DE3131464C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige elektri­ sche Maschine ist aus der Zeitschrift JEEE Transactions on Power Apparatur and Systems, Band PAS-95, Nr. 3, Mai/Juni 1976, Seiten 803 bis 810, bekannt.

Eine elektrische Maschine des in Rede stehenden Typs weist einen genuteten Rotor auf, wobei elektrisch leitende Wicklungen in den Nuten angeordnet sind, so daß beim Durchfluß eines elektri­ schen Stromes durch die Rotorwicklungen ein Erregermagnetfeld entsteht. Wenn der Rotor gedreht wird, beispielsweise mittels einer Dampfturbine, induziert das resultierende rotierende Mag­ netfeld Ströme in den Ankerwicklungen. Weiterhin sind in diesen Statornuten Potentialwicklungsstäbe angeordnet, die hier auch als P-Stäbe bezeichnet sind. Es sind weniger P-Stäbe vorgesehen als Ankerwicklungsstäbe. Die Ankerstäbe nehmen die Hauptstrombelastung der Maschine auf; die P-Stäbe sind vorgesehen, um elektrische Energie zu erzeugen, die gleichgerichtet und zu Kollektorringen geführt wird, um die Feldwicklungen des Maschinenrotors zu speisen. Das heißt, die P-Stabwicklungen sind Teil des Erregersystems der Maschine.

Bei bekannten elektrischen Maschinen ist der von den P-Stäben aufgenommene Strom, insbesondere bei be­ stimmten Fehlerzuständen, nicht ausreichend, um wesentliche elektromechanische Kräfte auf die P-Stäbe auszuüben. Bei bestimmten neueren Erregersystemanordnungen treten jedoch viel größere Kräfte an den P-Stäben auf. Diese Anordnungen sehen gewöhnlich nur eine Spannungsquelle für die Erregungs­ energie mit kleiner oder keiner Strombegrenzungsreaktanz vor. Im Wickelkopfteil dieser neuen Maschinenanordnungen können die Seitenkräfte an den P-Stäben 1000 N überschreiten. Da die Nennleistung dynamoelektrischer Ma­ schinen zugenommen hat, sind auch die Längen der Maschinen selbst größer geworden, so daß thermisch hervorgerufene Ausdehnungen verschiedener Bauteile, wie der P-Stabwicklungen, bei der Konstruktion der Maschine berücksichtigt werden müssen.

Im mittleren Abschnitt der Maschine werden die Ankerstäbe und P-Stäbe mittels Keilen in den Statornuten gehalten.Ver­ schiedene Formen von Haltern werden jedoch in den Endab­ schnitten außerhalb der Nuten benötigt. Eine Befestigungsan­ ordnung zum Befestigen der Ankerstäbe selbst in den Endab­ schnitten der Statorwicklung ist in der US-PS 34 37 859 be­ schrieben. Dort sind Umfangsmantelbänder gezeigt, die bezüg­ lich der Ankerstäbe in einem Winkel angeordnet sind, um einen Halter für die schräg verlaufenden Wickelköpfe der Ankerstäbe zu bilden. Die bekannten Mantelbänder sind an den Ankerstäben mittels Bändern befestigt, die im einzelnen in der US-PS 35 66 010 beschrieben sind. Die Bänder sind durch Wickeln mit Strängen hoch zugfesten Materials, welches mit einem härtbaren Harz getränkt ist, gebildet. Die Stränge werden unter Span­ nung um die zu befestigenden Abschnitte gewickelt und das Harz wird dann in einen festen Zustand ausgehärtet. Dieses Befesti­ gungsverfahren wird allgemein und auch hier als Wickeln be­ zeichnet. Andere Wege zum Halten der Generatorendwindungen sind in der US-PS 31 35 888 beschrieben.

Die bekannten elektrischen Maschinen weisen keine ausreichen­ de Sicherheit gegen mechanische Bewegungen bestimmter Erreger­ wicklungen in radialer und Umfangsrichtung auf, die jetzt großen seitlichen Kräften unterworfen werden können, die bei elektrischen Fehlerzuständen auftreten können. Dennoch muß das Haltesystem für diese Wicklungen eine gewisse Axialbewe­ gung zulassen, die primär infolge thermischer Ausdehnungs­ kräfte auftritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Haltesystem für die Wickel­ köpfe der P-Stäbe zu schaffen, welches eine gewisse axiale Ausdehnung erlaubt, während die Wicklungen sowohl gegen Um­ fangs- als auch radiale Kräfte gesichert sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß eine sichere Halterung der P-Stäbe im Wickel­ kopfbereich der Ankerstäbe erhalten wird, die sowohl Umfangs­ als auch radialen Kräften widersteht, aber Verschiebungen in axialer Richtung aufgrund unterschiedlicher thermischer Expansionen gestattet. Vorteilhafterweise wird zwischen den P-Stäben und den Haltern eine Fläche geringer Reibung ausge­ bildet, indem eine Beschichtung geringer Reibung, wie eine Teflon enthaltende Emulsion oder ein anderes Antihaftmaterial, direkt auf die äußeren Flächen der P-Stabgrundisolierung auf­ gebracht und die Fläche dann mit einem Polyester-, Mylar- oder anderem Film umwickelt wird, der einen direkten Kontakt zwischen der Isolierung und dem in den Bindebefestigungen verwendeten Harz verhindert. Diese Anordnung erlaubt eine axiale thermische Differentialausdehnung zwischen den P-Stäben, dem Statorkern und der Ankerwicklung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine radiale Ansicht eines Abschnittes der End­ wicklung mit einer Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 2 einen axialen Querschnitt des Hauptträgers;

