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.