DE2148439A1

DE2148439A1 - Elektrische schenkelpolmaschine

Info

Publication number: DE2148439A1
Application number: DE2148439A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Leistner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1973-03-29
Also published as: FR2153328B1; DE2148439B2; SE378951B; FR2153328A1; US3778647A; AT314651B; CH537657A; IT967729B

Description

Elektrische Schenkelpolmaschine

Zur Steigerung der Leistung elektrischer Maschinen ist es, insbesondere bei als Wasserkraftgeneratoren dienenden elektrischen Schenkelpolmaschinen, bekannt, die Wicklungen aus Hohlleitern aufzubauen, die unmittelbar von einer Kühlflüssigkeit, in den meisten Fällen Wasser, durchflossen werden. Eine derartige direkte Flüssigkeitskühlung wird sowohl bei der Ständerwicklung als auch bei der auf den Schenkelpolen befindlichen Erregerwicklung eingesetzt.

Ferner ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 538 720 eine direkte Flüssigkeitskühlung der AnIaufwicklung einer Synchronmaschine bekannt, bei der die Dämpferwicklungsstäbe der Synchronmaschine von Kühlflüssigkeit durchflossen werden. Diese bekannte Flüssigkeitskühlung der Dämpferwicklung ist als in sich geschlossenes Kühlsystem ausgebildet.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der Kühlung der Läuferwicklungen einer elektrischen Schenkelpolmaschine mit direkt flüssigkeitsgekühlter Erreger- und Dämpferwicklung. Gemäß der Erfindung sind die Leiter der Erregerwicklung und die Leiter der Dämpferwicklung derart hydraulisch in Reihe geschaltet, daß jeweils zuerst Leiter der Dämpferwicklung durchflossen werden. Diese besondere hydraulische Hintereinanderschaltung der Leiter der Dämpfer- und der Erregerwicklung innerhalb des Kühlflüssigkeitskreises ist für elektrische Synchronmaschinen, die selbst mit Hilfe der Dämpferwicklung asynchron angefahren werden, von großem Vorteil. Während des asynchronen Anlaufes der Synchronmaschine werden nämlich die

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Leiter der Dämpferwicklung thermisch stark "belastet, also zu einem Zeitpunkt, wenn die Erregerwicklung der Maschine noch kalt ist. Dadurch, daß nun in der hydraulischen Reihenschaltung der beiden Wicklungen zunächst Leiter der Dämpferwicklung durchflossen werden, kann während des Anlaufes der Maschine die Wärmekapazität der Erregerwicklung zur Rückkühlung der in den Leitern der Dämpferwicklung stark erwärmten Kühlflüssigkeit ausgenutzt werden. Während des normalen Betriebes der Synchronmaschine führt die Dämpferwicklung dagegen keine bzw. nur minimale Ströme. Die Kühlflüssigkeit tritt dann also genügend kalt in die Leiter der nun stärker erwärmten Erregerwicklung, so daß durch diese Reihenschaltung die Entwarnung der Erregerwicklung nicht beeinträchtigt ist. Ein derartiger gemäß der Erfindung aufgebauter einziger Kühlkreislauf mit hydraulischer Hintereinanderschaltung der Dämpfer- und der Erregerwicklung ist also in allen Betriebszuständen der Maschine wirksam und nur wenig aufwendig.

Die elektrische Schaltung der Leiter sowohl der Dämpferwicklung als auch der Erregerwicklung ist von der hydraulischen Schaltung der sie durchfließenden Kühlflüssigkeit völlig unabhängig und kann daher in beliebiger Weise vorgenommen werden.

Aber auch der Verlauf der Kühlflüssigkeit in den Leitern der Erreger- und der Dämpferwicklung kann in zweckmäßiger Weise den Betriebsverhältnissen besonders angepaßt sein. So kann man die auf einem Schenkelpol angeordneten Leiter beider Wicklungen in geeigneter Weise in zwei oder mehrere Kühlflüssigkeitskreise unterteilen, die hydraulisch parallel geschaltet sind.

