DE69406983T2

DE69406983T2 - Turbogenerator

Info

Publication number: DE69406983T2
Application number: DE69406983T
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Ide; Haruo Koharagi; Kado Miyakawa; Miyoshi Takahashi; Shinichi Wakui; Yasuomi Yagi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: US5469009A; EP0630094B1; EP0630094A3; EP0630094A2; DE69406983D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbogenerator und insbesondere einen Turbogenerator, der zum Starten einer als Synchronmotor veränderlicher Geschwindigkeit arbeitenden Gasturbine geeignet ist, wobei die Ankerwicklungen des Turbogenerators mit einer Thyristor-Startvorrichtung verbunden sind.
Heutzutage hat eine in einem kombinierten Zyklus stattfindende Erzeugung elektrischer Leistung wegen ihrer wirksamen Energieausnutzung Aufmerksamkeit erregt.
In Fig. 2 ist ein Diagramm des Aufbaus eines Systems für eine in einem kombinierten Zyklus stattfindende Erzeugung elektrischer Leistung dargestellt. Es besteht aus einer Gasturbine 10, einer Dampfturbine 11, die die Wärme der Abgase der Gasturbine 10 als Wärmequelle für einen Turbogenerator 12 verwendet, sowie einem Kessel (nicht dargestellt). Eine Gasturbine 10, eine Dampfturbine 11 und ein Turbogenerator 12 sind als Einzelelement entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet, und eine einzelne Anlage besteht zur Erzielung einer höheren Leistungsfähigkeit im allgemeinen aus einer Anordnung solcher Elemente. Eine solche Anlage für eine in einem kombinierten Zyklus stattfindende Erzeugung elektrischer Leistung befindet sich gewöhnlich in der Nähe eines Stadtgebiets mit einem großen Bedarf an elektrischer Leistung und wird auf einer DSS-(tägliches Starten und Stoppen)- Grundlage betrieben, wobei Gasturbinen 10, abhängig von der angeforderten Belastung der Anlage, der Reihe nach gestartet werden.
Der allgemeine Trend zum Erhöhen der Gasturbinen-Verbrennungstemperatur zur Erreichung eines höheren Wirkungsgrads führt dazu, daß die Leistungsfähigkeit der Gasturbine in der Anlage für eine in einem kombinierten Zyklus stattfindende Erzeugung elektrischer Leistung erhöht wird und dementsprechend die Leistungsfähigkeit der Startvorrichtung für die Gasturbine erhöht werden muß.
Bei einer herkömmlichen Startvorrichtung zum Starten der Gasturbine wird ein Drehmomentwandler-System verwendet, bei dem ein Drehmomentwandler und ein Induktionsmotor direkt mit einem axialen Ende eines Kraftübertragungssystems gekoppelt sind. Eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Startvorrichtung wird jedoch schließlich wegen Grenzen bezüglich der herstellbaren Größe des Drehmomentwandlers schwierig. Die Aufmerksamkeit richtet sich daher auf alternative Thyristor- Startsysteme. Beim Thyristor-Startsystem wird der Turbogenerator 12 mittels einer Thyristor-Startvorrichtung 13 wie ein Synchronmotor mit veränderlicher Geschwindigkeit gestartet. Durch Vorsehen einer Umschaltvorrichtung 1 zwischen den Turbogeneratoren 12 und der Thyristor-Startvorrichtung 13 kann eine einzelne Thyristor-Startvorrichtung 13 für alle Elemente der Anordnung verwendet werden. Daher kann ein kompakteres Gebäude alle erforderlichen Vorrichtungen aufnehmen.
Bei einem herkömmlichen Generator ist der Läufer mit Feldwicklungen versehen, die den Generator erregen, während sie einen Gleichstrom von einer geeigneten Stromquelle empfangen, und dessen Stator ist mit Ankerwicklungen versehen, aus denen eine elektrische Leistung ausgegeben wird.
Wenn bei einem solchen Generator eine unsymmetrische Belastung auftritt, bei der die Belastungen in jeweiligen Phasen der dreiphasigen Ankerwicklungen unterschiedlich sind, wird durch den unsymmetrischen Ankerstrom im Läufer ein Drehmagnetfeld mit negativer Phase erzeugt.
Das Drehmagnetfeld mit negativer Phase enthält eine asynchrone Magnetfeldkomponente, die aus einer einzigen Komponente mit einer Winkelfrequenz 2 ω, also dem Zweifachen der Winkelfrequenz ω der Ausgangsspannung, besteht. Wenn ein solches Drehmagnetfeld mit negativer Phase erzeugt wird, wird in den jeweiligen Leiterabschnitten am Läufer ein Wirbelstrom induziert, und die Temperaturen an den jeweiligen Abschnitten am Läufer steigen über eine vorgegebene zulässige Grenze.
Um zu versuchen, das obenerwähnte Problem zu lösen, ist in JP-B-60-34340 (1985) dementsprechend vorgeschlagen, daß ein in axialer Richtung auf dem massiven Eisenkemläufer fließender Strom über leitende Keile zu Dämpferwicklungen hingeleitet wird, um dadurch ein thermisches Gleichgewicht an den jeweiligen Abschnitten des Läufers zu erreichen.
