DE620083C

DE620083C - Process for equalizing temperature differences in electrical machines

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Publication number: DE620083C
Application number: DE1930620083D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-02-05
Filing date: 1930-02-05
Publication date: 1935-10-14

Description

Bei elektrischen Maschinen, und zwar sowohl Stromerzeugern als auch Motoren, zeigt sich bekanntlich sehr häufig der Übelstand, daß die Isolierung der. Induktor- oder Ankerwicklungen aus bisher unerklärlichen Gründen unwirksam wird, also etwa Kurzschlußverbindungen zwischen Ankerkörper und Ankerwicklung entstehen, die eine meist mit großen Kosten und viel Zeitverlust verknüpfte neue Bewicklung des Ankers erforderlich machen. Auch treten Verlagerungen der Wicklungen ein, welche Unbalancen verursachen. In electrical machines, both generators and motors, shows As is well known, the disadvantage that the isolation of the. Inductor or armature windings becomes ineffective for reasons that have not yet been explained, i.e. short-circuit connections arise between armature body and armature winding, which is usually associated with high costs and a lot of loss of time make new wrapping of the anchor necessary. Relocations also occur of the windings, which cause imbalances.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugründe, daß" die Ursache dieser Störungen in der verschieden starken Ausdehnung bzw. Zusammenziehung der Ankerwicklungen einerseits und des Ankerkörpers anderseits - beim Anlassen und Belasten bzw. Entlasten und Abstellen der elektrischen Maschine liegt. Insbesondere bei großen Maschinen treten die durch verschieden starke Ausdehnung oder Zusammenziehung der Wicklungen und des Ankerkörpers hervorgerufenen mechanischen Spannungen unter Umständen in einem solchen Maße auf, daß die Wicklungen unter starken knackenden Geräuschen ihre Lage plötzlich ändern. Aber auch kleinere Spannungen verursachen ein gegenseitiges Verschieben der Wicklungen sowohl untereinander als auch gegenüber dem Ankerkörper und üben infolgedessen ihre zerstörende Wirkung auf die Isolierung der Wicklungen aus, so daß die Maschine nach gewisser Betriebszeit ihren notwendigen elektrischen Isolationswert verliert bzw. überhaupt nicht mehr betriebssicher arbeitet, da ein Zustand durch die Verlagerung der Wicklung hervorgerufen wird, welcher eine Unbalance oder andere mechanische Fehler mit sich bringt.The invention is based on the knowledge that "the cause of these disorders in the different degrees of expansion or contraction of the armature windings on the one hand and the armature body on the other hand - when starting and loading or relieving and switching off the electrical machine. Especially with large machines, they occur due to different degrees of expansion or Mechanical contraction of the windings and the armature body Tensions under certain circumstances increase to such an extent that the windings move into position with strong cracking noises suddenly change. But also smaller tensions cause a mutual shift of the windings both with each other and with respect to the armature body and as a result exert their destructive effect on the insulation of the windings, so that the machine has its necessary electrical insulation value after a certain period of operation loses or no longer works reliably because one state is through the displacement of the winding is caused, which is an imbalance or other brings mechanical failure with it.

Es hat sich nun gezeigt, daß diese schädlichen Spannungen dadurch hervorgerufen werden, daß Ankerwicklung und Ankerkörper beim Anlassen und Belasten, bzw. Entlasten und Abstellen zeitlich verschieden schnell warm werden, d. h, die Betriebstemperatur annehmen, bzw. verschieden schnell wieder erkalten. Während sich die Ankerwicklungen innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit nach dem Anlassen auf die Betriebstemperatur erwärmen, braucht der bei großen Maschinen sehr massige Ankerkörper längere Zeit, um die gleiche Temperatur zu erlangen. Beim Abstellen der Maschine sind die Verhältnisse noch ungünstiger. Kühlen sich die Ankerwicklungen in diesem Falle z. B. sehr schnell auf Raumtemperatur ab, so braucht der Ankerkörper je nach seiner Größe hierzu mehrere Stunden. Wird eine Betriebstemperatur von etwa ioo° C angenommen, so ergibt sich, daß der Temperaturunterschied zwischen Ankerkörper und Wicklung ungefähr 1 Stunde nach dem Abstellen der Maschine noch 70 bis 80 ° C beträgt. Dies erklärt die Entstehung der vorstehend erwähnten mechanischen Spannungen und ihre zerstörende Wirkung auf die Ankerwicklung und deren Isolation.It has now been shown that this caused these damaging stresses that armature winding and armature body when starting and loading, or relieving and parking heat up at different times, d. h, the operating temperature accept or cool down again at different speeds. While the armature windings warm up to operating temperature within a relatively short time after starting, the armature, which is very bulky in large machines, needs a longer time to reach the same temperature. At the When the machine is switched off, the conditions are even more unfavorable. The armature windings cool down in this case z. B. very quickly to room temperature, the anchor body needs Depending on its size, this can take several hours. Becomes an operating temperature Assuming about 100 ° C, it follows that that the temperature difference between the armature body and the winding is approximately 1 hour 70 to 80 ° C after the machine has been switched off. This explains the origin the mechanical stresses mentioned above and their destructive effect on the Armature winding and its insulation.

