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Anordnung zur Abdämpfung des Kopfstreufeldes in elektrischen Wechselstrommaschinen
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Wirkung von magnetischen Streufeldern in
elektrischen Wechselstrommaschinen. Es ist bekannt, daß die von der Ständer- und
der Läuferwicklung ausgehenden magnetischen Streufelder in verschiedenen Teilen
der elektrischen Maschine Verluste und Erwärmungen hervorrufen. So z. B. werden
die Verschalungen von größeren Turbogeneratoren stark erwärmt durch die an den Enden
dieser Maschinen aus dem aktiven Teil austretenden Streufelder. Ferner werden z.
B. die Preßplatten, welche dazu dienen, die Eisenpakete des Ständers zusammenzupressen,
unter Timständen derart erwärmt, daß sie die aktiven Teile der Maschine gefährden
oder mindestens ihre Kühlung beeinträchtigen können. Diese Wirkung geht insbesondere
von den Streufeldern aus, die die Wickelköpfe der Maschine erzeugen.
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Diese Streufelder der Wickelköpfe werden um so stärker, je stärker
die Leistung, die in einem Pol einer elektrischen Maschine untergebracht wird, ist.
Die magnetische Dichte der Streufelder wächst also mit zunehmender Polleistung der
Maschine. Diese Streufelder schließen sich teilweise durch die Preßplatten, die
am Ende des aktiven Eisenpaketes liegen
und rufen darin Verluste
hervor, durch die einerseits der Wirkungsgrad der Maschine vermindert wird, andererseits
unzulässige Erwärmungen hervorgerufen werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, diese schädlichen Wirkungen der Streufelder ganz oder teilweise zu beseitigen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, vor die massiven Teile der Konstruktion,
also z. B. vor die Preßplatten, lamellierte Bleche zu legen, die dem Streufeld einen
Pfad von guter magnetischer Durchlässigkeit bieten und damit das Magnetfeld von
den massiven Preßplatten fernhalten sollen. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
daß man mindestens den Teil der Preßplatten, der dem Angriff des Streufeldes am
meisten ausgesetzt ist, d. h. also den Teil, der zunächst der Bohrung der Maschine
sitzt, aus einem nichtmagnetischen, jedoch elektrisch gut leitenden Material, z.
B. Bronze, macht. Eine solche Platte aus Bronze wirkt auf die Streufelder dadurch
abschirmend, daß in ihr Kurzschluß-und Wirbelströme entstehen, die das Streufeld
schwächen. Trotzdem bleibt auch hier noch die Gefahr, daß die Preßplatte höhere
Temperaturen annimmt als die hinter ihr liegenden aktiven Teile des Blechkörpers,
so daß der Blechkörper nicht, wie es eigentlich sein sollte, seine Wärme an die
Preßplatte abgibt, sondern umgekehrt von ihr Wärme empfängt.
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Nach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden,
daß für die Abdämpfung des Kopfstreufeldes einer elektrischen Wechselstrommaschine
in an sich bekannter Weise eine Platte oder ein Kurzschlußkäfig aus elektrisch gut
leitendem Werkstoff verwendet wird und diese Dämpfungsvorrichtung derart in axialer
Richtung unmittelbar vor dem der Bohrung zunächst befindlichen Teil der Preßplatten
des Eisenpaketes angeordnet wird, daß die in ihr erzeugte Wärme sich praktisch nicht
auf den aktiven Blechkörper überträgt.
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Es sei noch erwähnt, daß es an sich bekannt ist, Platten oder Kurzschlußkäfige
aus elektrisch gut leitendem Werkstoff für die Abdämpfüng des Stirnstreufeldes elektrischer
Maschinen zu benutzen. Auch die Anordnung derartiger Kurzschlußkäfige aus elektrisch
gut leitendem Metall vor massiven Bauteilen der elektrischen Maschinen ist an sich
bekannt. Diese Anordnung der Dämpfungsirorrichtung in dieser allgemeinen Form reicht
jedoch nicht aus, um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, die Preßplatten
des Eisenpaketes und insbesondere den Teil dieser Preßplatten, der dem Angriff des
Streufeldes am meisten ausgesetzt ist, d. h. den Teil, der der Bohrung der Maschine
zunächst liegt, wirksam zu schützen, zumal die magnetischen Felder, die sich im
Stirnraum f elektrischer -\laschinen ausbilden, sehr verwickelter und zusammengesetzter
Natur sind, so daß die richtige Anordnung der Dämpferplatte bzw. des Dämpferkäfigs
größere I Schwierigkeiten macht. Es handelt sich also hier nicht um den grundsätzlichen
Gedanken, solche Dämpfungsvorrichtungen zu verwenden, sondern vielmehr um die Frage,
an welchen Punkten des Stirnraumes diese einzubauen sind. Nur mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Anordnung der Dämpfungsvorrichtung unmittelbar vor dem der Bohrung zunächst befindlichen
Teil der Preßplatten des Eisenpaketes gelingt es, bei geeigneter Bemessung der Dämpfungsvorrichtung
sowohl die Streufeldlinien, die sich tun den tangential verlaufenden Teil der Stirnverbindung
herum entwickeln, als auch die von den radial gestellten Teilen der Wickelköpfe
herrührenden Streufeldlinien aufzufangen und sowohl den zunächst der Bohrung der
Maschine befindlichen Teil der Preßplatten, der dem Angriff des Streufeldes am meisten
ausgesetzt ist, als auch die Preßplatten auf ihre ganze Erstreckung vor schädlichen
Erwärmungen zu schützen.
