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Wicklung für Wechselstrom-Hochspannungsmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf elektrische Maschinen und will eine Maschine schaffen, mit der man in der
Lage ist, höhere Spannungen zu erzeugen, als dies bisher in der Praxis üblich war,
und zwar ohne die Abmessungen der Maschine entsprechend der Zunahme der Spannung
zu vergrößern.
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Beim Isolieren der Wicklungen beispielsweise einer Wechselstrommaschine
hat man bisher einen gleichförmigen Leiterquerschnitt mit einer gleichbleibenden
Isolationsmenge in allen Nuten zugrunde gelegt, und zwar wurde die Dicke der Nutisolation
so groß gewählt, daß sie für den größten zwischen dem Leiter und Erde erzeugten
Spannungsunterschied genügte. Bei der Herstellung derartiger Maschinen für sehr
hohe Spannungen mußte man daher die Abmessungen der Maschine beträchtlich vergrößern,
weil der verfügbare Raum zur Aufnahme der durch die Spannungszunahme bedingten zusätzlichen
Isolation nicht ausreichte.
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Diesen Übelstand zu beseitigen, ist das Ziel der Erfindung, der die
bei anderen ähnlichen Transformatoren und elektrischen Apparaten gemachte Erfahrung
zugrunde liegt, daß die in der Wicklung erzeugte Spannung gegen das Eisengestell
gleichförmig längs des Leiters bis zu dem Höchstwert am Ende der Wicklung zunimmt,
wenn man das andere Wicklungsende dadurch konstant hält, daß man es mit einem Erdpotential
führenden Punkt oder unmittelbar mit Erde verbindet. Die Erfindung besteht nun darin,
daß man die Dicke der Nutisolation nach Maßgabe des gegenüber Erde ansteigenden
Spannungsunterschiedes durch Vergrößerung des Verhältnisses Nutenquerschnitt zu
Gesamtquerschnitt der darin liegenden Leiter stufenweise wachsen läßt.
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In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Wicklung für
eine Wechselstrom-Hochspannungsmaschine in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Abb. I, 2 und 3 veranschaulichen drei verschiedene zur Ausführung
der Erfindung geeignete Möglichkeiten der Änderung des Verhältnisses Nutenquerschnitt
zu Gesamtquerschnitt.
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Abb. 4 ist ein Schnitt nach X-X der Abb. 5, einen Teil der Stirnverbindungen
und die Ständernuten der Wechselstrommaschine zeigend.
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Abb.5 zeigt einen Längsschnitt durch die Maschine der Abb. 4.
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Gemäß Abb. I ist der Ständer der Maschine mit Nuten A versehen, in
denen die Leiter C liegen. Die nebeneinanderliegenden Nuten Al bis As nehmen
in dem Maße an Tiefe zu, wie die Spannung der Leiter anwächst. Die Breite der Nuten
bleibt könstant. In jeder Nut liegen vier Leiter,. und
der Leiterquerschnitt
ist in allen Nuten gleich; der Nutenquerschnitt ist also zu dem Gesamtquerschnitt
der darin liegenden Leiter abgestuft.
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Die vier Leiter C in der Nut A1 haben unter sich gleiche Abmessungen,
aber andere Abmessungen als die Leiter in den Nuten A2, A3 usw. Der Flächeninhalt
des Querschnitts der einzelnen Leiter ist konstant gehalten, aber die Abmessungen
der Leiter sind von Nut zu Nut derart geändert, daß sie sich der Form der Nut bestmöglich
anpassen. Das Anwachsen des Flächeninhalts des Querschnitts der Nuten gestattet
die Unterbringung zusätzlicher Isolation.
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Bei dieser Bauweise ist durch gleichmäßige Nutenteilung und Nietenbreite
für möglichst geringe Kraftflußschwankungen Sorge getragen.
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Gemäß Abb. 2 haben die Nuten durchgehend gleiche Abmessungen, dagegen
ist die Anzahl der Leiter C in den Nuten höherer Spannung vermindert und der auf
diese Weise verfügbar gewordene Raum für eine zusätzliche Isolation B verwendet.
In den Nuten A1 liegen je vier Leiter, in den Nuten A2 je drei Leiter und in den
Nuten A3 je zwei Leiter.
