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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrotehnnik, nämlich Wicklungsstäbe
des Stators einer elektrischen Liaschine mit nutenloser Ausführung des Kerns.
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Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung in synchronen
elektrischen Wechselstrommaschinen, insbesondere in Turbogeneratoren, verwendet
werden.
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seiner der Wege zur Erhöhung der Leistung einer elektrischen Maschine,
z.B. eines Turbogenerators, besteht in der Vergrößerung der Ausmaße seiner aktiven
Teile, was letzten Endes zu einer VergrölSerung der Abmessungen des Turbogenerators
im ganzen führt.
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Die wirkungsvollste Leistung@steigerung des Turbogenerators onne
wesentliche Vergrößerrung seiner Abmessungen gelingt durch direkte Kühlung der Wicklungen
des Turbogenerators, bei der das Kühlmittel (Gas oder Flüssigkeit) direkt die Leiter
der Wicklungen berührt und dabei die Wärme von ihnen ableitet. Die Wirksamkeit der
Kühlung steigt steil an, wenn als Kühlmittel destilliertes Wasser verwendet wird,
da das destillierte Wasser eine um das 50fache größere Wärmeleitfähigkeit als die
Luft und eine um das 16fache größere Warmeleitfähigkeit als Wasserstoff bei 1,1
atm besitzt.
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Anfang der SOer Jahre entstanden elektrische Machinen mit einer umlaufenden
Erregerwicklung aus einem Supraleiter.
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Der Hauptgrund zur Entwicklung solcher elektrischer Maschinen lag
in der Notwendigkeit einer Erhöhung der Einzelleistung von Turbogeneratoren über
2500+ 3000 MW. Der angegebene technische
Grenzwert der Einzelleistung
ist ein Grenzwert für Zweipol-Turbogeneratoren, die mit bekannten Systemen der direkten
Gas- oder Flüssigkeitskühlung der Wicklungen ausgerüstet sind.
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Die Erhöhung der Einzelleistung beim neuen Konstruktionstyp der Turbogeneratoren
gelingt durch eine wesentliche Verstäckung der~iagnetisierungskraft der Erregerwicklung
bei einem vollständigen Fehlen von Verlusten in dieser Wicklung sowie durch die
Erhöhung der Induktion in der Wicklungszone des Stators Dabei wurde es in diesem
Konstruktionstyp der elektrischen Maschinen möglich, den stator mit einem ungenuteten
Kern so auszuführen, daß die Statorwicklung sich im Luftspalt zwischen dem Statorkern
und dem Rotor befindet.
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Es ist ein Stab der Statorwicklung einer elektrischen Maschine mit
nutenloser Ausführung des Kerns bekannt (GB-PS 1360387).
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Dieser Stab der Statorwicklung mit nutenloser Ausführung des Kerns
einer elektrischen Maschine enthält ein Isolationsgehäuse, in dessen Innern voneinander
elektrisch isolierte sLromführende Adern untergebracht sind. Jede der stromführenden
Adern hat zu Einzelbündeln gewundene Teilleiter, deren Querschnitte die Form von
abgestumpften Sektoren haben und die in eine Isolationsschutzhülle eingeschlossen
sind. Die Teilleiterbündel sind im Innern der Isolationshülle kreisartig angeordnet,
wobei sich die Teilleiterbündel miteinander berühren, und jeder der Teilleiterbündel
sich mit der Innenfläche der Isolationshülle berührt. Die i'eilleiterbündel sind
voneinander elektrisch durch das Auftragen auf ihre
Oberfläche eines
Isolationsüberzugs isoliert. er unausgefüllte Raum in der Isolationshülle stellt
den zentralen Kanal für den Durchsatz des Kühlmittels, insbesondere des Wassers,
dar.
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Beim Durchfließen des Kühlmittels durch den zentralen Kanal wird
die Kühlung der Teilleiter der stronführenden Ader des Stabs der Statorwicklung
gewihrleistet.
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Das den zentralen Kanal durchfließende Kühlmittel berührt jedoch
nur einen geringen Oberflächenteil der Teilleiterbündel, wodurch keine wirkungsvolle
Külilung der Weilleiter ermöglicht wird, und das führtletzten Endes zu einer Überhitzung
des Stabs der Statorwicklung.
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Außerden ist die Ausführung jedes Teilleiterbündels mit einem Querschnitt
in Form eines abgestumpften Sektors sowie die Ausbildung des zentralen Kanals durch
die kreisartige Anordnung der Teilleiterbündel im Innern der Izolationshülle mit
erheblichen technologischen Schwierigkeiten verbunden.
