DE2249354A1

DE2249354A1 - Flussabschirmung fuer generatorendzaehne

Info

Publication number: DE2249354A1
Application number: DE2249354A
Authority: DE
Inventors: Dean Butler Harrington
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-10-19
Filing date: 1972-10-09
Publication date: 1973-04-26
Also published as: JPS53117903U; GB1366813A; FR2156784B1; US3731127A; FR2156784A1; DE2249354B2; DE2249354C3; JPS5432161Y2; CH544435A; JPS4848901A

Description

r\ LJ j. ^* . » ⁶ Frankfurt/Main 1, 6.Okt.1972

Dr. Horst Schüler _{WK /cs}

Patentanwalt ^W ' ^fCS'

6 Frankfurt/Main 1
Niddastr. 52

2178-17-GE-1764

GENERAL ELECTRIC COMPANY

i River Road
Schenectady, N.Y., U.S.A.

Flußabschirmung für Generatorendzähne

Die Erfindung betrifft große dynamoelektrische Maschinen mit la- ; mellierten Statorkernen, und insbesondere einen verbesserten Auf-

bau zur Beherrschung des Streuflusses in dem Entwindungsbereich !

der Maschine, um die Auswirkungen des Eindringens von Axialfluß- ]

Komponenten in den Statorkern auf ein Minimum zu bringen. ;

In einer großen dynamoelektrischen Maschine, beispielsweise ei- !

nem Turbinengenerator, verläuft der von der rotierenden Feld- ,

wicklung erzeugte Hauptsynchronfluß auf Bahnen in Lamellen mit ;

hoher magnetischer Permeabilität, die quer zur Rotorachse ange- i

ordnet sind, zur Verbindung mit der Hauptwicklung, die in Nuten ·

im Statorkern untergebracht ist. In dem Entwindungsbereich, in j

dem die Armaturstäbe aus dem Statorkern austreten und ein? korn- j

plexe räumliche Form besitzen, weisen sowohl der Streufluß von j

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der Rotorfeldwicklung als auch der Streufluß von den in den Armaturstäben fließenden Strömen unerwünschte Verteilungsmuster auf. Dieser Streufluß besitzt Axialkomponenten, welche dazu neigen in den Jochteil und den gezahnten Teil des Statorkernes einzudringen und dadurch eine unerwünschte Erhitzung und andere Arten von Verlusten zu bewirken.

Es sind bereits seit langem Konstruktionen bekannt, bei denen die Lamellen des Hauptstatorkernes am Ende des Kernes abgestuft abgesetzt sind, um einen besseren Verlaufweg für den Fluß in einer radialen Richtung zu erhalten und dadurch die Überhitzung auf ein Minimum zu bringen. Im US-Patent 1 689 187 wurde bereits vorgeschlagen, außerhalb der Hauptkernlamellen zusätzliche abgestuft zurückgesetzte (stepped-back) Lamellen zu verwenden, welche über den gezahnten Bereich des Kernes ragen,und im US-Patent 2 795 714 wurden ähnliche abgestufte Lamellen außerhalb der Hauptwicklungen in dem Jochteil des Kernes vorgeschlagen. Diese vorgenannten Konstruktionstypen sind nachstehend als "Flußnebenschluß" bezeichnet, denn sie werden aus einem Material mit höherer magnetischer Permeabilität hergestellt und die abgestuften Lamellen neigen, dazu den Magnetfluß zusammen und im Nebenschluß mit oder parallel zum Hauptsynchronfluß umzuleiten in eine Ebene quer zur Rotorachse.

Es sind auch Konstruktionen bekannt geworden, welche eine "Flußabschirmung" verwenden. Dies ist typischerweise ein Kreisring aus Kupfer, der so gestaltet ist, daß er sich an die Gestalt des äußeren Verklammerungsflansches anpaßt, welcher die Lamellen zusammenhält. Die Abschirmung ist ein leitendes Teil mit niedriger magnetischer Permeabilität und es ist so angeordnet, daß in der Abschirmung zirkulierende Ströme erzeugt werden, welche ein abschirmendes magnetisches Feld ausbilden, das den Streufluß vom Statorkern wegleitet.

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Obwohl diese vorstehend genannten Konstruktionen für den Joch- ! teil des Kernes wirksam sind, sind sie weniger wirksam im ge- j zahnten Teil des Kernes zwischen den Armaturstäben, und dies führt \ zu einer unerwünschten Überhitzung. Bei größeren Belastungsnennwerten für dynamoelektrische Maschinen ist es erforderlich, den \ gezahnten Teil des Kernes genauso wirksam zu schützen wie den j Jochteil des Kernes.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbes- · serte Anordnung für das Ende eines Statorkernes einer dynamo- j elektrischen Maschine zu schaffen, um das Eindringen von Streu- !

fluß in den gezahnten Teil des Kernes zu vermindern. ""_:

Eine weitere Erfindung besteht darin, einen verbesserten Aufbau ; für eine Flußabschirmung zu schaffen, welche den axialen, in den ! Endbereich eintretenden Randfluß (fringing flux) vermindert.

