带有径向冷却的旋转电机制造技术

一种旋转电机，包括一个缠绕有高压电缆的、且装有从一个外磁轭部分（５）径向朝向延伸的定子齿（４）的定子（１），其中至少一个定子齿（４）连接到至少一根冷却管（１８）上，冷却管（１８）在定子齿（４）中径向延伸，并且连接到一个其中布置有循环的冷却剂（３６）的冷却回路（３４）上，并且其中把冷却布置成发生在定子齿（４）的至少大部分轴向延伸部分上；还有一种冷却装有高压定子绕组的旋转电机的方法，其中通过使冷却剂（３６）在冷却回路（３４）中经穿过定子齿（４）径向延伸的冷却导管循环，来冷却定子。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及旋转电机，如同步电机、还有双路馈电电机(在异步静态电流换流器诸级中应用)、外极电机和同步磁通电机、以及主要打算用作电站中用来发电的发电机的交流电机。本专利技术特别涉及这样的电机的定子，并且涉及一个用来冷却定子齿的实施例，并因而还间接涉及构成定子绕组的绝缘导电体。对于在范围15-30kV内的电压，按常规已经设计了类似的电机，并且30kV通常被认为是上限。在发电机的情况下，这通常意味着发电机必须经变压器连接到电力网上，变压器把电压升压到电力网电压值-在约130-400kV的范围内。本专利技术打算用于高压，这首先意味着电压超过10kV。对于根据本专利技术的一种装置的典型工作范围可以是36-800kV。通过使用高压绝缘导电体，在如下命名的、在定子绕组中的、带有与用来传送电力的电缆中所用的类似的固体绝缘的电缆(例如，交联聚乙烯(XLPE)电缆)中，可以把电机的电压增大到这样的电压值，从而使它可以直接连接到电力网上而不用中间变压器。因而能消除常规的变压器。该概念一般要求，在定子中把电缆置于其中的槽比有关常规技术的深(由较高电压和绕组的较多匝数造成较厚的绝缘)。损耗分布因此将不同于常规电机的损耗分布，这又带来比如与冷却定子齿有关的新问题。在常规冷却中存在着两种不同的空气冷却系统其中空气经定子中的毂和径向导管通过定子的径向冷却、和其中借助于轴向风扇把空气吹入气隙中的轴向冷却。然后把定子划分成由焊接到位的(通常是直的)垫片形成的径向空气导管。由于轴向通过定子叠片的导热性较差，所以空气导管必须频繁地重复。用空气冷却的缺点是，通风损失相当大，并且由于有通风导管定子必须加长。通风导管还可能导致薄弱的机械结构，特别是在带有长齿的所述高压发电机中。用于高压发电机的例如水冷却系统而不是空气冷却系统具有这样的优点能消除径向通风导管，在提高效率的同时可得到较短的电机。用于大型交流电机中的定子的水冷却系统通常基于空心的绕组部分，即电导体是空心的，带有用于冷却剂的纵向导管，在某些情况下与轴向插入在定子磁轭中的冷却管相结合。这样的构造是已知的，其中使用沿定子的轴向延伸方向以均匀间隔插入的铝块来冷却定子磁轭。然而，没有用这样的冷却支架直接冷却定子齿的例子，因为这些定子齿是通过定子绕组的水冷却来间接冷却的。认为在3-25kV的电压范围内，能以良好的效果制造用于旋转发电机的线圈。然而，开发更高电压的发电机的努力已经进行了很长时间。例如，由“电气世界(Electrical World)”，1932年10月15日，第524-525页，这是显然的。这篇文章描述了如何对于33kV布置由Parson1929年设计的发电机。还描述了在比利时Langerbrugge产生36kV电压的发电机。尽管该文还推测了进一步增大电压值的可能性，但其发展却受到这些发电机所基于的概念的限制。这主要是因为其中在几个分开的层中使用云母油和纸的浸漆层的绝缘系统的缺陷。参照从1984年4月来自电力研究所(Electric Power Research Institute)的报告，EPRI,EL-3391，对发电机概念加以考虑以便在发电机中实现较高电压，目的是把这样一种发电机连接到电力网上而不用中间变压器。在该报告中评价了这样一种方案，该方案提供了良好的效率增益和大量的财政益处。在1984年认为有可能开始开发直接连接到电力网上的发电机的主要原因是，这时已经开发了超导转子。超导场绕组的相当大的激励容量允许使用具有足够大厚度的气隙的绕组来承受电应力。通过把根据该方案认为最有希望的概念、设计一种带有绕组的磁路的概念(所谓的“单块筒形电枢”)、一种其中把两个导体筒封入三个绝缘筒内且整个结构在不用齿的条件下连接到一个铁心上的概念相结合，估计用于高压的旋转电机能直接连接到电力网上。