DE1140639B - Fluessigkeitsgekuehlte Staenderwicklung fuer elektrische Generatoren mit aus Hohlleitern verdrillten Leiterstaeben - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung für elektrische Generatoren mit aus Hohlleitern verdrillten Leiterstäben Die Erfindung bezieht sich auf flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklungen für Wechselstromgeneratoren großer Leistung, insbesondere Turbogeneratoren, bei denen das flüssige Kühlmittel durch das Innere der aus Hohlleitern aufgebauten, aus einzelnen Stäben zusammengesetzten Ständerwicklung verläuft.
• Bekanntlich ermöglicht eine entsprechende Ausbildung der Ständerwicklungen eine außerordentlich verbesserte Kühlung der Wicklung und infolgedessen eine sehr wesentliche Leistungssteigerung der Maschinen, da die Belastbarkeit der Leiterstäbe auf ein Vielfaches gegenüber den üblichen Wicklungen ohne Innenkühlung gesteigert werden kann. Infolgedessen ergibt sich, daß bei derartigen Wicklungen mit einer Flüssigkeitskühlung auch die Streufelder, darunter die Stirnstreufelder, entsprechend der Erhöhung der Belastbarkeit der Leiterstäbe wesentlich anwachsen. Sieht man von den Nwtenstreufeldern ab, deren Einfluß durch eine Vollverdrillung der z. B. nach dem Röbelprinzip ausgebildeten Leiterstäbe vollkommen aufgehoben werden kann, so ergibt sich, daß der Einfluß der Stirnstreufelder sehr störend wird. Hierbei spielt eine große Rolle, daß für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels Anschlüsse vorgesehen werden müssen, die aus Gründen der Betriebssicherheit am vorteilhaftesten aus Metall hergestellt und mit den Hohlteilleitern unter Überbrückung derselben verlötet, insbesondere hart verlötet sind. Bei den bekannten Wicklungen dieser Art sind die aus Hohlteilleitern wenigstens teilweise aufgebauten einzelnen Stäbe an ihren Enden durch aufgelötete Kappen verbunden, welche sowohl die elektrische Schaltverbindung der Teilleiter bewirken wie auch die Überleitung des Kühlmittels zwischen Ober und Unterstab bzw. die Ableitung des Kühlmittels über besondere Anschlußleitungen ermöglichen. Bei einer derartigen Wicklungsausführung ergibt sich, - daß durch die infolge der hohen Strombelastung verstärkten Stirnstreufelder in den von den an ihren Enden durch die Anschlußkappen kurzgeschlossenen Leiterschleifen erhebliche Kurzschluß- oder Schleifenströme hervorgerufen werden, die beträchtliche Zusatzverluste verursachen und dadurch den Wirkungsgrad der Maschine herabsetzen.
• Die Erfindung behandelt die Aufgabe, bei flüssigkeitsgekühlten Ständerwicklungen der erwähnten Art mit Zu- und Ableitungen des flüssigen Kühlmittels an den Schaltstellen zwischen den zu je einem Wicklungsabschnitt zusammengefaßten verdrillten Leiterstäben durch die gleichzeitig die Schaltverbindung herstellenden Kappen das Entstehen größerer Zusatzverluste durch Schlingströme unmöglich zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hohlteilleiter, die jeweils innerhalb einer Verdrillungsstrecke zwischen den an ihrem Anfang und Ende vorgesehenen Kühlmittelzu- und -ableitungen liegen, voneinander isoliert und durchgehend leitend verbunden im Bereich einer Verdrillungsstelle so gegeneinandergeschaltet sind, daß sich die durch die Streufelder in den Spulenköpfen hervorgerufenen Zusatzspannungen innerhalb einer Verdrillungsstrecke aufheben.
• Wesentlich W demnach für die erfindungsgemäße Anordnung die Zuordnung von Verdrillungsstrecken und Kühlabschnitten in der Wirkung, indem zwischen den die Hohlteilleiter kurzschließenden, die Kühlmittelzu- und -ableitung ermöglichenden Kappen infolge Durchschaltung und Isolierung der Teilleiter zwischen den Kühhnittelanschlußstellen inmitten der von letzteren begrenzten, mehrere Stäbe oder Spulen umfassenden Wicklungsabschnitte Verdrillungsstrekken geschaffen werden, innerhalb deren die von den Streufeldern der Spulenköpfe hervorgerufenen Zusatzspannungen einander entgegengeschaltet sind.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Verdrillungsstrecke nur insgesamt zwei Spulen, bestehend aus je einem Ober- und Unterstab, umfaßt. Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich, daß die Zahl der für die durchgehende Verbindung der Hohlteilleiter erforderlichen Verbindungsstellen verhältnismäßig klein gehalten werden kann, andererseits trotz des Kurzschließens der Hohlteilleiter an den Enden jeder Verdrillungsatrecke das Auftreten von Schlingströmen und damit von Zusatzverlusten infolge unausgeglichener, durch die Stirnkopfstreufelder hervorgerufener Spannungen verhindert werden kann.