Die während des Anlaufes zur Kühlung der Dämpferwicklung erforderliche Kühlflüssigkeitsmenge läßt sich mit Vorteil verringern, wenn die kalte, von der Kühlflüssigkeitszufuhr-

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Sammelleitung kommende Kühlflüssigkeit zunächst nur über einen Teil der Leiter der Dämpferwicklung fließt, dann über Leiter der Erregerwicklung und danach über den restlichen Teil der Dämpferwicklung. Schließlich kann dann die Kühlflüssigkeit direkt oder über einen verbleibenden Teil der Erregerwicklung der Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung zugeführt werden. Zum thermischen Wärmeausgleich ist es dabei zweckmäßig, die einzelnen hydraulisch hintereinandergeschalteten Leiter in der Erregerwicklung so verteilt anzuordnen, daß benachbarte Leiter von unterschiedlich erwärmter Kühlflüssigkeit durchflossen werden.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese Figuren zeigen siiematisch die hydraulische Schaltung der Kühlflüssigkeit für die Erreger- und Dämpferwicklung einer elektrischen Schenkelpolmaschine.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf jedem Schenkelpol 1 eines elektrischen Wasserkraftgenerators zwei parallele Kühlflüssigkeitskreise vorhanden sind. Die von der Kühlflüssigkeitszufuhr-Sammelleitung 2 kommende kalte Kühlflüssigkeit wird zunächst jeweils über die Hälfte der Leiter der Dämpferwicklung 3 geführt. Die Kühlflüssigkeit tritt dann auf die Erregerwicklung 4 über, von der jeweils die Hälfte der Leiter zu einem in der Figur als Rechteck dargestellten hydraulischen Kreis zusammengefaßt ist. Nach dem in geeigneter Weise vorgenommenen Durchströmen von jeweils einer Hälfte der Leiter der Erregerwicklung 4 wird dann die Kühlflüssigkeit wieder zu der Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung 5 geleitet. Zwischen der Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung 5 und der Kühlflüssigkeitszufuhr-Sammelleitung 2 liegen die bekannten, zur Rückkühlung bzw. Aufbereitung der Kühlflüssigkeit dienenden Geräte, wie sie normalerweise in einem geschlossenen oder offen ausgebildeten Kühlflüssigkeitskreislauf für eine elektrische Maschine vorhanden sind.

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Auf jedem Schenkelpol der elektrischen Synchronmaschine sind also Leiter der Dämpferwicklung 3 hydraulisch in Reihe zu den Leitern der Erregerwicklung 4 geschaltet. Es ist dabei vorteilhaft, daß die Leiter der Dämpferwicklung 3 zuerst von der kalten, aus der Kühlflüssigkeitszufuhr-Sammelleitung 2 kommenden Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Beim Anlauf der * elektrischen Synchronmaschine fließen nämlich in der Dämpferwicklung 3 sehr hohe Ströme, welche die Leiter thermisch stark "belasten. Die Erregerwicklung 4 ist während des asynchronen Anlaufes aber kalt. Somit wird die beim Anlauf stark erhitzte Kühlflüssigkeit erst noch über die kalten Leiter der Erregerwicklung 4 geleitet, ehe sie in die Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung 5 übertritt. Dadurch kühlt sie sich aber bereits entsprechend der Wärmekapazität der Erregerwicklung etwas ab, wodurch die im Kühlkreislauf vorgesehenen Rückkühler entlastet werden.

Erwärmt sich dagegen die Erregerwicklung 4 während des normalen Betriebes der Synchronmaschine, so sind die Leiter der Dämpferwicklung 3 inzwischen nicht mehr stromdurchflossen bzw. nur von so geringen Strömen durchflossen, daß sie sich sehr schnell abkühlen, was noch dadurch unterstützt wird, daß sie in der Nähe der Oberfläche des Polschuhes des Schenkelpols 1 liegen. Die Kühlung der Erregerwicklung 4 während des normalen Betriebes der Synchronmaschine ist also nicht beeinträchtigt.

Fig. 2 zeigt einen etwas abgeänderten Verlauf des hydraulischen Kühlkreises für die Leiter eines Schenkelpols 1 einer elektrischen Synchronmaschine, z. B. eines Wasserkraftgenerators. Auch hier liegen die Leiter der Dämpferwicklung 3 hydraulisch in Reihe zu den Leitern der Erregerwicklung 4. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die aus. der Kühlflüssigkeitszuführ-Sammelleitung 2 kommende kalte Kühlflüssigkeit zunächst über die Hälfte der Leiter der Dämpferwicklung 3 geleitet.