Erfindungsgemäß wird nun das Auftreten schädlicher mechanischer Spannungen und deren Nebenerscheinungen durch AusgleichAccording to the invention, the occurrence of harmful mechanical stresses and their side effects through compensation

der erwähnten Temperaturdifferenz verhütet. Zu diesem Zweck wird der beim Anlassen und Belasten der Maschine ..gegenüber seiner Wicklung nur langsam sich erwärmende Anker-5 körper durch eine besondere Heizquelle zusätzlich erwärmt bzw. beim Entlasten und Abstellen der Maschine zusätzlich gekühlt oder die Ankerwicklung mit fallender - Temperatur des Ankers entsprechend zusätzlich ίο erwärmt. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß bei Durchführung eines derartigen Verfahrens das Entstehen mechanischer Spannungen gemildert oder gar vermieden wird, da ja die sie erzeugenden Temperaturdifferenzen beseitigt werden.the mentioned temperature difference prevented. For this purpose, the when starting and Load on the machine ... armature-5 only slowly warms up compared to its winding body is additionally heated by a special heat source or when relieving and The machine is switched off with additional cooling or the armature winding with falling - temperature of the armature is also heated accordingly ίο. It goes without saying that the development of mechanical stresses when such a method is carried out is mitigated or even avoided, since it eliminates the temperature differences that generate them will.

Es ist zwar bereits eine Schutzvorrichtung für elektrische Maschinen bekanntgeworden, die die Maschine selbsttätig dann beheizt, wenn bei feuchter Luft die Gefahr besteht, daß sich auf den kalten Maschinenteilen feuchte Niederschläge bilden und die Güte der Isolation beeinträchtigen. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es aber nicht möglich, die beim Anlassen und Belasten, Entlasten und Abstellen der Maschine zwischen der Ankerwicklung und dem Ankerkörper auftretenden mechanischen Spannungen unschädlich zu machen.A protective device for electrical machines has already become known, which automatically heats the machine when there is a risk of moist air that moist precipitates form on the cold machine parts and the quality of the Impair isolation. With this known device it is not possible, the when starting and loading, relieving and switching off the machine between the armature winding and to render the anchor body harmless mechanical stresses.

Ferner hat man bereits bei Dampfturbinen eine zusätzliche Beheizung derjenigen Teile des Maschinengehäuses vorgeschlagen, die sich bei einer raschen Inbetriebnahme der Turbine nur langsam erwärmen. Es handelt • sich dort aber um die Vermeidung von Störungen, die eine ganz andere Ursache und Wirkung haben als die oben geschilderten Nachteile elektrischer Maschinen.Furthermore, there is already an additional heating of those parts in steam turbines of the machine housing proposed, which is a rapid start-up of the Heat the turbine slowly. It is • there, however, the avoidance of disturbances, which have a completely different cause and effect than the disadvantages of electrical machines described above.

Ferner ist es auch bekanntgeworden, den Anker einer elektrischen Maschine hohl auszubilden und durch diesen Hohlraum ein Kühlmittel hindürchzuführen. Dies hatte jedoch .im Gegensatz zu der Erfindung den Zweck, den Motor während seines normalen Laufes zu kühlen. Schließlich ist vorgeschlagen worden, elektrische Maschinen während der Betriebspausen durch zusätzliche Erwärmung auf der durchschnittlichen Temperatur zu halten. Es ist jedoch noch nicht der Vorschlag gemacht worden, beim Entlasten und Abstellen der Maschine mit dem Fallen der Temperatur eine zusätzliche Kühlung des umlaufenden Ankers vorzunehmen, um die sich während dieses Betriebszustandes in der Ankerwicklung bzw. im Ankerkörper einstellenden Spannungen zu beseitigen.It has also become known to design the armature of an electrical machine to be hollow and pass a coolant through this cavity. However, this had .in contrast to the invention the purpose of running the engine during its normal To cool the barrel. Finally, it has been proposed to use electrical machines during the breaks in operation due to additional heating to the average temperature to keep. However, the suggestion has not yet been made in relieving the burden and turning off the machine as the temperature drops, additional cooling of the revolving armature to be carried out during this operating state in the armature winding or in the armature body to eliminate setting stresses.

Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist auf verschiedene Weise möglich. Die einzelnen Ausführungsformen sind in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt worden. Besonders zweckmäßig ist es, im Innern des hohl ausgebildeten Ankers eine als Widerstandswicklung wirkende Heizpatrone anzuordnen, die durch einen regelbaren elektrischen Hilfsstrom gespeist wird, um beim Anlassen und Belasten der Maschine eine rasche Erwärmung des Ankerkörpers zu ermöglichen. Zugleich ist zweckmäßigerweise eine zweite Einrichtung vorgesehen, die beim Abstellen der Maschine wirksam wird. Es wird beispielsweise durch die Ankerwicklung ein regelbarer elektrischer Hilfsstrom hindurchgeführt, dessen Stärke entsprechend der Temperaturabnahme des Ankers allmählich sinkt.The method according to the invention can be carried out in various ways possible. The individual embodiments are set out in the description below been. It is particularly useful in the interior of the hollow armature one to arrange acting as a resistance winding heating cartridge, which can be regulated by a auxiliary electrical power is fed to when starting and loading the machine to enable rapid heating of the anchor body. At the same time is expedient a second device is provided which takes effect when the machine is switched off. For example, the armature winding provides a controllable auxiliary electrical current passed through, the strength of which gradually increases in accordance with the decrease in temperature of the anchor sinks.

Auf der Zeichnung sind verschiedene zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtungen veranschaulicht, und zwar zeigen die Fig. 1 bis 5 in schematischer Darstellung je einen Längsschnitt durch einen aus Wicklung und Körper (magnetisch wirksamem Eisen) bestehenden Anker, während in Fig. 6 ein senkrechter Schnitt durch einen Teil des Ankers in größerem Maßstab dargestellt ist. Der Ankerkörper 1 ist in bekannter Weise mit einer Wicklung versehen, die aus in den Nuten 2 (Fig. 6) des Ankers gelagerten Wicklungsstäben 3, z. B. aus Kupfer, Aluminium o. dgl., besteht. Die Wicklungen sind in bekannter Weise untereinander sowie gegenüber dem Ankerkörper 1 isoliert und werden mit go Hilfe der Verschlußglieder 4 sicher in den Ankernuten 2 festgehalten.Various devices suitable for carrying out the process are shown in the drawing illustrated, namely show FIGS. 1 to 5 in a schematic representation each a longitudinal section through an armature consisting of a winding and a body (magnetically effective iron), while in FIG. 6 a vertical section through part of the anchor is shown on a larger scale. The armature body 1 is provided in a known manner with a winding which is made in the Grooves 2 (Fig. 6) of the armature mounted winding bars 3, z. B. made of copper, aluminum o. The like., consists. The windings are in a known manner with each other and opposite the anchor body 1 isolated and go with the help of the locking members 4 safely in the Anchor grooves 2 held.

Treten beim Anlassen bzw.. Abstellen der Maschine Temperaturunterschiede zwischen dem Ankerkörper 1 und der Wicklung 3 auf, so entstehen mechanische Spannungen, die gegebenenfalls eine solche Größe annehmen können, daß die Wicklungen 3 sich verschieben bzw. daß zumindest durch die bei verschiedener Ausdehnung der Wicklungen auftretenden Reibungskräfte die Isolation zwischen Anker und Wicklung zerstört wird sowie Verlagerungen eintreten.When starting or switching off the machine, temperature differences occur between the armature body 1 and the winding 3, mechanical stresses arise which can possibly assume such a size that the windings 3 shift or that at least due to the occurrence of different expansion of the windings Frictional forces the insulation between armature and winding is destroyed and displacements occur.

