DE2720270C2 - Erregerwicklung einer Synchronmaschine mit direkt gasgekühltem Läufer in Turbobauart - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine in den Läufernuten einer Synchronmaschine mit direkt gasgekühltem Läufer in Turbobauart angeordnete, von Nutenverschlußkeilen gehaltene Erregerwicklung, bestehend aus in jeder Nut übereinanderliegenden, jeweils Windungen einer Spule bildenden, blanken metallischen Leitern, die auf ihren den Nutwandungen zugewandten Seiten gemeinsam von einer Hauptisolierung umgeben sind, während zwischen den Leitern eine Windungsisolierung und oberhalb des obersten Leiters und unterhalb des untersten Leiters der Nut eine Isoliereinlage angeordnet ist, und bei der ferner unterhalb der Leiter ein axialer Kühlkanal verläuft und die Isolierung (Hauptisolierung, Windungsisolierung und Isoliereinlagen), 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 Erregerwicklung ist aus der F i g. 2 der DE-OS 23 03 400 bekannt. Bei einer derartigen gasgekühlten 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 datier durch die Kriechstrecken bestimmt die zwischen der blanken Leiteroberfläche und der Nutwandungen liegen und deren Länge ebenfalls die Nutausnutzung beeinflußt

Ferner sind aus der CH-PS 4 51 308 und der GB-PS 10 20 952 für Synchronmaschinen in Turbobauart Erregerwicklungen mit direkter Gaskühlung bekannt, bei denen die radial gerichteten Kühlkanäle seitlich von den Wicklungsleitern verlaufen und sich somit zwischen dem Läufereisen und der Leiteroberfläche erstrecken. Die Breite der Kühlkanäle ist hier maßgebend für die Kriechstrecke. Deshalb ist in bestimmten Bereichen, in denen die Breite der Kühlkanäle zu gering ist eine Isolierung, z. B. in Form eines Isolierschuhes, vorgesehen, deren Ränder in den Kühlkanal hineinragen und somit den Kriecliweg verlängern. Da diese Isolierung zwischen der Nutwandung und der Außenfläche der Leiter angeordnet ist handelt es sich um die Hauptisolierung.

Bei einer weiteren durch die GB-PS 7 43136 bekannten Erregerwicklung, bei der die seitlichen Kühlkanäle durch Aussparungen in den Nutwandungen gebildet werden, sind diese Kühlkanäle innerhalb der Hauptisolierung angeordnet die somit auch in diesem Bereich unmittelbar an der Nutwanducg verläuft Man hat außerdem eine zusätzliche Isolierung auf den zuoberst bzw. zuunterst am Nutengrund bzw. an der Nutöffnung liegenden Leiter durch Bewickeln mit Bändern vorgesehen, um den Kriechweg zu verlängern. Bei dieser Ausführungsform ist das Aufbringen der Hauptisolierung schwierig, und der Querschnitt des Läufereisens wird durch den Kühlkanal geschwächt

Für die Bemessung der Kriechstrecken bei derartigen Kühlkanälen zur direkten Leiterkühlung von Erregerwicklungen ist außerdem zu beachten, daß das gasförmige Kühlmittel unter Umständen leitfähigen Staub durch die Maschine treiben kann, z. B. Bürstenstaub oder aus der Maschinenumgebung durch Undichtigkeiten der Kühlmittelführung angesaugte Fremdstoffe. Daher sind die vorhandenen Kriechstrecken bei solchen Verschmutzungen elektrisch gefährdet Außerdem wird durch die zunehmende Verwendung von rotierenden Halbleiter-Erregereinrichtungen bei derartigen elektrischen Synchronmaschinen die elektrische Beanspruchung dieser Kriechstrecken srhöht, da diese Art der Erregung Spitzenspannungen bedingt die wesentlich über dem Effektivwert einer entsprechenden Gleichspannung liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Erregerwicklung der eingangs genannten Art die Kriechstrecken bei nur geringer Verminderung der Nutausnutzung zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein oder mehrere in der Nut zuoberst bzw. zuunterst liegende Leiter mit einer zusätzlichen Isolierung versehen sind, die aus einem elektrophoretischen Auftrag von in Bindemittelsuspensionen aufgeschwemmten anorganischen Stoffen besteht, und daß die in Bindemittelsuspension aufgeschwemmten anorganischen Stoffe jeweils an den Innenflächen der Durchtrittsöffnungen und an zumindest einer der den benachbarten Leitern zugewandten Oberflächen aufgetragen und mit dem Bindemittel ausgehärtet sind.

Die zusätzliche Isolierung hat aufgrund ihres speziellen Herstellungsverfahrens den Vorteil, völlig gleichmäßig dicht und auch in Bereichen kleiner

Krümmungsradien lückenlos zu sein, so daß der Kriechweg wesentlich verlängert wird, weil gerade die dem Kühlmittelstrom ausgesetzten Durchtrittsöffnungen in einfachster Weise isoliert werden. Da die zusätzliche Isolierung sehr dünn ist und ausgehärtetes Kunstharz enthält, ist der Wärmeübergang gegenüber dem bei einer direkten Beströmung fies metallischen blanken Leiters nur unwesentlich verringert

Außerdem erzielt man durch die besondere Art der Anordnung der zusätzlichen Isolierung, daß die Außenabmessungen der Leiter sich nicht verändern, weil kein Isolicrauftrag in Nutbreite, sondern jeweils nur an den Innenflächen der Durchtrittsöffnungen und an den benachbarten Wicklungsleitern zugewandten Leiteroberflächen vorgesehen ist. Der Nutfüllfaktor wird dadurch nur in geringem Maße verschlechtert, was durch eine geringere Höhe der Isoliereinlagen wieder ausgeglichen wird.