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Dann durchströmt sie eine Hälfte der Leiter der Erregerwicklung 4 und wird hierbei, wenn sie während des Anlaufes in den Leitern der Dämpferwicklung 3 stark erwärmt wird, bereits wieder zurückgekühlt. Sie durchströmt dann die zweite Hälfte der Leiter der Dämpferwicklung 3 und danach die zweite Hälfte der Leiter der Erregerwicklung 4, ehe sie in die Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung 5 übertritt. Die gesamten auf dem Schenkelpol 1 angeordneten Leiter sowohl der Dämpferwicklung als auch der Erregerwicklung 4 werden also gruppenweise hintereinander durchströmt, ohne daß parallele Kühlkreise vorhanden sind.

In der Figur sind wieder die beiden Kühlflüssigkeitskreise in der Erregerwicklung schematisch als Rechteck dargestellt. In Wirklichkeit wird man aber, da die jeweils aus den Leitern der Dämpferwicklung austretende Kühlflüssigkeit auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt ist, die Leiter der beiden Kühlflüssigkeitskreise so verschachtelt über der Erregerwicklung verteilt anordnen, daß die in benachbarten Leitern fließende Kühlflüssigkeit eine möglichst große Temperaturdifferenz aufweist. Dadurch erhält man dann noch zusätzlich einen thermischen Wärmeausgleich.

Eine weitere Vereinfachung eines derartigen hydraulischen Kühlkreises zeigt die Fig. 3 , bei welcher die kalte, aus der Kühlflüssigkeitszufuhr-Sammelleitung 2 kommende Kühlflüssigkeit zunächst die Hälfte der Leiter der Dämpferwicklung 3 durchfließt und danach alle Leiter der Erregerwicklung 4 durchströmt und in diesen rückgekühlt wird. Danach tritt die Kühlflüssigkeit in die zweite Hälfte der Leiter der Dämpferwicklung 3 über und wird dann in die Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung 5 übergeleitet. Hier ist also die gesamte Wärmekapazität der Erregerwicklung 4 zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit ausgenutzt, nachdem diese erst die erste Hälfte

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der Leiter der Dämpferwicklung 3 durchflossen hat. Die dann aus der zweiten Hälfte der Leiter der Dämpferwicklung 3 wieder austretende wieder erwärmte Kühlflüssigkeit wird hier direkt der Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung 5 zugeführt. Dadurch vereinfacht sich die hydraulische Schaltung des Kühlkreises.

3 Figuren
5 Ansprüche

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Patentansprüche

M.)Elektrische Schenkelpolmaschine mit direkt flüssigkeitsgekühlter Erreger- und Dämpferwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Erregerwicklung (4) und die Leiter der Dämpferwicklung (3) derart hydraulisch in Reihe geschaltet sind, daß jeweils zuerst Leiter der Dämpferwicklung (3) durchflossen werden.
2. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von Leitern der Dämpferwicklung (3) kommende Kühlflüssigkeit nach Durchfließen von Leitern der Erregerwicklung (4) der Kühlflüssigkeitsabfuhr-Sammelleitung (5) zugeführt ist.
3. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß pro Schenkelpol (1) der Maschine zwei oder mehrere parallel verlaufende hydraulische Kreise der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.
4. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der von der Kühlflüssigkeitszufuhr-Sammelleitung (2) kommenden Kühlflüssigkeit zunächst nur ein Teil der leiter der Dämpferwicklung (3) durchflossen wird, die Kühlflüssigkeit dann Leiter der Erregerwicklung (4) durchfließt und dann dem anderen Teil der Leiter der Dämpferwicklung (3) zugeführt ist.
5. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen hydraulisch hintereinandergeschalteten Leiter in der Erregerwicklung (4) so verteilt angeordnet sind, daß benachbarte Leiter von unterschiedlich erwärmter Kühlflüssigkeit durchflossen werden.

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