Fig. 3 einen axialen Querschnitt durch einen Halteträger;

Fig. 4 einen axialen Querschnitt durch einen anderen Halteträger;

Fig. 5 einen axialen Querschnitt durch einen äußeren Kopf­ ring;

Fig. 6 eine radiale Ansicht einer anderen Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 7 einen axialen Querschnitt durch einen Haltertyp, der bei der alternativen Ausgestaltung der Fig. 6 verwendet wird.

In Fig. 1 gehen Abschnitte von Ankerstäben 10 von der Statormittellinie 30 aus und biegen kurz danach in einem spitzen Winkel ab und erstrecken sich um ein weiteres Stück und sind dann in einem entgegengesetzt gerichteten Winkel abgebogen. Die Ankerstäbe 10 erstrecken sich somit vom Wic­ kelkopfabschnitt der Maschine in einer Richtung, die im wesentlichen der entspricht, in der sie aus den Stator­ nuten austreten. In diesem Endabschnitt sind die P-Stäbe 12 gehalten. Es ist nur ein einzelner P-Stab 12 gezeigt, obwohl üblicherweise drei P-Stäbe verwendet werden. Allge­ mein sind viel mehr Ankerstäbe vorhanden als P-Stäbe, die nur das Erregersystem versorgen müssen und nicht derselben Strom- oder Leistungsbelastung wie die Ankerstäbe 10 ausgesetzt sind. Der P-Stab 12 ist im wesentlichen zusammen mit einem oder mehreren Ankerstäben in einer Statornut ange­ ordnet. Beim Austritt des P-Stabes aus der Statornut ist er in Richtungen abgebogen, die im wesentlichen ent­ gegengesetzt zur Biegung der Ankerstäbe selbst verlaufen, so daß ein Abschnitt der Ankerendwicklung gebildet wird, der von P-Stäben in einem im wesentlichen großen Winkel ge­ kreuzt wird. Dieser Winkel beträgt typischerweise etwa 90°.

Es sind Klemmleisten 20, hier auch Klammern genannt, vorgesehen, die im wesentlichen mittels Umwicklungen 40 an den Ankerstäben 10 befestigt sind. Diese Klammern 20 weisen ein elektrisch iso­ lierendes Material auf, das steif und fest ist und doch einen bestimmten Grad an Flexibilität besitzt. Beispielswei­ se kann Baumwollgewebe mit einem phenolischen Harz zu einem Hochdrucklaminat verklebt werden, um sowohl die Klammern 20 als auch die Halter 14, 16, 18, 22 und 24 zu bilden, die nachfolgend näher beschrieben sind. Die genaue Zusammensetzung der Halter ist jedoch nicht kritisch. Die Halter 16 und 18 sind über den Klammern 20 brücken­ artig angeordnet. Die Halter sind vorzugsweise mittels Um­ wicklungen 40 an den Klammern befestigt. In gleicher Weise wird der P-Stab 12 von den Haltern 16 und 18 gehalten (siehe auch Fig. 3 und 4) und ist auch mittels einer Umwicklung 40 daran befestigt. Das Wickelmuster ist, wie gezeigt, bevorzugt kreuzweise. Die Umwicklung ist jedoch nur an der Seite gekreuzt, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die gegenüberliegende Seite ist nicht gekreuzt. Dennoch bil­ det jede Umwicklung 40 eine einfache Schleife. Die Halter 16 und 18 sind im einzelnen in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

Zusätzlich kann der P-Stab 12 von einem (inne­ ren) Hauptträger 14 gehalten sein, der direkt an einer Anzahl Ankerstäben 10 befestigt ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Halter 14 ist mittels der Umwicklung 40 direkt an zumindest einem Paar Ankerstäben 10 befestigt und ist mittels der Umwick­ lung auch an dem P-Stab 12 befestigt. Die Halter 14 bilden so eine gewünschte Halterung für den P-Stab 12, wenn dieser aus der Statornut austritt, bevor er eine erste Biegung bildet. Zusätzlich wird der P-Stab 12 auch am Kopf­ ring 26 vom äußeren Halter 22 gehalten. Der Halter 22 ist am Kopfring 26 mittels einer Kreisschleife der Umwicklung 40 und am P-Stab 12 mittels gekreuzter Umwicklung 40, wie gezeigt, befestigt. Der Hauptträger 14 und der äußere Träger 22 sind im einzelnen in den Fig. 2 und 5 dargestellt. Der Vollstän­ digkeit halber sind in Fig. 1 äußere axiale Träger 28 dar­ gestellt, die am Hauptrahmen der Maschine befestigt sind.