• Die Verdrillung innerhalb jeder Verdrillungsstrecke läßt sich unter Vertauschung der Leiter sowohl in radialer Richtung wie auch in tangentialer Richtung bei dieser Anordnung in, verhältnismäßig einfacher Weise durch eine Verdrillungsschleife erzielen, welche inmitten jeder Verdrillungsstrecke zwischen zwei benachbarten Endpunkten bzw. Kühlmittelanschlüssen angeordnet ist.
• An sich ist bereits eine Wicklung bekanntgeworden, bei der die Kühlmittelkreise sich über größere Abschnitte der Wicklung erstrecken. Bei dieser Anordnung sind die Kühlkanäle der einzelnen Leiterstäbe hälftig in Reihe geschaltet, wobei das Kühlmittel in der einen Hälfte der Kühlkanäle in entgegengesetzter Richtung durch die Stäbe geführt wird wie in der anderen: Hälfte der Kühlkanäle: Diese Anordnung, bei. der jeweils an den Enden der Leiterstäbe Anschlußkappen mit Zwischenkühlern für die zu verbindenden Hälften der Teilleiter vorgesehen sind, dient dazu, die Kühlmittelzuführung an spannungsmäßig günstigen Punkten der Wicklung vorzunehmen, beispielsweise an dem Sternpunkt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich- diese bekannte Wicklung in keiner Weise vergleichen.
• Weiter ist es auch bekannt, bei luft- oder gasgekühlten Wicklungen in den Wickelköpfen oder ; Stirnkopfverbindungen Verdrillungen oder Verschränkungen anzuwenden, um die Wirbelstrombildung zu verringern (vgl. deutsche Patentschrift 506860).
• Im, folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnung erläutert werden.
• Fig. 1 gibt ein Wicklungsschema wieder; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Wicklungsleiter; in Fig. 3 ist eine die Leiterverdrillung herbeiführende , Schleife dargestellt; Fig. 4 gibt die Ausbildung einer Schalt- und Ansehlußstelle wieder.
• In Fig. 1 ist schematisch teilweise der Wicklungsstrang einer Phasenwicklung des Drehstromgenerators dargestellt. Die Wicklung wird hierbei durch die in Reihe geschalteten Windungen: 1 bis 4 usf. gebildet. Jede Windung weist einen: Oberstab 1 o bis 4 o usf. und einen Unterstab 1 u bis 4 u usf. auf. Die einzelnen Ober- und Unterstäbe, welche mit den Wickelköpfen zusammenhängend ausgebildet sind, haben einen Querschnitt gemäß Fig. 2.
• Wie hieraus hervorgeht, sind die Leiterstäbe aus einzelnen Hohlteilleitern zusammengesetzt, die in zwei Reihen nebeneinanderliegend angeordnet sind und innerhalb des in den Nuten der Maschine liegenden geraden Teiles der Stäbe nach dem Röbelprinzip verdrillt sind. Je zwei aufeinanderfolgende Windun. gen, z. B. 1 und Z, 3 und 4 usf., bilden nun. innerhalb der Wicklung eine Verdrillungsstrecke. Innerhalb jeder derartigen Verdrillungsstrecke ist am Anfang der ersten und, am Ende der zweiten Windung die Kühlmittelzu- und -ableitung bei a und b bzw. e und b usf. vorgesehen. An diesen Stellen sind die Hohlteilleiter leitend verbunden, d. h. kurzgeschlossen, wobei durch eine gleichzeitig die Schaltverbindung ermöglichende Kappe mit äußerer Kühlmittelleitung die Kühlmittelzuleitung bzw. -ableitung erfolgen kann. Innerhalb jeder Verdrillungsstrecke sind im übrigen die Hohlteilleiter jedes Stabes unter Vermeidung einer Kurzschlußverbindung gegeneinander isoliert einzeln miteinander leitend, durch Verlötung oder Schweißung verbunden. In der Mitte ist sodann eine Verdrillungsschleife 8 angeordnet, durch welche eine Vertauschung der einzelnen Hohlteilleiter sowohl in radialer Richtung wie in Umfangsrichtung herbeigeführt wird. Auf diesem Wege werden die Teilleiter der Verbindungen. der Verdrillungsstrecke so gegeneinandergeschaltet, daß sich die durch die Streufelder in den Stirnkopfteilen der Verbindungen hervorgerufenen Zusatzspannungen praktisch aufheben. Infolgedessen werden Schlingströme innerhalb der Verdrillungsstrecke praktisch unmöglich gemacht und Zusatzverluste vermieden. Fig. 3 gibt die Ausbildung der Verdrillungsschleife wieder. Die in dieser Figur wiedergegebene Schleife zeichnet sich dadurch aus, daß die aus den. Teilleitern zusammengesetzten Stabseiten jedes Stabes zunächst bei x um die Breitseite des Leiterstabes abgebogen sind und die abgebogenen Leiterseiten bei y um ihre Schmalseiten abgebogen sind und in, weiter abgebogenen Teilen aneinanderstoßen, wobei die Teilleiter beispielsweise in der Mitte einer Schleife z bequem durch Hartlötung einzeln miteinander verbunden werden können.
