DE2303041A1

DE2303041A1 - SYNCHRONOUS MACHINE

Info

Publication number: DE2303041A1
Application number: DE19732303041
Authority: DE
Inventors: Egon Mohrmann; Michael Dr Ing Weis
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 1973-01-23
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1974-07-25

Description

Synchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine vierpolige Synchronmaschine, deren Läufer aus einstückig ausgebildeten Blechlamellen geschichtet ist und ausgeprägte Pole besitzt, auf welche aus bandförmigen Leitern bestehende Erregerwicklungen direkt aufgebracht sind.Synchronous machine The invention relates to a four-pole synchronous machine, whose runner is layered from one-piece sheet metal lamellas and is pronounced Pole has on which exciter windings consisting of strip-shaped conductors directly are upset.

Vierpolige Synchronmaschinen haben bei 60 Hz eine Betriebsdrehzahl von 1.800/min und werden üblicherweise mit Schleuderdrehzahlen bis 2.250/min geprüft. Bei dieser Schleuderdrehzahl darf sich die auf dem Läufer befindliche Erregerwicklung nicht verformen. Infolge des durch die geforderte Leistung bestimmten Gewichtes der Erregerwicklung müssen bei Maschinen größerer Leistung sehr aufwendige Maßnahmen getroffen werden, um Fliehkraft einwirkungen auf die Wicklung zu verhindern. Bei aus Leitern mit rechteckigem oder rundem Querschnitt bestehenden Erregerwicklungen ist es erforderlich, sehr stabile Stützkonstruktionen zum Abstützen der Wicklung, insbesondere auch der Wickelköpfe, vorzusehen, um ein Verschieben der einzelnen Leiter gegeneinander zu verhindern. Diese Stützkonstruktionen müssen vorwiegend im Pol schuh verankert werden und verringern dadurch den zur Verfügung stehenden Anteil an aktivem Eisen, erhöhen jedoch das Gewicht und Volumen des Läufers. Erregerwicklungen dieser Art sind deshalb nur bei Maschinen kleiner und mittlerer Leistung wirtschaftlich herstellbar.Four-pole synchronous machines have an operating speed of 60 Hz of 1,800 / min and are usually tested with spin speeds of up to 2,250 / min. The excitation winding on the rotor is allowed to move at this spin speed do not deform. As a result of the weight determined by the required performance The excitation winding must be very complex measures for machines with higher performance be taken to prevent centrifugal forces from affecting the winding. at Excitation windings consisting of conductors with a rectangular or round cross-section it is necessary to have very stable support structures to support the winding, in particular also the winding heads to be provided in order to move the individual ladder to prevent each other. These support structures must be predominantly in the pole shoe are anchored and thereby reduce the available share of active iron, but adds weight and volume to the runner. Excitation windings of this type are therefore only economical for machines with small and medium outputs manufacturable.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist man deshalb dazu übergegangen, die Erregerwicklung aus Flachkupfer aufzubauen, welches hochkant vom Polkern abstehend diesen umgibt. Die Herstellung einer solchen Wicklung ist sehr aufwendig. Hinzu kommt, daß zum Aufbringen einer solchen vorgefertigten Wicklung auf den Polkern der Polschuh von diesem trennbar sein muß. Infolge der großen Fliehkräfte, die auf den die Wicklung haltenden Polschuh einwirken, muß dieser jedoch sehr fest am Polkern verankert werden können. Eine den Erfordernissen entsprechend feste Verankerung ist aber bei lamellierten Polschuhen und -kernen ohne Einlage von verfestigenden Bauteilen in das aktive Eisen, wodurch wiederum der für den magnetischen Fluß nutzbare Querschnitt beeinträchtigt wird, nicht möglich. Das gleiche gilt für die Verankerungen, welche in Maschinenachsrichtung als Verlängerung der Polschuhe ausgebildet sind und zur Abstützung der Wickelköpfe dienen. Größere: Maschinen dieser Art besitzen deshalb einen relativ großen Eisenquerschnitt, wodurch das gesamte Volumen der Maschine in unerwünschter Weise vergrößert wird.In order to avoid these disadvantages, one has therefore switched to build the excitation winding from flat copper, which protrudes upright from the pole core surrounds this. The manufacture of such a winding is very complex. In addition comes that for applying such a prefabricated winding on the pole core the pole piece must be separable from this. As a result of the large centrifugal forces that act on the pole shoe holding the winding must act, however, this must be very firmly attached to the pole core can be anchored. A solid anchorage according to the requirements but is in the case of laminated pole pieces and cores without an insert of solidifying Components in the active iron, which in turn can be used for the magnetic flux Cross-section is impaired, not possible. The same goes for the anchorages, which are designed as an extension of the pole shoes in the machine axis direction and serve to support the winding heads. Larger: own machines of this type therefore a relatively large iron cross-section, making the entire volume of the machine is enlarged in an undesirable manner.

