DE1196782B

DE1196782B - High voltage synchronous machine

Info

Publication number: DE1196782B
Application number: DE1960L0037832
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Haemmerling; Dr Phil Karl Steimel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-12-29
Filing date: 1960-12-29
Publication date: 1965-07-15

Description

Hochspannungssynchronmaschine Hochspannungsmaschinen haben in azimutaler Richtung eine sehr ungünstige Aufteilung von Isolation, Wicklung und Eisen im Bereich der Zähne. Insbesondere nimmt die Isolation der Hochspannungswicklung einen unangemessen hohen Anteil in Anspruch. Die Sättigung in den schmalen Eisenzähnen muß sehr hoch gewählt werden, so daß die Eisenverluste sehr hoch werden. Die relativ schmale Zahnbreite begrenzt das mittlere Magnetfeld und damit die Leistung der Maschine.High-voltage synchronous machine High-voltage machines have in azimuthal Direction a very unfavorable division of insulation, winding and iron in the area the teeth. In particular, the insulation of the high voltage winding makes one inadequate high proportion. The saturation in the narrow iron teeth must be very high be chosen so that the iron losses are very high. The relatively narrow face width limits the average magnetic field and thus the performance of the machine.

Um die Nutisolaiion bei Hochspannungsmaschinen herabzusetzen und damit den Füllfaktor der Nut zu verbessern, ist es bereits bekannt, bei Maschinen, deren Statorwicklung mit festgeerdetem Sternpunkt betrieben wird, die Isolation der einzelnen Nuten unterschiedlich auszubilden, und zwar ist die Nut-und Windungsisolation am schwächsten bei den Nuten, in denen die dem Sternpunkt am nächsten liegenden Teile der Wicklungsstränge untergebracht sind. Der Nachteil einer solchen Anordnung ist fertigungstechnischer Art. Die Windungen eines Wicklungsstranges sind fortlaufend unterschiedlich isoliert, das gleiche gilt für die Isolationsauskleidung der Nuten.To reduce the Nutisolaiion in high-voltage machines and thus To improve the fill factor of the groove, it is already known in machines whose Stator winding is operated with a firmly grounded star point, the isolation of the individual To design grooves differently, namely the groove and winding insulation on weakest in the slots in which the parts closest to the star point the winding phases are housed. The disadvantage of such an arrangement is of manufacturing technology. The turns of a winding strand are continuous insulated differently, the same applies to the insulation lining of the grooves.

Es ist auch bereits bekannt, den Stator einer Maschine derart aufzubauen, daß in einen zahnlosen Jochring die Zähne als selbständige Konstruktionsteile eingeklebt werden. Diese Maßnahmen werden jedoch nicht dazu verwendet, um eine Herabsetzung der Nutisolation zu ermöglichen. Mit den bekannten Anordnungen werden vielmehr zwei andere Ziele verfolgt: Einmal wird diese Konstruktion gewählt, um die Verwendung kornorientierter Bleche in elektrischen Maschinen gewährleisten zu können. Die Jochringbleche (Segmente) weisen in tangentialer Richtung die bevorzugten magnetischen Eigenschaften auf, die eingeklebten Zähne in radialer Richtung.It is also already known to construct the stator of a machine in such a way that that the teeth are glued into a toothless yoke ring as independent structural parts will. However, these measures are not used to achieve a reduction to enable the slot insulation. Rather, with the known arrangements there are two other objectives: Once this construction is chosen to use to be able to guarantee grain-oriented sheets in electrical machines. The yoke ring plates (Segments) have the preferred magnetic properties in the tangential direction on, the glued-in teeth in the radial direction.

Zum anderen wird die Konstruktion in folgendem Zusammenhang gewählt: In einen Jochring ist ein. weiterer Ring eingeschoben, der an seiner Außenseite, also an der dem Jochring zugewandten Seite, mit Nuten für die Wicklung versehen ist. Man erreicht auf diese Weise die für Asynchronmaschinen wichtigen zum Luftspalt hin geschlossenen Nuten und kann zugleich in die nach außen offenen Nuten des Innenrings eine fertige Wicklung mit Leichtigkeit einlegen. Der Jochring wird dann über den Innenring gezogen.On the other hand, the construction is chosen in the following context: In a yoke ring is a. another ring inserted, which on its outside, so on the side facing the yoke ring, provided with grooves for the winding is. In this way, the air gap that is important for asynchronous machines is achieved towards closed grooves and can at the same time in the outwardly open grooves of the inner ring insert a finished winding with ease. The yoke ring is then over the Inner ring pulled.

