DE2703365B2

DE2703365B2 - Anordnung zur Befestigung von Wickelköpfen am Stator einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE2703365B2
Application number: DE19772703365
Authority: DE
Inventors: Vadim Igorevitsch Jogansen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1977-01-27
Publication date: 1981-02-19
Also published as: DE2703365C3; DE2703365A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Befestigung von Wickelköpfen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs!. «

Die Wickelköpfe der Statorwicklung eines Turbogenerators sind vielfältigen Einflüssen unterworfen, die durch die Wirkung elektromagnetischer Wechselkräfte, Wärmedehnungen und eine ständige Änderung des Spannungs-Zustandes, bestimmt durch Kriechdehnung v> und Spannungsschwund in den aus nichtmetallischen Werkstoffen ausgeführten Befestigungsteiten gekennzeichnet sind. Die angegebenen Einflußgrößen bedingen die komplizierte konstruktive Lösung der Aufgabe in bezug auf die sichere und stabile Befestigung der Wickelköpfe einer Wicklung.

Die wichtigsten schädigenden Einflußgrößen für die Wickelköpfe einer Wicklung sind die elektromagnetischen Wechselkräfte, die auf die Wickelkopfbögen einwirken. Die Schwingungen der Wickelköpfe führen zu Störungen der Lötung in den Verbindungsstellen der Stäbe, zur Aufreibung und Quetschung der Isolation an den Befestigungsstellen und am Austritt aus der Nut sowie zu Ermüdungsbeschädigungen der Kupferleiter. Schwingungen der Wickelköpfe können nur durch eine starre Außenbefestigung derselben gewährleistet werden.

Der Stand der Technik kennt als Lösung der Aufgabe

der Befestigung von Wickelköpfen einer Wicklung zwei Verfahren; durch das Einklemmen der Wickelköpfe zwischen konischen Rächen von zwei Isolierringen und durch das Vergießen der Wickelköpfe mit einer polymerisationsfahigen Masse, welche die Wickelköpfe mit der Druckplatte des Eisenkerns oder mit einem äußeren Isolierring verbindet. Die Befestigung der Wickelköpfe nach dem zweiten Verfahren, erschwert wesentlich die Reparatur der Wicklung.

Unter den nach der ersten von den vorgenannten Varianten ausgeführten Konstruktionen ist eine Anordnung zur Befestigung von Wickelköpfen einer Statorwicklung bekannt (vgl. z. B. GB-PS 11 27 916), in der der innere Isolierring sich gegen die Innenfläche der Wickelköpfe abstützt und in axialer Richtung durch Schrauben aus unmagnetischem Werkstoff befestigt wird, die in die Befestigungsteile der Stirnflächenzone des Statorkerns eingeschraubt sind. Diese Bau-irt weist folgende Nachteile auf:

a) starre Festlegung der axialen Lage des inneren Isolierrings in bezug auf den Statorkern ohne Berücksichtigung der Axialverschiebung des Nutenteils der Wicklung infolge Wärmedehnung, hervorgerufen durch verschiedene Temperaturen

' Una unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Stahl, was zu einer Schwächung orfer Deformation der Befestigung führen kann;

b) Möglichkeit einer Zugwirkung auf die Befestigungsteile des Kerns durch die den Ring festhaltenden Schrauben und einer Minderung der Druckkräfte auf das aktive Eisen in der Zahnzone des Kerns.

Es ist auch eine Anordnung zur Befestigung von Wickelköpfen einer Statorwicklung zwischen zwei Isolierungen bekannt (vgl. z.B. FR-PS 13 66 320, inhaltsgleich mit DE-OS 14 63 796), in der die Wickelköpfe durch an die konischen Flächen der Wickelköpfe an der Innenseite (an der Bohrungsjdte), zwischen den Wicklungslagen und von außen anliegende Laschen zusammengespannt werden. Die an der Innenfläche anliegenden Laschen stützen sich am Innenring ab, der in diesen in axialer Richtung durch Paßfedern fixiert ist. Die Wickelköpfe werden durch Keile eingeklemmt, die zwischen dem äußeren Isolierring und den von außen an die Wickelköpfe anliegenden Laschen eingesetzt sind. Sämtliche Laschen werden in axialer Richtung durch Vorsprünge festgehalten, die sich gegen die Isolation der Wicklungsstäbe an ihren Krümmungsstellen im Wickelkopf abstützen. Dieser Aufbau weist folgende Nachteile auf:

a) Vielgliedrigkeit, eine große Anzahl von Isolierteilen und mögliches Aufheben der Befestigung bei im Betrieb unvermeidlichen Änderungen der Abmessungen und der gegenseitigen Lage der Befestigungsstelle;

b) mögliche Störung der elektrischen Wirksamkeit der Wicklungsstäbeisolation durch die Laschenvorsprünge.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, die Anordnung zur Befestigung der Wickelköpfe der Statorwicklung einer elektrischen Maschine so auszuführen, daß eine starre Verbindung der Wickelköpfe mit der Druckplatte des Kerns in radialer Richtung bei möglicher axialer Verschiebung der Wickelköpfe als Ganzes gegenüber der Druckplatte des Kerns ohne Störung der Isolation an den Wickelköpfen und der Zusammenpressung des aktiven Statoreisens durch die

