CH401238A - Wechselstrommaschine mit verdrillten Wicklungsstäben, insbesondere Turbogenerator - Google Patents

Description

      Wechselstrommaschine    mit verdrillten Wicklungsstäben, insbesondere Turbogenerator    Bei den Wicklungen von Generatoren grosser Lei  stung, insbesondere Turbogeneratoren, werden im       Stator    verdrillte Stäbe angewendet. Man     verhindert     dadurch die Bildung von Wirbelströmen im Streu  feld der Nuten. Die     Verdrillung    ist so ausgeführt, dass  die von den einzelnen Teilleitern umschlossenen  Streufelder in Summe Null ergeben und infolgedessen  keine elektromotorischen .Kräfte induziert werden  können. Für den aktiven Teil mit seinen in den Nu  ten liegenden     Stabteilen    ist diese Aufgabe mit ver  drillten Leitern, z.

   B. bei Stäben nach der     Bauart          Roebel,    exakt gelöst.  



  In den ausserhalb dem aktiven Eisen im Stirn  raum liegenden     Stabteilen    treten aber auch Felder  auf, die bei     unverdrillten,    parallel laufenden Teillei  tern, wie in     Fig.    1 dargestellt, nicht     kompensiert    sind.  Es werden durch die Felder im Stirnraum     Schling-          ströme    erzeugt, welche den Stab nicht nur im Wickel  kopf sondern auch in der Nut zusätzlich belasten.  



  In     Fig.    1 bedeuten     C-C'-D'-D    den innerhalb der  Nut liegenden Teil und     A'-C'-C-A,        D'-F'-F-D    die       ausserhalb    der Nut liegenden Wickelkopfteile. Der  Streufluss ist mit     (D,    bezeichnet.  



  Man hat deshalb auch     Verdrillungen    im Wickel  kopf ausgeführt ; es hat sich aber gezeigt, dass ihre  Wirkung nicht mit der gleichen Sicherheit vorausbe  stimmt werden kann wie im     Nutenteil.    Die Ursache  liegt in der     ungleichmässigen    räumlichen     Verteilung     der magnetischen Feldvektoren des Stirnraumes.  



  Im allgemeinen genügt eine gleichmässige     Verdril-          lung    nur dann der Forderung der vollen Kompensa  tion der     Kraftflussverkettungen,    wenn die Feldstär  ken in Längsrichtung des Stabes gleichmässig verlau  fen. Da diese Bedingung im Stirnraum nicht erfüllt  ist, kann eine gleichmässige     Verdrillung    nicht genü-         gend    wirksam sein.

   Man hat deshalb auch     ungleich-          mässig    über die     Wickelkopflänge        verteilte        Verdril-          lungen    vorgeschlagen, die aber zu schwierig herzu  stellenden Konstruktionen führen.  



  Der Zweck der     Erfindung    ist daher, bei einfacher       Stabherstellung    eine     Verdrillungsart    zu erreichen, bei  welcher die     ungleichmässige    Feldverteilung berück  sichtigt werden kann. Zum Verständnis der Erfindung  muss aber noch zuerst auf folgende Eigenschaft der       Stirnraumfelder        hingewiesen    werden. Bei den Fel  dern, deren Komponente senkrecht zur     Stabfläche          hindurchtreten,    sind     grundsätzlich    zwei verschiedene  Fälle möglich.  



  Der erste Fall     gilt    hauptsächlich für den Bereich  der Stäbe in     Ballennähe,    wo die Stäbe in axialer  Richtung aus, den Nuten kommen. In diesem  Bereich liegen unter den     Statorstäben    die Rotor  spulen. Sie verlaufen     ebenfalls    in axialer Rich  tung.

   Im Kurzschlusslauf, durch welchen ja  die Zusatzverluste bestimmt werden, sind die     Durch-          flutungen    von     Stator    und Rotor gleich gross und       entgegengesetzt.    Die     Streuflussverteilung    entspricht  hier derjenigen des Transformators gemäss     Fig.    2a,  wo S die     Statorwicklung,    R die     Rotorwicklung    und  B die Feldverteilung ist. Das heisst, sie verläuft zwi  schen den beiden Wicklungen mit grösster Feldstärke  und nimmt nach aussen hin mit der radialen Stärke  der Wicklung ab.

   Für die     Statorwicklung    ist die räum  liche     Feldverteilung    somit die gleiche wie in der Nut,  nur die Feldstärken sind verschieden. Für die     Kom-          pensierung    dieses Feldes gelten also auch dieselben       Gesetze    der     Verdrülung.     



  Beim     zweiten    Fall     gilt    die Feldverteilung einer       Stabreihe    nach     Fig.    2b. Die von der     Rotorwicklung     weiter entfernt liegenden     Stator-Wicklungsteile    S'      werden von der     Rotordurchflutung    kaum mehr     be-          einflusst.    Vorherrschend ist hier der     Einfluss    des  Eigenfeldes der Selbstinduktion. Bei der üblichen       Zweischichtwicklung    entsteht zwar auch eine gegen  seitige Induktion der beiden     Stabschichten    im Wick  lungskonus.

   Das von der Nachbarschicht erzeugte  Fremdfeld würde bei parallelem Verlauf eine starke  Verkettung ergeben. Da sich aber die     Stabschichten     im Gitterkorb des Wickelkopfes kreuzen, ist der     Ein-          fluss    der gegenseitigen Induktion sehr gemildert.  



