DE2720270A1

DE2720270A1 - Elektrische synchronmaschine mit direkt gasgekuehltem laeufer in turbobauart

Info

Publication number: DE2720270A1
Application number: DE19772720270
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Phys Dr Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-03
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2720270C2

Description

Elektrische Syncfhronmaschine mit direkt gasgekühltem Läufer
in Turbobauart Die Erfindung betrifft eine elektrvsche Synchronmaschine mit direkt gasgektihltem Läufer in Turbebauart und mit einer in Nuten des Läufers isoliert angeordneter, von Nutenverschlußkeilen gehaltener Errgeniicklung, bestehend aus in jeder N:lt Übersinanderliegenden, jeweils windungen einer Spule bildenden, blanken metallischen Leitern, zwischen denen eine windungsisolierung angeordnet ist, wobei unterhalb der Leiter ein szialer Küh'kanal verläuft und die Isolierung, die Leiter und die Nutenverschlußkeile mit Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel versehen sind, die von dem axialen Kühlkanal ausgehende, zur Oberfläche des Läufers führende Kühlkanäle bilden. Eine derartige Synchronmaschine ist aus der DT-OS 21 22 534 bekannt. Bei einer derartigen gasgekiihlten Erregerwicklung tritt also das Kühlmittel durch die Durchtrittsöffnungen in der Hauptisolierung hindurch und streicht an den blanken metallischen Innenflächen der Leiter vorbei. Die Isolation der Erregerwicklung gegen das Eisen des Läufers ist daher durch die Kriechstrecken bestimmt, die zur Erzielung einer hohen Nutausnutzung möglichst kurz gehalten werden müssen. Da das gasförmige kühlmittel jedoch unter Umständen leitfähigen Staub durch die Maschine treitt, z. B.
Bürstenstaub oder aus der Maschinenumgebung durch Undichtigkeiten der KühlmittelfUhrung angesaugte Fremdstoffe, sind die vorhandenen Kriechstrecken bei solchen Verschmutzungen elektrisch gefährdet. Außerdem wird durch die zunehmende Verwerdung von rotierenden Halbleiter-Erregereirn'ichtungen bei derartigen elektrischen Synchronmaschinen die elektrische Beanepruchung dieser Kriechstrecken erhöht, da diese Art der Erregung Sriitzenspannungen bedingt, die wesentlich iiber dem Effektivwert einer entsprechenden Gleichspannung liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kriechstrecken zu vergrößern, ohne daß dadurch die Nutausnutzung zu stark herabgesetzt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer elektrischen Synchronmaschine dereingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung ein oder mehrere zuoberst bzw. zuunterst am Nutengrund und an der Nutöffnung liegende Leiter jeweils an den Innenflächen der Durchtrittsöffnungen und an zumindest einer der den benachbarten Leitern ziigewandten Oberflächen isoliert. Hierdurch wird eine Verlängerung der dem Kühlmittelstroni ausgesetzten Kriechstrecken in radialer Richtung um das Ein- oder Mehrfache der Leiterhöhr erreicht bei einem nur geringen radialen Platzbedarf für die Isolierung der Leiter. Da die Isolierung jeweils nur an den Innenflächen der Durchtrittsöffnungen und an den den beachbarten Wicklungsleitern zugewandten Oberflächen der Leiter vorgesehcn ist, entsteht kein Isolierauftrag in Nutbreite, so daß Leiter gleicher Außenabmessijngen für alle Windungen benutzt werden können.