In JP-A-60-229640 (1985) ist eine weitere Maßnahme vorgeschlagen, bei der Widerstandswerte von in Wicklungsschlitze am Läufer eingeführten Dämpferlamellen geändert werden, um dadurch ein thermisches Gleichgewicht an den jeweiligen Abschnitten des Läufers zu erreichen. Insbesondere ist in diesem Dokument vorgeschlagen, daß sich an den Polen des Läufers dickere Dämpferlamellen befinden und sich an den mittleren Orten dünnere Dämpferlamellen befinden.
Um die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Theorie zu erklären, wird auf die Figuren 3 bis 6 Bezug genommen.
In Fig. 3 ist ein Diagramm des Aufbaus eines Turbogeneratorsystems dargestellt, bei dem der Turbogenerator durch eine Thyristor-Startvorrichtung gestartet wird. In den Figuren 4(a) und 4(b) ist der von der Thyristor-Startvorrichtung zugeführte Ankerstrom dargestellt, und in Fig. 5 ist die Beziehung der Vektoren der beim Starten in der Maschine induzierten magnetischen Bewegungskraft dargestellt. In Fig. 6 ist die magnetische Bewegungskraft einer beim Starten durch die Thyristor-Startvorrichtung induzierten höheren harmonischen Welle sechster Ordnung dargestellt.
In diesen Zeichnungsabschnitten bezeichnet eine Bezugszahl 14 einen Erreger, CONV einen Umrichter, INV einen Wechselrichter, eine Bezugszahl 2 einen Läufer des Turbogenerators 12 und eine Bezugszahl 3 am Läufer 2 vorgesehene Wicklungsschlitze zum Aufnehmen von Feldwicklungen.
Da der Turbogenerator 12 beim Thyristor-Startsystem beim Starten als Synchronmotor mit veränderlicher Geschwindigkeit wirkt, ist es erforderlich, auf der Ankerseite ein Drehmagnetfeld veränderlicher Frequenz zu bilden. Dementsprechend wird die aus dem Wechselrichter INV und dem Umrichter CONV bestehende Thyristor-Startvorrichtung 13 beim Starten mit Thyristoren so geschaltet, daß deren Ankerwicklung ein symmetrischer dreiphasiger Wechselstrom veränderlicher Frequenz zugeführt wird und deren Feldwicklungen durch einen Gleichstrom erregt werden. Die veränderliche Frequenz des symmetrischen dreiphasigen Wechselstroms von der Thyristor- Startvorrichtung 13 ist so eingestellt, daß sie mit der Drehfrequenz des Läufers 2 synchron ist, und es ist vorgesehen, daß sie, abhängig vom Ansteigen der Drehgeschwindigkeit ansteigt.
Der den Ankerwicklungen von der Thyristor-Startvorrichtung 13 in diesem Fall zugeführte Strom weist eine verzerrte Kurvenform auf, wie in Fig. 4(a) dargestellt ist. Wie aus den Stromkurvenformen ersichtlich ist, wiederholen sich die jeweiligen Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) zur Aufrechterhaltung einer Bedingung, unter der sich zwei aus den drei Phasen stets in einem leitenden Zustand befinden, jeweils in entsprechender Weise, also ein leitender Zustand positiver Polarität mit einem elektrischen Winkel von 120º, ein Ruhezustand mit einem elektrischen Winkel von 60º, ein leitender Zustand negativer Polarität mit einem elektrischen Winkel von 120º und ein Ruhezustand mit einem elektrischen Winkel von 60º.
Das Spektrum der Stromkurvenform bei einer Leitung mit einem elektrischen Winkel von 120º ist in Fig. 4(b) dargestellt, wobei, abgesehen von der Stromkomponente der Grundkurvenform, Stromkomponenten der höheren Harmonischen (6 m ± 1)ter Ordnung in dem den Ankerwicklungen des Turbogenerators 12 von der Thyristor-Startvorrichtung 13 zugeführten Strom enthalten sind. Weiterhin ist die magnetische Bewegungskraft Fa der Anker-Grundwelle beim Starten mit Thyristoren so eingerichtet, daß sie zur magnetischen Bewegungskraft Ff der Feldwicklungen senkrecht steht, um das zu erzeugende Drehmoment zu maximieren, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Da in diesem Fall, wie oben erklärt wurde, im Ankerstrom höhere harmonische Komponenten (6 m ± 1)ter Ordnung enthalten sind, wird bei Betrachtung von der Läuferseite her eine magnetische Bewegungskraft höherer Harmonischer 6 m-ter Ordnung zusammen mit elliptischen Drehmagnetfeldern, deren größerer Durchmesser auf der d-Achse liegt und deren kleinerer Durchmesser auf der q-Achse liegt, in der Maschine erzeugt.
