EP2567448A2 - Rotierende elektrische maschine - Google Patents
Rotierende elektrische maschineInfo
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- EP2567448A2 EP2567448A2 EP11718358A EP11718358A EP2567448A2 EP 2567448 A2 EP2567448 A2 EP 2567448A2 EP 11718358 A EP11718358 A EP 11718358A EP 11718358 A EP11718358 A EP 11718358A EP 2567448 A2 EP2567448 A2 EP 2567448A2
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- stator
- winding
- rotary electric
- electric machine
- damper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
- H02K3/16—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating
Definitions
- the present invention relates to the field of rotary electric machines. It relates to such a machine according to the preamble of claim 1.
- rotary electric machine 26 of FIG. 1 includes one around one
- Machine axis 18 rotatable rotor 19 which is concentrically surrounded by a stator 10.
- a stator winding 13 is housed.
- the These machines are characterized by a distributed three-phase winding on the stator.
- FIG. 2 shows in a section a cross-section through a stator 20 according to the prior art, which has a stator winding 23.
- the stator winding 23 consists of individual rods, which in the example of FIG. 2 form a lower layer 23 a and an upper layer 23 b, which are separated from one another by an intermediate layer 24.
- the lower and upper layers 23a, b are embedded in grooves 21 in the laminated stator core 21.
- the grooves 22 are each closed by a slot wedge 25 to the air gap.
- the individual rods are connected to form a winding.
- WO 2005/053135 A1 discloses a rotating electrical machine with a rotor and a stator, in which a second set of coils is accommodated in the stator, which forms individual closed circuits in such a way that that upon the occurrence of an imbalance in magnetic flux up
- the invention is based on a rotating electrical machine, which comprises a rotor rotatably mounted about a machine axis, which is concentrically surrounded by a stator which has a stator winding which is embedded in grooves of a laminated stator core. It is characterized in that an open stator damper winding is provided for the reduction of asymmetrical magnetic forces in the stator.
- An embodiment of the inventive machine is characterized in that the stator damper winding is installed in the same grooves as the stator winding.
- stator damper winding is designed as a multi-phase winding with parallel circuits.
- stator damper winding is designed as a distributed single-layer winding.
- stator damper winding as distributed
- Two-layer winding is formed.
- Stator attenuator winding the same number of poles as the stator winding.
- the machine is a slow-running synchronous machine, and that the stator winding is a distributed three-phase winding.
- FIG. 1 shows the greatly simplified construction of a rotating electrical machine on which the invention is based
- Stator damper winding provided stator winding according to an embodiment of the invention. WAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- Stator bars Such an embodiment is shown in Fig. 3 in cross section.
- the stator 10 has in the stator laminated core 1 1 grooves 12, which are closed towards the air gap with a slot wedge 17.
- a stator winding 13 with a lower layer 13a and an upper layer 13b separated from the lower layer 13a by an intermediate layer 14 and an additional stator damper winding 15 are accommodated with a lower layer 15a and upper layer 15b likewise separated by an intermediate layer 16.
- Such a stator damper winding 15 has the advantage that a smaller
- the mapped stator damper winding 15 is a multi-phase, distributed
- Stator winding 13 instead of the two-layer winding but can also be a
- Single-layer winding can be provided.
- the difference of this solution to the solution of the cited document is the following:
- the document proposes as a countermeasure to introduce individual shorted turns in the stator.
- the present invention uses an open, distributed, multiphase
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine (26), welche einen um eine Maschinenachse (18) drehbar gelagerten Rotor (19) umfasst, der konzentrisch von einem Stator (10) umgeben ist, welcher eine Statorwicklung (13) aufweist, die in Nuten (12) eines Statorblechpaketes (11) eingebettet ist. Eine effektive Dämpfung wird dadurch erreicht, dass zur Reduktion von unsymmetrischen magnetischen Kräften im Stator (10) eine offene Statordämpferwicklung (15) vorgesehen ist.