Es empfiehlt sich, am Nutengrund und an der Nutöffnung die Zahl der insgesamt isolierten Leiter so zu wählen, daß die sich daraus ergebende Höhe mindestens gleich der Breite einer Leiterhälfte im Bereich der Durchtrittsöffnungen ist. Dann entspricht der Kriechweg entlang der Innenflächen der Bohrung der Durchtrittsöffnung dem Kriechweg innerhalb der Nutbreite.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Isolierung der Leiter aus einem elektrophoretischen Auftrag von in Bindemittel suspensionen aufgeschwemmten anorganischen Stoffen, z. B. Glimmer, besteht, die mit dem Bindemittel ausgehärtet wurde. Die'elektrophoretsche Auftragung ergibt insbesondere im Bereich der Innenflächen der Durchtrittsöffnungen mit Sicherheit eine durchgehende Isolierung und auch an den Kanten wird die gleiche Isolationsstärke wie auf den Flächen erreicht. Eine derartige Schicht aus anorganisch gefülltem Material hat auch eine besonders günstige Wärmeleitfähigkeit. Eine Isolierung durch reine Lackschichten könnte leicht zu unterschiedlichen Isolierdicken führen und hätte auch eine schlechtere Wärnieleitfähigkeit.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Teil eines Radialschnitts durch den Läufer, bei dem der Aufbau der Erregerwicklung im Prinzipg, zum Teil mit verzerrten, vergrößerten Maßstäben dargestellt ist.
Der Läufer 1 einer elektrischen Syrichronmaachine besteht aus massivem Eisen. In ihm sind zur Läuferoberfläche 2 hin offene Nuten 3 vorgesehen, in denen von Nutenverschlußkeilen 4 gehalten, die Leiter 5 der Erregerwicklung isoliert angeordnet sind.
Es handelt sich dabei um blanke Flachleiter aus Kupfer, welche die Windungen einer Spule der Erregerwicklung bilden. Zwischen den einzelnen Leitern 5 ist deshalb Jeweils eine Windungsisolierung 6 angeordnet. Außerdem sind alle Leiter 5 gemeinsam von einer Hauptiso3.ieizrng 7 umgeben, die sie gegenüber den Nutwänden 8 und dem Nutengrund 9 isolieren. Ferner sind noch oberhalb und unterhalb der Leiter 5 Isoliereinlagen 10 vorgesehen, durch welche der Kriechweg zwischen den Leitern 5 zum massiven Eisen des Läufers 1 verlängert wird.
Die Spulen der Erregerwicklung werden direkt gasgekWhlt. Die als gasförmiges Kühlmittel dienende Luft wird Uber einen unten am Nutengrund 9 liegenden axialen Kühlkanal 11 zugeführt. Damit die Luft direkt die Leiter 5 durchströmt, sind diese an mehreren, Uberiiire Länge verteilten Stellen mit Durchtrittsöffnungen 12 versehen, denen entsprechende Durchtrittsöffnungen13 in den Isoliereinlagen 10 und Durchtrittsöffnungen 14 in der Windungs- isolierung 6 zugeordnet sind. Auch die Hauptisolierung 7 ist am Nutengrund 9 mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung 15 versehen, ebenso der Nutenverschlußkeil 4 mit der Durchtrittsöffnung 16. Auf diese Weise entstehen radiale bzw. schräggerichtete Kühlkanäle 17, die vom axialen Kühlkanal 11 ausgehend zur Läuferoberfläche 2 führen. Uber die blanken Innenflächen der Durchtrittsöffnungen 12 in den Leitern 5 wird von der die radialen Kühlkcnäle 17 strömenden Luft die während des Betriebes austretende Wärme wirkungsvoll abgeführt.
Durch diesen Aufbau der Erregerwicklung entstehen jedoch Kriechstrecken zwischen dem Metall der Leiter 5 und dem massiven Eisen des Läufers 1. Deren Länge ist im wesentlich durch die Höhe der Isoliereinlagen 10 bestimmt, die nicht beliebig groß gewählt werden kann, um die Nutausnutzung nicht zu stark herabzusetzen.
