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Asynchronmaschine in Turbobauart, insbesondere Asynchronmaschine großer
Leistung mit geringer Polzahl Dadie Läufer von Asynchromnaschinen aus lamellierten
Blechen aufgebaut werden, ist ihre Steifigkeit, insbesondere wenn es sich um eine
zweipolige Maschine mit großer axialer Länge handelt, verhältnismäßig gering. Bekanntlich
bleibt daher die ausführbare Grenzleistung von Asynchronmaschinen hinter der ausführbaren
Grenzleistung von Synchronmaschinen beträchtlich zurück. Beispielsweise für Netzkupplungsurnformer
oder auch für Kompressor-, antriebe werden edoch Asynchronmaschinen großer Leistung
benötigt. Aber auch in Kraftwerken würde der Einsatz von asynchronen Turbogeneratoren
unter bestimmten Voraussetzungen einen beachtlichen Vor-teil mit sich bringen.
Die Erzeugung von Wirklast ist nämlich um so wirtschaftlicher, in je größeren
Maschineneinheiten sie vorgenommen wird. Mit dem stetig anwachsenden Bedarf an elektrischer
Energie sind daher die Groß,kraftwerke hinsichtlich ihres Leistungsangebotes und
mit ihnen auch (die Grenzleistungen der Maschineneinheiten ständig gestiegen. Da
der Käfigläufer einer zweipoligen Asynchronmaschine viel einfacher aufgebaut ist
als der Läufer eines synchronen Turbogenerators, ließen sich mit einem asvnchron-en
Turbogenerator erhebl-ich größere Leistungen erzielen, als es mit Synchronmaschinen
möglich ist. Mit Rücksicht auf das erforderliche Widerstandsmoment des Läufers ist
es für den Bau einer Asynchronmaschine in Turbobauart allerdings erforderli:ch,
daß ein massiver Läuferballen mit möglichst großem Durchmesser verwendet wird, wobei
dann auch der Maschinenluftspalt zur Erzwingung eines guten Leistungsfaktors möglichst
klein gehalten werden muß. Unter Verwendung solcher großen asynchron-en Maschineneinheiten
läßt sich #dann in Großkraftwerken in wirtschaftlicher Weise Wirklast mit Hilfe
weniger großer asynchroner Maschineneinheiten erzeugen, während zur Spannungshaltung
des Netzes und zur Erzeugung der erforderlichen Blindleistung gleichzeitig noch
Synchronma#schinen kleinerer Leistung vorgesehen werden.
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Bei asynchronen Großmaschinen kommt den durch die Nutenoberwellen
hervorgerufenen Oberflächenverlusten eine beachtliche Bedeutung zu, da eine solche
Asynchronmaschine zur Erzielung eines möglichst hohen Leistungsfaktors mit einem
so kleinen Maschinenluftspalt auszulegen ist, als es die konstruktiven Gegebenheiten
noch zulassen. Hingegen sind die durch den Schlupf bedingten Verluste im massiven
Ständereisen praktisch zu vernachlässigen, da der Schlupf des Läufers gegenüber
dein Haupt-feld sehr klein ist.
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Es sind zwar asynchrone Turbogeneratoren bekannt, deren Turboläufer
eingesetzte larnellierte Zähne aufweisen. Eine solche Konstruktion bewährt sich
aber bei kleinem Maschinenluftspalt nicht, da die Nutenoberwellen in den Läufer
eindringen und im massiven Teil des Läuferballens WirbeIstromverluste hervorrufen,
deren Größe durch das Verhältnis der Ständernutenteilung zur Läufernutenteilung,
die Nutenöffnungen und die Größe des Maschinenluftspaltes bestimmt wird. Durch geschlossene
Läufernuten mit großer Steghöhe würde #sich zwar ein Ausgleich dieser Nutenoberwellen
erzielen lassen, hierdurch wird aber die Läuferstreuung derart vergrößert, daß mit
einer solchen Asynchronmaschine kein erträglicher Leistungsfaktor zu erzielen ist.
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An sich ist es für normale, kompensierte Asynchronmaschinen bereits
bekannt, den Läufer aus einem massiven Läuferballen aufzubauen, der von einem mit
Zähnen versehenen lammellierten Ring umgeben ist. Bei dieser bekannten Anordnung
wird zwar ebenfalls ein Ausgleichder Nutenoberwellen erzielt, ein solcher Ring ist
aber -den insbesondere bei Asynchronmaschinen großer Leistung mit geringer Polzahl
auftretenden Fliehkraftbeanspruchungen nicht gewachsen.