Die Bildung der elliptischen Drehmagnetfelder kann mit Bezug auf Fig. 6 erklärt werden, wobei ein Beispiel mit m = 1 gegeben ist, bei dem die magnetische Bewegungskraft der höheren Harmonischen 6ter Ordnung aufgenommen ist. Wenngleich die höheren harmonischen Komponenten Ster und 7ter Ordnung im Ankerstrom bei Betrachtung von der Statorseite her magnetische Bewegungskräfte höherer Harmonischer 5ter und 7ter Ordnung erzeugen, dreht sich die magnetische Bewegungskraft der höheren Harmonischen Ster Ordnung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Läufers 2, wodurch bei Draufsicht auf den Läufer 2 eine magnetische Bewegungskraft der höheren Harmonischen 6ter Ordnung erzeugt wird, und die magnetische Bewegungskraft der höheren Harmonischen 7ter Ordnung dreht sich in Drehrichtung des Läufers 2, wodurch bei Betrachtung vom Läufer 2 her eine magnetische Bewegungskraft der höheren Harmonischen 6ter Ordnung erzeugt wird.
Wie aus dem oben genannten verständlich sein wird, besteht die magnetische Bewegungskraft der höheren Harmonischen 6ter Ordnung aus zwei Vektorkomponenten, die in die gleiche Richtung auf der d-Achse zeigen, weshalb der resultierende Vektor auf der d-Achse die Summe der beiden Vektorkomponenten ist, da sich diese beiden Vektorkomponenten jedoch in entgegengesetzte Richtungen drehen, weisen sie auf der q- Achse entgegengesetzte Richtungen auf, und der resultierende Vektor ist daher die Differenz zwischen den beiden Vektorkomponenten. Die Summe dieser beiden Vektorkomponenten weist daher eine elliptische Form auf, wobei der größere Durchmesser auf der d-Achse liegt und der kleinere Durchmesser auf der q-Achse liegt, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Das Verhältnis der Komponenten der d- und der q-Achse der höheren Harmonischen 6ter Ordnung liegt gewöhnlich bei 6m : 1.
Wenn nun ein asynchrones Magnetfeld erzeugt wird, wird ein Wirbelstrom über die Fläche des Läufers induziert, wodurch das asynchrone Magnetfeld unterdrückt wird. Heute verwendete Generatoren sind mit gleichmäßig über den Läufer ohne Betrachtung der Position der Magnetpole angeordneten Dämpferlamellen ausgestattet, um ein aus einer einzigen Komponente bestehendes asynchrones Magnetfeld, wie ein Drehmagnetfeld negativer Phase, das bei einer unsymmetrischen Belastung erzeugt wird, optimal zu unterdrücken. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, daß bei einem aus mehreren Komponenten bestehenden asynchronen Magnetfeld, das beispielsweise beim Starten mit Thyristoren auftritt, an den Läuferabschnitten zwischen den Magnetpolen ein höherer Wirbelstrom induziert wird als am Läuferabschnitt an den Magnetpolen und daß die Verteilung der ohmschen Verluste über die Läuferoberfläche n in Umfangsrichtung ungleichmäßig wird und daher kein optimaler Dämpfungseffekt erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obenerwähnten Probleme gemacht, und es wird daher angestrebt, einen Turbogenerator zu schaffen, durch den beim Starten mit Thyristoren über die ganze Läuferoberfläche des Generators ein thermisches Gleichgewicht erreicht und die erforderliche Startzeit vorzugsweise erheblich verringert wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß der Läufer so aufgebaut ist, daß die Verteilung der ohmschen Verluste über die ganze Läuferoberfläche in Umfangsrichtung durch Andern der physikalischen Eigenschaften um den Umfang des Läufers herum vergleichmäßigt wird.
Ein Verfahren, um dies zu erreichen, besteht darin, in Wicklungsschlitze eingeführte Keile oder Dämpferlamellen vorzusehen, um darin Feldwicklungen aufzunehmen und einen Dämpfungseffekt zu erzielen, wodurch durch Andern der physikalischen Eigenschaften oder der Anordnung der Keile oder Dämpferlamellen, abhängig von ihrer Umfangsposition, über die ganze Läuferoberfläche ein thermisches Gleichgewicht aufrechterhalten wird. Die vorliegende Erfindung sieht dementsprechend einen Turbogenerator gemäß Anspruch 1 vor.
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, die Ungleichmäßigkeit des induzierten Magnetfelds zu erkennen, die sich aus den höheren Harmonischen des Ankerstroms ergibt, und den den Wirbelströmen entgegengesetzten Widerstand zu ändern, um übermäßige Änderungen beim ohmschen Erwärmen über die Oberfläche des Läufers zu verringern.
Wenn die d- und die q-Achse, wie oben angegeben, definiert sind, wird eine geeignete Änderung der Eigenschaften der Keile oder Dämpferlamellen gewählt, um den Widerstand der nahe der q-Achse des Läufers angeordneten Keile oder Dämpferlamellen im Verhältnis zu dem der nahe der d-Achse des Läufers angeordneten Keile oder Dämpferlamellen zu verringern.
Um dies zu erreichen, können die Umfangseigenschaften des Läufers durch Andern der physikalischen Eigenschaften oder der Anordnung der zusammen mit den Feldwicklungen vorgesehenen Dämpferlamellen geändert werden, um durch die Dämpferlamellen ein thermisches Gleichgewicht über die ganze Läuferoberfläche aufrechtzuerhalten.