Dem gegenüber ist es bei 4poligen Synchronmaschinen geringer Leistung bekannt (US-PS 3 076 110), die Polkerne direkt flach mit bandförmigem Leitermaterial zu bewickeln und zwischen den einzelnen Wicklungslagen eine besondere Isolationszwischenlage lose einzuwickeln. Die Breite des Leitermaterials ist dabei etwa gleich der Höhe des Polkernes. Einer derart aufgebauten Spule fehlt jedoch die innere Festigkeit, so daß bisher nur Maschinen geringer Leistung, deren Erregerwicklung infolge ihres geringen Gewichtes nur geringen Fliehkraftbeanspruchungen ausgesetzt sind, mit derartigen Wicklungen versehen worden sind.On the other hand, it is less powerful with 4-pole synchronous machines known (US-PS 3,076,110), the pole cores directly flat with strip-shaped conductor material to be wound and a special insulation layer between the individual winding layers to wrap loosely. The width of the conductor material is approximately equal to the height of the pole core. However, a coil constructed in this way lacks the internal strength so that so far only machines of low power, their excitation winding as a result of their low weight are only exposed to low centrifugal forces, with such Windings have been provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wicklung einer Synchronmaschine mit lamellierten Polen so aufzubauen, daß sie in sich selbst ausreichend verfestigt ist und allenfalls leichte Stützkonstruktionen benötigt, welche den zur Verfügung stehenden Eisenquerschnitt durch in das Material der Pole eingreifende Verankerungen nicht beeinträchtigen.The invention is based on the object of the winding of a synchronous machine to be built up with laminated poles in such a way that it solidifies sufficiently in itself and, if necessary, light support structures are required, which are available standing iron cross-section through anchors engaging in the material of the poles not affect.

Gemaß der Erfindung wird bei einer vierpoligen Synchronmaschine der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, daß bei einer Synchronmaschine mit etwa 7 MVA Leistung die auf den Läufer aufgebrachten Erregerwicklungen durch zwischen die einzelnen Bandleiter eingebrachtes und nach beendetem Wickelvorgang ausgehärtetes Kunstharz jeweils zu einer in sich stabilen Einheit verfestigt sind.According to the invention is in a four-pole synchronous machine Proposed type described above that in a synchronous machine with about 7 MVA power the excitation windings applied to the rotor through between the individual strip conductors introduced and hardened after the winding process is completed Synthetic resin are each solidified to form a stable unit.

Es ist zwar bekannt (DT-OS 1 614 354), aus Bandleitermaterial bestehende Spulen geringer Baugröße auf einen zylindrischen Kern aufzuwickeln und dabei zwischen die einzelnen Wicklungslagen ein aushärtbares Kunstharz einzubringen. Gemäß dieser Vorveröffentlichung wird jedoch damit lediglich der Zweck verfolgt, durch Austätzen der Ränder des Leitermaterials der Spule deren Randisolierung zu verbessern. Ein weiterer Verwendungszweck wird allenfalls noch darin gesehen, die zylindrisch aufgewickelte Spule vor dem Aushärten des Kunstharzes in eine andere, beispielsweise quadratische Form zu bringen und sie in dieser Form auszuhärten. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch diese vorbekannten Verwendungsarten einer aushärtbaren Kunstharzzwischenlage jedoch nicht nahegelegt.It is known (DT-OS 1 614 354), consisting of strip conductor material Wind up coils of small size on a cylindrical core and thereby between insert a hardenable synthetic resin into the individual winding layers. According to this However, pre-publication is only for the purpose of etching out the edges of the conductor material of the coil to improve its edge insulation. A Another use is at most seen in the cylindrically wound one Coil before the resin hardens into another, for example square Bringing shape and curing it in this form. That of the present invention The underlying task is through these previously known types of use of a curable Synthetic resin liner, however, not suggested.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Fig. zeigt einen Schnitt durch den Läufer einer vierpoligen Synchronmaschi ne.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. The figure shows a section through the Rotor of a four-pole synchronous machine.