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Weiterhin ist es für asynchron anlaufende Synchronmaschinen bekannt,
die in den massiven Läuferballen eingesetzten lamellierten Läuferzähne am Nutengrund
mit Ansätzen zu versehen, die jeweils gegenüber demAnsatz desbenachbartenLäuferzahnes
einen Zwischenraum freilassen. Wesentlich für diese bekannteAnordnung,mit derenHilfe
möglichst große, Anlaufdrehmomente erzielt werden sollen, ist die Schaffung von
elektrisch leitendenKurzschlußkreisen, die durch eine geeignete Ausbildung der die
Bleche der Läuferzähne zusammenpressenden und befestigenden
Bolzen
und derdie Wicklung haltenden Wicklungshalter erzielt wird.
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Durch -die Erfindung wird demgegenüber eine Asynchronmaschine in Turbobauart
geschaffen, und zwar insbesondere eine Asynchronmaschine großer Leistung mit geringer
Polzahl. Wesentlich hierbei ist, daß durch die Erfindung die Oberflächenverluste,
die durch die '-i\Tut#--nob-erwellen hervorgerufen -werden, so gering wie möglich
gehalten werden. Gemäß der Erfindung bilden die Ansätze, mit denen die in den massiven
Läuferballen eingesetzten lamellierten Läuferzähne am Nutengrund versehen sind,
durch Überlappung einen magnetisch gut leitenden lamellierten Ring längs des Umfanges
des massiven Läuferballens; bei der Halterung und Befestigung der lamellierten Läuferzähne
sind elektrisch leitende Kurzschlußkreise für die durch die Nutenoberwellen des
Ständers induzierten Ströme vermieden; gleichzeitig sind die die Wicklung des Läufers
bildenden Stäbe isoliert in die Läufernuten eingebettet. Durch die Erfindung werden
bei größtmöglichem Ballendurchmesser des massiven Läuferballens lamellierte Ausgleichsstege
für die Nutenoberwellen geschaffen, so daß neben einer hohen Steifigkeit die durch
die Oberwellen bedingt-en Verluste möglichst klein gehalten werden.
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Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Überlappung der Bleche der
Ansätze der Läuferzähne wird erreicht, daß auch beim Auftreten von starken Fliehkraftbeanspruchungen
ein magnetisch gut leitender lamellierter Ring längs des Umfanges des massiven Läuferballens
gewährleistet ist. Die Konstruktion ' gemäß der Erfindung ist also auch dann,
wenn die radiale Höhe der Ansätze lediglich etwa gleich der Breite eines Zahnes
am Nutengrund ist, den bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten auftretenten Fliehkraftbeanspruchungen
gewachsen. Gleichzeitig hatder Läufer eine hohe Steifigkeit, da fürden Läufer der
größtmögliche Durchmesser zur Verfügung steht.
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Damit die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Isolierung der Läuferstäbe
nicht zunichte gemacht wird, dürfen auch die die Bleche der Läuferzähne zusammenpressenden
Bolzen keine elektrisch leitenden Kurzschlußkreise bilden. Man wird also entweder
für diese Bolzen ein Material wählen, das elektrisch schlecht leitend ist, oder
die Bolzen besonders isolieren, wozu bereits eine verhältnismäßig dünne isolierende
Schicht ausreicht, dadie Oiberwellenspannungen verhältnismäßig klein sind.
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An Hand der schematischen Darstellung der Fig. 1
und 2 sowie
des Ausführungsbeispieles der Fig. 3
und 4 sei die Erfindung erläutert.
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Die Fig. 1 und 2 geben schematisch die den Maschinenluftspalt
umgebenden Teile des Ständers und des Läufers einer gemäß der Erfindung ausgebildeten
Asynchronmaschine in Turbobauart in verschiedenen Ansichten wieder. Der mit dem
Durchmesser D ausgeführte Läufer besteht aus dem magnetisch aktiven, massiven
Läuferballen 1 mit dem Durchmesser D., in den die lamellierten Läuferzähne
3 mit ihren Schwalbenschwänzen 9 eingesetzt sind. Die Läuferzähne
3
sind mit den Ansätzen 7 bzw. 8 versehen, die mit ihren Seitenkanten
unmittelbar aneinander anliegend einen magnetisch gut leitenden, lamellierten Rin#g2
längs des Umfanges des massiven Läuferballens 1
ergeben. Die Bleche aneinanderstoßender
Ansätze benachbarter Zähne sind hierbei überlappt.