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Die Ausführung nach Abb. 2 bietet dieselben Vorteile wie die Ausführung
nach Abb. I, da die Verluste in den Nuten mit dem Anwachsen des Isolationsquerschnitts
infolge der geringeren Leiterzahl sinken und damit die durch die dickere Isolation
zu übertragende Wärme vermindert wird. Die Temperaturen bleiben deshalb für alle
Nuten gleichförmig.
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In den beiden Nuten A1 nimmt jeder Leiter I4 % des Flächeninhalts
des Nutenquerschnitts ein, alle vier Leiter zusammen somit 56 %. In den Nuten A2
nimmt ein Leiter I7 % des Flächeninhalts des Nutenquerschnitts ein, alle drei Leiter
zusammen also 5I %. In den Nuten A3 nimmt jeder Leiter 2o % des Flächeninhalts des
Nutenquerschnitts ein. Die Leiter beanspruchen also von 4o % bis zu 56 % des Inhalts
des Nutenquerschnitts.
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Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform sind Tiefe und Breite
der Nuten und der Nutabstand derart geändert, daß die stärkere Isolation für die
die höheren Spannungen führenden Leiter in den entsprechenden Nuten untergebracht
werden kann. Die Nuten A1 haben gleiche Abmessungen und enthalten je vier Leiter.
Die Nuten A2 sind breiter und tiefer und enthalten ebenfalls vier Leiter, die jedoch
einen größeren Querschnitt aufweisen als die Leiter der Nuten A1. Isolation und
Leiterquerschnitt sind also für das höchste Potential vergrößert. Die beiden Nuten
A2 haben wegen ihrer besonderen Breite einen größeren Abstand voneinander als die
Nuten A1. Die Teilung kann z. B. für die Nuten A2 8½° und für die Nuten A1 7½° sein.
Die Ausführungsformen der Abb. I, 2 und 3 können gewünschtenfalls miteinander kombiniert
werden.
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Die Stirnansicht der Abb. 4 entspricht der Ausführungsform nach Abb.
2 und zeigt die obere Hälfte der Ständernuten der Maschine mit den Endverbindungen
nur einer Phase. Die mit Y bezeichneten Nuten liegen in einer Phase. Der Leiter
C1 liegt an der Phasenklemme, während der Leiter C2 an der Erdungsklemme liegt.
Die Leiter verlaufen, wie üblich, z. B. nach diametral gegenüberliegenden Nuten.
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Abb. 5 zeigt die Vereinigung der Endverbindungen der drei Phasen mit
den in den Nuten liegenden Leitern, wobei in jedem der Stränge D, E und F eine Phase
zusammengefaßt ist. Die Leiter K der Stränge B und F der Abb. 5 sind zahlreicher
als diejenigen des Stranges E, da D und F nach dem Schnitt H-H der Abb. 4, die Verbindungen
E dagegen nach dem Schnitt G-G der Abb. 4 dargestellt sind. Der größere Abstand
läßt die Unterbringung einer größeren Menge Isolation für die höheren Spannungen
zu.
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An dem Läufer können Dämpferstäbe (nicht dargestellt) vorgesehen werden,
um die Wärmeverluste zu verringern, die bei Kraftflußschwankungen infolge unsymmetrischer
Ständerwicklung oder wechselnder Breite, Tiefe oder wechselnden Abstandes der Nuten
entstehen.
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Man sieht, daß nicht nur die Dicke der Isolation geändert wird, es
wird vielmehr auch die Streuungsoberfläche von den Leitern zur Erde, zwischen den
Leitern und zwischen den Phasen in derselben Weise geändert.
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Gemäß der Erfindung soll die Isolation in irgendeiner Nut nicht dicker
sein, als es nötig ist, um der Spannung zwischen Leiter und Erde in dem betreffenden
Punkt Widerstand zu leisten, so daß man ein Kupfermaximum verweden kann und der
Temperaturverlust über die Isolation auf ein Geringstmaß herabgemindert wird. Die
Isolation wird fortschreitend längs der ganzen Wicklung im Verhältnis zu der in
ihr erzeugten Spannung geändert. Wo dickes Isoliermaterial Verwendung findet, wie
dies z.11 in Abb.3 gezeigt ist, kann der Leiterquerschnitt in einigen Fällen vergrößert
werden, damit man dieselben Temperaturverluste erhält, wie sie mit einem kleineren
Leiterquerschnitt mit der dünneren Isolation :ei:hältcr werden..-