DE2144131B2

DE2144131B2 - Leiterstab für elektrische Maschinen, insbesondere fur Turbogeneratoren

Info

Publication number: DE2144131B2
Application number: DE2144131A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing. 4330 Muelheim Duffert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1971-09-03
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2144131C3; JPS4833302A; CH538776A; GB1381378A; DE2144131A1; FR2151010A1; ZA725932B; FR2151010B1; US3825783A; AT318064B; AU4618172A; CA968021A; SE392188B

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiterstab für elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit in drei Ebenen angeordneten und miteinander verdrillten Teilleitern, wobei die Zahl der Teilleiter je Ebene ungerade ist und die Teilleiter der äußeren Ebenen abwechselnd in die mittlere Ebene geflochten und nach Durchlaufen der mittleren Ebene in die jeweils andere äußere Ebene eingereiht sind.

Ein derartiger Leiterstab ist aus der AT-PS 2 39 364 bekannt. Dieser bekannte Leiterstab weist eine Verdrillung von 360° auf, 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 Stirnstreufelder, 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 radialen Stirnstreufeldes ist es aus der DE-PS 1104 049 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. Mit einer derartigen Verdrillung können sowohl die radialen, als auch die tangentialen Stirnstreufelder sowie das Nutenquerfeld einigermaßen kompensiert werden. Das genannte Verdrillschema läßt sich jedoch nicht ohne weiteres auf einen Dreiebenenstab übertragen, da hierbei die Kompensation des Nutenquerfeldes besondere Schwierigkeiten bereitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch für einen Dreiebenenstab ein Verdrillschema anzugeben, mit dem sowohl die radialen als auch die tangentialen Stirnstreufelder sowie das Nutenquerfeld weitgehend kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Leiterstab der eingangs genannten Art die Teilleiter in den äußeren Ebenen über das erste Sechstel der Länge des Leiterstabs um 90°, über das zweite bis fünfte Sechstel um 180° und über das sechste Sechstel um 90° verdrillt sind.

Durch eine derartige Verdrillung wird auch bei einem b5 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 zeigt

F i g. 1 einen Verdrillungsplan für einen Dreiebenenstib mit fünf Teilleitern in einer Ebene, die

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 F i g. 1 die Lage der Teilleiter in drei Ebenen A bis Cdurch verschiedene Strichstärke angedeutet Die stark ausgezogenen Linien zeigen die Teilleiter in der vorderen Ebene A, die im Schnitt L₀ 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 Verdrillungslänge 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 fünften Sechstel — halb so groß wie an den Stabenden.

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

Im Querschnitt an der Stelle £,5 nach F i g. 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 Lt eine Teüleiterlage, wie sie aus F i g. 5 zu entnehmen ist.

Aus Fig.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 unverdrill-

ter Stäbe. Wesentlich ist jedoch auch, daß allein durch die beschriebene Verdrillung ein vollständiger Ausgleich des Nutenquerfeldes möglich ist Das Nutenquerfeld ist nämlich ausgeglichen, wenn J SdF über jede Teilleiterschleife den Wert Null hat, wobei das Überschreiten einer Kreuzungssteüe ein Vorzeichenwechsel für das Integrieren bedeutet Um diese Bedingung zu erfüllen, müssen die von zwei Teilleitern umschlossenen Flächen über die Nutlänge jeweils zu Null addjert 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 F i g. 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 Fi umschlossen, die als positiv angenommen wird. Im mittleren Bereich — also im zweiten bis fünften Sechstel der Nut — schließen diese beiden TeiJleiter nach einer Kreazungsstelle die Fläche F2 ein, die negativ ist und im letzten Sechste! die Fläche F₃, 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 Cliegen und daher entsprechend dem Rhythmus der Verdrillung in der Höhe nur um eine halbe Teiüeiterdicke 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 Aufsummierang der Flächen:

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

In F i g. 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.

Hierzu I Blatt Zeiehiuiimcn

Claims

Patentanspruch:

Leiterstab für elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit in drei Ebenen angeordneten und miteinander verdrillten Teilleitern, wobei die Zahl der Teilleiter je Ebene ungerade ist und die Teilleiter der äußeren Ebenen abwechselnd in die mittlere Ebene geflochten und nach Durchlaufen der mittleren Ebene in die jeweils andere äußere Ebene eingereiht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter in den äußeren Ebenen über das erste Sechstel der Länge des Leiterstabs um 90°, über das zweite bis fünfte Sechstel um 180° und über das sechste Sechstel um 90° verdrillt sind.