CH347571A - Dynamoelektrische Maschine - Google Patents

Description

      Dynamoelektrische    Maschine    Die Erfindung bezieht     sich    auf eine dynamoelek  trische     Maschine    und insbesondere auf einen Turbo  generator grosser Leistung.  



  Die Leistung von     Turbogeneratoren    wird gegen  wärtig rasch     gesteigert    und einfache     Einheiten    mit  Drehzahlen von 3000 und 3600     U/'Min    und einer  Leistung von 200 000     kW    wurden aufgestellt oder  sind in Fabrikation. Grössere Einheiten     sind    im Stu  dium.  



  Diese Leistungssteigerung wurde hauptsächlich  durch     dn@-    Verwendung von     Wasserstoff    unter ver  hältnismässig hohem Druck zur     Kühlung    des Gene  rators und durch die Entwicklung direkter Kühlung  des Kupfers in den     Stator-    und     Rotorwicklungen    er  halten. Auf diese Weise wurden     -die        geometrischen     Abmessungen der Generatoren nicht wesentlich ver  grössert. Daher :ist die spezifische     elektrische    Be  lastung, das Produkt aus     Statomstrom    und Zahl der  aktiven Leiter viel grösser :geworden.

   Um bei den  gleichen     elektrischen        Charakteristiken    zu bleiben, ins  besondere mit Rücksicht auf das     Kurzschlussverhält-          nis,        .d.    h. das Verhältnis des Feldstromes bei der  Nennspannung für geöffneten Ankerstromkreis und  bei Nennfrequenz zum Feldstrom beim Nennstrom  des Ankers unter symmetrischen Kurzschluss und bei  Nennfrequenz, russ daher der     Luftspalt        viel        breiter     als bisher üblich gemacht werden.  



  Ein für ein     Kurzschlussverhältnis    von 0,5 bis 0,55       konstruierter    Generator kann einen Luftspalt von un  gefähr 10     cmhaben,    während bei einem     Kurzschluss-          verhältnis    von 0,7 bis 0,8 ;der Luftspalt     nahezu    15 cm  erreichen kann. Solche Luftspalte machen einen  wesentlichen Teil des     Raumbedarfes    der Maschinen  aus.    Der vorliegenden Erfindung     lieb    die, Aufgabe  zugrunde, einen Teil :des im Luftspalt verfügbaren  Raumes auszunutzen.  



  Erfindungsgegenstand eist eine     dynarnoelektnische     Maschine, bei welcher elektrische Leiter,     die    we  nigstens einen     Tei:    der     Statorwicklungdarstellen,    min  destens     teilweise    im Luftspalt untergebracht sind.  



  In     elner    bevorzugten     Ausführungsform    der erfin  dungsgemässen Maschine nach dem     vorhergehenden     Absatz sind die     Statorleiter    im     Luftspalt        in        einen          entfernbaren    Zylinder eingebettet.

   Dabei liegt zweck  mässigerweiseder     Zylinder    verschiebbar an     der    Innen  fläche des     Statorkerns    an,     und    Vorsprünge an dem  Zylinder greifen verschiebbar     mit        Vertiefungen    des       erwähnten    Kernes ein, um     ein    Rotieren des Zylinders  zu     verhindern.     



  In der Zeichnung     ist    .der     Erfindungsgegenstand     beispielsweise     schematisch        dargestellt.    Es zeigen:       Fig.1        .eine    teilweise     geschnittene        Ansicht        eines          Wechselstromgenerators,    welche die im Luftspalt an  geordneten Leiter     zergt,          Fig.    2a bis 2c die Anwendung der     Erfindung    auf  verschiedene Formen des Leiters,       Fig.    3a und 3b den Aufbau eines typischen isolier  tein Leiters,

   der .sich für die     Verwendung    am     Erfin-          d'un.gsgegenstand    eignet,       Fi:g.4    Beine     Ausführungsform    des     entfernbaren     Zylinders, in den :die Leitereingebettet sind,       Fig.    5 und 6 zwei weitere     Ausführungsformen    des       enitfernbaren        Zylinders.     



  Bei einem einen     Turbowech:selgenerator        betreffen-          dein    Ausführungsbeispiel der     Erfindung        sind    nach       Fig.    1     die    einzelnen Leiter 1 der     Statorwicklung    in  einem     entfernbaren        Zylinder    2     angeordnet,    der sich  mm Luftspalt 3 der Maschine zwischen dem Stator-           körper    4 und :

  dem Rotor 5     befindet.    Während in       Fig.    1 der     Zylinder    2     sich    nicht über .die ganze Länge  der Leiter erstreckt, kann     @er        gewünschtenfalls    über       diese    Länge erstreckt :sein. Die Leiter können kreis  förmigen,     rechteckigen    oder     quadratischen        Quer-          schnitt    haben oder     andere    geeignete Formen auf  weisen.