Die Anderung der physikalischen Eigenschaften oder der Anordnung ist vorzugsweise eine der folgenden:
(i) Vorsehen, daß die radiale Dicke der Keile oder Dämpferlamellen nahe der d-Achse geringer ist als die radiale Dicke der Keile nahe der q-Achse,
(ii) Vorsehen, daß der spezifische Widerstand der Keile oder der Dämpferlamellen nahe der d-Achse größer ist als nahe der q-Achse,
(iii) Vorsehen, daß die Breite der Keile oder Dämpferlamel len in Umfangsrichtung nahe der d-Achse geringer ist als nahe der q-Achse,
(iv) Beschichten der Oberfläche der Wicklungsschlitze, in denen die Keile nahe der q-Achse angeordnet werden, mit einem Material, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das der Keile aufweist, falls Keile verwendet werden,
(v) Vorsehen, daß die ffnungsbreite der Wicklungsschlitze nahe der d-Achse geringer ist als nahe der q-Achse, falls Dämpferlamellen verwendet werden.
Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung können auf diese Weise durch Vorsehen verschiedener Keile oder Dämpferlamellen erreicht werden.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der obendefinierten vorliegenden Erfindung kann die Verteilung der ohmschen Verluste über die ganze Läuferoberfläche in Umfangsrichtung vergleichmäßigt werden, und es kann über die ganze Läuferoberfläche ein thermisches Gleichgewicht erreicht werden. Hierdurch wird der Widerstand gegenüber höheren Harmonischen des Turbogenerators erheblich verbessert, und es kann dementsprechend ein höherer Strom sicher durch die Ankerwicklungen des Turbogenerators geleitet werden. Die zum Starten der Turbine erforderliche Zeit kann daher verringert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbogenerator und den Generator an sich.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Systems für eine in einem kombinierten Zyklus stattfindende Erzeugung elektrischer Leistung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung eines Turbogeneratorsystems mit einer Thyristor-Startvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
die Figuren 4(a) und 4(b) Diagramme zur Veranschaulichung von von der Thyristor-Startvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zugeführten Ankerströmen sind, wobei Fig. 4(a) ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ankerstrom-Kurvenformen einer Leitungsperiode mit einem elektrischen Winkel von 120º ist und Fig. 4(b) ein Diagramm zur Veranschaulichung spektraler Merkmale des Ankerstroms ist;
Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Vektoren der magnetischen Bewegungskraft in der Maschine des Turbogenerators beim Starten mit Thyristoren gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 ein Diagramm zur Erklärung einer beim Starten mit Thyristoren gemäß der vorliegenden Erfindung durch höhere Harmonische induzierten magnetischen Bewegungskraft ist;
Fig. 7 eine teilweise unterbrochene perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung des schematischen Aufbaus eines Turbogenerators gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 12 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 13 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist und
Fig. 15 eine Schnittansicht eines Turbogeneratorläufers zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnung erklärt.
In Fig. 1 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Fig. 7 ist ein Aufbau eines Turbogenerators gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Zeichnung bezeichnet eine Bezugszahl 2 einen Läufer, eine Bezugszahl 3 Läufer-Wicklungsschlitze zum Aufnehmen von Feldwicklungen, eine Bezugszahl 4 auf der Seite der Magnetpole (d-Achse) des Läufers 2 angeordnete Keile und eine Bezugszahl 5 auf der Seite zwischen den Magnetpolen (q-Achse) des Läufers 2 angeordnete Keile. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Generator ein Drehfeld-Turbogenerator, bei dem ein Stator 16 durch einen laminierten Eisenkern gebildet ist und mit Ankerwicklungen 18 versehen ist. Der Läufer 2 ist ein massiver Eisenkern zylindrischer Form, und die Feldwicklungen sind in den Wicklungsschlitzen 3 vorgesehen und werden durch die Keile 4, 5 in den Wicklungsschlitzen 3 gehalten.
