DE1148010B

DE1148010B - Cooling of an electrical generator for increased frequency

Info

Publication number: DE1148010B
Application number: DEB59905A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ekkehard Kreis
Original assignee: BRATISLAVSKE ELEKTROTECHNICKE
Current assignee: BRATISLAVSKE ELEKTROTECHNICKE
Priority date: 1959-10-30
Filing date: 1960-10-28
Publication date: 1963-05-02

Description

Kühlung eines elektrischen Generators für erhöhte Frequenz Die Erfindung bezieht sich auf die Kühlung eines elektrischen Generators für erhöhte Frequenz, der im Stator und Rotor in axialer Richtung in der Mitte geteilt ist und dessen Rotor in diesem mittleren Spalt einen über Kanäle im Rotorkörper mit dem Austrittsgebiet eines Kühlers in Verbindung stehenden Ventilator aufweist.Cooling an electric generator for increased frequency The invention refers to the cooling of an electric generator for increased frequency, which is divided in the axial direction in the middle in the stator and rotor and its Rotor in this middle gap one via channels in the rotor body with the exit area having a cooler-related fan.

Bei den bisherigen Konstruktionen von rotierenden elektrischen Generatoren mit erhöhter Frequenz ergeben sich bei der Kühlung von Funktionsteilen der Maschine erhebliche Schwierigkeiten.In previous designs of rotating electrical generators with increased frequency result from the cooling of functional parts of the machine considerable difficulties.

Die Kühlung ist schwierig, da die Verluste vorwiegend in der flachen Schicht der Bleche an beiden Seiten des Luftspaltes entstehen. Der Luftspalt selbst ist bei Generatoren für erhöhte Frequenz erheblich kleiner als bei Synchrongeneratoren für Industriefrequenz. Die Zähnezahl (Polzahl) wächst mit der Frequenz, und dadurch nehmen auch die Zahnabmessungen ab, so daß z. B. bei einer Frequenz von 10 kHz mit einer Kühlluftströmung zwischen den Zähnen in axialer Richtung, insbesondere bei Generatoren größerer Leistung, nicht mehr zu rechnen ist.The cooling is difficult because the losses mainly in the flat Layer of metal sheets arise on both sides of the air gap. The air gap itself is considerably smaller in generators for increased frequency than in synchronous generators for industrial frequency. The number of teeth (number of poles) increases with the frequency, and thereby also take the tooth dimensions, so that, for. B. at a frequency of 10 kHz with a cooling air flow between the teeth in the axial direction, in particular at Generators of greater power, can no longer be expected.

Größere Maschinen haben längere Blechpakete, so daß der Luftwiderstand in den Lücken zwischen den Zähnen in einem derart großen Maße anwächst, daß es nicht mehr möglich ist, durch den Raum zwischen den rotierenden Zähnen die Kühlluft durchzudrücken. Dieser Umstand führt zur erheblichen Erwärmung der Maschine, die eine Kürzung der Lebensdauer der Wicklungsisolation und die Gefährdung der Betriebssicherkeit des Generators herbeiführt.Larger machines have longer stacks of sheet metal, so that there is air resistance grows in the gaps between the teeth to such an extent that it does not it is more possible to push the cooling air through the space between the rotating teeth. This fact leads to considerable heating of the machine, which reduces the Lifespan of the winding insulation and the risk to the operational reliability of the Generator brings about.

Es sind auch Ausführungen von Mittelfrequenzgeneratoren bekannt, bei welchen die Heranführung des Kühlluftstromes an die wärmemäßig hochbeanspruchten Teile sowohl des Rotor- als auch des Statorpaketes in der Form durchgeführt wird, daß durch einige radial angeordnete Kanäle die Kühlluft um an die an diesen Stellen frei liegende Erreger- bzw. Arbeitswicklung im Statorpaket vorbeigeführt wird. Die hocherwärmte, schmale Eisenzone beiderseits des Luftspaltes wird bei dieser Ausführung, und dies gilt besonders für Maschinen mit einer Frequenz von 4000 Hz und darüber, nur ungenügend gekühlt, da der Luftstrom zu eben diesen heißen Stellen kaum ausreichend Zutritt hat.There are also versions of medium frequency generators known at which the introduction of the cooling air flow to the thermally highly stressed Parts of both the rotor and the stator core are carried out in the form that through some radially arranged channels the cooling air to the at these points exposed exciter or work winding is passed in the stator package. the highly heated, narrow iron zone on both sides of the air gap is used in this design, and this is especially true for machines with a frequency of 4000 Hz and above, only insufficiently cooled, as the air flow to these hot spots is hardly sufficient Has access.

Eine andere Lösung der Kühlluftführung, wie sie z. B. bei Turbogeneratoren mit Gaskühlung angewendet wird, sieht in der Mitte der aktiven Eisenpakete einen breiten, radialen Kühlkanal vor, in welchen einige axiale, ringförmig angeordnete Luftkanäle einmünden. Auch diese Kühlungsart erweist sich für die Wärmeabführung aus dem schmalen Bereich beiderseits des Luftspaltes als nicht ausreichend, zumal es die magnetische Sättigung nicht gestattet, die reichlich bemessenen axialen Kanäle in das Gebiet zwischen die Statorzähne zu verlegen.Another solution to the cooling air routing, as it is, for. B. with turbo generators is applied with gas cooling, sees one in the middle of the active iron packets wide, radial cooling channel, in which some axial, annularly arranged Open air ducts. This type of cooling also proves to be useful for heat dissipation from the narrow area on both sides of the air gap as not sufficient, especially since the magnetic saturation does not allow the ample axial channels to relocate to the area between the stator teeth.