Bei diesen Konstruktionen kommt es auf eine Isolation zwischen dem Zahneisen und dem Jochringeisen nicht an. Es kann zwar sein, daß die verwendeten Klebstoffe zufällig isolierende Eigenschaften besitzen, irgendwelche Anforderungen an die Isolationsfestigkeit werden aber nicht gestellt. Metallische Einlagerungen oder stellenweise metallische Berührungen stören den Sinn dieser Konstruktionen nicht. Man wird im Gegenteil darauf Wert legen, die Klebschicht zwischen Zahn und Jochring so dünn wie möglich zu halten, um eine unerwünschte Erhöhung des magnetischen Widerstandes zu vermeiden.In these constructions there is an isolation between the Toothed iron and the yoke ring iron. It may be that the used Adhesives happen to have insulating properties, any requirements however, the insulation strength is not required. Metallic inclusions or metallic contacts in places disturb the meaning of these constructions not. On the contrary, emphasis will be placed on the adhesive layer between the tooth and the Keep the yoke ring as thin as possible to avoid an undesirable increase in the magnetic force To avoid resistance.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu finden, der in allen Nuten einer Hochspannungssynchronmaschine eine gleichmäßige Herabsetzung der Nutisolation gestattet.The present invention has for its object to be a way to find that in all grooves of a high-voltage synchronous machine a uniform Reduction of the slot insulation permitted.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hochspannungssynchronmaschine vorgeschlagen, die durch die Vereinigung folgender Merkmale gekennzeichnet ist: a) Das ringförmige Statorblechpaket ohne Zähne ist innen mit einer zylindrischen Isolierschicht hoher Spannungsfestigkeit versehen, auf welche die vorher schon zu Paketen zusammengeklebten und eventuell schon mit Isoliermaterial umpreßten Zähne aufgeklebt sind.A high-voltage synchronous machine is used to solve this problem proposed, which is characterized by the combination of the following features: a) The annular stator core without teeth has a cylindrical inside Provided an insulating layer of high dielectric strength, to which the previously approached Parcels glued together and possibly teeth already pressed around with insulating material are glued on.

b) Der zwischen Polrad und Statoreisen befindliche Luftspalt ist so weit verkleinert, daß er zusammen mit der Isolierschicht zwischen den Statorzähnen und dem Statorrücken die Größe des aus magnetischen Gründen erforderlichen Luftspaltes ergibt.b) The air gap between the pole wheel and the stator iron is like this much smaller that it is together with the insulating layer between the stator teeth and the stator back the size of the air gap required for magnetic reasons results.

c) Die Wicklung in den Statornuten ist gegenüber den Zähnen für eine geringere Spannung als die Phasenspannung isoliert.c) The winding in the stator slots is opposite the teeth for one voltage lower than the phase voltage isolated.

Die einzelnen auf verschiedene Nuten verteilten Teile einer Phasenwicklung können dabei so geschaltet sein, daß sich eine möglichst geringe Spannungsbeanspruchung zwischen benachbarten Nutenwicklungen bzw. den Nutenwicklungen und den dazwischenliegenden Zähnen ergibt.The individual parts of a phase winding distributed over different slots can be switched in such a way that the voltage stress is as low as possible between adjacent slot windings or the slot windings and the intermediate ones Teeth results.

Das Merkmal a kann auf Grund des oben erläuterten Standes der Technik als an sich bekannt angesehen werden, jedoch mit der Maßgabe, daß es bei den bekannten Anordnungen keine Rolle spielt, ob eine wirklich einwandfreie Isolation vorhanden ist. Dort kann eine Isolation zwischen Zahn und Außenjochring lediglich unwichtige Begleiterscheinung des notwendig zu verwendenden Klebstoffs sein. Bei der Erfindung dagegen kommt es gerade darauf an, daß sich an dieser Isolierschicht eine hohe Potentialdifferenz ausbildet, durch die dann die Isolation zwischen Nut und Windung entlastet wird. Die Erfindung steht und fällt also mit der einwandfreien Isolation zwischen den Zähnen und dem Jochring.The feature a can be based on the prior art explained above be regarded as known per se, but with the proviso that it is in the case of the known Arrangements does not matter whether a really perfect insulation is present is. There an insulation between the tooth and the outer yoke ring can only be unimportant Accompanying the necessary adhesive to be used. In the invention on the other hand, what matters is that there is a high potential difference at this insulating layer forms, through which the insulation between the groove and winding is then relieved. The invention stands and falls with the perfect insulation between the Teeth and the yoke ring.