Das Läuferblechpaket der Maschine besteht aus einer Vielzahl von Blechlamellen 1, welche einstückig ausgebildet sind und sämtliche vier Pole einschließlich deren Polschuhe 2 umfassen. Das Läuferblechpaket ist auf die Läuferwelle 3 aufgesetzt. In die Polschuhe 2 sind Dämpferwicklungsstäbe 4 eingelegt. Die Polkerne 5 sind direkt mit einer Wicklung 6 aus bandförmigen Leitern flach bewickelt, deren Breite gleich der Höhe der Polkerne abzüglich eines Spaltes für-Isolationszwischenlagen ist.The laminated rotor core of the machine consists of a large number of laminations 1, which are integrally formed and all including four poles whose pole pieces 2 include. The laminated rotor core is placed on the rotor shaft 3. Damper winding bars 4 are inserted into the pole shoes 2. The pole cores 5 are direct wound flat with a winding 6 of ribbon-shaped conductors, the width of which is the same is the height of the pole cores minus a gap for insulating layers.

Die Leiter bestehen entweder aus einem Kupfer- oder einem Aluminiumband von vorzugsweise 0,3 bis 1,2 mm Dicke. Diese Bänder können bereits ein- oder beidseitig mit einer Isolationsschicht, beispielsweise Lack oder - bei Aluminium - Eloxal, versehen sein. Beim Wickeln wird zwischen die einzelnen Lagen aus isoliertem Leitermaterial eine Schicht aus aushärtbarem Kunstharz, vorzugsweise einem Epoxydharz, eingebracht. Bei blankem Leitermaterial wird zwischen den einzelnen Wicklungslagen eine direkt mit eingewickelte Zwischenlage aus einem hochwärmefesten Werkstoff angeordnet, welche zuvor ein- oder beidseitig mit einem aushärtbaren Kunstharz, vorzugsweise einem Epoxydharz, beschichtet ist.The conductors consist of either a copper or an aluminum tape of preferably 0.3 to 1.2 mm in thickness. These tapes can already be one or both sides with an insulating layer, for example lacquer or - for aluminum - anodized aluminum, be provided. When winding, an insulated conductor material is placed between the individual layers a layer of curable synthetic resin, preferably an epoxy resin, is introduced. In the case of bare conductor material, there is a direct line between the individual winding layers arranged with a wrapped intermediate layer made of a highly heat-resistant material, which previously on one or both sides with a curable synthetic resin, preferably one Epoxy resin, is coated.

Um diese Wicklungsleiter direkt auf die Polkerne wickeln zu können, muß seitlich der Polkerne genügend freier Raum zur Verfügung stehen. Deshalb sind die Wickelräume 10 auf den einzelnen Polkernen so ausgebildet, daß die Verlängerung ihrer der Läufer welle zugewandten Innenkante 7 in tangentialer Richtung, entsprechend der strichliert gezeichneten Hilfslinie 8, durch die Spitze des benachbarten Polschuhes allenfalls berührt aber nicht cirS überragt wird. Ebenfalls ist es erforderlich, daß«bereits auf den Polkern aufgebrachte Wicklung 6 die Hilfslinie 8 nicht überragt. Dadurch wird es ermöglicht, daß ein bandförmiger Leiter, dessen Breite durch die Hilfslinien 8 und 9 - wobei die Hilfslinie 9 die Verlängerung der Wickelraum-Außenkante darstellt -angedeutet ist, ohne Verkantung direkt auf den Polkern gerade, d. h. ohne Steigung, aufgewickelt werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Bedingungen bei der Verwendung von bandförmigem Leitermaterial sowohl aus Kupfer als auch aus Aluminium gemäß der Erfindung eingehalten werden können.In order to be able to wind these winding conductors directly onto the pole cores, Sufficient free space must be available at the side of the pole cores. That's why the winding spaces 10 formed on the individual pole cores so that the extension their inner edge 7 facing the rotor shaft in the tangential direction, accordingly the dashed auxiliary line 8, through the tip of the adjacent pole piece at most touched but not surpassed cirS. It is also necessary that «winding 6 already applied to the pole core does not protrude beyond the auxiliary line 8. This makes it possible that a ribbon-shaped conductor, the width of which by the Auxiliary lines 8 and 9 - where the auxiliary line 9 is the extension of the outer edge of the changing room represents -is indicated, without tilting directly on the pole core straight, d. H. without slope, can be wound up. However, it has been shown that these conditions when using strip-shaped conductor material made of both copper and Aluminum can be complied with according to the invention.