Fig. 2 zeigt einen axialen Querschnitt des inneren Haupt- Stützträgers 14. Es ist zu sehen, daß der Träger 14 bevor­ zugt Ausnehmungen aufweist, in denen Ankerstäbe 10 ange­ ordnet sind, um eine Bewegung des P-Stabes 12 in Umfangs­ richtung zu verhindern. In gleicher Weise ist der P-Stab 12 in einer Ausnehmung bzw. einem Kanal im Träger 14 angeordnet. Diese Ausnehmungen sind vorzugsweise mit einem anpaßbaren Material 32, wie einem Dacronkissen, gefüllt. Diese anpaß­ baren Kissen 32 bilden einen sichereren Sitz sowohl für die Ankerstäbe 10 als auch die P-Stäbe 12. Der Hauptträger 14 ist auch mit Löchern 34 versehen, durch welche die Um­ wicklung 40 geführt ist, um den Träger an einem Paar Anker­ stäben 10 zu befestigen. Diese Löcher 34 weisen, wie ge­ zeigt, vorzugsweise eine abgeschrägte Kante auf. In gleicher Weise befestigt die Umwicklung 40 auch den P-Stab 12 am Träger, wie gezeigt, wobei die Umwicklung sich über den unteren Teil des P-Stabes über die Schräge 36 erstreckt, um sie nicht allzu sehr an einer scharfen Kante zu beanspruchen.

Fig. 3 zeigt eine axiale Querschnittsansicht des Trägers 16, der quer über die Klammern 20 angeordnet ist. Wie oben sind schräge Kanten 36 zur Spannungsentlastung vorgesehen. In Fig. 3 sind auch anpaßbare Kissen 38 dargestellt, die beispielsweise aus einem harzgetränkten Material bestehen können, das gehärtet wird, wenn die Statoranordnung einem Härtungsprozeß unterworfen wird. Die Kissen 38 werden wie die Klammern 20 von Wickelbändern 40 an ihrem Platz gehalten.

Fig. 4 zeigt einen Träger ähnlich dem, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß die Löcher 34, die gleichfalls mit abgeschrägten Kanten versehen sind, zur Befestigung der Wickelbänder 40 vorgesehen sind.

Fig. 5 zeigt einen Träger, wie er als Außen- oder Kopf­ ringträger 22 verwendet werden kann. Dieser Träger ist angepaßt, um in die Krümmung des Kopfringes 26 zu passen und wird dort mittels Wickelbändern 40, die, wie dargestellt, durch die Löcher 34 im Halter geführt sind, befestigt. Gleiche Wickelbänder 40 halten auch den P-Stab im Träger oder Bügel 22.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung, die insbesondere anwendbar ist, wenn die Krümmungen im P-Stab 12 relativ dicht beieinander liegen. Fig. 6 zeigt auch, daß es nicht erforderlich ist, daß der P-Stab den Wickelkopf­ abschnitt der Ankerstäbe entlang der gesamten Länge des Wickelkopfes im rechten Winkel kreuzt. Die Träger 14, 16 und 26 sind jeweils in den Fig. 2, 3 und 5 dargestellt. Der Träger 24, der in Fig. 7 dargestellt ist, unterscheidet sich jedoch wegen des Winkels, in dem er vom P-Stab 12 ge­ kreuzt wird, leicht davon. Dieser Winkel macht es erforder­ lich, daß ein zurückgesetzter Abschnitt des Trägers 24 in einem Winkel ausgeführt wird, um an den P-Stab 12 angepaßt zu werden. Der Klarheit wegen sind die Ankerstabbänder, die üblicherweise verwendet werden, in den Fig. 1 oder 6 nicht gezeigt.

Claims (5)

1. Elektrische Maschine mit einem Rotor, der eine Erreger­ wicklung trägt, und mit einem Stator, der eine Anker­ wicklung mit Ankerstäben (10) und eine zusätzliche Wick­ lung zur Energieversorgung der Erregerwicklung mit P- Stäben (12) aufweist , dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wickelkopfbereich, in dem sich die Ankerstäbe (10) mit den P-Stäben (12) in annähernd rechtem Winkel kreuzen, elektrisch isolierende Klemmleisten (20) im wesentlichen senkrecht zu den Ankerstäben (10) ange­ ordnet und an diesen befestigt sind, und daß elektrisch isolierende Halter (14, 16, 18, 24) quer über die Klemmleisten (20) angeordnet sind und an den Klemm­ leisten und den P-Stäben befestigt sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung Umwicklungen (40) aus hochfestem, mit härtbarem Harz getränktem Fibermaterial vorgesehen sind.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (14, 16, 18, 22, 24) Ausnehmungen auf­ weisen, durch die die P-Stäbe (12) und die Klemmleisten (20) hindurchführen.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen mit einem anpaßbaren Material aus­ gekleidet sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den P-Stäben (12) und den Haltern (14, 16, 18, 22, 24) eine Fläche geringer Reibung ausgebildet ist.