WO2011138377A2

WO2011138377A2 - Rotierende elektrische maschine

Info

Publication number: WO2011138377A2
Application number: PCT/EP2011/057156
Authority: WO
Inventors: Thomas Kunz; Jean-Jacques Simond; Xuan Mai Tu
Original assignee: Alstom Hydro France
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2011-11-10
Also published as: WO2011138377A3; EP2567448A2

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

PATENTANSPRÜCHE

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.