CN103620920A - 异步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有以不同的转速应用的滑环转子的异步电机，具有：转子；转子体，其具有径向地安置在转子体中的槽；转子的绕组元件，这些绕组元件中的至少一个分别轴向地穿过每个槽延伸；锁止件，其与转子体形状配合地共同作用并且将槽向外封闭；带有围绕每个绕组元件的外爬电保护装置的高压绝缘装置。本发明的特征在于，在绕组元件的外爬电保护装置和槽的至少一个在圆周方向上相邻的壁之间设置有用于将绕组元件与转子体可拆卸地连接的导电连接件。

Description

异步电机

技术领域

本发明涉及一种根据在权利要求1的前序部分中所述的、具有以可变的转速应用的滑动转子的异步电机。此外，本发明还涉及一种用于具有这样的异步电机的水力发电站的机组。

背景技术

异步电机在现有技术中是已知的。典型的是，异步电机引用作为电机或者发电机。其有带有绕组的转子构成，该绕组通过滑环来接触。为了使绕组安全和可靠地锚定在转子或者异步电机的转子中通常已知的是，绕组定位在异步电机的转子的槽中并且粘接在那里。典型的是，其通过将整个转子浸入到合适的溶液中，例如由环氧树脂构成的溶液中，从而将转子作为整体来粘接。

这种用于在异步电机的转子的区域中固定绕组元件的方法是被验证过的并且是可靠的。但是，这种构造对异步电机的确定的结构尺寸产生了限制。问题在于，异步电机，尤其是双馈异步电机的结构尺寸越来越大，并且例如在抽水蓄能电站的情况中设置为在水力发电站中作为发电机或者电动发电机来应用。这种类型的典型设计为超过30MVA的功率级别的机器在此具有非常大的结构尺寸。转子直径典型地在3至8m的尺寸等级中，从而使得例如在真空下利用环氧树脂对转子的完全地浸渍不能实现或者只能以非常高的成本来实现。而且例如在高压灭菌器中的接下来的硬化也要求特别大的结构并且因此非常复杂和昂贵。在通常的生产能力的情况下，这在经济上是不可能的。

即使在转子中的绕组元件成功地以可容忍的成本费用通过对转子的浸渍来粘接，这种构造的另外的问题在于，在这种类型的机器中，可维护性仍然起决定性的作用。基于这种类型的机器直至投资回收的总成本和必要的寿命，可能需要更换单个的绕组元件，而同时不会损害机器的转子或者转子体。在完全粘接的构造中，这显然是不可能的。

另外的问题在于，这种机器以非常高的可变转速运行。在该结构中，结构尺寸相应较大地和较重地设计的绕组元件上的离心力因此会非常大。纯粘接可能不能保持该离心力。因此，在现有技术中，通常在容纳绕组元件的槽的区域中径向向外地设置锁止元件，其将槽径向向外地封闭并且设置为与转子体形状配合地啮合。利用该种措施，绕组元件可以很好地防止离心力，然而问题在于，典型地具有绝缘体和围绕该绝缘体的外爬电保护装置的绕组元件在常规的运行期间必须与槽壁接触，绕组元件容纳在该槽中，从而实现在外爬电保护装置和转子体之间的可靠的电导通。如果中断了接触并形成气隙，那么会由于火花放电而产生电火花侵蚀，其会损毁绕组元件的绝缘体和外爬电保护装置并进而损毁转子。

发明内容

本发明的目的在于提出一种异步电机，在该异步电机中，绕组元件在转子的区域中如此地固定，即即使在波动的热和/或机械负载时也能够可靠和安全地确保绕组元件的绝缘体的外爬电保护装置与转子体的材料之间的可靠的接触，并且同时在良好的固定绕组元件时，在转子的区域中提供转子的简单的可替换性，而不损坏转子。

根据本发明，该目的通过权利要求1的特征部分所述的特征实现。根据本发明的异步电机的另外优选的设计方案在从属权利要求中给出。此外，在权利要求14中给出了一种具有这种类型的异步电机的机组。

在根据本发明的异步电机中提出，转子绕组元件在其槽中通过锁止元件如现有技术一样保持。附加地，根据本发明提出，在绕组元件的外爬电保护装置和槽的至少一个在轴向上相邻的壁之间布置有用于将绕组元件与转子体可拆卸地连接的导电连接件。用于将绕组元件与槽至少在轴向方向上可拆卸地连接的导电连接件一方面提供绕组元件总是能可靠地从槽中卸下的可能性，并且另一方面可以通过安全和可靠的连接确保在绝缘体和绕组元件的外爬电保护装置以及槽的壁之间的导电能力。火花放电和由此造成的可能会损坏绕组元件的绝缘体的电火花腐蚀可以由此可靠和安全地避免。在本发明的范畴中，导电连接在此应该理解为具有导电能力的各种连接，其至少应该大于处于绕组元件的外爬电保护装置的导电能力的数量等级中。在本发明的范畴中，导电材料也可以抵抗电流，也就是完全具有在大约200-50,000欧姆/平方的数量等级中的特定的电表面阻抗。