Die Einschaltung einer Isolierschicht zwischen die Zähne und das übrige Statoreisen braucht nicht - wie es im ersten Augenblick zu sein scheint - eine Vergrößerung des magnetischen Widerstandes mit sich zu bringen. Insbesondere gilt dieses nicht bei Synchronmaschinen. Synchronmaschinen besitzen generell zur Vermeidung parasitärer magnetischer Flüsse (Streuinduktivität der Nuten usw.) einen relativ großen Luftspalt. Da dieser Luftspalt aus magnetischen Gründen und nicht etwa aus mechanischen Toleranzgründen notwendig ist, kann man ihn gewissermaßen aufteilen und einen Teil des »magnetischen« Luftspaltes zwischen Zähne und Statoreisen legen, da damit der gleiche magnetische Effekt erzielt wird. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß Platz für eine Isolation zwischen Zähnen und Statoreisen geschaffen werden, ohne daß die magnetischen Verhältnisse in der Maschine gestört werden.The interposition of an insulating layer between the teeth and the rest Statoreisen does not need - as it seems at first glance - an enlargement of magnetic resistance. In particular, this does not apply with synchronous machines. Synchronous machines generally have to avoid parasitic magnetic fluxes (leakage inductance of the grooves, etc.) a relatively large air gap. Because this air gap is for magnetic reasons and not for reasons of mechanical tolerance is necessary, it can be divided to a certain extent and part of the "magnetic" Place the air gap between the teeth and the stator iron, as it is the same magnetic Effect is achieved. In this way, according to the invention, there can be space for insulation between teeth and stator iron are created without affecting the magnetic relationships are disturbed in the machine.

Eine wichtige Frage ist die nach dem zweckmäßigen elektrischen Potential der Zähne selbst. Die Zähne sollen sinngemäß - um die Spannungsbeanspruchung herabzusetzen - ein Potential annehmen, das zwischen dem Potential der Leiter in den benachbarten Nuten und dem geerdeten Stator liegt; und zwar soll die Aufteilung etwa im umgekehrten Verhältnis der Isolationswerte erfolgen. Man könnte grundsätzlich den Zahngruppen mittels (vorwiegend kapazitiver) Spannungsteiler eine geeignete Spannung zuführen. Eine Spannungsteilung, die die oben gestellte Bedingung erfüllt, tritt aber automatisch unter den technisch vorgegebenen Bedingungen ein, so daß man das Potential der Zähne »schwimmen« lassen kann. Es stellt sich automatisch auf den Bestwert ein.An important question is that of the appropriate electrical potential the teeth themselves. The teeth should analogously - in order to reduce the stress - Assume a potential that is between the potential of the conductor in the neighboring Slots and the grounded stator; and the division should be roughly the other way around Ratio of the insulation values. You could basically the groups of teeth Apply a suitable voltage by means of (mainly capacitive) voltage dividers. A voltage division that fulfills the above condition occurs automatically under the technically given conditions, so that one can maximize the potential of the teeth Can "swim". It automatically adjusts to the best value.

Um den vollen Nutzen der durch die Erfindung gegebenen Möglichkeiten auszuschöpfen, soll bei der Serienschaltung der Windungsgruppen in den einzelnen Nuten so verfahren werden, daß im ganzen gesehen zwei einem bestimmten Statorzahn benachbarte Windungen eine möglichst kleine Spannungsdifferenz haben. Die Zeichnung erläutert diese Forderung an einem zweipoligen Stator mit sechsunddreißig Wicklungsnuten. Für die Phase R ist die Lage des Wicklungskopfes angedeutet. Die folgenden überlegungen gelten entsprechend auch für die Phasen S und T. Da zwangläufig die Hochspannungsenden der Phasen den vollen Betrag der Maschinenspannung gegeneinander haben müssen, soll die Wicklung so aufgebaut werden, daß diese das höchste Potential führende Wicklung im Innern jeder Polphase liegt. Die Spannung einer Phase soll also so aufgebaut werden, daß man mit der äußeren Nutenwicklung beginnt und schrittweise nach innen weiter aufbaut. Da - wie die Zeichnung zeigt - zwei äußere Wicklungen vorhanden sind, muß man beim Aufbau der Spannung abwechselnd schrittweise vorgehen. Es folgen vom Erdpunkt aus gerechnet aufeinander die Wicklungen 1,1', 2, 2', 3, 3'. Auf diese Weise wird die Spannungsbeanspruchung optimal verteilt, und die azimutale Dicke der Nutenisolation kann verglichen zum heutigen Stand auf einen kleinen Bruchteil herabgesetzt werden, was dem Statoreisen zugute kommt.To take full advantage of the possibilities given by the invention should be used when connecting the winding groups in series in the individual Grooves are moved in such a way that, viewed as a whole, two a specific stator tooth neighboring windings have the smallest possible voltage difference. The drawing explains this requirement on a two-pole stator with thirty-six winding slots. The position of the end winding is indicated for phase R. The following considerations apply accordingly to phases S and T. Since inevitably the high-voltage ends of the phases must have the full amount of the machine voltage against each other the winding must be constructed in such a way that this winding carries the highest potential lies inside each pole phase. The voltage of a phase should therefore be built up in this way be that one begins with the outer groove winding and gradually inward continues to build. There - as the drawing shows - there are two outer windings you have to proceed step-by-step alternately when building up the tension. Following From the earth point, the windings 1, 1 ', 2, 2', 3, 3 'are calculated on top of each other. To this Way, the tension stress is optimally distributed, and the azimuthal thickness the slot insulation can be reduced to a small fraction compared to the current state are reduced, which benefits the stator iron.