In vorteilhafter Weise ist es möglich, zusätzlich Luftführungs kanäle zur Kühlung der Wicklung in Form von Röhren oder dergleichen direkt gegebenenfalls derart miteinzuwickeln, daß in ihnen bei Drehung des Läufers eine Saug- bzw. Druckwirkung entsteht und eine Luftförderung stattfindet.Advantageously, it is possible to additionally use air ducts for cooling the winding in the form of tubes or the like directly if necessary miteinwickeln in such a way that a suction or pressure effect in them when the rotor rotates arises and air conveyance takes place.

Eine in der beschriebenen Art hergestellte und durch Ausbacken der Kunstharz-Zwischenlagen verfestigte Wicklung besitzt eine erheblich höhere Festigkeit gegenüber auftretenden Fliehkräften als herkömmliche Wicklungen der einleitend beschriebenen Art.A prepared in the manner described and by baking the Resin interlayer solidified winding has a significantly higher strength against centrifugal forces occurring than conventional windings described in the introduction Art.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß die extrem große Berührungsflächen bildenden Breitseiten der Bandleiter infolge der Kunstharzzwischenlage jeweils fest mit den ihnen benachbarten Leitern verbunden sind Infolge des geringen Gewichtes der einzelnen Leiter, der im Verhältnis dazu sehr großen gegenseitigen Berührungsflächen und infolge der Anordnung der Leiter hochkant in Richtung der auf sie einwirkenden Fliehkraft wird eine bei Wicklungen herkömmlicher Art nicht erreichbare Festigkeit erzielt.This is due to the extremely large contact areas forming broadsides of the strip conductor as a result of the synthetic resin interlayer are connected to the ladders adjacent to them because of their low weight the individual conductors, the very large mutual contact areas in relation to this and due to the arrangement of the conductors upright in the direction of those acting on them Centrifugal force becomes a strength that cannot be achieved with conventional windings achieved.

Bei Verwendung von Aluminiumbandleitern ist etwa das gleiche Wickelraumvolumen erforderlich wie bei Verwendung von Rechteckleitern aus Kupfer. Jedoch ergeben sich dabei beträchtliche Vorteile. So kann bei vorgegebenem Maschinenvolumen die Leistung der Maschine gegenüber einer mit einer Wicklung bekannter Art versehenen Maschine vergrößert werden, denn aufgrund des geringeren spezifischen Gewichtes der Aluminiuswicklung vermindern sich die auf sie einwirkenden Fliehkräfte erheblich. Deshalb können die zum Haltern und Abstützen der Wicklung benötigten Konstruktionen, beispielsweise die stirnseitig in Maschinenachsrichtung aus den Polschuhen herausragenden, den stirnseitig überstehenden Teil der Wicklung abstützenden Polbalken, kleiner als bei bisher gebräuchlichen Wicklungen ausgebildet oder sogar ganz fortgelassen werden. Dadurch verringern sich die Querschnitte der im aktiven Eisen der Pole verankerten Stützteile. Folglich steht ein größerer Eisenquerschnitt zur Verfügung. Hinzu kommt eine dadurch verbesserte Durchflutung, daß die Polkerne mit den Polschuhen einstückig ausgebildet sind.When using aluminum ribbon ladders, the winding space volume is roughly the same required as when using rectangular copper conductors. However arise with considerable advantages. With a given machine volume, the performance the machine compared to a machine provided with a winding of a known type because of the lower specific weight of the aluminum winding the centrifugal forces acting on them are considerably reduced. That's why they can constructions required to hold and support the winding, for example the face protruding from the pole pieces in the machine axis direction, the the end protruding part of the winding supporting pole bar, smaller than formed or even omitted entirely in the case of windings that have been customary up to now. This reduces the cross-sections of those anchored in the active iron of the poles Support parts. As a result, a larger iron cross-section is available. There is also one through it improved flow that the pole cores formed in one piece with the pole pieces are.