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Ls ist auch ein Wicklungsstab einer elektrischen Maschine mit nutenloser
Ausführung des Kerns bekannt (US-PS 3743867).
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Jieser Stab der Statorwicklung enthält ein Isolationsgehäuse, in
dessen Innern voneinander elektrisch isolierte stromführende Adern untergebracht
sind, deren jede gewundene Teilleiter hat. Zwischen den Teilleitern ist mindestens
ein elektrisch isoliertes Rohr zum Durchsatz des Kühlmittele angeoxdnet. Die Querschnittsgröße
des Kanals im Kohr ist der Querschnittsgröße jedes der Teilleiter gleich.
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Außerdem sind die Teilleiter länge dem Rohr zum Durchfluß des Kühlmittels
angeordnet.
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Die Rohre zum Durchfließen des Kühlmittels vereinfachen die @erstelung
dieses Statorstabs im Vergleich mit dem obeu angegebenen Stab der Statorwicklung
nach der GB-PS 1360387, der schwer ausführbare Kanäle für den Durchsatz des Kühlmittels
enthalt, Die Längsanordnung des Rohrs für den Durchfluß des Kühlmittels inbezug
auf die Teilleiter führt jedoch dazu, daß das Künlmittel nur durch einen unwesentlichen
Teil der Außenfläche des angegebenen Rohrs auf jeden Teilleiter einwirkt, wodurch
letzten Endes keine ausreichend hohe Wirksamkeit der Kühlung der Teilleiter @ewährleistet
wird.
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Da die Querschnittsgröße des Rohrkanals mit der Querschnittsgröße
des Teilleiters kommensurabel ist, so ist auch die Durchsatzgröße des das Rohr durchfließenden
Kühlmittels relativ gering, wodurch desgleichen keine effektive Kühlung der Teilleiter
der stromführenden Adern ermöglicht wird.
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Es soll auch hervorgehoben werden, daß bei einem leressen des Wicklung@stabs
zwecks Gewährleistung guter Kompaktheit die Möglichkeit einer Flachqu@tschung der
Rohrs für den Durchfluß des Kühlmittels nicht ausgeschlossen ist, was infolge der
begrenzten Ausmaße der Kanäle in den Rohren zu einer Verminderung des Durchsatzes
des Kühlmittels durch die angegebenen Rohre führen kaxln. Das führt letzten Endes
desgleichen zu einer Überhitzung der Teilleiter des Stabs der Statorwicklung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stab der Statorwicklung
einer elektrischen Maschine mit nutenloser Ausführung des Kerns zu schaffen, bei
dem die Teilleiter der
stromführenden Ader so in bezug auf das Rohr
zum Durchfluß des Kühlmittels angeordnet sind, daß eine stärkere Einwirkung des
Kühlmittels auf jeden Teilleiter erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim bekannten Stab der Statorwicklung
einer elektrischen islaschine mit nutenloser Ausführung des Kerns, der ein Isolationsgehäuse
besitzt, in dessen Innern voneinander elektrisch isolierte stromführende Adern verroebelt
sind, deren jede gewundene Teilleiter und ein elektrisch isoliertes Rohr zum Durchfluß
des Kühlmittel hat, erfindungsgemäß die Teilleiter auf die Außenfläche des Rohrs
zum Durohfluß des Kühlmittele schlchtenweise gewunden sind, wobei die Teilleiter
der miteinander kontaktierenden Schichten nach verschiedenen beiten gewunden werden.
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Bei einer solchen Anordnung der Teillefter in bezug auf das Rohr
zum Durchfluß des Kühlmittels wird eine Umfassung der gesamten Außenfläche des angegebenen
Rohrs durch die Teilleiter gewährleistet, so daß das Kühlmittel auf die Teilleiter
durch die gesamte Außenfläche des angegebenen Röhrs einwirkt, was zu einer Erhöhung
der Kühlungswirksamkeit er Teilleiter führt.
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Außerdem kann diese schichtenweise Anordnung der Teilleiter auf der
Außenfläche des Rohrs zum Durchfluß des Xühlmittels auch auf einem Rohr ausgeführt
werden, dessen Querden schnittvder Teileiter bedeutend überschreitet. Eine Vergrößerung
der Ausmaße des Rohrs führt aber zu einer Verärößerung des Durchsatzes des durch
dieses fließenden Kühlmittels, was wiederum zu einer Erhöhung der
Kühlungswirksamkeit
der i'eilleiter führen wird.