Zur Verlängerung der Kriechstrecken sind deshalb jeweils noch mehrere, hier zwei, am Nutengrund 9 und an der Nutöffnung liegende Leiter 5 an den Innenflächen der Duiciitrittsoffnungn 12 und an den den benachbarten Leitern 5 bzw. den Isoliereinlagen 10 zugewandten Oberflächen 18 mit einer Isolierung 19 versehen. Darin schließt sich noch ein weiterer Leiter 5 an, der nur auf einer der beiden Oberflächen 18 mit der Isolierung 19 versehen ist, die dem Innern des Leiterstapels zugewandte Oberfläche 18 bleibt frei, da die gewonnene Kriechwegverlängerung bereits genügend groß ist. Die Isolierung 19 kann verhältnismäßig dünn sein, darf aber keine Unterbrechungen aufweisen. Man erreicht durch sie eine Verlängerung der dem Luftstrom ausgesetzten Kriechstrecken in radialer Richtung um die mehrfache Teilleiterhöhe in der Größenordnung von mehreren Millimetern, bei einem radialen Platzbedarf von nur einigen Zehntel Millimetern. Da auf ein Aufbringen der Isolierung 19 an der der Nutwand 8 zugewandten Oberfläche 20 der Leiter 5 verzichtet ist, können alle in der Nut 3 befindlichen Leiter 5 die gleichen Abmessungen aufweisen.
Ansonsten lunten bei einer Isolierung der Oberfläche 20 die Außenmaßs der isolierten Leiter 5 entsprechend verringert werden.
Die Isolierung 19 wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein elektrophoretischor Auftrag von in Bindemittelsuspensionen aufgeschwemmten anorganischen Stoffen, z. B. Glimmer, vorgenommen wird. Diese werden nach dem Aufbringen juit dem Bindemittel zu einer diditen elektrisch festen Schicht ausgehärtet. nie elektrophoretische Auftragung hat den besonderen Vorteil, daß eine völlig gleichmaßige Höhe der Isolierung 19 erzielt wird, und insbesondere das Kupfer der Leiter 5 im Bereich der Durchtrittsöffnungen 12 mit Sicherheit isoliert wird, weil auch an den dortigen Kanten, im Gegensatz z. B. zu den Ver.hältni.ssen bei Lackierungen, die volle Höhe der Isolierung erreicht wird. Die Oberflächen der Leiter 5, die keinen Isolationsauftiag erhalten sollen,können durch Klebefolien während der Elektrophorese abgedeckt sein.
4 Ansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Elektrische Synchronmaschine mit dirskt gasgekühltem Läufer Turbobauart und mit einer in Nuten des Läufers isoliert enge ordneter, von Nutenverschlußkei).en gehaltener Erregerwicklung, bestehend aus in jeder Nut übereinanderliegenden, jeweils Windungen einer Spule bildenden, blanken metallischen Leitern, zwischen denen eine Wjindungsisolierung angeordnet ist, wobei unterhalb der Leiter ein axialer Kühlkanal verläuft und die Isolierung, die Leiter und die Nutenverschlußkeile mit Durchtrittsoff zungen für das Kühlmittel versehen sind, die von dem axialen Kählkanal ausgehende, zur Oberflächen Kanöle bilden, d a d u r c h g e K e n n z e i c h n e t, daß ein oder mehrere zuoberst bzw. zuunterst am Nutengrund (9) und an der Nutöffnung liegende Leiter (5) jeweils an den innenflächen der Durchtrittsö.ffnungen (12) und an zumindest einer der den benachbarten Leitern (5) zugewandten Oberflächen (18) isoliert sind.
2. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils so viel Leiter () mit einer Isolierung (19) bersenen sind, daß ihre Höhe mindestens gleich der Breite einer Leiterhälfte im Bereich der Durchtrittsöffnungen (12) ist.
3. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (5) auch an den den Nuteänden (8) ugbewandten Oberflächen (20) isoliert sind.
4. Elektrische Synehronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (19) aus einem elektrophoretischen Auftrag von in Bindemittelsuspensionen aufgeschwemmten anorganischen Stoffen, z. B. Glimmer besteht, die mit dem Bindemittel ausgehärbt wurde.