Zusammengefaßt wird dies erfindungsgemäß erreicht, indem eine

Abschirmungsanordnung von elektrisch leitenden Komponenten vorge- ,'

sehen wird, welche die aus dem Statorkern austretenden Armatur- !

stäbe umgeben und dadurch Wege für zirkulierende Ströme schaf- j

fen unter Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, welches j

dem Streufluß in dem gezahnten Bereich entgegenwirkt. Die Anord- ί

nung kann getrennte überlappte Spulen oder einen integralen lei- ι

tenden Rahmen enthalten. Ein besseres Verständnis weiterer Auf- ί

gaben und Vorteile und der Durchführung der Erfindung ergibt ^! sich aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform im

Zusammenhang mit den Abbildungen. '

Fig. 1 ist eine Endansicht eines Teiles des Endbereiches j

des Statorkernes einer dynamoelektrischen Maschine. j

Fig. la enthält eine Teilansicht des gleichen Endbereiches ra- j dial nach außen gesehen.

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Fig. 2 enthält einen Schnitt durch einen Teil des Statorkernes und des Endbereiches längs der Linien II-II der Fig. und la.

Die Figuren 3 und 4 sind Endansichten ähnlich Figur 1 für abgewandelte AusfUhrungsformen.

Fig. 5 ist ein Schnitt der AusfUhrungsform der Figur 4 längs der Linien V-V der Figur 4.

Figur 1 zeigt den in Lamellenaufbau gegebenen Statorkern 1 eines großen Generators, der radial verlaufende Zähne 2 enthält, die Nuten zwischen den einzelnen Zähnen ausbilden. In den Nuten 3 ist eine konventionelle aus 2 Lagen bestehende Schleifenwicklung enthalten, welche aus den einzelnen Armaturstäben 4 zusammengesetzt ist, die hier bei ihrem Austritt aus den Nuten dargestellt sind. In den Zeichnungen verdeckte Keile halten die Wicklung an ihrem Platz. Eine Flußabschirmung 5 besteht aus einem elektrisch leitenden kontinuierlichen Kupferring, welcher den Jochteil des Statorkernes vor dem Streufluß aus dem Endbereich schützt, indem er einen Leitungsweg für ^zirkulierende Ströme bildet, die elektromagnetische Felder erzeugen, welche zu einer Aufhebung des Streuflusses im Endbereich neigen.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach Figur 1. Der konventionelle Teil der Anordnung enthält einen Flanschring 6,der gegen den Statorkern 1 gezogen wird, um die Lamellen in ihrer Lage fest zusammen zu drücken. Abstandsstäbe 7 verlaufen radial zwischen den Armaturstäben 4, um die Kräfte gegen die Zähne zu übertragen. Die Flußabschirmung 5 ist ein kreisringförmiges Teil, dessen Größe und Form so gestaltet ist, daß es sich an die allgemeine Form des Flanschringes 6 anpaßt.

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Die oben beschriebene Konstruktion ist konventionell. Die Figuren 1, la und 2 der Abbildung zeigen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von Spulen 8a, 8b, 8c und 8d, die so angeordnet sind, daß sie eine Schleife um ein oder mehrere Paare von Armaturstäben bei deren"Austritt aus den Nuten bilden. Wenn zwei oder mehr Paare ^on Armaturstäben eingeschlossen sind, dann bilden diese Spulen ein überlappendes Muster. Die Spulen sind voneinander isoliert und werden in geeigneter Weise gekühlt,, um die notwendigen Ströme aufnehmen zu können. Diese Kühlung kann eine konventionelle Kühlung sein, welche es gestattet, daß die ; Wärme durch die Isolation herausgeht oder es kann eine Leiterkühlung verwendet werden mit hohlen Leitern und Durchführung von Kühlflüssigkeit im Innern der Leiter in an sich bekannter Weise. Obwohl nur ein Teil des Stators dargestellt ist, setzen sich die- ' se Spulen vollständig um den Umfang des Stators fort und sind an beiden Enden vorhanden. ' . \

Gemäß Figur la sind die Spulen 8a - 8d überlappt angeordnet, so |

daß die radialen Spulenseiten überlappender Spulen sich an je- '

dem Zahn überlappen. In dieser Weise werden die Spulenseitenströ- ,

me einen konzentrierten Fluß erzeugen, welcher dem auftreffenden I

Fluß des Endbereiches entgegenwirkt. ■

Figur 3 der Abbildung enthält eine Abwandlung der ,erfindungsge- _; mäßen Anordnung. Anstelle der Anordnung aus getrennten Spulen nach Figur 1 und 2 wird ein integraler Rahmen aus elektrisch untereinander verbundenen Komponenten verwendet. Der Rahmen umfaßt einen äußeren Ring 9, der radial außerhalb der äußersten Armaturstäbe 4 angeordnet ist, und einen inneren Ring 10 innerhalb der innersten Armaturstäbe. Die Ringe 9 .und 10 sind elektrisch ver- j bunden durch eine Anzahl leitender radialer Teile 11, welche zwi- ■ sehen den Stäben 4 verlaufen. Der Rahmen kann gewünschtenfaIls isoliert sein und entweder durch konventionelle Mittel oder Ver wendung von inneren Kanälen für Flüssigkeitskühlung gekühlt werden.