这种方案要求主绝缘必须制造得足够厚，以承受网对网和网对地的电位。除了它需要超导转子外，所提出的方案的一个明显缺点是还需要非常厚的绝缘，这增大了电机尺寸。端部线圈必须用油或氟利昂绝缘和冷却，以便控制在端部的强电场。整个电机必须气密地封闭，以防止液态介电介质从大气中吸收水分。尤其在杂志J.Elektrotechnika1970年第1期第6-8页标题为“水和油冷涡轮发电机TVM-300”的文章中，在US4,429,244的“发电机的定子”中，及在俄罗斯专利文件CCCP Patent 955369中，描述了在关于同步发电机设计的一种新方法中的一些尝试。在J.Eiektrotechnika中描述的水和油冷却的同步发电机打算用于高达20kV的电压。文章描述了一种由油/纸绝缘物组成的新绝缘系统，这有可能把定子完全浸入油中。油然后能用作冷却剂，并同时用作绝缘物。为防止定子中的油向转子外漏，一个介电油隔离环提供在铁心的内表面处。定子绕组由具有椭圆空心形状、装有油和纸绝缘物的导体制造。带有绝缘的线圈侧借助于楔形件固定在以矩形横截面制成的槽中。作为冷却剂，油既用在空心导体中又用在定子壁的空腔中。然而，这样的冷却系统在端部绕组处伴随着大量油和电的连接。厚绝缘还带来导体的曲率半径增大，这又引起绕组突出部分的尺寸增大。上述的US专利涉及一种同步电机的定子部分，同步电机包括带有用于定子绕组的梯形槽的层压板磁心。由于定子绕组所需的绝缘朝转子的内部减弱，转子处设置有最靠近中性点布置的绕组部分，所以诸槽是锥形的。此外，定子部分包括最靠近铁心内表面的介电油隔离筒，与缺少这个环的电机相比，这个筒可以增大磁化激励要求。定子绕组由对于每个线圈层具有相同直径的油浸电缆制造。诸层借助于槽中的垫片彼此隔开，并且用楔形件固定。关于绕组的特别之处在于，它包括串联连接的两个所谓的半绕组。两个半绕组之一位于、对中在绝缘套内。定子绕组的导体由周围的油冷却。有这么多油在系统中的缺点是，有泄漏的危险，并且由故障状态可能导致大量的清理工作。绝缘套位于槽外的那些部分带有一个圆柱部分和一个用载流层加强的锥形终端，其目的在于控制电缆进入端部绕组的区域中的电场强度。由CCCP 955369显见，在升高同步电机的额定电压的另一种尝试中，油冷却的定子绕组包括对所有层具有相同尺寸的常规高压电缆。电缆置于形成为圆形的、对应于电缆的横截面面积及固定和冷却剂必需的空隙而径向设置开口的定子槽中。绕组的不同径向布置层由绝缘管包围，并且固定在其中。绝缘垫片元件把管固定在定子槽中。因为油冷却，所以还需要一个内介电环，以把冷却剂同内气隙封离开。所示的结构没有绝缘或定子槽的递减。该结构在不同定子槽之间显示出非常窄的径向腰部，这意味着有显著影响电机磁化要求的大量的槽漏磁通。DE2917717表示在一种电机中用于冷却介质的一个冷却段。该段包括布置在段内的内部冷却导管。US3,447,002表示装有多个环形槽的一个定子铁心，其中布置有导热物体，一个接一个地切向布置在每个槽中，冷却管嵌在冷却物体中。US2,217,430表示一种发电机，带有通过经定子铁心的水循环来冷却用于这样一种电机的定子的装置。根据本专利技术，齿的直接冷却是必要的，并因此间接冷却定子绕组。与常规发电机相比齿还格外长，并且这也使齿的直接冷却成为必要的。本专利技术的目的在于提供一种在引言中描述的这种类型的构造，这种构造将允许定子齿的直接冷却，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转电机，包括一个缠绕有高压电缆的、且装有从一个外磁轭部分（５）径向朝内延伸的定子齿（４）的定子（１），该旋转电机的特征在于，该电机包括一个绕组，该绕组包括一个绝缘系统，该绝缘系统包括至少两个半导体层，每层本质上构成一个等电位表面，并且还包括在其之间安置的固体绝缘物；其特征还在于，至少一个定子齿（４）连接到至少一根冷却管（１８）上，冷却管（１８）在定子齿（４）中径向延伸，并且连接到一个其中布置有循环的冷却剂（３６）的冷却回路（３４）上；并且其特征还在于，把冷却布置成发生在定子齿（４）的至少大部分轴向延伸部分上。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：玛斯雷乔，古娜奇兰德，卡拉斯伊万森，
申请(专利权)人：ABB股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]