Die angeführten Schwierigkeiten und Mängel werden beim Kühlen elektrischer Generatoren für erhöhte Frequenz nach der vorliegenden Erfindung derart beseitigt, daß in der Mitte des geteilten Stators im Bereich der Statornuten für die Arbeits-und Erregerwicklung ein in radialer Richtung durch einen Blechring abgeschlossener Ringraum ausgebildet ist, der durch die Wicklungsleiter in den Nuten in Kammern unterteilt ist, in die jeweils einige in der Nähe des Luftspaltes in beiden Richtungen axial verlaufende Stator-Kühlkanäle münden, die wiederum die Kammern mit dem Eintrittsgebiet des Kühlers verbinden.The difficulties and deficiencies cited become electrical when cooling Generators for increased frequency according to the present invention eliminated in such a way that that in the middle of the split stator in the area of the stator slots for the working and Excitation winding is an annular space closed off in the radial direction by a sheet metal ring is formed, which is divided into chambers by the winding conductor in the grooves is, in each of which some are axially close to the air gap in both directions running stator cooling channels open, which in turn open the chambers with the entry area of the cooler.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing.

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch den Generator dar; Fig. 2 ist ein teilweiser Querschnitt durch den Generator.Fig. 1 shows a longitudinal section through the generator; Fig. 2 is a partial cross-section through the generator.

Die Kühlung eines elektrischen Generators für erhöhte Frequenz verläuft auf folgende Weise: Der Stator 1 und Rotor 3 sind in axialer Richtung in der Mitte geteilt, und der Rotor weist in diesem mittleren Spalt einen über Kanäle im Rotorkörper mit dem Austrittsgebiet eines Kühlers 10 in Verbindung stehenden Ventilator 2 auf. In der Mitte des geteilten Stators 1 ist im Bereich der Statornuten 6 für die Arbeits- und Erregerwicklung ein in radialer Richtung durch einen Blechring 5 abgeschlossener Ringraum 4 ausgebildet, der durch die Wicklungsleiter in den Nuten 6 in Kammern 8 unterteilt -ist, in die jeweils einige in der Nähe des Luftspaltes in beiden Richtungen axial verlaufende Stator-Kühlkanäle 9 münden, die wiederum die Kammern 8 mit dem Eintrittsgebiet des Kühlers 10 verbinden. Die Kammern 8 stehen an den Durchgängen 7 miteinander in Verbindung.The cooling of an electric generator for increased frequency takes place in the following way: The Stator 1 and rotor 3 are in the axial direction divided in the middle, and the rotor has a channel in this middle gap in the rotor body with the exit area of a cooler 10 in connection Fan 2 on. In the middle of the split stator 1 is in the area of the stator slots 6 for the working and excitation winding one in the radial direction through a sheet metal ring 5 closed annulus 4 formed by the winding conductor in the grooves 6 is divided into chambers 8, some of which are in the vicinity of the air gap axially extending stator cooling channels 9 open in both directions, which in turn connect the chambers 8 to the entry area of the cooler 10. The chambers 8 are standing at the passages 7 in connection with one another.

Das erfindungsgemäße Kühlverfahren der Generatoren für erhöhte Frequenz ist sehr wirksam, da die Kühlluft um die Arbeits- und Erregerwicklung, ferner durch die im Stator an jenen Stellen angeordneten Kühlkanäle strömt, wo die höchste Erwärmung der Maschine auftritt. Aus den inneren Teilen des Statorpaketes wird ein großer Teil der Wärme abgeführt. Dadurch werden nicht nur die Betriebseigenschaften der Maschine, sondern auch ihre Zuverlässigkeit erheblich günstiger, nachdem bei einer niedrigeren Temperatur des aktiven Eisens durch die bessere Wärmeableitung aus den Statornuten die Lebensdauer der Nutenisolation erhöht und die Betriebssicherheit des Generators gesteigert wird.The inventive method of cooling the generators for increased frequency is very effective because the cooling air around the work and excitation windings, also through the cooling channels arranged in the stator at those points flows where the greatest heating the machine occurs. The inner parts of the stator core become a large one Part of the heat dissipated. This not only improves the operating characteristics of the Machine, but also its reliability is considerably cheaper after having one lower temperature of the active iron due to the better heat dissipation from the Stator slots increase the service life of the slot insulation and the operational reliability of the generator is increased.

Claims

PATENT CLAIM. Cooling an electric generator for increased Frequency that is divided in the axial direction in the middle in the stator and rotor and its middle gap connects to the exit area via channels in the rotor body of a cooler-connected fan, characterized in that that in the middle of the split stator (1) in the area of the stator slots (6) for the Working and excitation winding in the radial direction through a sheet metal ring (5) closed annulus (4) is formed, which through the winding conductor in the Grooves (6) is divided into chambers (8), each of which has some near the air gap axially extending stator cooling channels (9) open in both directions; which on the other hand connect the chambers (8) with the entry area of the cooler (10). Into consideration Printed publications: German Patent No. 688174; German interpretation document No. 1013 771; Swiss Patent No. 80 018; VDE technical reports, 1937, p. 65 ff.