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STATOR BINER BLEKTRISCHEN MASCHINE
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Elektromaschinenbaus
und zvJar auf Statoren elektrischox Maschi nen. Sie kann besonders vorteilhaft in
leistungsfähigen elektrischen maschinen, insbesondere Turbogeneratoren verwendet
werden.
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Bekanntlich besteht eine elektrische Maschine aus einem feststehenden
Teil, der als Stator bezeichnet wird, und einem umlaufenden, als Rotor bezeichneten
Teil. Es sind verschiedenartigste Konstruktionen von Statoren bekannt. Der übliche
Stator einer leistungsfahigen elektrischen Maschine besteht aus dem Gehäuse, in
dem der Kern mit den Längsnuten untergebracht ist. In diese Nuten ist eine aus isolierten
Stäben ausgeführte Wicklung eingelegt0 Die Wicklungsstäbe werden in den 1Tuten gegen
Verschiebung in radialer und axialer Richtung durch Keile gesichert, die oberhalb
dieser Stabe angeordnet sind,
außordem können die Wicklungsstabe
zwecke Gewahrleistung einer sicheren Befestigung derselben in don Statornuten mit
Zwischenlagen aus einem formbaren, mit heißhärtbarer iyasse getränkten Wirkstoff
versehen werden. Diese Zwischenlagen werden üblicherweise an den Schmalkanten der
Stäbe angebracht.
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Nach dem Einsetzen der Keile in die Nut wird der Nutenteil der Wicklung
verbacken, was eine einheitliche Befestigung der Wicklungsstäbe in den Nuten sichsrstellt.
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Den Fachleuten auf diesem Gebiet ist jedoch bekannt, daß beim Betrieb
leistungsfähiger elektrischer Maschinen, die eine große Stromdichte in der Nut aufweisen,
in der Statorwicklung wesentliche elektrodynamische Kräfte auftreten, die eine Vibration
der Wicklung hervorrufen0 Außerdem entsteht im Stator in Betrieb befindlicher elektrischer
Maschinen ein umlaufendes elektrisches Feld, das die Wicklungsstäbe mitzunehmen
bestrebt ist.
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Nach Ablauf s ether gewissen Betriebszeit der elektrischen Maschine
kann infolge der Einwirkung elektrischer und mechanischer Kräfte sowie der Alterung
der Befestigungselemente und der Isolation der Wicklung oder aus anderen Gründen
die Sitzfestigkeit der Nutenkeile wesentlich abnehmen. Dabei beginnen während des
Betriebs der elektrischen Maschine die Wioklungsstäbe in den Kernnuten periodische
radiale Schwin gingen auszuführen und sogar bei gewissen Frequenzen zu resonieren,
was schwere Erosionsbescha'digungen der Stabisolation wegen Einwirkung der infolge
einer Unterbrechung des kapazitiven Stroms bei der Stabbewegung entstehenden lmutenentladungen
zur Folge hat. Diese Einwirkungen führen zu Rißbildungen
in den
Teilleitern der Stäbe zum mewbanischen Verschleiß der Isolation und zum nachfolgenden
Durchschlag derselben sowie zur Erzeugung von akustischen Geräuschen. Uberdies kann
der Nutenkeil sich infolge der Sitzschwächung in der Längsnut des Kerns frei verschieben
und sogar aus dieser heraustroten, was wiederum zu schwerwiegenden Beschädigungen
der Wicklungen und anderer Teile der elektrischen Maschine rührt. Diese Defekte
sind so bedeutend, daß sie den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine wesentlich
verschlechtern, ihre Lebensdauer herW absetzen und öfter Reparaturen derselben bedingen.
wird dabei beachtet, da es sich dabei vorwiegend um Statoren leistung fähiger elektrischer
Maschinen (800.000 kl - 1,200.000 kW) handelt, so leuchtet ein, daß eine Vergrößerung
der Reparaturintervalle einen großen ökonomischen Nutzen erbringt.
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Es ist die Befestigung der Nutenteile einer Wicklung mit Hilfe von
Keilen mit konstantem Querschnitt über ihre ganze Lange bekannt. Solche Keile kompensieren
schlecht die radialen Spalte zwischen den Wicklungsstäben und dem Keil , da die
gegenwärtige Fertigungstechnologie von wicklungsstäben und Nuten nicht imstande
ist, gleiche Abmessungen auf ihrer gesamten Länge zu gewährleisten. Deshalb werden
zwischen Keil und Stab abdichtende Zwischenlagen unterschiedlicher Stärke untergebracht.
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Sowohl die Fertigung als auch der Einsatz solcher-Keile sind ausreichend
einfach, aber es ist schwierig, mit Hilfe dieser Keile den erforderlichen Druck
auf die Wicklungsstäbe und die Innenfläche der Nut aufzubringen und dadurch die
radiale und axiale Verschiebung der Keile zu vermeiden.