Bei der Einrichtung nach Fig. 1 wird nun ein Temperaturausgleich zwischen dem Ankerkörper 1 und der Wicklung 3, d. h. also eine der Temperaturzunahme der Wicklung angepaßte schnelle Anwärmung des Ankerkörpers, dadurch erreicht, daß durch den Ankerkörper ein regelbarer Hilfsstrom hindurchgeleitet wird. Zu diesem Zweck ist der Anker 1 über die Schleifkontakte 5 mit den beiden Polen einer Hilfsstromquelle verbunden. In dem Stromkreis ist zweckmäßig ein nicht dargestellter Regelschalter vorgesehen, mit dessen Hilfe die durch den Ankerkörper 1 hindurchgeführte Stromstärke der jeweiligen Temperatur der Ankerwicklung angepaßt werden kann. Der durch den Ankerkörper 1 hindurchfließende Strom erzeugt in dem Anlier ' Joulesche Widerstandswärme. Auf diese Weise gelingt es, die Temperatur desIn the device according to FIG. 1, there is now a temperature equalization between the armature body 1 and the winding 3, d. H. so one adapted to the temperature increase of the winding rapid heating of the anchor head, achieved by the anchor head a controllable auxiliary current is passed through. For this purpose, the armature 1 via the sliding contacts 5 with the connected to both poles of an auxiliary power source. In the circuit is a useful one control switch, not shown, is provided, with the aid of which the armature body 1 Amperage passed through adapted to the respective temperature of the armature winding can be. The current flowing through the armature body 1 generates in the Anlier 'Joule heat of resistance. In this way it is possible to keep the temperature of the

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Ankerkörpers I beim Anlassen und Belasten der Maschine annähernd ebenso rasch ansteigen zu lassen, wie sich die Ankerwicklung erwärmt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Ankerkörper 1 hohl ausgebildet. In der Bohrung 6 des Ankerkörpers ist ein Heizdraht 7 in vielen Windungen isoliert vom Ankerkörper 1 untergebracht. Das eine Ende ίο des Heizdrahtes 7 ist zu einem isoliert auf dem Ankerkörper 1 befestigten Schleifring 8 geführt, der über einen Kontakt 9 mit dem einen Pol einer nicht dargestellten Hilfsstromquelle in Verbindung steht. Das andere Ende des Heizdrahtes 7 liegt an der Masse des Ankerkörpers 1, die ihrerseits unter Vermittlung eines Kontaktes ψ mit dem anderen Pole der Heizstromquelle verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wird der regelbare Hilfsstrom während des Anlassens der Maschine durch die Heizdrahtwindung 7 hindurchgelasseii, so daß die von ihr erzeugte Wärme auf den Ankerkörper 1 nach Maßgabe der Erwärmung der Ankerwicklung 3 übertragen wird.Armature I, when starting and loading the machine, allows it to rise almost as quickly as the armature winding heats up.
In the embodiment according to FIG. 2, the anchor body 1 is hollow. In the bore 6 of the anchor body, a heating wire 7 is housed in many turns, insulated from the anchor body 1. One end ίο of the heating wire 7 is led to an insulated slip ring 8 which is fastened to the armature body 1 and which is connected via a contact 9 to one pole of an auxiliary power source (not shown). The other end of the heating wire 7 is connected to the mass of the armature body 1, which in turn is connected to the other pole of the heating current source through the intermediary of a contact ψ. In this embodiment, the controllable auxiliary current is passed through the heating wire winding 7 when the machine is started, so that the heat generated by it is transferred to the armature body 1 in accordance with the heating of the armature winding 3.

In Fig. 3 ist der Heizdraht 7⁰ als Spirale ausgebildet. Die Schleifkontakte 9,9° können von einer beliebigen Stromquelle 10 oder 11 mit regelbarem Hilfsstrom gespeist werden. Es ist auch eine z. B. in Fig. 4 veranschaulichte Durchführung des neuen Verfahrens möglich, bei der durch den hohl ausgebildeten Ankerkörper 1 nach Maßgabe der Erwärmung der Ankerwicklung 3 heiße Luft hindurchgeführt wird, die ihrerseits ihre Wärme an den Ankerkörper abgibt.In Fig. 3, the heating wire 7 ^{0 is designed} as a spiral. The sliding contacts 9.9 ° can be fed from any power source 10 or 11 with adjustable auxiliary current. It is also a z. B. in Fig. 4 illustrated implementation of the new method is possible in which hot air is passed through the hollow armature body 1 in accordance with the heating of the armature winding 3, which in turn gives off its heat to the armature body.

Soll beim Abstellen der Maschine eine derShould one of the

Abkühlung der Wicklung angepaßte rasche Abkühlung des Ankerkörpers 1 erzielt wer-Cooling of the winding adapted rapid cooling of the armature body 1 can be achieved

4-0 den, um die Abkühlung etwa in dem gleichen4-0 den to cool down roughly in the same

Zeitraum herbeizuführen wie diejenige der Ankerwicklung 3, so kann durch den hohlen Anker beispielsweise ein Kühlmittelstrom, ζ. B. kalte Luft, hindurchgeführt werden. InTo bring about period of time as that of the armature winding 3, so can through the hollow Anchor, for example, a coolant flow, ζ. B. cold air, are passed through. In

4-5 Fig. 4 der Zeichnung ist dies schematisch durch den Ventilator 12 veranschaulicht. Die von ihm ausgestoßene, gegebenenfalls durch besondere Mittel noch gekühlte Luft wird durch die Bohrung 13 des Ankerkörpers 1 hindurchgeleitet.4-5 Fig. 4 of the drawing, this is illustrated schematically by the fan 12. the air expelled by it, possibly still cooled by special means passed through the bore 13 of the anchor body 1.

