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Beschreibung
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Die.Erfindung betrifft den elektrischen Maschinenbau und insbesondere
eine Ständerstabwicklung für eine elektrische Maschine mit einem nutlosen Kern.
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Diese Erfindung wird im wesentlichen bei elektrischen Maschinen mit
einem nutlosen Kern, vorzugsweise bei Iurbogeneratoren, eingesetzt.
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Gegenwärtig ist im elektrischen Maschinenbau ein Trend nacht Leistungserhöhungen
von Turbogeneratoren feststellbar. Ein Leistungsanstieg des Generators zieht eine
Verlängerung der Stirnverbindung der Ständerwicklung nach sich, wodurch der Wicklungsaufbau
komplizierter wird, sich die Streufelder vergrößern und der induktive Widerstand
erhöht. Bei leistungsstarken Turbogeneratoren beläuft sich die Auslandslänge der
Stirnverbindungen auf etwa 0,9 des Bohrungsdurchw messers des Ständerkernes.
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Die Ständerstabwicklung einer elektrischen Maschine mit einem nutlosen
Kern weist einen wirksamen Teil und eine Stirnverbindung auf. Die Stäbe einer solchen
Wicklung sind im wirksamen Teil zweischichtig angeordnet, während der Übergang von
der einen Schicht in die andere durch eine Kröpfung der Stabstirnverbindungen erfolgt.
Die letzteren sind kegelförmig und zylindrisch gestaltet und nach dem Schema der
Wellenwicklung bzw. der Schleifenwicklung geschaltet. Derartige elektrische Maschinen
haben eine geringe Stabfüllung des wirksamen Ständerteiles, was durch die Maße der
Stäbe und die zulässigen Abstände zwischen den Stäben nach dem Wickelschritt bedingt
ist, sowie eine verhältnismäßig
große Ausladung der Stirnverbindungen.
über dies richtet sich die Ausladungslänge der Stirnverbindungen nach dem Kröpfungswinkel
bezüglich der Längsachse des Stabes, welcher seinerseits vom Abstand zwischen den
benachbarten Stäben der gleichen Spulengruppe abhängig ist.
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Je größer dieser Abstand ist, desto geringer ist hierbei die Ausladungslänge
der Stirnverbindungen.
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]Ds ist bereits eine Ständerstabwicklung für eine elektri-:;che Maschine
mit einem nutlosen Kern bekannt, welche elek--;risch miteinander gekoppelte Stäbe
besitzt, die als kon-:>entrische Schichten angeordnet sind, in dem wirksamen
Ständerteil parallel zueinander verlaufen, an den Stirnverbindungen bezüglich der
axialen Richtung gekröpft sind und sich in einem Tragkörper aus einem Isolierwerkstoff
befinocten, der am Kern befestigt und im Luftspalt zwischen dem ,tanaer und dem
Läufer angeordnet ist (siehe z.B. GB-PS t:37 546, K1. 35 A).
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Isei der besagten Wicklung befinden sich die Stäbe zweischichtig innerhalb
eines zylindrischen Tragkörpers. Die Stäbe sind voneinander isoliert, und die Isolation
ist mit einer stromleitenden Hülle hohen elektrischen Widerstandes versehen. Die
Stäbe sind in üblicher Weise elektrisch verbunden.
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I;ei einer solchen Wicklung ist die Stabanordnung im wirksanen Teil
durch eine geringe Stabfüllung des aktiven Stäncerteiles gekennzeichnet. Hinzu kommt,
daß bei einer Lei-Etungserhöhung einer elektrischen Maschine eine Verlängerung der
Ausladung der Stirnverbindungen feststellbar ist.
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Vlies hat größere Abmessungen der elektrischen Maschine sowie eine
änderung ihrer Konstruktionsparameter zur Folge.