Befestigungselemente gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß durch die im Anspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Vorzüge der vorgeschlagenen Anordnung bestehen darin, daß sie eine hohe Steifigkeit und eine geringe Schwingungsneigung der Wickelköpfe der Statorwicklung gewährleistet, da die Wickelköpfe zwischen zwei starren Isolierringen fest eingeklemmt sind. Dabei ist die Möglichkeit ihre* axialen Verschiebung in erforderlichen Grenzen gemeinsam mit den Isolierringen als Ganzes gegenüber der Druckplatte des Statorkems zwecks eines Ausgleichs der ungleichmäßigen Wärmedehnung des Kerns und des Nutenteils der Wicklung unter Beibehaltung der Starren Verbindung mit der Druckplatte in radialer Richtung gewährleistet Außerdem wird bei dieser Bauatt die Unversehrtheit der Wicklungsisolation nicht gestört, da die die Isolierringe zusammenziehenden Elemente mit der Wicklungsisolation nicht verbunden sind. Es wird auch die Urnpressung der Stirnflächenzone des Kerns nicht gestört, weil die axiale Komponente der die isoüerringe zusammenziehenden Kraft auf die Druckplatte und den Fysenkern nicht übertragen wird.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung sind die Druckstützen mittels Radialzugstangen an den Druckbolzen gelenkig befestigt

Es ist auch möglich, die Druckstützen mittels Radialzugstangen an der Druckplatte zu befestigen.

Zweckmäßig ist, an den Axialzugstangen an der Seite der äußeren Stirnfläche des inneren konischen Ringelemerits Federn zwecks eines stabilen Andrucks des inneren konischen Ringelements gegen die Wickelköpfe der Wicklung so anzuordnen, daß die Andriickkraft bei eventuellen, im Laufe des Betriebs der elektrischen Maschine entstehenden unelastischen Verformungen λ oder Verschiebungen der Teile nicht abnimmt.

Im weiteren wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie annand beigelegter Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Anordnung zur Befestigung von Wickelköpfen der Statorwicklung für einen Turbogenerator hoher Leistung gemäß der Erfindung, Längsschnitt, und

F i g. 2 eine andere Ausführungsvariante der Anordnung, Längsschnitt

Die Anordnung zur Befestigung von Wickelkopftei- ·γ» len der Stabwicklung einer elektrischen Maschine enthält zwei konische Ringelemente 1, 2 (Fig. 1) aus einem Isolierwerkstoff, z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder aus Schichtpreßholz. Die Wickelköpfe 3 der Wicklung 4 des Stators stützen sich an der konischen Innenfläche des äußeren Ringelements 1 ab und werden an dieses mit Hilfe des inneren konischen Ringelements 2 angedrückt Die Stäbe der Wicklung 4 sind in die Nuten des geblechten Statorkems 5 eingelegt. An den beiden Stirnflächen des Kerns 5 sind Druckplatten 6 angeordnet, weiche das Zusamir.endrükken der Pakete des geblechten Statorkems in axialer Richtung bewerKStelligen und eine Druckplatte 6 sowie mit der Druckplatte 6 verbundene Druckbolzen 7 beinhalten.

Das äußere Ringelement t ist an der Druckplatte 6 so befestigt, daß es gegenüber dem Kern 5 bei Wärmeverformungen der Wicklung 4 und des Kerns 5 axial verschiebbar ist Das innere konische Ringelement 2 stützt sich mit seiner konischen Außenfläche an den Wickelköpfen 3 der Wicklung 4 an der Bohrungsseite ab und wird mit Hilfe vri in den öffnungen des Ringelements 2 angeordneten Axialzugstangen 8 festgehalten. Jedoch können die Axialzugstangen 8 auch an der zylindrisehrn Innenfläche des Ringelsments 2 angebracht sein. Die Axialzugstangen 8 sind aus einem unmagnetischen Metall oder aus einem Isolierstoff ausgeführt Diese Axialzugstangen 8 sind mit dem einen Ende an der äußeren Stirnfläche des konischen Ringelements 2 befestigt, während sie am anderen Ende mit aus einem Isolierwerkstoff ausgeführten und zwischen den Stäben der Wicklung 4 am Austritt derselben aus den Nuten des Kerns 5 angeordneten Druckstützen 9 gelenkig verbunden sind.

Die Druckstützen 9 stützen sich gelenkig in einer ringförmigen Aussparung 10 in der dem Kern 5 zugewandten Stirnfläche des äußeren konischen Ringelements 1 ab und werden mit Hilfe von aus unmagnetischem Stahl ausgeführten und im Bereich der Stirnflächenzone des Kerns 5 angeordneten Radialzugstangen 11 festgehalten. Jede Radialzugstange 11 ist mit dem einen Ende in der Deckstütze 9 und mit dem anderen Ende am Druckbolzen 7 gele:-'tig befestigt Die Radialzugstangen 11 bilden gemeinsam mit den Druckstützen 9 Elemente, die die axiale Beanspruchung aufzunehmen imstande sind.