   Sie sind in isolierte     Streifen    unterteilt     und    in       geeigneter    Weise     verdrillt    oder     versetzt,        wie    zur       Herabsetzung    von     Wirbelströmen    üblich. Die     Leiter     sind vorzugsweise hohl ausgeführt oder mit geeigne  ten Kanälen versehen, um kühlendes Gas oder Flüssig  keiten aufzunehmen, welche gemäss bekannten Kon  struktionen oder Vorschlägen in .direkter Berührung  oder im wesentlichen in direkter     Berührung    mit dem  Kupfer     fliessen.     



  Unter den     .dargestellten    Beispielen zeigt F     ig.2a     Hochspannungsleiter 6, die in     einen        .entfernbaren    Zy  linder 2     eingebettot    sind!.

   Die     gezeigten    Leiter be  stehen aus einer Reihe     zentraler    Litzen a und zwei       konzentrischen    Ringen von     Litzen    b und c,     die    alle  .durch     Isolierzwischenschiohten   <I>a' b'</I> und c' vonein  ander getrennt sind'.     Fig.    2b zeigt zur     direkten.        Kühlung     geeignete Leiter, wobei die     Litzenleiter    an jeder  Seite eines     Kühlmittelkanals    7     ;angeordnet    und von  einer     Isolation    8 umgeben     sind.     



       Fig.2c    zeigt einen zur direkten     Kühlung    ge  eigneten kreisförmigen Leiter.  



       Geeignete        Unterteilungen,        Kanäle    oder Rohre,       Kombinationen        dsarselben    oder eines Teiles     derselben     sind vorgesehen, um das kühlende Gas oder die  kühlende     Flüssigkeit    zu den Leitern hin.     und    von  diesen weg zu leiten.  



  Die Leiter sind, wie     Fig.3a    und 3b zeigen, mit       einer    Isolation 9 isoliert, welche durch     Mikanit-          rohre    gebildet sein kann, .die auf den Leiter     gebunden     oder um diesen     gewickelt        sind,    oder aus einer     Sili          konverbindung,    Papier oder     beliebigem    anderem  geeignetem Material bestehen, welches in geeigneter  Weise in der erforderlichen Dicke     aufgebracht    ist, um  der betriebsmässigen oder einer höheren Spannung  Stand zu     halten.    Die Aussenseite :

  des     Isolierrohres    9       isst        vorzugsweise        mit    einer leitenden     metallischen     Hülle 10 oder einem derartigen     überzug        bedeckt    und  die den einzelnen Leitern zugeordneten Hüllen     sind     an     geeigneten        Stellen        miteinander    und mit der Erde       verbun'd'en,        um        sicherzustellen,    dass die     S.p:

  annungs-          gradienten        in    dien     Isolierrohren    .im     wesentlichen          gleichmässig        sind.    Gemäss     einer        anderen    Ausführungs  form     können    die     leitenden        Umhüllungen    um den       Leiter        gegen    Erde     .isoliert    sein,

       in        welchem        Falle     sie -dann mit -dem     Nullpunkt        der        Wicklung    elektrisch  verbunden sein können,     so,dass    die     grösste    Spannung  zwischen einem     Leiter    und der Ihn     umgebenden        Hülle     unter allen     Arbeitsbednbwngen    die     Phasenspannung     nicht     überschreitet.    Die     Dicke,des        Hauptisolierrohres     kann daher kleiner als normal sein.

       Die    leitende       Umhüllungsschicht        kann,die    Form     eines        einen    hohen  Widerstand     aufweisenden        Metall-    oder     Graphitüber-          zuges    von geeigneter     elektrischer        Leitfähigkeit    haben,  um übermässige     Wirbelströme    zu vermeiden.

   Nach    einer Ausführungsvariante kann     -die    Umhüllung aus       Metalldraht    oder     --band        gebildet    sein, dessen Be  messung und Anordnung im     Hinblick    auf eine Ver  ringerung der     Wirbelstromverluste    getroffen     sind.     



  Die     Wicklungen    sind vorzugsweise Mantelwick  lungen mit     rautenförmiger    Leiteranordnung, doch       können    auch andere     Wicklungsarten        angewendet     werden. Die     Wicklungen    können einschliesslich der       Endwicklungen        zwischen    zwei     Zylindern    11, 12 aus  geeignetem Material (z. B.      Bakelitpapier     -[Marke,       Pressspan    oder     Mikanit)    eingebaut sein, wie     Fig.4     zeigt.