  Die     Verteilung    der Feldstärke ist über die Stab  länge beim Eigenfeld konstant, beim Fremdfeld der  gegenseitigen Induktion veränderlich. Da der erste  Anteil bei weitem überwiegt, kann mit ungefähr  gleichmässig verteiltem Mittelwert gerechnet werden,  ebenso wie für den geraden axial verlaufenden Teil  des Wickelkopfes.  



  Nach dieser Darstellung wäre es naheliegend, den  Stab so zu unterteilen, dass jeder der verschiedenen  Teile für sich verdrillt wird. Es ergäbe sich     dann    eine  Anordnung wie sie     Fig.    3 zeigt. Hier ist der aktive  Teil im Rechteck C D D'<B>C</B> durch die     Verdrillung     um 3600 voll kompensiert. Die beiden geraden Teile  B C<B><I>C</I></B> B' und D E E' D' sind zusammen ebenfalls       360o    verdrillt. Ähnlich ist es mit den beiden Recht  ecken A B B' A' und E F F'<B>E</B>, so dass der ganze  Stab     praktisch    feldfrei und die Entstehung von       Schlingströmen    verhindert wäre.  



  Ein Stab dieser     Art    wäre aber sehr umständlich  und aufwendig in der Herstellung. Gemäss der Erfin  dung wird die gleiche Wirkung in wesentlich einfa  cherer Weise dadurch erreicht, dass die     Wicklungs-          stabteile    im Blechpaket eine     360,1-Verdrillung    auf  weisen, die über die aktive Eisenbreite hinaus soweit       verlängert    ist, als für den     Streufeldausgleich    der aus  den Nuten in     axialer    Richtung tretenden     Stabteile     notwendig ist,

   und dass gleichzeitig zum Ausgleich  der     gekrümmten    Wicklungskopfteile in diesen auf  beiden Seiten eine     180o-Verdrillung    vorgesehen ist.  



  Die Anordnung gemäss der     Erfindung    ist in       Fig.    4     beispielsweise        veranschaulicht,    woraus ersicht  lich ist, dass an Stelle von 6 hintereinander liegenden       180o-Verdrillungen        (Fig.    3) nur noch 4 notwendig  sind.  



  Der Feldausgleich innerhalb B E E' B' wird mit  einer     3600-Verdrillung    im aktiven Teil dadurch er  reicht, dass die     Verdrillungslänge    grösser ist als die  aktive     Eisenlänge.     



  In der     Fig.    4     ist    die aktive Eisenlänge mit     21a,     die Verlängerung der     Verdrillung    mit 2x und der ge  rade axiale     Stabteil    im Stirnraum einseitig mit     1n    an  gegeben.  



  Die Feldstärke     Ba    des Streufeldes in halber Nut  höhe ist bei der Stabwicklung bekanntlich  
EMI0002.0043     
    wo J der     Stabstrom    und     b,t.    die     Nutenbreite    bedeutet.    Ausserhalb des Eisens ist die Feldstärke     B,    klei  ner, und zwar ist  
EMI0002.0048     
    wenn     i"    die     Nutteilung    in halber     Nuthöhe    bedeutet.  Der     Kraftfluss        (D1    kann anhand     Fig.    5 für die  beiden Stäbe einer Nut bestimmt werden.

   Die mittlere  Feldstärke des Stabes am     Nutengrund    ist
EMI0002.0056  
       ausser-          halb    des Eisens
EMI0002.0059  
    Der mit dem Dreieck P     P'0    verkettete Fluss ist  
EMI0002.0061     
    In ähnlicher Weise findet man für  
EMI0002.0062     
    Wenn     e1        -f-        (D.        -f-        453    Null werden soll, so muss<B>65</B>  
EMI0002.0068     
    Mit den Bezeichnungen  
EMI0002.0069     
    Das     Längenverhältnis    y ist sehr klein gegen ss,  dem Verhältnis der mittleren     Nutteilung    zur Nut  breite.  



  Man kann also statt  
EMI0002.0072     
    setzen.  Für     s    erhält man dann  
EMI0002.0074     
      als Bestimmungsgleichung     für          x=elQ     unter der Bedingung, dass       +        ( g        +        D3    =     d     wird.  



  Dasselbe gilt sinngemäss für     den,    Stab an der       Nutöffnung.     



  Es ist somit unter Einhaltung obiger Beziehung  möglich den Bereich des aktiven Teiles mit dem des  geraden Teiles,     ausserhalb    des Eisens durch eine ein  zige     Verdrillung    um 3600 so zu kompensieren,     dass     der Stab für beide Bereiche der Streufelder ausgegli  chen ist.  



  Die     restlichen        Stabteile,    die in der     Krümmung     liegen, werden auf jeder Seite entsprechend     Fig.    4    um 1800 verdrillt.     In,    der     Fig.    4 sind dies die Recht  ecke A B B' A' und E F FE.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Wechselstrommaschine mit verdrillten Wicklungs stäben, insbesondere Turbogenerator, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wicklungsstabteile im Blech paket eine 3600-Verdrillung aufweisen, die über die aktive Eisenbreite hinaus soweit verlängert ist, als für den Streufeldausgleich der aus den Nuten in axia ler Richtung tretenden Stabteile notwendig ist,

   und (dass gleichzeitig zum Ausgleich der gekrümmten Wickelkopfteile in diesen auf beiden Seiten eine 1800-Verdrillung vorgesehen ist.