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In den durch die Läuferzähne 3 gebildeten Nuten 4 wird die
nicht dargestellte Läuferwicklung angeordnet, die als Käfigwicklung oder auch als
Mehrphasenwicklung ausgebildet sein kann. Die Leiter der Läuferwicklung sind, auch
wenn die Läuferwicklung als Käfigwicklung ausgebildet ist, isoliert in die Läufernuten
eingebettet. Der Ständer 5 der dargestellten Asynchi#omnaschine ist an der
dem Luftspalt zugekehrten Seite mit den Nuten 6 versehen, die die nicht dargestellte
Ständerwicklung aufnehmen.
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Die radialt Höhe h der die lamellierten Ringe 2 bildenden Ansätze
7 bzw. 8 ist etwa gleich der Breite eines Läuferzahnes am Nutengrund.
Die überlappungsstellen zwischen den Ansätzen benachbarter Läuferzähne
3 können, wie es im linken Teil der Fig. 1 für die Ansätze
7 dargestellt ist, am Nutengrund angeordnet werden. Dies ist in konstruktiver
Hinsicht auch deshalb günstig, weil die Läuferzähne 3
hierdurch für Bewegung
in der Umfangsrichtung das geringste Spiel erhalten. Die Läuferzähne 3 können
aber auch, wie es im rechten Teil der Fig. 1 dargestellt ist, mit den Ansätzen
8 versehen werden. Hierbei sind die Blechschnitte derart gewählt, daß die
Überlappungsstellen zwischen den Ansätzen benachbarter Läuferzähne jeweils in der
Mitte eines Zahnes verlaufen.
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In den Fig. 3 und 4 ist einegemäß, der Erfindung ausgebildete
Asynchronmaschine für 350 MVA als Ausführungsbeispi,el dargestellt. Der Vollastschlupf
s dieser Maschine beträgt S=0,2035-1%, während der Leistungsfaktor etwas über cos
99 = 0,93 liegt. Die relative Bewegung des Feldes gegenüber dem Läufer beträgt
demzufolge nur etwa 0,1 Umdrehungen pro Sekunde, d. h. 36'
Winkelausschlag in 1 Sekunde. Der Blindleistungsbedarf dieser Maschine für
Vollast beträgt 129 M-#IAR, ein Betrag, der von den in der Zentrale mitlaufenden
Synchronmaschinen leicht gedeckt werden kann. Diese Synchronmaschinen haben dann
auch, da sie baulich kleiner sind, für die Spannungsregelung eine günstige Zeitkonstante.
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Der Läufer der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Asynchronmaschinebesteht
ausdem massivenLäuferballen 1, in dem die Bleche der Zähne 3 mit den
Schwalbenschwänzen 9 befestigt sind. Die Bleche der Zähne 3 sind am
Nutengrund mit den Ansätzen 7 versehen, die infolge der Überlappung den lamellierten
Ring 2 ergeben. Zum Zusammenpressen der Bleche dienen die Bolzen 10. In den
durch die Nutenkeile 11
abgeschlossenen Nuten 4 des Läufers sind -die Stäbe
12 des Kurzschlußkäfigs eingeschoben, die zur direkten Leiterinnenkühlung mit den
Kühlkanälen 13 ausgerüstet und isoliert in die Nuten 4 eingebettet sind.
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Infolge der Größe der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Asynchronmaschine
muß der Verbindung der Stäbe 12 mit dem Kurzschlußring besondere Aufmerksamkeit
gewidmet werden. Mit Rücksicht auf die auftretenden Fliehkräfte sind die isoliert
in die Nut eingeschobenen, an sich massiven Stäbe 12 an den aus der Nut austretenden
Enden 15 geblättert, d. h., an die massiven Stäbe sind lamellierte
Bleche angeschweißt, deren Blätterung das gleiche Profil ergibt, wie es der massive
Stab aufweist. An ihren Enden sind die Stäbe 12 zum Kurzschlußring 14 abgebogen,
mit dem sie durch,die Schrauben 16 verbunden sind.
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Die Stäbe12 verlaufen mit ihren geblätterten Enden 15 nach
dem Austritt aus der Nut wellenförmig, so daß sie isich mit zunehmender Fliehkraft
strecken und an der Kappe 17 abstützen. Durch diese nachgiebige Verbindung
werden Wärmeausdehnungen ermöglicht, so daß ein Abreißen des Stabes vom Kurzschlußring
vermieden wird.