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en Anhand der Zeichnung wird die erfindung durch die BesQhreibung
von Ausführungsbeispielen eines Stabs der Statorwicklung mit einem ungenutetem Kern
einer electrischen Machine weiter erläutert. Bs zeigen Fig. 1 den Querschnitt durch
einen Stab der Statorwicklung einer elektrischen Maschine mit nutenloser Ausführung
des Kerns gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 im
vergrößerten Maßstab den querschnitt durch eine der stromführenden Adern gemäß der
in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung; Fig. 3 die Längsansicht
der nach Fig. 2 ausgeführten stromführenden Ader mit einem Ausschnitt in der Isolationshülle;
Fig. 4 den Querschnitt durch einen Stab der Statorwicklung einer elektrischen lviaschine
mit nutenloser Ausführung des Kerns gemäß einer anderen Ausführungsvariante der
Brfindung; Big. 5 in einem vergrößerten Maßstab den Querschnitt durch eine der stromführenden
Adern gemäß der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung; Fig.
6 den Querschnitt durch einen Stab der Statorwicklung einer elektrischen lXlaschine
mit nutenloser Ausführung des Kerns gemäß noch einer Ausführungsvariante der Erfindung.
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Der Stab einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine mit nutenloser
Ausführung des Kerns gemäß der in Fig.l dargestellten Ausführungsvariante desselben
enthält ein Isolationsgehäuse 1, dessen Querschnitt eine rechteckige Form hat. Im
Innern des Isolationsgehäuses 1 sind zwei Stapel
voneinander isolierter
stromführender Adern 2 in der Art eines Roebelstabes umeinander verdrillt.
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Jede der stromführenden Adern 2 (Fig. 2) enthält ein liohr 3, dessen
Querschnitt die Form eines Ovals nat. Auf die Außenfläche des Rohrs 3 ist eine Schicht
4 aus Isolationsmaterial aufgetragen.
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Auf das Rohr 3 sind drei Schichten von Teilleitern 5 gewunden.
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Die stromführende Ader 2 (Fig.2) ist in eine Isolationshülle 6 eingeschlossen.
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Wie bei der Betrachtung der Fig. 3 ersichtlich sind die als schräge
Schraffur erscheinenden Teilleiter 5 der Außenschicht über die ganze Länge des Ptohrs
3 nacn rechts gewunden. Die unter diesen liegenden Teilleiter 5 der Mfttelschicht
sind entgegengesetzt, d. h. linksgängig gewunden und die Teilleiter 5 der unmittelbar
an dem Rohr 3 anliegenden Schicht (in der Fig. 3 nicht dargestellt) sind wieder
uber die ganze Länge des Rohrs 3 nacn rechts gewunden.
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emä{3 einer anderen Ausführunsvariante der Erfindung (Fig. 4) sind
in einem Isolationsgehäuse 7 zwei Stapel-voneinander isolierter stromführender Adern
8 verroebelt. Jede stromführende Ader 8 (Fig. 5) enthält ein Rohr 9, dessen Querschnitt
die Form eines Kreises hat.
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Auf die Außenfläche des Rohrs 9 ist eine Schicht 10 Isolationsmaterial
aufgetragen. Auf das iohr 9 sind desgleichen drei ringartige Schichten von Teilleitern
11 gewunden. Die Schichten der Teilleiter 11 sind konzentrisch zur Längsachse des
Rohrs 9 angeordnet.
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Die stromführende Ader 8 ist eine Isolationshülle 12
eingeschlossen.
Wie auch in der vorangehenden Ausführungsvaiiante der Erfindung sind die Teilleiter
11 der Außenschicnt und der Mittelschicht sowie entsprechend der Mittelschicht und
der unmittelbar am Rohr 9 anliegenden Schicht nach verschiedenen Seiten gewunden.
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Gemäß noch einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung (Fig.
6) enthält der Wicklungsstab ein Isolationsgehäuse 13, dessen querschnitt die Form
eines Kreises hat. Im Innern des Isolationsgehäuses 13 sind vier gleichmäßig am
Umfang angeordnete stromführende Adern 14 untergebracht.
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Wie aus der Fig. 6 ersichtlich, ist jede der stromführenden Adern
14 analog der in den Fig. 4 und 5 gezeigten stromführenden Ader 8 ausgeführt.
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