• Schließlich gibt Fig. 4 das Schema einer Anschlußstelle wieder. Bei dieser Anschlußstelle sind ein Oberstab und ein. Unterstab durch eine Schalthülse 1(i verbunden, durch welche die Hohlteilleiter der Wickelkopfenden der verbundenen Stäbe kurzgeschlossen werden. 11 ist eine Kappe, die einen Kühlmittelführungaraum 12 einschließt und mit einem Stutzen 13 zum Anschluß einer aus Isoliermaterial bestehenden Leitung 14 versehen ist.
• Die beschriebene Anordnung kann in Einzelheiten abgeändert werden. So ist es beispielsweise möglichfalls die Strömungsverhältnisse des Kühhnittelkreises dieses zulassen - jede Verdrillungsstrecke aus einer größeren Anzahl von Spulen aufzubauen.
• Bei der vorerwähnten Ausführungsform erfolgte die Verbindung der einzelnen Hohlteilleiter durch Verlötung oder Schweißung derselben. Unter Umständen kann eine vereinfachte Fertigung erreicht werden, wenn an den Verbindungsstellen der einzelnen Hohlteilleiter an den Wickelkopfenden besondere aufgelötete Flachleiter vorgesehen; werden. In diesem Fall ist es erforderlich, die Verbindungsstellen in Muffen, vorzugsweise aus Isoliermaterial, z. B. Kunstharz, einzuschließen, um eine Abdichtung und überleitung des Flüssigkeitskreislaufes zu erzielen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung für elektrische Generatoren, deren Stäbe aus in sich verdrillten Hohlteilleitern aufgebaut sind und bei der die Zu- und Ableitung des flüssigen Kühlmittels an den Schaltstellen zwischen den zu je einemWicklungsabschnitt zusartunengefaßten verdrillten Leiterstäben durch gleichzeitig die Schaltverbindung herstellende Kappen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlteilleiter, die jeweils innerhalb einer Verdrillungsstrecke zwischen den an ihrem Anfang und Ende vorgesehenen Kühlmittelzu- und -ableitungen liegen, voneinander isoliert und durchgehend leitend verbunden im Bereich einer Verdrillungsstelle so gegeneinandergeschaltet sind, daß sich die durch die Streufelder in den Spulenköpfen hervorgerufenen Zusatzspannungen innerhalb einer Verdrillungsstrecke aufheben.
2. 2. Flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrillungsstrecke zwischen zwei Kühlmittelanschlüssen zwei aus je einem Ober- und Unterstab gebildete Spulen umfaßt.
3. 3. Flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur an den Enden jeder Verdrillungsstrecke die Hohlteilleiter durch die der Schaltverbindung und gleichzeitig der Kühlmittelführung dienenden Stutzen oder Kappen kurzgeschlossen sind.
4. 4. Flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehend leitend verbundenen Hohlteilleiter an den Verbindungsstellen innerhalb der Verdrillungsstrecke durch Lötung oder Schweißung einzeln verbunden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 315 354, 506 860; deutscheAuslegeschriften Nr.1020 408, 1048 336, 1068 802, 1076 251; deutsche Gebrauchsmuster Nr.1797 837, 1803 588, 1808 774, 1813191; BBC-Mitteilungen 1958, S. 11, 12; AIEE-Transactions 1956, S. 646 ff.