DE2656373C3

DE2656373C3 - Anordnung zur Festlegung der in Nuten des Stators einer elektrischen Maschine eingebrachten Wicklungsstäbe

Info

Publication number: DE2656373C3
Application number: DE19762656373
Authority: DE
Inventors: Aleksandr Ivanovič Voroncov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-13
Filing date: 1976-12-13
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE2656373B2; DE2656373A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 19 48 025 bekannt

Bekanntlich besteht eine elektrische Maschine aus einem feststehenden Teil, der als Stator bezeichnet wird, und einem umlaufenden, als Rotor bezeichneten Teil. Es sind verschiedenartigste Konstruktionen von Statoren bekannt. Der übliche Stator einer leistungsfähigen elektrischen Maschine besteht aus dem Gehäuse, in dem der Kern mit den Längsnuten untergebracht ist. In diese Nuten ist eine aus isolierten Stäben ausgeführte Wicklung eingelegt.

Die Wicklungsstäbe werden in isn Nuten gegen Verschiebung in radialer und axialer Richtung durch Keile gesichert, die oberhalb dieser Stäbe angeordnet sind.

Außerdem können die Wicklungsstäbe zur sicheren Befestigung derselben in den Statornuten mit Zwischenlagen aus einem formbaren, mit heißhärtbarer Masse getränktem Werkstoff versehen werden. Diese Zwischenlagen werden üblicherweise an den Schmalkanten der Stäbe angebracht. Nach dem Einsetzen der Keile in die Nut wird der in dieser liegende Teil der Wicklung verbacken, was eine einheitliche Befestigung der Wicklungsstäbe in den Nuten sicherstellt.

Es ist jedoch bekannt, daß beim Betrieb leistungsfähiger elektrischer Maschinen, die eine große Stromdichte in der Nut aufweisen, in der Statorwicklung wesentliche elektrodynamische Kräfte auftreten, die eine Vibration der Wicklung hervorrufen. Außerdem entsteht im Stator in Betrieb befindlicher elektrischer Maschinen ein umlaufendes elektrisches Feld, das die Wicklungsstäbe mitzunehmen bestrebt ist.

Nach Ablauf einer gewissen Betriebszeit der elektrischen Maschine kann infolge der Einwirkung elektrischer und mechanischer Kräfte sowie der Alterung der Befestigungselemente und der Isolation der Wicklung oder aus anderen Gründen die Sitzfestigkeit der Nutenkeile wesentlich abnehmen, Dabei beginnen während des Betriebs der elektrischen Maschine die Wicklungsstäbe in den Nuten periodische radiale Schwingungen auszuführen und sogar bei gewissen Frequenzen zu resonieren, was schwere Erosionsbeschädigungen der Stnbisolation wegen Einwirkung der infolge einer Unterbrechung des kapazitiven Stroms bei der Stabbewegiing entstehenden Nutenentladungen zur Folge hat Diese Einwirkungen führen zu Rißbildungen in den Teilleitern der Stäbe, zum mechanischen Verschleiß der Isolation und zum nachfolgenden Durchschlag derselben sowie zur Erzeugung von

ί akustischen Geräuschen. Überdies kann der Nutenkeil sich infolge der Sitzschwächung in der Längsnut des Kerns frei verschieben und sogar aus dieser heraustreten, was wiederum zu schwerwiegenden Beschädigungen der Wicklungen und anderer Teile der elektrischen

ι» Maschine führt Diese Defekte sind so bedeutend, daß sie den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine wesentlich verschlechtern, ihre Lebensdauer herabsetzen und häufigere Reparaturen derselben bedingen. Wird dabei beachtet, daß es sich dabei vorwiegend um

Ii Statoren leistungsfähiger elektrischer Maschinen (800 00OkW-I 200 000 kW) handelt, so leuchtet ein, daß eine Vergrößerung der Repaturintervalle einen großen ökonomischen Nutzen erbringt.

Es ist die Befestigung der Nutenteile einer Wicklung

mit Hilfe von Keilen mit konstantem Querschnitt über ihre ganze Länge bekannt Solche Keile kompensieren die radialen Spalte zwischen den Wicklungsstäben und dem Keil nur schlecht da die gegenwärtige Fertigungstechnologie von Wicklungsstäben und Nuten nicht imstande ist, gleiche Abmessungen auf ihrer gesamten Länge zu gewährleisten. Deshalb werden zwischen Keil und Stab abdichtende Zwischenlagen unterschiedlicher Stärke untergebracht.