Die Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Andern der Anordnung der Keile über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf Fig. 1 erklärt. An den Keilen 4 und 5 sind verbindungsfreie Metallamellen ausgebildet, um ihren Dämpfungseffekt zu erhöhen, und ihre beiden Enden sind mit jeweiligen Kurzschlußringen verbunden. Da beim Starten mit Thyristoren ein elliptisches Drehmagnetfeld erzeugt wird, dessen größerer Durchmesser auf der d-Achse liegt und dessen kleinerer Durchmesser auf der q-Achse liegt, wird auf der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 liegenden Seite ein größerer Wirbelstrom induziert als auf der an den Magnetpolen am Läufer 2 liegenden Seite. Die Dicke d' in radialer Richtung der auf der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 liegenden Seite angeordneten Keile 5 ist daher als größer festgelegt als die Dicke d in radialer Richtung der Keile 4 auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2, so daß der Widerstand der Keile 5 auf der Seite der q-Achse verringert ist. Da die Größe der durch die jeweiligen Keile fließenden Wirbelströme im wesentlichen durch die Positionen der jeweiligen Keile festgelegt ist, wird die Verteilung der ohmschen Verluste über die Oberfläche des Läufers 2 in Umfangsrichtung vergleichmäßigt, indem der Widerstand der auf der Seite zwischen den Magnetpolen, wo leicht ein großer Wirbelstrom fließt, angeordneten Keile 5 verringert wird. Dementsprechend wird über die ganze Oberfläche des Läufers 2 ein thermisches Gleichgewicht erzielt, wodurch der Widerstand für höhere Harmonische des Generators während des Startens von diesem verbessert wird und den Ankerwicklungen ein dementsprechend hoher Strom zugeführt werden kann, wodurch dessen Startzeit verringert werden kann.
In Fig. 8 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Andern der Anordnung der Dämpferlamellen über die Oberfläche des Läufers 2 in Umfangsrichtung vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugszahl 2 einen Läufer, die Bezugszahl 3 Läuferschlitze, eine Bezugszahl 6 Keile mit geringer axialer Länge, eine Bezugszahl 7 auf der Seite der Magnetpole angeordnete Dämpferlamellen und eine Bezugszahl 8 auf der Seite zwischen den Magnetpolen angeordnete Dämpferlamellen. Der Läufer 2 eines Drehmagnetfeld- Turbogenerators ist mit den Wicklungsschlitzen 3 zum Aufnehmen von Feldwicklungen, den Keilen 6 mit geringer axialer Länge zum Halten der Feldwicklungen, den auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 7 und den auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 ausgestattet. Weiterhin ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Dicke d' in radialer Richtung der auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 als größer festgelegt als die Dicke d in radialer Richtung der Dämpferlamellen 7 auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2, so daß der Widerstand der Dämpferlamellen 8 verringert wird. Hierdurch wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen der gleiche Vorteil wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 1 erzielt.
In Fig. 9 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Ändern der physikalischen Eigenschaften der Keile in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld-Turbogenerators mit den Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen und der Keile 4 und 5 in Form von eine Dämpfungswirkung ausübenden verbindungsfreien Metallamellen versehen, und die beiden Enden der jeweiligen Keile 4 und 5 sind über entsprechende Kurzschlußringe verbunden. Hierbei sind die Keile 4 auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordnet und die Keile 5 auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordnet. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform weiterhin angenommen wird, daß der spezifische Widerstand der auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Keile 4 ist und der spezifische Widerstand der auf der Seite zwischen den Magnetpolen angeordneten Keile 5 ' ist, werden Keilmaterialien mit einer Beziehung > ' verwendet, um den Widerstand der auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Keile 5 zu verringern. Beispiele von Materialkombinationen&sub1; die die erwähnte Beziehung > ' erfüllen, sind Aluminium oder eine Aluminiumlegierung für die Keile 4 und Kupfer oder eine Kupferlegierung für die Keile 5, Eisen für die Keile 4 und Aluminium oder eine Aluminiumlegierung für die Keile 5, Eisen für die Keile 4 und Kupfer für die Keile 5 sowie Eisen für die Keile 4 und eine Kupferlegierung für die Keile 5. Hierdurch werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen die gleichen Vorteile wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 1 erzielt.