Die vorgeschlagene Generatorbauweise wird besonders günstig in Verbindung mit der neuerdings eingeführten Wasserkühlung der Statorwicklungen. Durch die Wasserkühlung wird erreicht, daß das Isolationsmaterial praktisch nicht mehr thermisch beansprucht wird. Es braucht also durch die Isolationsschicht zwischen Wicklung und Zähnen einerseits und Stator andererseits kaum eine Verlustwärme transportiert zu werden. Es kann sogar die Wasserkühlung der Wicklungen auch die Verlustwärme in den Statorzähnen aufnehmen; dies um so mehr, wenn die Isolationsschicht zwischen Wicklung und Zähnen relativ dünn ist.The proposed generator design is particularly beneficial in combination with the recently introduced water cooling of the stator windings. By water cooling it is achieved that the insulation material is practically no longer thermally stressed will. So it needs through the insulation layer between the winding and the teeth on the one hand and stator, on the other hand, hardly any heat loss to be transported. It can Even the water cooling of the windings also reduces the heat loss in the stator teeth take up; All the more so when the insulating layer between the winding and the teeth is relatively thin.

Nachfolgend wird noch ein Konstruktionsbeispiel für einen Stator beschrieben, das sich auf Grund der neuen Prinzipien als besonders vorteilhaft ergibt. In das Statorgehäuse wird ein Statorblechpaket eingebracht, das etwa dem üblichen Statorblechpaket - jedoch ohne Zähne - entspricht. Dieses ringförmige Statorblechpaket wird innen mit einer dicken hochwertigen Isolationsschicht überzogen. Je nach Herstellungstoleranzen kann noch eine mechanische Bearbeitung der Innenseite der Isolationsschicht auf saubere Zylinderdimensionen erfolgen. Die Zähne selbst werden zweckmäßigerweise unter Druck zusammengeklebt, wodurch sich noch eine besonders hohe und gleichmäßige magnetische Gesamtinduktion ergibt und gegebenenfalls noch mit einer Isolationsschicht umgepreßt. Die so vorbereiteten Zähne, deren Außenkante Kreisbogenform hat, werden in den - wie oben beschrieben - vorbereiteten Stator eingeklebt. Bei geeigneter Bemessung der auf die Zähne aufgebrachten Isolation kann eine besondere Außenisolation der Wicklung entfallen. Es genügt die aus Gründen der gegenseitigen Isolation der einzelnen spannungsführenden Windungen vorhandene Isolation.A construction example for a stator is described below, which turns out to be particularly advantageous due to the new principles. In the In the stator housing, a laminated stator core is inserted, which is roughly the same as the standard laminated stator core - but without teeth - corresponds. This annular stator core is inside covered with a thick, high-quality insulation layer. Depending on manufacturing tolerances mechanical processing of the inside of the insulation layer can also be carried out clean cylinder dimensions. The teeth themselves are expedient glued together under pressure, resulting in a particularly high and even overall magnetic induction and, if necessary, with an insulation layer repressed. The teeth prepared in this way, the outer edge of which is in the shape of a circular arc, will be glued into the - as described above - prepared stator. With suitable Dimensioning of the insulation applied to the teeth can be a special external insulation the winding is omitted. It is sufficient for reasons of mutual isolation insulation provided for individual live windings.

Claims

Claims: 1. High-voltage synchronous machine, characterized by combining the following features: a) The annular stator core without Teeth is inside with a cylindrical insulating layer of high dielectric strength provided on which the previously glued together to form packages and possibly teeth that have already been pressed around with insulating material are glued on. b) The one between the pole wheel and stator iron located air gap is so reduced that it is together with the insulating layer between the stator teeth and the stator back is the size of the for magnetic reasons necessary air gap results. c) The Winding in the stator slots is opposite to the teeth for less tension as the phase voltage isolated.

2. High-voltage synchronous machine according to claim 1, characterized in that the individual parts of a phase winding distributed over different slots are connected in series so that the lowest possible voltage stress between adjacent slot windings or the slot windings and the teeth lying therebetween results. Considered publications: German Patent Specifications No. 963 802, 684122; Austrian Patent No. 176 249; French Patent Specification No. 1,115,068. Belgian Patent No. 559 955; British Patent No. 248,709.