Bei der Einrichtung nach Fig. 5 ist die Ankerwicklung 3 selbst über Schleifringe 8, 8^a und Kontakte 9, g^a mit den beiden Polen einer elektrischen Hilfsstromquelle verbunden. Bei einer derartigen Einrichtung kann durch die Ankerwicklung 3 hindurch beim Abstellen der Maschine ein regelbarer Hilfsstrom hindurchgeführt werden, dessen Stärke entsprechend der Temperaturabnahme des Ankers allmählich sinkt. Eine zu schnelle Abkühlung der Ankerwicklung 3 im Verhältnis zur Abkühlungsgeschwindigkeit des Ankerkörpers ι wird dadurch vermieden, daß der Hilfsstrom in der Ankerwicklung nach dem Jouleschen Gesetz Widerstandswärme erzeugt. Mit abnehmender Temperatur des Ankerkörpers wird auch die Stromstärke des durch die Ankerwicklungen hindurchgeleiteten Hilfsstromes allmählich verringert, so daß Ankerwicklung und Ankerkörper annähernd gleichmäßig erkalten.In the device according to FIG. 5, the armature winding 3 itself is connected to the two poles of an auxiliary electrical power source ^{via slip rings 8, 8 a} and contacts 9, g ^a. With such a device, a controllable auxiliary current can be passed through the armature winding 3 when the machine is switched off, the strength of which gradually decreases in accordance with the decrease in temperature of the armature. Too rapid cooling of the armature winding 3 in relation to the cooling speed of the armature body ι is avoided in that the auxiliary current in the armature winding generates resistance heat according to Joule's law. As the temperature of the armature body decreases, the current intensity of the auxiliary current passed through the armature windings is gradually reduced, so that the armature winding and armature body cool down approximately uniformly.

Bei Anwendung der oben beschriebenen Mittel wird das Auftreten schädlicher Spannungen in den Ankerwicklungen sowie deren Verlagerung und die dadurch hervorgerufene häufige Zerstörung der Wicklungsisolation bzw. der Wicklungen selbst verhütet, da die Ursache für das Entstehen dieser Spannungen, nämlich eine erhebliche Temperaturdifferenz zwischen Ankerwicklung und Ankerkörper, beseitigt ist. Alles Gesagte gilt vornehmlich auch für die Induktoren von Drehoder Wechselstrommaschinen.When using the means described above, the occurrence of harmful stresses will occur in the armature windings as well as their displacement and the resulting frequent destruction of the winding insulation or the windings themselves, as the cause of these tensions, namely a considerable temperature difference between armature winding and armature body, is eliminated. All of the above applies primarily to the inductors from Drehoder AC machines.

Claims

Claims: ⁸ p

ι. Procedure for compensating for temperature differences in electrical machines, characterized in that during starting and loading the Machine the armature body, which heats up slowly compared to its winding, by a special heat source is heated or that the armature body is additionally cooled or during the unloading and shutdown of the machine the armature winding according to the temperature decrease in the armature body is heated.

2. Implementation of the method according to claim 1 when starting and loading the machine, characterized in that a controllable auxiliary current is passed through the armature body, which in Joule heat of resistance generated by the anchor body.

3. Implementation of the method according to claim ι when starting and loading the machine, characterized in that hot air is passed through the armature, which is hollow in a manner known per se will.

4. Device for performing the method according to claim 1 when starting and loading the machine, characterized in that an electrically operated heating cartridge is arranged.

5. Device according to claim 4, characterized in that the heating cartridge arranged in the interior of the hollow armature is made as a resistance winding

is formed, which is fed by an adjustable electrical auxiliary current.

6. Implementation of the method according to claim ι when relieving and parking the machine, characterized in that a coolant flow through the hollow armature, ζ. Β. cold air, is passed through.

7. Implementation of the method according to claim 1 when relieving and parking of the machine, characterized in that a controllable auxiliary electrical current is passed through the winding of the armature the strength of which gradually decreases in accordance with the decrease in temperature of the anchor body.

1 sheet of drawings