Description
BESCHREIBUNG ROTIERENDE ELEKTRISCHE MASCHINE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der rotierenden elektrischen Maschinen. Sie betrifft eine solche Maschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
STAND DER TECHNIK
Grosse, langsam laufende Synchronmaschinen können zur Energieproduktion in Wasserkraftwerken sowie als Motoren (z.B. Mühlenantriebe) eingesetzt werden. Sie haben einen prinzipiellen Aufbau, wie er in Fig. 1 wiedergegeben ist. Die rotierende elektrische Maschine 26 aus Fig. 1 umfasst einen um eine
Maschinenachse 18 drehbaren Rotor 19, der konzentrisch von einem Stator 10 umgeben ist. In diesem Stator ist eine Statorwicklung 13 untergebracht. Die
genannten Maschinen zeichnen sich durch eine verteilte Dreiphasenwicklung auf dem Stator aus.
Fig. 2 zeigt in einem Ausschnitt einen Querschnitt durch einen Stator 20 nach dem Stand der Technik, der eine Statorwicklung 23 aufweist. Die Statorwicklung 23 besteht aus einzelnen Stäben, die im Beispiel der Fig. 2 eine Unterschicht 23a und eine Oberschicht 23b bilden, die durch eine Zwischenlage 24 voneinander getrennt sind. Die Unter- und Oberschicht 23a,b sind im Statorblechpaket 21 in Nuten 22 eingebettet. Die Nuten 22 sind jeweils durch einen Nutkeil 25 zum Luftspalt hin verschlossen. An den (nicht gezeigten) beiden Maschinenenden, im Wickelkopf, werden die einzelnen Stäbe zu einer Wicklung verschaltet.
Da der Luftspalt zwischen Stator und Rotor im Verhältnis zum Statordurchmesser bei solchen Maschinen sehr klein ist, erzeugen Luftspaltabweichungen relativ hohe unsymmetrische magnetische Kräfte (Unbalanced Magnetic Pull UMP). Abhängig von der Exzentrizitäten von Stator und Rotor wirken zwischen dem Stator und dem Rotor relativ grosse magnetische Kräfte. Diese belasten die mechanische Struktur der Maschine, was die Lebensdauer der Maschinenkomponenten deutlich reduzieren kann.
Gemäss dem heutigen Stand der Technik werden die unsymmetrischen
magnetischen Kräfte meist mit Dämpferwicklungen, welche auf den Rotorpolen angebracht sind, reduziert. Ein zusätzlicher Dämpfungseffekt wird dadurch erreicht, dass die Statorwicklung mit mehreren parallelen Stromkreisen ausgeführt wird. Bei bestimmten Verhältnissen zwischen Nennspannung und Nennleistung können die benötigten parallelen Stromkreise nur mit Spulenwicklungen realisiert werden. Spulenwicklungen sind in bestimmten Abmessungen aufwendiger einzubauen und haben ein grösseres Risiko für Windungsschlüsse. Aus der Druckschrift WO 2005/053135 A1 ist eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator bekannt, bei der ein zweiter Satz von Spulen im Stator untergebracht ist, welche einzelne geschlossene Stromkreise bildet derart,
dass beim Auftreten eines Ungleichgewichts in magnetischen Fluss auf
gegenüberliegenden Seiten der Maschine in jedem Kreis eine elektromotorische Kraft induziert wird. Diese Art der Kurzschluss-Dämpfung erfordert einen erheblichen Mehraufwand.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Maschinen vermeidet und sich auf einfache Weise durch eine effektive Reduktion der unsymmetrischen
magnetischen Kräfte auszeichnet.
Diese und andere Aufgaben werden durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einer rotierenden elektrischen Maschine, welche einen um eine Maschinenachse drehbar gelagerten Rotor umfasst, der konzentrisch von einem Stator umgeben ist, welcher eine Statorwicklung aufweist, die in Nuten eines Statorblechpaketes eingebettet ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion von unsymmetrischen magnetischen Kräften im Stator eine offene Statordämpferwicklung vorgesehen ist.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemässen Maschine ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Statordämpferwicklung in dieselben Nuten eingebaut ist wie die Statorwicklung.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Statordämpferwicklung als mehrphasige Wicklung mit parallelen Stromkreisen ausgebildet ist.
Insbesondere ist die Statordämpferwicklung als verteilte Einschichtwicklung ausgebildet.
Es ist aber auch denkbar, dass die Statordämpferwicklung als verteilte
Zweischichtwicklung ausgebildet ist.
Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die
Statordämpferwicklung die gleiche Anzahl Pole auf wie die Statorwicklung. Eine wieder andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Maschine eine langsam laufende Synchronmaschine ist, und dass die Statorwicklung eine verteilte Dreiphasenwicklung ist.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im
Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 den stark vereinfachten Aufbau einer der Erfindung zugrunde liegenden rotierenden elektrischen Maschine;
Fig. 2 im Querschnitt den Aufbau der Statorwicklung einer solchen
Maschine nach dem Stand der Technik; und
Fig. 3 im Querschnitt den Aufbau der mit einer zusätzlichen
Statordämpferwicklung versehenen Statorwicklung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausgestaltung der rotierenden elektrischen Maschine nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die zusätzliche Statordämpferwicklung in dieselben Nuten eingebaut ist wie die eigentliche Statorwicklung mit ihren
Statorstäben. Eine solche Ausgestaltung ist in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt. Der Stator 10 weist im Statorblechpaket 1 1 Nuten 12 auf, die zum Luftspalt hin mit einem Nutkeil 17 verschlossen werden. In den Nuten 12 sind übereinander eine Statorwicklung 13 mit einer Unterschicht 13a und einer von der Unterschicht 13a durch eine Zwischenlage 14 getrennten Oberschicht 13b und eine zusätzliche Statordämpferwicklung 15 mit einer ebenfalls durch eine Zwischenlage 16 getrennten Unterschicht 15a und Oberschicht 15b untergebracht.
Eine solche Statordämpferwicklung 15 hat den Vorteil, dass eine kleinere
Streureaktanz und dadurch ein höherer Dämpfungseffekt erreicht wird, als bei Wicklungen mit zwei parallelen Stromkreisen und Ausgleichsverbindern. Die abgebildete Statordämpferwicklung 15 ist eine mehrphasige, verteilte
Zweischichtwicklung mit parallelen Stromkreisen und gegebenenfalls
äquipotentiellen Verbindungen; sie hat die gleiche Anzahl Pole wie die
Statorwicklung 13. Anstelle der Zweischichtwicklung kann aber auch eine
Einschichtwicklung vorgesehen werden.
Der Unterschied dieser Lösung zur Lösung der eingangs genannten Druckschrift ist folgender: Die Druckschrift schlägt als Gegenmassnahme vor, einzelne kurzgeschlossene Windungen in die Statornuten einzubringen. Die vorliegende Erfindung verwendet demgegenüber eine offene, verteilte, mehrphasige
Einschicht- oder Zweischichtwicklung mit parallelen Stromkreisen und
gegebenenfalls äquipotentiellen Verbindungen.
BEZUGSZEICHENLISTE
10,20 Stator
1 1 ,21 Statorblechpaket
12.22 Nut
13.23 Statorwicklung
13a,23a Unterschicht (Statorwicklung)
13b,23b Oberschicht (Statorwicklung)
14,24 Zwischenlage
15 Statordämpferwicklung
15a Unterschicht (Statordämpferwicklung)
15b Oberschicht (Statordämpferwicklung)
16 Zwischenlage
17,25 Nutkeil
18 Maschinenachse
19 Rotor
26 rotierende elektrische Maschine
Claims
1 . Rotierende elektrische Maschine (26), umfassend einen um eine
Maschinenachse (18) drehbar gelagerten Rotor (19), der konzentrisch von einem Stator (10) umgeben ist, welcher eine Statorwicklung (13) aufweist, die in Nuten (12) eines Statorblechpaketes (1 1 ) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion von unsymmetrischen magnetischen Kräften im Stator (10) eine offene Statordämpferwicklung (15) vorgesehen ist.
2. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Statordämpferwicklung (15) in dieselben Nuten (12) eingebaut ist wie die Statorwicklung (13).
3. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statordämpferwicklung (15) als mehrphasige Wicklung mit parallelen Stromkreisen ausgebildet ist.
4. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Statordämpferwicklung (15) als verteilte
Einschichtwicklung ausgebildet ist.
5. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Statordämpferwicklung (15) als verteilte
Zweischichtwicklung (1 5 a,b) ausgebildet ist.
6. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statordämpferwicklung (15) die gleiche Anzahl Pole aufweist wie die Statorwicklung (13).
7. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine langsam laufende Synchronmaschine ist, und dass die Statorwicklung (13) eine verteilte Dreiphasenwicklung ist.
Applications Claiming Priority (2)
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
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| EP (1) | EP2567448A2 (de) |
| WO (1) | WO2011138377A2 (de) |
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