   Der Zwischenraum zwischen den Leitern ist  mit einem     geeigneten    Giessharz 13 ausgefüllt, z. B. mit       Epoxy-Harz    oder anderem Material. Nach einem  anderen Verfahren     werd,-.n    die Leiter in     eine    Form       ,eingesetzt,    und es wird ein Giessharz, Beton oder  eine andere geeignete Masse hineingegossen, um nach  dem Herausziehen aus der Form einen massiven,       .selbsttragenden    Zylinder zu erhalten, indem die     Lei-          ter    eingebettet sind.

   Bei jeder dieser beiden     Aus-          führungsarten    sind die Wicklungen     unverrückbar     gegenüber den bei     Kurzschluss    auftretenden     elektro-          magnetischen    Kräften gehalten.  



  Bei einer     weiteren        in        zig.    5 gezeigten     Augbfildung     ist der     Zylinder        in    Form von     Segmenten    14 auf  gebaut, die     mittels    isolierter Schrauben 15 zusammen  geschraubt wenden können. Diese Ausführung er  leichtert das Entfernen der Leiter bei Reparaturen.  



  In jedem Falle kann der Zylinder mit geeigneten  Keilen oder Vorsprüngen 16     (Fig.4)    versehen sein,  welche in entsprechende     Vertiefungen    im     S'tatorkörper     passen, um zu     verhindern,    dass der Zylinder im Be  trieb     @entweder    unter normalen Bedingungen oder  bei Störungen rotiert. Nach einer anderen Ausführung  kann der Zylinder in eine glatte Bohrung einschieb  bar sein, wobei     an        :einem    oder beiden Enden geeignete       Festhaltemittel    vorgesehen sind, um eine =Drehung  während des Betriebes zu     verhindern.     



  Die Leiter in der     beschriebenen    Art in einen       entfernbaren        Zylinder        einzubettenstatt    sie in bekann  ter Weise in Schlitzen am     inneren    Umfang des     Sta-          torkörp2rs        anzuordnen,    hat .den     Vorteil,        :d'ass    .das Lei  tergebilde für sich     ,hergestellt    und nach Fertigstellung  in den     S.tatorkörper    einmontiert werden kann.

   Das  ganze     Leitergebilde,    das die     Statorwicklun#g        bildet,    ist       auf    .diese Weise     ersetzbar    und kann     getrennt    trans  portiert werden.  



       Weiterhin    bedeutet das     Wegfallen    der     Stator-          zähne    Beine Herabsetzung des     Gesamtdurchmessers     des     Statorkörpers        miitdaraus    folgender Verminderung  ,der     Esenvesrluste    und     Verbesserung    :des     Wirku@ngs-          grad'es    -der     Wechselstrommaschine.     



  Durch die Anordnung     :der    Leiter im Luftspalt  wird der     'm    Umfangsrichtung für die Unterbringung  ,der     Leiter    verfügbare Raum wegen der Beseitigung  der     Statorzähne        vergrössert,    und das     gewährt    grössere       Freiheit    in der     Bemessung    der     Statorleiter    und stei  gert den Kupferquerschnitt, der vorgesehen werden  kann. Die Kupferverluste können dann .im Vergleich  zu     bekannten    Konstruktionen herabgesetzt und der      Wirkungsgrad der     Wechselstrommaschine    gesteigert  werden.  



  Durch das Einbeeten     :der        Statorleiter    in einen  Zylinder der beschriebenen Art sind die     Leiber    an  allen Stellen unverrückbar     gehalten.     



  Bei einer weiteren, in     Fig.    6 gezeigten Ausfüh  rungsform sind     Lamellenpakete    in Form vom     Stator-          kern    getrennter     Statorzähne    17 zwischen den Leitern  untergebracht und durch das zum Formen des Zylin  ders benutzte Material 18 in ihrer Lage gehalten.  Diese Ausführung ist dort vorteilhaft, wo die Breite  des für die Unterbringung der     Statorwicklung        .nötigen     Luftspaltes grösser ist als die zum Erzielen der ge  wünschten Charakteristiken erforderliche.

   Wenn     kalt-          gewalztes        Kernblech    mit :gerichtetem     Korn    verwen  det wird, kann die Richtung des Korns sowohl für  den Kern als auch für die Zähne im richtigen     Sinne          angeordnet    werden.  