Es empfiehlt sich, am Nutengrund und an der Nutöffnung die Zahl der insgesamt zusätzlich 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.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Die Zeichnung zeigt einen Radialschnitt durch eine Läufernut.

Der Läufer 1 einer elektrischen Synchronmaschine 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 Hauptisolierung 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 gasgekühlt. Die als gasförmiges Kühlmittel dienende Luft wird über einen unten am Nutengrund 9 liegenden axialen Kühlkanal 11 zugeführt. Damit die Luft direkt so die Leiter 5 durchströmt, sind diese an mehreren, über ihre Länge verteilten Stellen mit Durchtrittsöffnungen

12 versehen, denen entsprechende Durchtrittsöffnungen

13 in den Isoliereinlagen 10 und Durchtrittsöffnungen 14

in der Windungsisolierung 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. Ober die blanken Innenflächen der Durchtrittsöffnungen 12 in den Leitern 5 wird von der die radialen Kühlkanäle 17 strömenden Luft die während des Betriebes austretende Wärme wirkungsvoll abgeführt

Durch diesen Aufbau der Erregerwicklung entstehen jedoch Kriechstrecken zwischen dem Metall der Leiter Si und dem massiven Eisen des Läufers 1. Deren Länge ist im wesentlichen 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 Durchtrittsöffnungen 12 und an den den benachbarten Leitern 5 bzw. den Isoliereinlagen 10 zugewandten Oberflächen 18 mit einer zusätzlichen Isolierung 19 versehen. Daran schließt sich noch ein weiterer Leiter 5 an, der außer an den Innenflächen nur auf einer der beiden Oberflächen 18 mit der zusätzlichen Isolierung 19 der Durchtrittsöffnung 12 versehen ist. Die dem Innern des Leiterstapels zugewandte Oberfläche 18 bleibt frei, da die gewonnene Kriechwegverlängerung bereits genügend groß ist Die zusätzliche 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 zusätzlichen 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. Sonst müßten bei einer Isolierung der Oberfläche 20 die Außenmaße der isolierten Leiters entsprechend verringert werden.

Die zusätzliche Isolierung 19 wird dadurch hergestellt, daß ein elektrophoretischer Auftrag von in Bindemittelsuspensionen aufgeschwemmten anorganischen Stoffen, z. B. Glimmer, vorgenommen wird. Diese werden nach dem Aufbringen mit dem Bindemittel zu einer dichten und elektrisch festen Schicht ausgehärtet. Die elektrophoretische Auftragung hat den besonderen Vorteil, daß eine völlig gleichmäßige Höhe der zusätzlichen 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 Verhältnissen bei Lackierungen, die volle Höhe der Isolierung erreicht wird. Die Oberflächen der Leiter 5, die keinen Isolationsauftrag erhalten sollen, können durch Klebefolien während der Elektrophorese abgedeckt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. In den Läufernuten einer Synchronmaschine mit direkt gasgekühltem Läufer in Turbobauart angeordnete, von Nutenverschlußkeilen gehaltene s Erregerwicklung, bestehend aus in jeder Nut übereinanderliegenden, jeweils Windungen einer Spule bildenden, blanken metallischen Leitern, die auf ihren den Nutwandungen zugewandten Seiten gemeinsam von einer Hauptisolierung umgeben sind, während zwischen den Leitern eine Windungsisolierung und oberhalb des obersten Leiters und unterhalb des untersten Leiters der Nut eine Isoliereinlage angeordnet ist, und bei der ferner unterhalb der Leiter ein axialer Kühlkanal verläuft '5 und die Isolierung (Hauptisolierung, Windungsisolierung und Isoliereinlagen), 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, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in der Nut (3) zuoberst bzw. zuunterst liegende Leiter (5) mit einer zusätzlichen Isolierung (19) versehen sind, die aus einem elektrophoretischen Auftrag von in Bindemittelsuspensionen aufgeschwemmten anorganischen Stoffen besteht und daß die in Bindemittelsuspension aufgeschwemmten anorganischen Stoffe jeweils an den Innenflächen der Durchtrittsöffnungen (12) und an zumindest einer der den benachbarten Leitern (5) zugewandten Oberflächen (18) aufgetragen und mit dem Bindemittel ausgehärtet sind.

2. Erregerwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils so viel Leiter (5) mit der zusätzlichen Isolierung (19) versehen sind, daß ihre Höhe mindestens gleich der Breite einer Leiterhälfte im Bereich der Durcritrittsöffnungen (12) ist

3. Erregerwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als in der Bindemittelsuspension aufgeschwemmter anorganischer Stoff Glimmer verwendet ist