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Ber Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ständerstabwicklung
für eine elektrische Maschine mit einem nutlosen
Kern zu schaffen,
bei welcher dank der Anordnung der Stäbe und der Ausführung ihrer Stirnverbindungen
die Stabfüllung des wirksamen Ständerteiles verbessert, die Ausladung der Stirnverbindungen
verkürzt wird und folglich die Abmessungen der elektrischen Maschine vermindert
werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Ständerstabwicklung
für eine elektrische Maschine mit einem nutlosen Kern, welche elektrisch miteinander
verbundene Stäbe aufweist, die als konzentrische Schichten angeordnet sind, in dem
wirksamen Ständerteil parallel zueinander verlaufen, an den Stirnverbindungen bezüglich
der axialen Richtung gekröpft sind und sich in einem Tragkörper aus einem Isolierwerkstoff
befinden, der am Kern befestigt und im Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer
angeordnet ist, gemäß der Brfindung die Stäbe im wirksamen Teil und an den Stirnverbindungen
dreischichtig angeordnet sind, wobei im wirksamen Teil die Stäbe der Innenschicht
unter denen der Mittelschicht unter Abwechslung um einen Stab und die Stäbe der
Außenschicht über den anderen Stäben der Mittelschicht angeordnet sind, daß die
Anzahl der Stäbe in der Innen- und der Außenschicht gleich der Anzahl der Stäbe
in der Mittelschicht ist, an den Stirnverbindungen die Stäbe der Mittelschicht um
einen Winkel i1 gekröpft sind, der etwa um das Doppelte kleiner als ein Winkel &2
ist, um welchen an den Stirnverbindungen die Stäbe der beiden anderen Schichten
gekröpft sind, und daß die Stäbe der Mittelschicht um einen Stab abwechselnd in
Reihenfolge elektrisch mit jeweiligen Stäben einer der beiden Schichten verbunden
sind.
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Die erfindungsgemäße Ausführung der Stabwicklung gestattet es, die
Abmessungen der elektrischen Maschine durch eine Verkürzung der Ausladung der Stirnverbindungen
zu vermindern. Dabei wird die Stabfüllung des wirksamen Ständer-teiles infolge einer
Abstandvergrößerung zwischen den benachbarten Stäben der oberen und der unteren
Schicht derselben
Spulengruppe sowie dadurch, daß die Stirnverbindungen
der Stäbe der Mittelschicht um einen kleineren Winkel gegenüber den Stäben der anderen
beiden Schichten gekröpft sind, ver-1dessert.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung clargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen
Ständerstabwicklung für eine elektrische Maschine mit einem nutlosen Kern, Fig.
2 den Querschnitt II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Abwicklung der Stirnverbindung der
erfindungsgemäßen dreischichtigen Stabwicklung und kig. 4 ein erfindungsgemäßes
Schaltbild für die Stabwicklung einer elektrischen Maschine.
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Die Ständerstabwicklung für eine elektrische Maschine mit einem nutlosen
Kern verfügt über elektrisch miteinander verhunden Stäbe 1 (Fig. 1) mit in axialer
Richtung gekröpften Stirnverbindungen 2. Die Stäbe 1 befinden sich in einem Iragkörper
aus einem Isolierwerkstoff. Bei der in Frage komirenden Ausführungsform ist als
Isolierwerkstoff glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet. Der Tragkörper 3 ist
an dem Kern 4 im Luftpsalt 5 zwischen dem Ständer 6 und dem Läufer 7 angebracht.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Tragkörper 3 monolithisch,
er weist Nuten für die Unterbringung der Stäb3 1 auf.
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Il dem wirksamen Teil 8 und an der Stirnverbindung 9 sind die Stäbe
1 als drei konzentrische Schichten 10, 11, 12 (Ii'ig. 2) angeordnet. Hierbei liegt
im wirksamen Teil 8 ein
Teil der Stäbe der Mittelschicht 11 abwechselnd
um einen Stab oberhalb der Stäbe der Innenschicht 12,und der restliche Teil unterhalb
der Stäbe der Außenschicht 10. Die Anzahl der Stäbe 1 der Mittelschicht 11 ist gleich
der Summe der in den weiteren zwei Schichten 10, 12 befindlichen Stabe 1.