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Im Gegensatz zu der Erfindung zeichnen sich beispielsweise bekannte
Anordnungen der Dämpfungsvorrichtung dadurch aus, daß Kurzschlußkäfige verwendet
werden, die in unmittelbarer Nähe der Stirnverbindungen oder sogar zwischen diesen,
d. h. in möglichster Nähe der radial gestellten Teile der Wickelköpfe, angeordnet
sind. Dies steht aber ganz und gar im Gegensatz zu der Anordnung der Dämpfungsplatte
bzw. des Dämpfungskäfigs nach der Erfindung und hat den Nachteil, daß die die Preßplatten
selbst durchsetzenden Kraftlinien von der Dämpfungsvorrichtung nicht abgedämpft
werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei einer Dämpfungsvorrichtung nur diejenigen
magnetischen Kraftlinien abgedämpft werden, welche durch die von der Vorrichtung,
also z. B. dem Dämpfungskäfig, umfaßte Fläche hindurchtreten würden. In unmittelbarer
Nähe der radial gestellten Teile der Wickelköpfe, d. h. im Kraftfeldzentrum angeordneteDämpfungsvorrichtungen
sind also keineswegs geeignet, den am meisten gefährdeten, der Bohrung zunächst
liegenden Teil der Preßplatten vor Erwärmung zu schützen.
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Die Abb. z zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung: A ist der
aktive Blechkörper, der nach vorn durch die Preßplatte B abgeschlossen wird. In
der Nähe der Bohrung wird die Preßplatte B durch den gezahnten Ring C ersetzt, der
bis auf die einzelnen Zähne des Blechkörpers vorgreift. D sind die aus dem aktiven
Eisen heraustretendem Wicklungsstäbe,
die nach oben zu den WickelkÖpfen
E abgebögen sind. F ist eine Stützkonstruktion aus Isolierstoff, die zur Versteifung
der Wicklungsstäbe dient. Vor den der Bohrung zunächst befindlichen Teil der Preßplatte
wird erfindungsgemäß die Dämpferwicklung G gelegt, die die Kraftlinien, welche von
den Wicklungsstäben D und den Wickelköpfen E erzeugt werden, von der Preßplatte
B fernhält. Dabei sind Dämpferwicklungen in zwei hintereinanderliegenden Ebenen
angeordnet. Diese Dämpferwicklungen bestehen aus einem elektrisch gut leitenden
Werkstoff, z. B. Kupfer oder Bronze, und werden der Erfindung entsprechend so angeordnet,
daß sie von der Kühlluft allseits bestrichen werden können; insbesondere wird ein
Kühlluftkanal zwischen der Preßplatte B und den Dämpferwicklungen G vorgesehen.
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Diese Dämpferwicklung G kann entweder massiv oder vorteilhaft in Art
einer Käfigwicklung ausgeführt sein. Die Vorteile einer solchen Käfigwicklung gegenüber
der massiven Ausführung liegen darin, daß der Werkstoffaufwand trotz gleichbleibender
Abschirmwirkung geringer wird, daß die Lüftung der Maschine weniger behindert wird
als durch eine massive Platte, und daß eine bestimmte abschirmende Wirkung mit kleineren
Verlusten erreichbar sein wird. Abb. 2 zeigt eine besonders günstige Ausführungsform
einer solchen Dämpferwicklung. Sie besteht aus zwei konzentrischen Ringen H und
J, die durch eine größere Anzahl von Stäben K miteinander verbunden werden, die
im wesentlichen radial verlaufen. Der innere Ring H liegt in geringem Abstand über
dem aus dem Eisen tretenden Teil der Wicklung D, der äußere dagegen befindet sich
in einer derartigen radialen Höhe über dem anderen, daß der ganze Teil der Preßplatte
geschützt ist, der ohne diese Dämpferwicklung durch das Streufeld gefährdet sein
würde. Es ist grundsätzlich zweckmäßig, die Dämpferwicklung als eine geschlossene
Käfigwicklung auszuführen. Die erfindungsgemäße Wirkung läßt sich mit durch die
Trennstelle bedingtem etwas größerem Werkstoffaufwand aber auch dann erreichen,
wenn man die Dämpferwicklung in einzelne Segmente unterteilt, die elektrisch voneinander
getrennt sind.
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Der Querschnitt der Dämpferwicklung muß so gewählt werden, daß sie
durch die in ihr fließenden Kurzschlußströme nicht unzulässig erwärmt wird. Hierbei
muß auch auf die besonders großen Ströme Rücksicht genommen werden, die bei einem
stoßartigen Kurzschluß der Maschine in der Dämpferwicklung hervorgerufen werden.
Durch geeignete Bemessung der konzentrischen Ringe H und J und der Stege können
die von den einzelnen Teilen des Dämpferkäfigs hervorgerufenen und das Streufeld
bekämpfenden Gegenamperewindungen derartig verteilt werden, daß bestimmte Teile
der Preßplatte besonders gut gegen die Streufelder abgeschirmt werden.
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Bei der Konstruktion der Dämpferwicklung muß auch die mechanische
Beanspruchung berücksichtigt werden, die wiederum besonders bei einem Kurzschluß
durch die elektrodynamischen Kräfte hervorgerufen wird. Die Dämpferwicklung wird
daher zweckmäßig an der Abstützungskonstruktion befestigt, die ohnehin notwendig
ist, um den Wickelköpfen der Maschine die nötige Kurzschlußsicherheit zu verleihen.