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Wenn die Notwendigkeit entsteht, solche Keile nach Ablauf ainer gewissen
Betriebszeit der elektrischen Maschine nachzuspannen, müssen diese aus der Nut entfernt,
eine neue stärkere abdichtende Zwischenlage angebracht und dann die Keile erneut
eingesetzt werden. Dadurch wird die Einrichtezeit im Laufe des Zusammenbaus und
der Reparatur einer elektrischen Maschine erhöht. Die Fixierung solcher Keile wird
nur durch die Reibungskräfte erreicht, welche mit der Zeit natürlicherweise, hauptsächlich
unter Winwirkung der Schwingungen schwächer werden0 Es ist auch die Befestigung
der Nutienkeile einer Wicklung mittels eines Systems von gegeneinandergerichteten
Keilen bekannt, von denen jeder eine abgeschragte Oberfläche hat. Bei der Verkeilung
einer Wicklung werden die mit den Schrägteilen aufeinandergelegten Keile in den
Nuten in axialer Richtung verschoben. Dabei gleitet der Schlagteil des einen Keils
über den Schrägteil des anderen, wodurch der Druck auf die Wioklungsstäbe in radialer
Richtung erzeugt wird.
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Die Fixierung solcher Keile gegen Verschiebung in axialer Richtung
nach deren Verkeilung kann durch eine Riffelung in Form von Schrägeinschnitten gewährleistet
werden, welche an den Seitenflächen der Keile angefuhrt werden. Diese Riffelung
verstärkt das Zusammenhaften der Keile mit den Seitenwänden der Nut (vgl. z.B. das
USA-Patent Nr. 3.139.550 und das franzosische Patent Nr. 1.3?9.323). Die Fixierung
der Keile durch die Riffelung an ihren Seitenteilen ist jedoch nicht ausreichend
sicher, da einerseits das durch diese Riffolung gewährleistete Zusammenhaften zwischen
den Seitenflächen der Keile
und den Nutenwänden ungenügend stark
ist und anderseits dic Riffelung selbst im Laufe der Verkeilung tind des Betriebs
der elektrischen Maschine verschleißt.
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Theoretisch können die Wicklungsstäbe in jeder Nut durch zwei gegeneinandergerichtete
Koilpaare, je ein Paar von jedem Nutenende her, verkeilt werden. Berücksichtigt
man jedoch die große Länge der Ksrnnut in einer großen elsktrischen Maschine (6-8
Meter) und die geringe Höhe des Keils an der stelle seines größten Querschnitts
(etwa 20 mm), so ist das praktisch unausführbar. In der Praxis werden von jedem
Nutenende aus mehrere Paare von gegeneinandergerichteten Keilen, deren Stirn flachen
aneinander fest anliegen, der Reihe nach eingebracht.
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Den Fachleuten auf diesem Gebiet ist verständlich, daß die endseitigen
Keilpaare ausreichend sicher befestigt sein mussen, um eine Sitzschwächung der übrigen
Keile zu vermeiden Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
solchen Stator der elektrischen Maschine zu entwickeln, bei dem axiale Verschiebungen
der Keile in don Kernnuten vermieden und ihr Austreten aus den Nuten während des
Betriebs der elektrischen Maschine unter Einwirkung elektrischer und mechanischer
Kräfte vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß im Stator einer elektrischen
Maschine, der einen Kern mit Nuten zum Unterbringen in diesen der aus mit Hilfe
von gegeneinandergerichteten Keilen befestigten Stäben ausgefuhrten Wicklungen enthält
erfindungsgemäß die an den Wicklungsstaben anliegenden endseitigen Keile mit ihren
außenliegenden Abschnitten über die
Grenzen des Statorkerns hinausragen
und an diesen vorspringenden Abschnitten Quernuten aufweisen, in welchen eine auch
die Stäbe der Statorwicklung umfassende Bandage untergebracht ist.
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Die vorgeschlagene Konstruktion des Stators vermeidet mittels gegeneinandergerichteter
Keile eine axiale Verschiebung der Nutenkeile und dadurch die Schwächung der Verkeilung
von Wicklungsstäben und erhöht letzten Endes die Betrieb sicherheit der ganzen elektrischen
Maschine Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung durch Ausführungsbeispiele derselben
und beigelegte Zeichnungen erläutert; es Zeigt: Fig. 1 einen Stator einer eLektrischen
Maschine mit in der Kernnut verkeilten wicklungsstäben gemäß der Erfindung Querschnitt;
Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1; Fig. 3 ein Paar endseitiger gegeneinandergerichteter
Nutenkeile gemäß der Erfindung und Fig. 4 einen endseitigen Nutenkeil mit der Quernut
gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Stator 1 mit einem Kern 2, der aus
geschichteten Blechen 3 gefertigt ist, wobei diese ein Profil aufweisen, mit dessen
Hilfe im Kern 2 bei dessen Zusammenbau eine Reihe von am Umfang radial angeordneten
Längsnuten 4 mit rechbeckigem Querschnitt ausgebildet wird. Im Oberteil der Nut
4 sind Ausschnitte 5 ausgeführt, die z.3. die Form eines Scshwalbenschwanzes haben
(Fig. 2). In den Nuten 4 sind mit einer festen Isolierschicht 7 umgebene wicklungsstäbe
6 untergebracht.