  Während bei den bisher     beschriebenen        Ausfüh-          rungsformen    der Erfindung die Leiter einzeln     isoliert     sind, können auch die blanken Leiter     in    einen Zylinder  in der beschriebenen     Weise    eingebettet werden,     jedoch     muss in diesem Falle das Material des     Zylinders    ein  elektrisches Isoliermaterial sein.

   Bei einer solchen  Ausführung kann der     Zylinder    an seiner inneren oder  äusseren     Mantelfläche    oder an beiden durch     eine     halbleitende     Schicht        begrenzt    sein, welche     mit    der  Erde oder dem     neutralen        Teil    der Wicklung verbun  den sein kann.  



  Die Erfindung kann mit einer     Kühleinrichtung     geeigneter Art benutzt werden.  



  Der Begriff  Luftspalt  ist in der Beschreibung  zur Bezeichnung eines Spaltes im     magnetischen    Kreis  der Maschine benutzt, ohne Rücksicht auf die Tat  sache,     d-ass    in den meisten Fällen bei den Maschinen  der beschriebenen Art der     Luftspalt    keine Luft, son  dern ein kühlendes Fluidum,     beispielsweise    Wasser  stoff,     enthält.     



  Während bei     den        abgebildeten    Ausführungsfor  men eine im     wesentlichen        gleichmässige        Verteilung     der     Leiter    gezeigt ist, :ist zu bemerken, dass Leiter .oder       Leitergruppen        gewünschtenfalls    in unregelmässigen  Abständen voneinander am Umfang angeordnet sein       können.     



  Es ist .auch zu     erwähnen,    dass die     Statorleiter    im  ganzen oder nur     teilweise        in    -den     Zyliindfer        eingebettet     sein können. Einige     Leiter    können     beispielsweise        ge-          wünschtenfalls    teilweise im     Zylinder    und     teilweise        im          Statorkern    angeordnet sein.  



  Wenn direkt gasgekühlte Wicklungen verwendet  werden, können in den Enden des Zylinders geeignete       COffnungen    vorgesehen .sein, um     Gasein-    und     -auslässe     zu bilden.  



  Bei     flüssigkeitsgekühlten    Wicklungen können im  Zylinder geeignete     Verteil-    und     Sammelkanäle    aus-    gespart     sein,    nur .das     Kühlmittel        :der    hohlen     Leibern        zu-          und    von     ihnen    wegzuführen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Dynamoelektrische Maschine .mit einem Rotor und einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass elek- trische Leiter, die wenigstens :einen Teil :der Stator- wicklung darstellen, mindestens teilweise im Luftspalt untergebracht sind. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Maschine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Statorleiter im Luftspalt in einen entfernbaren Zylinder eingebettet sind. 2.

   Maschine nach Unteranspruch <B>1,</B> dadurch ge- kennzeichnet, dass der Zylinder verschiebbar an der Innenfläche des Statorkerns anliegt und durch Be- fes!bigungsmnttel an wenigstens einem Ende oder durch Vorsprünge @dejs Zylinders,

   die in Vertiefungen des Kernes verschiebbar eingreifen, oder .durch beides am Drehen verhindert ist. 3. Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Zylinder unter Verwendung eines Epoxy-Harzes gegossen ist. 4.

   Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zylinder aus Beton gegossen eist. 5. Maschine nach Unteranspruch 1, ,dadurch ge kennzeichnet, dass :die Leiter zwischen zwei Zylindern aus Isoliermaterial an@geord@net ,s!ind und .der Zwischen raum zwischen den Zylindern mit :einem Giessharz ausgefüllt ist. 6.

   Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zylinder aus nachträglich mit einander verschraubten Segmenten besteht. 7. Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass .der Zylinder in den Zwischenräu- men zwischen den Leibern eln Kernlamellenpaket ent hält. B.

   Maschine nach Patentanspruch, idaduroh <B>ge-</B> kennzeichnet, dass der Zylinder aus elektrischem Isoliermaterial besteht, in welches blanke Leiter ein gebettet sind. 9.

   Maschine nach Unteranspruch 8, :dadurch ge kennzeichnet, dass der Zylinder an wenigstens einer seiner Mantelflächen durch eine halbleitende Schicht begrenzt ist, welche mit der Erde oder ,einem neutra len Teil der Wicklung verbunden ist. 10.

   Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass bei Verwendung hohler Leiter ein kühlendes Fluidum durch Ein- und Auslässe, die im genannten Zylinder ausgespart sind, zu diesen Lei tern hin und von Ihnen abgeleitet wird.