In Fig. 10 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Ändern der physikalischen Eigenschaften der Dämpferlamellen in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld-Turbogenerators mit - den Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen und der Keile 6 mit geringer axialer Länge zum Halten der Feldwicklungen, auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Dmpferlamellen 7 und den auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 versehen. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform weiterhin angenommen wird, daß der spezifische Widerstand der auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 7 ist und der spezifische Widerstand der auf der Seite zwischen den Magnetpolen angeordneten Dämpferlamellen 8 ' ist, werden Dämpferlamellenmaterialien mit einer Beziehung > ' verwendet, um den Widerstand der auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 zu verringern. Beispiele von Materialkombinationen, die die erwähnte Beziehung > ' erfüllen, gleichen denen aus der Ausführungsform von Fig. 91 und es ist wahrscheinlich, daß gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen die gleichen Vorteile wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 1 erzielt werden.
In Fig. 11 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Ändern der Anordnung der Keile in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld- Turbogenerators mit den Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen und den Keilen 4 und 5 in Form von einen Dämpfungswicklungseffekt ausübenden verbindungsfreien Metallamellen versehen, und die beiden Enden der jeweiligen Keile 4 und 5 sind über entsprechende Kurzschlußringe verbunden. Hierbei sind die Keile 4 auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordnet und die Keile 5 auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordnet. Weiterhin ist die Breite x' in Umfangsrichtung der zwischen den Magnetpolen des Rotors 2 angeordneten Keile 5 bei der vorliegenden Ausführungsform als größer festgelegt als die Breite x in Umfangsrichtung der an den Abschnitten der Magnetpole angeordneten Keile 4, ohne daß der Abstand zwischen benachbarten Wicklungsschlitzböden zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 geändert ist, wodurch der Widerstand der Keile 5 verringert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Öffnungsbreite s' der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Wicklungsschlitze entweder als größer als die Öffnungsbreite 5 der an den Abschnitten der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Wicklungsschlitze oder genauso groß wie diese festgelegt sein. Hierdurch werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen die gleichen Vorteile wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 1 erzielt.
In Fig. 12 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Ändern der Anordnung der Dämpferlamellen in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld-Turbogenerators mit den Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen und den Keilen 6 mit geringer axialer Länge zum Halten der Feldwicklungen, auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 7 und den auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 versehen. Weiterhin ist die Öffnungsbreite s' der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Wicklungsschlitze 3 bei der vorliegenden Ausführungsform als größer festgelegt als die Öffnungsbreite s der an den Abschnitten der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Wicklungsschlitze 3, und es ist weiterhin die in Umfangsrichtung gemessene Breite der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 als größer festgelegt als die in Umfangsrichtung gemessene Breite der an den Abschnitten der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 7, ohne daß der Abstand zwischen benachbarten zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Wicklungsschlitzböden geändert ist, wodurch der Widerstand der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 verringert ist, und es ist wahrscheinlich, daß gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen die gleichen Vorteile wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 1 erzielt werden.