Zwischen den konischen Oberflächen der äußeren Ringelemente 1, der inneren Ringelemente 2 und den Wickelköpfen 3 der Wicklung 4 sind elastische Zwischenlagen 12 aus einem sich verformenden Werkstoff zwecks gleichmäßiger Verteilung der seitens der Ringelemente 1, 2 auf den Wickelkopf 3 einwirkenden Druckkraft angeordnet

Zum Ausgleich der im Laufe des Betriebs unvermeidlichen Verschiebungen des konischen Ringelementes 2, die durch Schwinden und Verdichten der Wickelköpfe 3 der Wicklung 4 sowie durch Wärmeverformungen hervorgerufen werden, sind unter der Mutter 13 der Axialzugstangen 8 an der Seite der äußeren Stirnfläche des inneren Ringelementes 2 Federn 14 eingesetzt, die eine konstante Andrückkraft des inneren Ringelements 2 gewährleisten.

In Fig.2 ist eine Anordnung zur Befestigung von WicL'?.lköpfen der Statorwicklung einer elektrischen Maschine dargestellt, bei der die Radialzugstangen 11 in der Druckplatte 6 des Kerns 5 befestigt sind.

Beim Betrieb des Turbogenerators haben die starr zwischen den beiden konischen Ringekmenteii 1, 2 eingespannten und sich auf die Druckplatte 6 des Kerns 5 über das äußere Ringelement 1 abstützenden Wickelköpfe 3 der Wicklung 4 keine Möglichkeit, sich unter Einwirkung der elektrodynamischen Wechselbeanspruchungen zu verformen und gegenseitig zu verschieben.

Die Kraft, die das konische innere Ringelement 2 an die Wickelköpfe 3 der Wicklung 4 andrückt, wird auf das konische äußere Ringelement 1 über folgende kraftschlüssige Kette übertragen: inneres Ringelrment 2 — Axialzugstange 8 — Druckstütze 9 — äußeres Ringelement 1 — Wickelkopf 3 — inneres Ringelement 2. Die Radialkraft in der Druckstütze 9 wird durch die Radialkraft in der pendelnden Radialzugstange 11, welche die axiale Verschiebung der Wickelköpfe 3 der Wicklung 4 gemeinsam mit dem konischen äußeren Ringelement 1 und dem konischen inneren ^lingelement 2 gegenüber der Druckplatte 6 des Kerns 5 nicht behindert, ausgeglichen.

Die Kraftelemente ,Zugstangen 8,11 und Druckstutzen 9), die den axialen Andruck des äußeren Ringelements 1 und des inneren Ringelements 2 gegeneinander bewerkstelligen, sind mit der Wicklung 4

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des Stators nicht verbunden, ergeben keine zusätzliche Die Federn 14 ermöglichen eine Regelung der

Beanspruchung der Wickelköpfe 3 und beeinträchtigen Andrückkraft der Wickelköpfe 3 der Wicklung 4

die Zusammenpressung des aktiven Eisens in der zwischen den konischen Ringelementen 1,2.

Stirnflächenzone des Kerns 5 nicht, da in der Die vorgeschlagene Anordnung zur Befestigung von

Radialzugstange 11 keine axiale Kraftkomponente ί Wickelköpfen der Statorwicklung einer elektrischen

vorhanden ist. Maschine ist betriebssicher und fertigungsgerecht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Befestigung von Wickelköpfen am Stator einer elektrischen Mischine, an den Stirnflächen dessen Kerns Elemente angeordnet sind, die das Zusammenpressen der Pakete des Magnetleiters in axialer Richtung bewerkstelligen und Druckplatten sowie Druckbolzen einschließen, welche Anordnung zwei konische Ringelemente aus Isolierwerkstoff enthält, zwischen deren konischen Oberflächen die Wickelköpfe der Wicklung angeordnet sind, wobei das äußere konische Ringelement mit der Druckplatte axial verschiebbar gegenüber der Druckplatte verbunden ist, und das !■> innere konische Ringelement in axialer Richtung mittels Axialzugstangen festgehalten ist, dadurch gekennzeichnet,daß die Axial-Zugstangen (8) an dem äußeren konischen Ringelement (1) mit Hilfe von Druckstutzen (9) angelenkt sind, weiche am Austritt der Wicklung (4) aus den Nuten angeordnet und mittels Radialzugstangen (U) in Druckplatten (6) gelenkig befestigt sind, die das axiale Zusammenpressen der Pakete des Magnetleiters bewerkstelligen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstutzen'(9) mittels Radialzugstangen (11) in den Druckbolzen (7) gelenkig befestigt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- so zeichnet, daß die Druckstützen (9) mittels Radialzugstangen (11) in der Druckplatte (6) gelenkig befestigt sind.

4. Anordnung nach eitern der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Jen Axialzugstan- « gen (8) an der Seite der äußeren Stirnfläche des inneren konischen Ringelements (2) Federn (14) angeordnet sind.