Die Wicklungsstäbe 6 werden in den Nuten 4 mit
Hilfe von gegeneinandergerichteten Keilen 8 und 9 fixierte Die Keile 8 (Fig. 3)
besitzen an ihren Seitenflächen Vorsprünge 190, deren Form entsprechend den Ausschnitten
5 im Oberteil der Nuten 4 ausgeführt ist (Fig. 2). Die Schrägflächen der Keile 8
sind den Wicklungsstäben 6 zugewandt. Zwischen den Keilen 8 und den Stäben 6 sind
die Keile 9 derart angeordnet, daß ihre Schrägfläche der Schrägfläche der Keile
8 (Fig. 1) zugewandt ist und mit dieser Berührung steht. An den wicklungsstäben
anliegende endseitiga Keile 11 ragen mit ihren außenliegenden Abschnitten 12 über
die Grenzen des Kerns 2 (Fig. 1) hinaus und haben an diesan vorspringendon Abschnitten
Quernuten 13 (Fig. 3, 4), in welchen eine Bandage 14 untergebracht wird, die auch
die Wicklungsstäbe 6 im Kern 2 des stators 1 der elektrischen Maschine umfaßt (Fig.
1).
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Beim Zusammenbau des Stators 1 werden in die Nuten 4 des Kerns 2
die Wicklungsstäbe 6 eingelegt (Fig. 1, 2). Zum Fixieren der Stäbe 6 in der Nut
4 werden gegeneinandergerichtete Keile 8 und 9 verwendet, Dabei wird der Keil 8
in den Oberteil der Nut 4 so eingesetzt, daß seino Seitenvorsprünge 10 (Fig. 3)
in die Ausschnitte 5 der Nut 4 eingreifen und dadurch eine Verbindung des Schwalbenschwanztyps
bilden (Fig, 2). Die Schrägfläche des Keils 8 ist dabei den Yicklungsstäben 6 zugewandt.
Eine solche Befestigung des Keils 8 hält ihn sicher gegen radiale Verschiebung fest,
kann jedoch keine gute Fixierung desselben in axialer Richtung gewährleisten. Zwischen
dem Keil 8 und dem Stab 6 wird der Keil 9 so eingesetzt, daß seine Schrägfläche
über die Schragfla
che des keils 8 gleitet, wodurch die Stäbe 6
in der Nut 4 verkeilt werden.
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Der durch die Keile 8 und 9 aufgebrachte radiale Druck auf die Wicklungsstäbe
6 hält diese stäbe in der Nut 4 fest.
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Dabei liegen die Keilpaare 8 und 9 mit ihren Stirnflächen eng an den
benachbarten Keilpaaren an. Um eine axiale Verschiebung der Keile und als Folge
davon die Verminderung des radialen Drucks auf die Wicklungsstabe zu vermeiden,
werden die endseitigen Keile 11 an den Stäben 6 befestigt. Diese 36-festigung erfolgt
mit Hilfe der Bandage 14 (Fig. 1), die in die Quernut 13 am vorspringenden Abschnitt
12 des endseitigen Keils 11 eingelegt wird (Fig. 1, 4). Die in die Nut 13 des endseitigen
Keils 11 eingelegte Bandage 14 umfaßt gleichzeitig den Wicklungsstab 6. Die Bandage
14 wird zweckmäßig aus einer mit einem heißhärtbaren Klebstoff imprägnierten selbst~
schrumpfenden Schnur ausgeführt.
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Die vorliegende Erfindung gestattet es, die Zeit der vorbeugenden
Reparaturen elektrischer Maschinen wesentlich herabzusetzen. Sind die gegeneinandergerichteten
Keile nicht befestigt, so wird die Fixierung der Wicklungsstabe in der Nut beim
Betrieb der Maschine geschwächt, was zu schwerwiegen den Störungen der kenndaten
der elektrischen Maschine fahrt.
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Zur wiederholten Verkeilung der Wicklungsstäbe muß der Rotor aus dem
Stator herausgebracht werden. Durch die vorlie6ende Erfindung wird es möglich, die
Sitzschwachung der Nutenkeile und die Fixierungsschwächung der Wicklungstäbe in
den Nuten vollständig zu vermeiden. Während eine normale vorheugende
Reparatur
der elektrischen Maschine eine Woche erfordert, nimmt eine Reparatur mit dem Ausbringen
des Rotors in der Regel etwa drei Wochen in Anspruch. Es ist einleuchtend, da3 die
Betriebsunterbrechung einer elektrischen maschine im Laufe von zwei zusätzlichen
Wochen einen großen wirtschaftlichon Schaden für den eigentümer der Maschine bedeutet.
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L e e r s e i t e