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Es ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der der Tragkörper 3
zusammensetzbar ist. Jede Schicht 10, 11, 12 ist von de anderen Schicht mittels
einer Bandage 13 (in Fig. 2 links) abgetrennt. Zwischen den Stäben 1 sind Abstandsstükke
14 aus einem Isolierwerkstoff vorgesehen.
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Die Stirnverbindungen 2 der Stäbe 1 der Mittelschicht 11 sind um einen
Winkel M1 (Fig. 3) gekröpft, der annähernd halb so groß wie der Winkel 22 ist, um
den die Stirnverbindungen 2 der weiteren zwei Schichten 10, 12 gebogen sind.
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Hierbei sind die Stäbe 1 der Mittelschicht 11 abwechselnd um einen
Stab mit jeweiligen Stäben 1 der anderen zwei Schichten 10, 12 in Reihenfolge elektrisch
verbunden und bilden eine Schleifenwicklung.
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Im folgenden wird eine Schaltung für die dreischichtige Wicklung einer
zweipoligen elektrischen Drehstrom-Maschine, bestehend aus sechs Spulengruppen 1C1
- 1C4 (Fig. 4), 2C1 - 2C4, 192 - 1C5, 2C2 - 2C5, 1C3 - 1C6, 2C3 - 2C6,beschrieben.
Die Stäbe 1 (Fig. 1) der Wicklung des Standers 6 sind im wirksamen Teil 8 im Luftspalt
5 der Maschine über den Umfang der zylindrischen Innenfläche des Kernes 4 des Ständers
6 in Reihen 1' + 24' (Fig. 4) angeordnet.
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Die Stabreihen (Fig. 1), deren Ordnungsnummer gerade ist, werden gerade
Reihen genannt. Die Wörter "gerade" und ,ungerade" werden in dem vorliegenden Fall
zur Vereinfachung der Darlegung verwendet. In jeder Spulengruppe sind die Stäbe
1 der Mittelschicht 11, die mit durchgezogenen fetten
Linien bezeichnet
sind, abwechselnd mit den Stäben 1 der Außenschicht 10, die mit gestrichelten Linien
bezeichnet sind, und denen der Innenschicht 12, welche mit dünnen durchgezogenen
Linien markiert sind, verbunden.
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So ist zum Beispiel in der Spulengruppe 1C1 - 1C4 der Stab 1 aus der
Reihe 1' der Mittelschicht 11 mit den Stäben 1 aus der Reihe 11 der Außenschicht
10 der Wicklung und mit dem Stab 1 aus der Reihe 2' der Mittelschicht 11 und weiter
mit den Stäben 1 aus der Reihe 12' der Innenschicht 12 usw. verkunden.
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Die weiteren Spulengruppen 2C1 - 2C4, 1 C2 - 1C5 usw. sind in ähnlicher
Weise gebildet.
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Die Stirnverbindungen 2 (Fig. 1) der Stäbe 1 aus den ungeraden Reihen
1', 3', 5' usw. (Fig. 4) des wirksamen Teiles £ der Wicklung befinden sich bezüglich
der Ständerlängsachse in der Außenschicht 10 (Fig. 3) der Wicklung, die Stirnverbindungen
2 (Fig. 1) der Stäbe 1 aus den ungeraden Reihen 2', 4', 6' (Fig. 4) usw. sind in
der Innenschicht 12 (Fig. 3) der Wicklung und die Stäbe 1 der Mittelschicht 11 der
Wicklung sowohl in den geraden, als auch den ungeraden Reihen.
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Die Erfindung gestattet es, die Ausladungslänge der Stirnverbindungen
gegenüber der bekannten Zweischicht-StabwicT-7ung um 20 bis 30 O/o zu verkürzen.
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