Sowohl die Fertigung als auch der Einsatz solcher

J» Keile sind ausreichend einfach, aber es ist schwierig, mit Hilfe dieser Keile den erforderlichen Druck auf die Wicklungsstäbe und die Innenfläche der Nut aufzubringen und dadurch die radiale und axiale Verschiebung der Keile zu vermeiden.

r> Wenn die Notwendigkeit entsteht, solche Keile nach Ablauf einer !gewissen Betriebszeit der elektrischen Maschine nachzuspannen, müssen diese aus der Nut entfernt, eine neue stärkere abdichtende Zwischenlage angebracht und dann die Keile erneut eingesetzt werden. Dadurch wird die Eiiirichteccit im Laufe des Zusammenbaus und der Reparatur einer elektrischen Maschine erhöht Die Fixierung solcher Keile wird nur durch die Reibungskräfte erreicht welche mit der Zeit natürlich, hauptsächlich unter Einwirkung der Schwin-

*^r> gungen, schwächer werden.

Es ist auch die Befestigung der Nutenkeile einer Wicklung mittels eines Systems von gegeneinandergerichteten Keilen bekannt (DE-OS 19 48 025, DE-GM 18 97 473), von denen jeder eine abgeschrägte Oberflä-

^r>o ehe hat. Bei der Verkeilung einer Wicklung werden die mit den Schrägteilen aufeinandergelegten Keile in den Nuten in axialer Richtung verschoben. Dabei gleitet der Schrägteil des einen Keils über den Schrägteil des anderen, wodurch der Druck auf die Wicklungsstäbe in

v> radialer Richtung erzeugt wird.

Die Fixierung solcher Keile gegen Verschiebung in axialer Richtung nach deren Verkeilung kann durch eine Riffelung in Form von Schrägeinschnitten gewährleistet werden, welche an den Seitenflächen der Keile angeführt werden. Diese Riffelung verstärkt das Zusammenheften der Keile mit den Seitenwänden der Nut (US-PS 31 39 550. FR-PS I 3 79 323). Die Fixierung der Keile durch die Riffelung an ihren Seitenteilen ist jedoch nicht ausreichend sicher, da einerseits das durch

^h'> d'ese Riffelung gewährleistete Zusammenhaften zwischen den Seitenflächen der Keile und den Nutenwänden ungenügend stark ist und andererseits die Riffelung selbst im Laufe der Verkeilung und des Betriebs der

elektrischen Maschine verschleißt.

Aus der DB-OS 22 18 266 ist schließlich eine elektrische Maschine bekannt, bei der die Nutkeile durch Einlagen mit einer elastisch verformbaren Nase gesichert sind, die beim Eintreiben in die Nut deren Breite annimmt und, sobald sie beim Eintreiben den ersten radialen Lüftungsspalt erreicht, in diesen eingreift Nachteilig ist hieran, daß die Nutfüllung nach der nach längerer Betriebszeit unvermeidlich eintretenden Lockerung nicht in einfacher Weise nachgespannt werden kann. Vielmehr müssen nicht nur die axialen Sicherungen entfernt, sondern auch die in die Nut eingebrachten Ein- und Zwischenlagen ausgewechselt oder zumindest ergänzt werden.

Theoretisch können die Wicklungsstäbe in jeder Nut durch zwei gegeneinandergerichtete Keilpaare, je ein Paar von jedem Nutenende her, verkeilt werden. Berücksichtigt man jedoch die große Länge der Kernnut in einer großen elektrischen Maschine (6—8 m) und die geringe Höhe des Keils an der Stelle seines größten Querschnitts (etwa 20 mm), so ist das praktisch unausführbar. In der Praxis werden von jeden Nutenende aus mehrere Paare von gegeneinandergerichteten Keilen, deren Stirnflächen aneinander fest anliegen, der Reihe nach eingebracht Den Fachleuten auf diesem Gebiet ist verständlich, daß die endseitigen Keilpaare ausreichend sicher befestigt sein müssen, um eine Sitzschwächung der übrigen Keile zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Befestigung der Wicklungsstäbe in den Nuten des Stators einer elektrischen Maschine zu schaffen, bei der axiale Verschiebungen der Keile in den Nuten und ihr Austreten aus den Nuten während des Betriebs der elektrischen Maschine unter Einwirkung elektrischer und mechanischer Kräfte vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Anordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs beschriebenen Maßnahmen gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind durch die gegeneinandergerichteten Keile axiale Verschiebungen derselben und dadurch eine Schwächung der Verkeilung der Wicklungsstäbe vermieden. Hierdurch läßt sich die Betriebssicherheit der elektrischen Maschine beträchtlich erhöhen. Hinzu kommt, daß praktisch keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen notwendig sind, da die Wicklungsköpfe des Stators im allgemeinen ohnehin mit einer Bandage versehen sind. Schließlich können bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Wicklungsstäbe bei vorbeugenden Wartungsarbeiten durch Nachschlagen der Keile nachgezogen werden, ohne den Rotor aus dem Stator zu entfernen. Hierdurch lassen sich beträchtliche Stillstandszeiten vermeiden. ·

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt den Stator einer elektrischen Maschine mit in dessen Nut verkeilten Wicklungsstäben, Fig. 2 den Schnitt H-Il in Fig. 1,

F i g, 3 ein Paar endseitipr gegeneinandergerichteter Nutenkeile und

F i g. 4 einen endseitigen Nutenkeil mit der Quernut.