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Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der ein innerer Ring 12 elektrisch mit der Flußabschirmung 5 verbunden ist durch längere radiale Teile 13. Bei dieser Anordnung dient die Flußabschirmung 5 als Ersatz für den äußeren Ring 9 der Figur 3.

Figur 5 zeigt einen Schnitt der Anordnung nach Figur A₁ um die Verbindung der Flußabschirmung und des Ringes 12 miteinander durch die radialen Teile 13 zu veranschaulichen. Die Teile 13 können durch Hartlöten oder auf andere Weise elektrisch untereinander verbunden werden, nachdem die Stäbe in den Nuten zusammen-« gebaut sind.

Beim Betrieb induziert der Streufluß von dem Entwindungsbereich umkreisförmige zirkulierende Ströme in den Spulen 8a bis 8d der Figuren 1, la und 2 oder in den geschlossenen Leitungswegen, die von den Ringen und radialen Teilen der Figuren 3 bis 5 gebildet sind. Das resultierende elektromagnetische Feld, das durch die zirkulierenden Ströme erzeugt wird, wirkt dem longitudinal eintretenden Fluß entgegen, um ihn von dem gezahnten Teil des Kernes zwischen den Armaturstäben 4 abzuleiten. In den Figuren 1, la und 2 und in der Figur 3 werden die zirkulierenden Ströme getrennt von ähnlichen zirkulierenden Strömen in der Flußabschirmung 5 erzeugt; sie wirken jedoch in der gleichen Weise. In der Anordnung nach den Figuren 4 und 5 dienen die radialen Teile 13 und 12 zur Ausbildung einer Verlängerung der Flußabschirmung 5, welche in bekannter Weise arbeitet mit der Ausnahme, daß Fenster vorgesehen sind zum Austritt der Armaturstäbe 4 aus den Nuten.

Daher dient die Flußabschirmung für die Zähne am Generatorende gemäß der vorstehenden Beschreibung dazu, den gezahnten Teil des Kernes zu schützen und damit Verluste in den Zähnen der Endpakete des Statorkernes zu vermindern durch Verringerung des aus den Endbereich eintretenden axialen Randflusses.

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Claims

Patentansprüche

1.) Dynamoelektrische Maschine mit einem Statorkern mit Lamellenaufbau und einem gezahnten Teil zur Aufnahme von Hauptwicklungen, welche aus den Nuten zwischen den Zähnen in einen Endbereich austreten und einer Flußabschirmung, g e k en η · zeichnet durch eine Vielzahl elektrisch leitender Teile, die ausgewählte Teile der Hauptwicklungen (4) benachbart an dem Ort umgeben, an dem diese aus den Nuten (3) austreten, wobei diese Teile geschlossene elektrisch leitende Wege um die Hauptwicklungen herum bilden zur Induktion zirkulierender Ströme entgegengesetzt zu dem Fluß, welcher in den gezahnten Teil aus dem Endbereich eintritt.

Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitenden Teile eine Vielzahl von getrennten Spulen (8a, 8b, 8c und 8d) umfassen, die jeweils mindestens ein Paar der austretenden Teile der Hauptwicklung umschlingen,, wobei diese Spulen in einer überlappenden Anordnung um den Statorkern (1) herum angeordnet sind.

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Spulenseiten der überlappenden Spulen Überlappend an jedem Zahn (2) angeordnet sind, so daß durch die Ströme der Spulenseiten ein konzentrierter Fluß entgegengesetzt zu dem an jedem Zahn auftreffenden Endfluß erzeugbar ist.

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4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vielzahl elektrisch leitender Teile einen ersten leitenden Ring (10) umfassen, der radial innen von den austretenden Teilen der Hauptwicklung angeordnet ist, sowie einen äußeren Ring (9), der radial außerhalb der austretenden Teile der Hauptwicklung angeordnet ist und eine Vielzahl von radialen Teilen (11), welche die inneren und äußeren Ringe miteinander verbinden.

5. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Flußabschirmung (5) enthält, welche einen elektrisch leitenden Kreisring umfaßt, der außerhalb der Hauptwicklung zum Schutz des Jochteils des Statorkernes angeordnet ist.

6. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Ring durch die zweite Flußabschirmung (5) gebildet ist und dadurch eine Verlängerung desselben bildet (Figur 4).

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