie sie aus Mg. 5 zu entnehmen ist.

Aus Mg. 5 ist dabei zu entnehmen, daß nicht alle Teilleiter um 540° verdrillt sind, sondern daß sich lediglich ein Mittelwert von 450° bis 540° ergibt. Dadurch sind zwar die Stirnstreufelder nicht vollständig kompensiert, jedoch betragen die durch die Restfelder erzeugten Verluste nur noch höchstens 25 # der maximalen Teilleiterverluste entsprechender unverdrillter Stäbe. Wesentlich ist jedoch auch, daß allein durch die beschriebene Verdrillung ein vollständiger Ausgleich des Nuten querfeldes möglich ist. Das Nutenquerfeld ist nämlich ausgeglichen, wenn J'BdF über jede Teilleiterschleife den Wert Null hat, wobei das Überschreiten einer Kreuzungsstelle ein Vorzeichenwechsel für das Integrieren bedeutet. Um diese Bedingung zu erfüllen, müssen die von zwei Teilleitern umschlossenen Flächen über

30981 0/0520 - 5 -

PA 71/9346

die Nutlänge jeweils zu Null addiert werden können, wenn die Flächen Parallelogramme sind und die positiven und negativen Flächen jeweils für sich von Staboberkante bis Stabunterkante verlaufen.

Dieser Ausgleich soll nach Fig. 1 mit den beiden Teilleitern a und 1 nachgewiesen werden. Im ersten Sechstel, d. h. im ersten Verdrillungsbereich wird von den beiden Teilleitern a und 1 die Fläche F₁ umschlossen, die als positiv angenommen wird. Im mittleren Bereich - also im zweiten bis fünften Sechstel der Nut - schließen diese beiden Teilleiter nach einer Kreuzungsstelle die Fläche F₂ ein, die negativ iat, und im letzten Sechstel die Fläche F,, die - da sie wieder hinter einer Kreuzungsstelle liegt - positiv gezählt wird. Dabei ist zu beachten, daß im ersten und letzten Sechstel beide Teilleiter übereinander in der mittleren Ebene liegen und daher hier ihr mittlerer Abstand gleich der Teilleiterdicke ist, während die beiden Teilleiter im zweiten bis fünften Sechstel in verschiedenen Ebenen, nämlich den beiden äußeren Ebenen A und C liegen und daher entsprechend dem Rhythmus der Verdrillung in der Höhe nur um eine halbe Teilleiterdicke versetzt sind, also ihr mittlerer Abstand gleich der halben Teilleiterdicke ist. Wenn man die Breite der Fläche bei vollem Teilleiterabstand mit 1 annimmt, so ergibt sich über die gesamte Nutlänge folgende Aufsummierung der Flächen:

1 ₁ 4 1.1 η _ η

Daraus zeigt sich, daß die Summe aller Flächen Null wird und somit das Nutenquerfeld vollständig ausgeglichen ist.

Wenn für einen derartigen Stab zur Kühlung zusätzlich Hohlteilleiter, die von dem Kühlmittel durchströmt sind, verwendet werden sollen, so muß unbedingt vermieden werden, daß es zu einer Anhäufung von Massiv- oder Hohlteilleitern

309810/0520 _₇_

PA 71/9346

-ί-

in einer Ebene kommt. Aus diesem Grunde müssen die Hohlteilleiter dann im Wickelkopfbereich jeweils von Ebene zu Ebene versetzt angeordnet sein.

In Pig. 6 ist ein Querschnitt durch einen Stab mit den drei Ebenen A, B und C im Wickelkopfbereich gezeigt, aus dem die versetzte Anordnung der Hohlteilleiter 11 zwischen den Massivteilleitern 12 ersichtlich ist. Die Verdrillung erfolgt
dann im gleichen Rhythmus wie oben beschrieben.

2 Patentansprüche
6 Pig.

- 8 309810/0 520

Claims

21AAI31

PA 71/9346

Paten tan aprüche

( 1.jLeiterstab für elektrische Maschinen, inst», für Turbogeneratoren, mit in drei Ebenen angeordneten und miteinander verdrillten Teilleitern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der radialen und der tangentialen Stirnstreu feld er sowie des Nutenquerfeldes die Zahl der Teilleiter je Ebene ungerade ist und die Teilleiter der äußeren Ebenen über das erste Sechstel ihrer Länge um 90°, über das zweite bis fünfte Sechstel um 180° und über das sechste Sechstel um 90° verdrillt und abwechselnd in die mittlere Ebene geflochten sind und daß die Teilleiter der inneren Ebene in den entsprechenden Abschnitten eine doppelte Verdrillung von 180°, 360° und 180° aufweisen.
2. Leiterstab nach Anspruch 1 mit Hohl- und Massiv tei Hei t ern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohl tei Heiter im Wickelkopfbereich jeweils von Ebene zu Ebene versetzt angeordnet sind.

309810/0520

2 .

Leerseite