Ein derart ausnutzbarer Eisenkern kann jedoch in seinem Querschnitt verringert und somit mit einer größeren Wicklung versehen werden, ohne daß sich das Gesamtvolumen der Maschine ändert. Eine gemäß der Erfindung mit Kühlluftkanälen versehene Bandwicklung kann eine höhere Verlustwärme abführen, so daß die Leistung der Maschine beträchtlich gesteigert werden kann.Such an exploitable iron core can, however, in its cross section can be reduced and thus provided with a larger winding without itself the total volume of the machine changes. One according to the invention with cooling air ducts provided tape winding can dissipate a higher heat loss, so that the performance the machine can be increased considerably.

Als weiterer Vorteil bei Verwendung von Aluminiumwicklungen infolge der geringen Zentrifugalkräfte und der einstückig mit den Polkernen ausgebildeten Polschuhe ergibt sich die Möglichkeit, die radiale Höhe des Polschuhes zu verringern, wodurch die Erregerwicklung auf dem Polkern radial weiter nach außen gesetzt werden kann. Dadurch ist es möglich, die für die Läuferwelle erforderliche Ausnehmung im Läuferblechpaket zu vergrößern und eine Welle größeren Durchmessers zu verwenden, wodurch im Zusammenhang mit dem geringeren Gewicht der Wicklung die kritische Drehzahl der Maschine erhöht werden kann.Another advantage of using aluminum windings as a result the low centrifugal forces and the integral with the pole cores Pole shoes there is the possibility of reducing the radial height of the pole shoe, whereby the excitation winding on the pole core are set radially further outwards can. This makes it possible to create the recess required for the rotor shaft in the To enlarge the rotor core and to use a shaft with a larger diameter, which, in connection with the lower weight of the winding, results in the critical speed the machine can be increased.

Die zur Herstellung einer Wicklung gemäß der Erfindung benötigte Arbeitszeit ist infolge des einfachen Aufbaus der Wicklung schließlich in vorteilhafter Weise erheblich geringer als die für die Wicklungen herkömmlicher Art benötigte Arbeitszeit.The labor time required to manufacture a winding according to the invention is ultimately advantageous due to the simple structure of the winding considerably less than the labor time required for conventional windings.

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims

Claims 0 Four-pole synchronous machine, the rotor of which is made in one piece formed sheet metal lamellae is layered and has pronounced poles on which excitation windings consisting of strip-shaped conductors are applied directly, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that with a synchronous machine with approx 7 MVA power the rotor windings (6) through between the individual strip conductors synthetic resin introduced and hardened after the winding process is complete solidified in a stable unit.

2. Synchronous machine according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the rotor windings (6) are made of anodized aluminum tape or painted or bare copper tape, the width of which is almost equal to that of the changing room (10) is.

3. Synchronous machine according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the synthetic resin during winding by brushing or moving along Application rolls is applied to the ladder.

4. Synchronous machine according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n indicates that the resin is in the A-stage up the ladder applied and cured after completion of all four windings (6).

5. Synchronous machine according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that between the individual winding layers one on both sides with synthetic resin Strips of highly heat-resistant insulating material coated in the A-state is, the hardening of which takes place after all four windings (6) have been completed is.

6. Synchronous machine according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a strip of synthetic resin between the individual winding layers in the A-state impregnated fleece-like material is introduced, its hardening ierflgti has taken place after all four windings (6) have been completed.

7. Synchronous machine according to claim i to 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that air ducts are arranged within the winding (6) are.