In Fig. 13 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch Ändern der Anordnung der Keile in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld- Turbogenerators mit den Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen und den Keilen 4 und 5 in Form von einen Dämpfungswicklungseffekt ausübenden verbindungsfreien Metallamellen versehen, und die beiden Enden der jeweiligen Keile 4 und 5 sind über entsprechende Kurzschlußringe verbunden. Hierbei sind die Keile 4 auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordnet und die Keile 5 auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordnet. Weiterhin ist die dem Zwischenraum der zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Kelle 5 gegenüberstehende Fläche mit einem Material beschichtet, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das der Keile 4 und 5 aufweist. Insbesondere wird eine Kupferlegierung oder Aluminium als das Beschichtungsmaterial ausgewählt, wenn die Kelle 4 und 5 aus Eisen oder Kupfer bestehen, und Kupfer oder eine Kupferlegierung wird als das Beschichtungsmaterial ausgewählt, wenn die Keile 4 und 5 aus Aluminium bestehen. Es ist mit dieser Zusammensetzung wahrscheinlich, daß gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen die gleichen Vorteile wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 1 erzielt werden.
In Fig. 14 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch unterschiedlich ausgebildete Dämpfungseffekte auf der d-Achse und der q-Achse in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld-Turbogenerators mit Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen und den Keilen 4 und 5 in Form von einen Dämpfungseffekt ausübenden verbindungs freien Metallamellen versehen. Weiterhin ist der Läufer 2 bei der vorliegenden Ausführungsform mit zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 entlang den Zahnabschnitten angeordneten zusätzlichen Keilen 5 versehen. Die auf der q-Achse angeordneten Keile 5 haben gegenüber entlang der d-Achse gerichteten magnetischen Flüssen höherer Harmonischer einen größeren Dämpfungseffekt, sie haben jedoch keinen Dämpfungseffekt gegenüber entlang der q-Achse gerichteten magnetischen Flüssen höherer Harmonischer. Dementsprechend wird ein Dämpfungseffekt gegenüber den magnetischen Flüssen entlang der d-Achse des Läufers 2 gerichteter höherer Harmonischer verstärkt und die Belastung der jeweiligen Keile 5, durch die der Wirbelstrom fließt, verringert, die Verteilung der ohmschen Verluste über die ganze Oberfläche des Läufers 2 wird vergleichmäßigt, und es wird über die ganze Oberfläche des Läufers 2 ein thermisches Gleichgewicht erreicht. Hierdurch wird der Widerstand für höhere Harmonische beim Starten des Generators verbessert, und es kann den Ankerwicklungen ein entsprechend hoher Strom zugeführt werden, wodurch die Startzeit verringert werden kann.
In Fig. 15 ist ein Läufer eines Turbogenerators zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Art, in der die Verteilung der ohmschen Verluste beim Starten mit Thyristoren durch unterschiedlich ausgebildete Dämpfungseffekte auf der d-Achse und der q-Achse in Umfangsrichtung über die Oberfläche des Läufers 2 vergleichmäßigt wird, wird mit Bezug auf die vorliegende Ausführungsform erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Läufer 2 eines Drehfeld-Turbogenerators mit den Wicklungsschlitzen 3 zur Aufnahme der Feldwicklungen, den Keilen 6 mit kurzer axialer Länge zur Aufnahme der Feldwicklungen, den auf der Seite der Magnetpole am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 7 und den auf der Seite zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 angeordneten Dämpferlamellen 8 versehen. Weiterhin ist der Läufer 2 bei der vorliegenden Ausführungsform mit zwischen den Magnetpolen am Läufer 2 entlang den Zahnabschnitten angeordneten zusätzlichen Dämpferlamellen 8 versehen. Dementsprechend ist die Belastung der jeweiligen Dämpferlamellen 8, durch die der Wirbelstrom fließt, verringert, und es ist wahrscheinlich, daß im wesentlichen die gleichen Vorteile wie in Verbindung mit der Ausführungsform aus Fig. 14 erzielt werden.
Bei den obigen Ausführungsformen sind Läufer mit zwei Polen und acht Wicklungsschlitzen veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung kann jedoch wahrscheinlich auf Läufer angewendet werden, die eine beliebige Anzahl von Polen und Wicklungsschlitzen aufweisen.
Gemäß der obenerklärten vorliegenden Erfindung wird das elliptische Drehmagnetfeld, das beim Starten durch Thyristoren in der Maschine auftritt, durch die Dämpferwicklungen unterdrückt, wodurch über alle Abschnitte des Läufers des Turbogenerators ein thermisches Gleichgewicht erreicht werden kann und der Widerstand gegenüber höheren Harmonischen verbessert ist. Hierdurch kann den Ankerwicklungen ein dementsprechend hoher Strom zugeführt werden und die Startzeit dadurch verringert werden.

