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Wechselstromgroßmaschine, insbesondere Synchrongroßgenerator für Wasserkraftwerke
mit geringem Gefälle Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstromgroßmaschinen, insbesondere
Synchrongroßgeneratoren für Wasserkraftwerke mit geringem Gefälle, bei denen der
Wechselstromteil aus Einzele.lementen mit ausgeprägten Polen und konzentrierten
Wicklungen zusammengesetzt ist. Vor mehreren Jahrzehnten sind solche Maschinengebaut
worden, offenbar aus dem Grunde, weil das Stanzen großer Bleche für den Wechselstromteil
Schwierigkeiten machte. Bei diesen bekannten Maschinen schloß sich der Fluß des
Wechselstromteiles in tangentialer Richtung über die Stoßfugen. Um den magnetischen
Widerstand genügend klein zu halten, mußte man die Einzelelemente des Wechselstromteiles
an den Stoßfugen gut aufeinanderpassen und dafür sorgen, daß trotz der großen Abmessungen
der Maschine eine Verlagerung dieser Einzelteile, beispielsweise auch durch unterschiedliche
Temperaturverteilung, ausgeschlossen war. Diese genaue Abpassung der Stoßfugen macht
erhebliche Schwierigkeiten. Außerdem besteht an den Stoßfugen immer die Gefahr,
daß sich die Lamellen gegenseitig überbrücken und Wirbelströme entstehen, die die
Verluste der Maschine erhöhen und eine stärkere Erwärmung zur Folge haben.
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Erfindungsgemäß werden solche und ähnliche Mängel dadurch vermieden,
daß die Einzelelemente wenigstens des Wechselstromteiles je die Form eines in einer
Axialebene liegenden U haben. Man vermeidet dadurch, daß sich im Wechselstromteil
der Fluß in tangentialer Richtung schließt und erspart auf diese Weise ein genaues
Aufeinanderpassen
der Stoßflächen dieser Teile. Vielmehr schließt
sich der Fluß im U-Teil in axialer Richtung.
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Steht der Wechselstromteil still, dann können die U-Teile unter Zwischenschaltung
von Schienen, Profilteilen od. dgl. auch in nichtmetallischem Baustoff, wie Beton,
Zement od. dgl., gehaltert sein, so daß sich die Bettung für diese Teile am Aufstellungsort
der Maschine herstellen läßt und der schwierige Transport der sonst üblichen großen
Ständergehäuse u. dgl. vermieden wird.
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Um eine sinusförmige oder angenähert sinusförmige Spannung trotz ausgeprägter
Pole zu erzielen, können die Wicklungen der U-Teile sämtlich, oder gruppenweise,
in Reihe geschaltet und die Feldmagnetpole und Wechselstrommagnetpole relativ zueinander
derart ungleichmäßig verteilt werden, daß die störende Wirkung der konzentrierten
Wicklungen und der ausgeprägten Pole auf die Sinusform der Spannung wenigstens annähernd
ausgeglichen wird.
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Wie bei den bekannten Maschinen kann man mit verhältnismäßig kleinen
Blechschnitten auskommen. Man kann die Wicklungen für sich herstellen und isolieren,
denn sie brauchen ja nur auf die Schenkel der U-Teile aufgeschoben zu werden und
müssen nicht beim Einlegen in Nuten in der üblichen Weise deformiert werden. Sie
lassen sich also auch leicht für hohe Spannungen gut isolieren. Die Spulenköpfe
fallen klein aus, so daß man auch ohne Versteifung eine hohe Kurzschlußfestigkeit
erzielt. Auch wird das lästige Überkreuzen der Wickelköpfe vermieden. Ferner erhöht
sich durch die Anwendung konzentrierter Wicklungen die Reaktanz der Statorwicklung,
mit der Folge, daß die Kurzschlußströme herabgesetzt und die Kurzschlußsicherung
erhöht wird. Wenn bei Temperaturschwankungen die einzelnen Teile arbeiten, so sind
wegen des Aufbaues aus einzelnen U-Teilen die Wärmedehnungen verhältnismäßig klein.
Keinesfalls rufen sie eine mechanische Beanspruchung der Wicklung und ihrer Isolation
hervor. Der Aufbau aus U-Teilen erleichtert wesentlich die Herstellung, den Transport
und die Montage am Aufstellungsort und das Auswechseln schadhafter Teile. .
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Bei Mehrphasenmaschinen werden ungleichnamige Pole gleicher Phase
um je eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt, so daß also beispielsweise bei
Drehstromgeneratoren mit den Phasen R, S, T die Pole im Sinne + R, - T, + S, - R,
+ T, - S, + R ... aufeinanderfolgen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Der Wechselstromteil besteht in Fig. i und 2 aus U-förmigen lamellierten
Eisenkernen 7 mit Wicklungen B. Den Polenden 9 stehen zwei Kränze von Feldpolen
Io gegenüber, die auf Rädern Ii sitzen. Diese Bauform ergibt den wesentlichen Vorteil,
daß nunmehr auch für größte Generatoren die teuere und nur mit hochwertigen Kräften
durchführbare Einzelfertigung durch eine billige Massenfertigung ersetzt werden
kann, für die kein besonders geschultes Personal erforderlich ist, ja, man kann
die gleichen Einzelelemente auch für die Herstellung von Generatoren verschiedener
Abmessungen, Drehzahlen, Leistungen od. dgl. verwenden, und durch entsprechende
Schaltung der Spulen lassen sich verschiedene Spannungen erzielen.
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Die Wicklungen 8 kann man mit den Eisenkernen zusammenbauen, verkleben
oder vergießen. Man vermeidet dadurch, daß sich die Wicklung relativ zu den Eisenkernen,
beispielsweise unter der Einwirkung von mechanischen Schwingungen, elektrodynamischen
Kräften usw. bewegt und dadurch die Isolation ermüdet oder durchgescheuert wird.
Gegebenenfalls kann man die Wicklung unmittelbar auf den Eisenkern fest aufwickeln.
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Die U-förmigen Elemente 7 können in verschiedener Weise ausgeführt
werden. Eine bevorzugte Ausführungsform zeigen die Fig. 3 und 4. Hier sind die Jochteile
70 in der einen Richtung, die Polteile 71 in einer dazu senkrechten Richtung lamelliert.
Man kann dadurch die Pole 9 ohne Anwendung von magnetischen Keilen in der Umlaufrichtung
verbreitern und trotzdem die Wicklungen 8 für sich fertigstellen. Die Teile 7o und
71 werden dann durch entsprechende Verschalungen 72 mit Hilfe von Schweißnähten,
Nieten, Schrauben zusammengehalten. Die Stoßfugen können durch entsprechende Auszackung
der Teile eine vergrößerte Übergangsfläche für den Fluß erhalten, oder sie können
durch eine Eisenteilchen enthaltende Paste ausgefüllt werden, um ihren magnetischen
Widerstand zu verkleinern. In Fig. 4 haben die Polschenkel 71 T-Form, die Wicklungen
8 werden fest auf die Polstücke gewickelt. Die Teile 70 und 7 1 werden durch eine
Verschalung 72 zusammengehalten, indem ihre Ränder 73 um die Köpfe 74 der Teile
71 herumgreifen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sitzen die Einzelelemente
12 des Wechselstromteils auf einem Rad 18 und laufen um, müssen aber dann über Schleifringe
z9 den Strom abgeben. Der Feldpolteil besteht aus U-förmigen Einzelkernen 2o mit
Wicklungen 21. Bei dieser Ausführungsart fällt der Läufer verhältnismäßig leicht
aus, weil das Eisenvolumen der Wechselstromelemente sehr klein ist.