Fig. I und Fig.2 zeigen einen Stator 1 mit einem

Kern 2, der aus geschichteten Blechen 3 gefertigt ist, wobei diese ein Profil aufweisen, mit dessen Hilfe im

ί Kern 2 bei dessen Zusammenbau eine Reihe von am Umfang radial angeordneten Nuten 4 mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet wird. Im Oberteil der Nut 4 sind Ausschnitte 5 ausgeführt, die z. B. die Form eines Schwalbenschwanzes haben (Fig.2). In den Nuten 4

κι sind mit einer festen Isolierschicht 7 umgebene Wicklungsstäbe 6 untergebracht Die Wicklungsstäbe 6 werden in den Nuten 4 mit Hilfe von gegeneinandergerichteten Keilen 8 und 9 fixiert. Die Keile 8 (Fig. 3) besitzen an ihren Seitenflächen Vorsprünge 10, deren

γι Form entsprechend den Ausschnitten 5 im Oberteil der Nuten 4 ausgeführt ist (F i g. 2). Die Schrägflächen der Keile 8 sind den Wicklungsstäben 6 zugewandt. Zwischen den Keilen 8 und den Wicklungsstäben 6 sind die Keile 9 derart angeordnet, daß ihre Schrägfläche der

2» Schrägfläcbeder Keile 8 (F i g. 1) zugewandt ist und mit dieser in Berührung steht An den W^idungsstäben 6 anliegende endseitige Keile 11 ragen mit ihren außenliegenden Abschnitten 12 über die Grenzen des Kerns 2 (Fig. 1) hinaus und haben an diesen

2S vorspringenden Abschnitten Quernuten 13 (F i g. 3,4), in welchen e-'ne Bandage 14 untergebracht wird, die auch die Wicklungsstäbe 6 im Kern 2 des Stators 1 der elektrischen Maschine umfaßt (F ig. 1).

Beim Zusammenbau des Stators 1 werden die

«ι Wicklungsstäbe 6 in die Nuten 4 des Kerns 2 eingelegt (Fig. 1, 2). Zum Fixieren der Stäbe 6 in der Nut 4 werden gegeneinandergerichtete Keile 8 und 9 verwendet. Dabei wird der Keil 8 in den Oberteil der Nut 4 so eingesetzt, daß seine Seitenvorsprünge 10 (F i g. 3) in die

r> Ausschnitte 5 der Nut 4 eingreifen und dadurch eine Schwalbenschwanzverbindung bilden (Fig.2). Die Schrägfläche des Keils 8 ist dabei den Wicklungsstäben 6 zugewandt. Eine solche Befestigung des Keils 8 hält ihn sicher gegen radiale Verschiebung fest, kann jedoch keine gute Fixierung desselben in axialer Richtung gewährleisten. Zwischen dem Keil 8 und dem Stab 6 wird Jer Keil 9 so eingesetzt, daß seine Schrägfläche über die Schrägfläche des Keils 8 gleitet, wodurch die Stäbe 6 in der Nut 4 verkeilt werden.

·»■"> Der durch die Keile 8 und 9 aufgebrachte radiale Druck auf die Wicklungsstäbe 6 hält diese in der Nut 4 fest. Dabei liegen die Keilpaare 8 und 9 mit ihren Stirnflächen eng an den benachbarten Keilpaaren an. Um eine axiale Verschiebung der Keile und als Folge davon eine Verminderung des radialen Drucks auf die Wicklungsstäbe 6 zu vermeiden, werden die endseitigen Keile 11 an den Wicklungsstäben 6 befestigt. Diese Befestigung erfolgt mit HMe der Bandage 14 (Fig. 1), die in diu Quernut 13 am vorspringenden Abschnitt 12

^r>5 des endseitigen Keils 11 eingelegt wird (F ig. 1,4). Die in die Nut 13 des endsei'-igen Keils 11 eingelegte Bandage 14 umfaßt gleichzeitig den Wicklungsstab 6. Die Bandage 14 wird zweckmäßig aus einer mit einem heißhärtbaren Klebstoff imprägnierten selbstschrumpfenden Schnur ausgeiührt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Festlegung der in Nuten des Stators einer elektrischen Maschine eingebrachten Wicklungsstäbe, bestehend aus oberen, die Nut verschließenden Keilen mit in schwalbenschwanzförmige Ausschnitte der Nutwand eingreifenden Seitenvorsprüngen und aus zwischen diese und die Wicklungsstäbe eintreibbaren Keilen, wobei zwischen jeweils zwei Keilen Schrägflächen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Wicklungsstäben (6) anliegenden, jeweils endseitigen Keile (11) an ihren axial über den Kern (2) des Stators (1) hinausragenden Abschnitten (12) Quernuten (13) zur Aufnahme einer die Wicklungsstäbe (6) und den Keil (U) umfassenden Bandage (14) aufweisen.