Claims

1. Turbogenerator mit

einem Ankerwicklungen (18) enthaltenden Stator (16) und

einem dem Stator (16) gegenüber angeordneten Läufer (2), der mit mehreren, sich in axialer Richtung erstreckenden Wicklungsschlitzen (3) versehen ist, die in Umfangsrichtung in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind, und der in den Wicklungsschlitzen (3) angeordnete Feldwicklungen und einen Dämpfungseffekt ausübende Keile (4, 5) aufweist, die in die Wicklungsschlitze (3) eingefügt sind, um die Feldwicklungen darin zu halten, und der optional mit Dämpferlamellen innerhalb der Wicklungsschlitze ausgestattet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

wenn die Richtung der magnetischen Bewegungskraft der Feldwicklungen als d-Achse und die Richtung senkrecht zur d- Achse als q-Achse bezeichnet wird, die physikalischen Eigenschaften oder die Anordnung der nahe der q-Achse auf dem Läufer (2) gelegenen Keile (5) oder, soweit vorhanden, Dämpferlamellen (8) von den physikalischen Eigenschaften oder der Anordnung der nahe der d-Achse auf dem Läufer (2) gelegenen Keile (4) oder Dämpferlamellen (7) in einer Weise unterschiedlich sind, daß der Widerstand der nahe der q-Achse gelegenen Keile (5) oder Dämpferlamellen (8) geringer ist als der Widerstand der nahe der d-Achse gelegenen Keile (4) oder Dämpferlamellen (7), und daß die Erwärmung der jeweiligen Keile (4, 5) oder Dämpferlamellen (7, 8) aufgrund ohmscher Verluste, die beim Starten des Turbogenerators mittels Thyristoren durch diese durchfließende Ströme verursacht werden, in der Umfangsrichtung des Läufers (2) vergleichmäßigt wird, und daß während des Startens des Turbogenerators mittels Thyristoren ein thermisches Gleichgewicht zwischen den nahe der q-Achse gelegenen Keilen (5) oder Dämpferlamellen (8) und den nahe der d-Achse auf dem Läufer (2) gelegenen Keilen (4) oder Dämpferlamellen (7) aufrechterhalten bleibt.

2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Keile (4) oder, soweit vorhanden, Dämpferlamellen (7) nahe der d-Achse in radialer Richtung geringer ist als die Dicke der Keile (5) oder Dämpferlamellen (8) nahe der q-Achse in radialer Richtung.

3. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Keile (4) oder, soweit vorhanden, Dämpferlamellen (7) nahe der d-Achse größer ist als derjenige der Keile (5) oder Dämpferlamellen (8) nahe der q-Achse.

4. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Keile (4) nahe der d-Achse in Umfangsrichtung geringer ist als diejenige der Keile (5) nahe der q- Achse.

5. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stator zugewandte Oberfläche der Keile (5) nahe der q-Achse mit einem Material höherer elektrischer Leitfähigkeit als die der Keile (4,5) beschichtet ist.

6. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpferlamellen vorgesehen sind, wobei die Breite der Dämpferlamellen (7) nahe der d-Achse in Umfangsrichtung geringer ist als diejenige der Dämpferlamellen (8) nahe der q- Achse, und daß die Öffnungsbreite der Wicklungsschlitze (3) nahe der d-Achse geringer ist als diejenige der Wicklungsschlitze (3) nahe der q-Achse.

7. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der nahe der q-Achse gelegenen Keile (5) geringer ist als derjenige der nahe der d-Achse gelegenen Keile (4), und daß außerdem Keile (5) mit Dämpfungseffekt entlang gezahnter Abschnitte nahe der q-Achse vorhanden sind.

8. Turbogenerator nach Anspruch 1 mit Dämpferlamellen (7, 8), die für einen unterschiedlichen Dämpfungseffekt in bezug auf die d-Achse und die q-Achse auf dem Läufer (2) ausgebildet sind.

9. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpferlamellen vorgesehen sind, wobei der Widerstand der Dämpferlamellen (8) nahe der q-Achse geringer ist als derjenige der Dämpferlamellen (7) nahe der d-Achse&sub1; wobei außerdem Dämpferlarnellen (8) entlang gezahnter Abschnitte nahe der q- Achse vorhanden sind.