在根据本发明的异步电机的结构的优选的改进方案中提出，连接件具有导电层和膏状材料。导电层例如可以是箔片或者尤其是导电的纸。该导电层与膏状材料，例如粘合剂共同确保绕组元件在槽中的可靠固定。例如，绕组元件可以由膏状材料涂抹并且由导电层包围。通过导电层和膏状材料（其在所述的实施例中同样必须是导电的）一方面实现安全和可靠的连接，另一方面导致在导电层和上述实例的槽的壁之间没有材料配合和附着力。由此可以实现连接的解除。

在优选的改进方案中，膏状材料在此这样地设计，即在硬化时其体积增大。当该结构设置在槽中时，膏状材料相应地膨胀，并且用于实现与槽的可靠的形状配合的连接。

膏状材料例如可以设计为环氧树脂基的。

此外，根据该设想的另外的特别有利的设计方案提出，膏状材料被弹性硬化。其也能够以预定的弹力硬化，例如使用硅树脂作为膏状材料。由此，在温度条件下的波动和/或机械波动时也可以实现绕组元件和槽的膨胀的相应的补偿，从而即使在该条件下也能够在绕组元件和槽的壁之间实现安全和可靠的导电连接。

此外，在另一个特别有利的设计方案中提出，该层至少设计为单次折叠的，其中，膏状材料布置在至少两个通过折叠形成的部段之间。在该结构中，膏状材料的种类明显是随意的，因为该材料无需是导电设计的。其这样地布置在层的通过折叠形成的部段之间，即该材料仅仅与层接触。层的各个部段的将膏状材料彼此分开的表面一方面与绝缘的绕组元件接触并且另一方面与槽的壁接触。当膏状材料在硬化时体积变大时，该膏状材料用于以上述的方式将绝缘的绕组元件可靠地保持在槽中。通过以下方式，即该膏状材料分别通过层不仅与槽的壁连接，而且与绕组元件的外爬电防护装置连接，一方面通过层确保了外爬电保护装置和槽的壁之间的导电性能，并且另一方面与两个参与对象不接触，从而再次相对于上述的构成简化了拆卸程序。

在根据本发明的异步电机的另外一个特别优选的设计方案中可以补充地或者可选地提出，连接件包括由导电材料制成的楔块。利用这样的优选在径向方向上在绕组元件和槽的在周向方向上相邻的壁之间安置的楔块，同样可以在绝缘的绕组元件和槽的壁之间实现机械的固定和形状配合的连接。当楔块的材料至少在上述的范畴中设计为导电时，将附加地确保导电能力。原理上，对于楔块当然可以应用相应的材料，该材料具有较小的弹性，从而即使在绕组元件和转子体的材料之间的取决于热的膨胀差别的情况下的楔块的松动也可以实现楔块的安全和可靠的保持。

在根据本发明的异步电机的另外的设计方案中，连接件也可以设计成弹簧件。这种类型的例如实现为波浪弹簧的弹簧件在此具有决定性的优点，即其实现绕组元件通过弹簧件与槽的壁并且优选地在绕组元件与弹簧件相对的一侧直接与槽的壁的安全和可靠的形状配合。由此可以利用在一侧在绕组元件和槽的在轴向方向上相邻的壁之间安置的弹簧件实现可靠和安全的固定，该固定设计为同时导电的并且可机械地拆卸的。

一种用于这种类型的异步电机的特别优选的应用，该异步电机在优选的改进方案中可以设计为双馈异步电机，该异步电机在此应用于水力发电站的机组中，该机组具有水轮机和泵涡轮机以及异步电机，该异步电机由水轮机或者泵涡轮机驱动或者驱动泵涡轮机。尤其在用于水力发电站的机组的这种类型的应用中，异步电机以上述类型利用根据本发明的方式在转子体中对绕组元件的固定具有特殊的意义，其中，该水力发电站通常具有在重力的方向的异步电机的转子轴并且典型地需要异步电机的功率级别超过30MVA。在这种类型的通常以极其强烈地波动的转速运行的机器中，机械负载和热负载通常展现出巨大的挑战。这可以根据所述类型的导电的可拆卸的固定来抵消，即通过在转子中的绕组元件的绝缘装置的区域中的电火花侵蚀导致的异步电机的损坏能够被安全和可靠地避免。在此，这种构造是简单和高效的并且尤其允许相对简单地更换当前损坏的绕组元件，而不会在更换绕组元件时损坏转子。这尤其在水力发电站的区域中的异步电机的情况中是有重大意义的，因为这非常紧凑并且被使用非常长的时间。此外，连接件在具有垂直的旋转轴的机组的典型构造必须抵抗重力来保持相对大和重的绕组元件。利用根据本发明的连接件可以良好的实现这一点。

根据本发明的异步电机以及具有这种类型的异步电机的机组的另外的优选设计方案由异步电机的从属权利要求中得出，并且参考附图根据实施例进一步描述。

附图说明

图中示出：

图1是用于水力发电站的机组的原理图；

图2是在垂直于旋转轴的部段平面中的异步电机的转子的截面图；

图3是在根据本发明的第一实施例中的在图2的附图的放大图；

图4是在根据本发明的第二实施例中的在图2的附图的放大图；

图5是在根据本发明的第三实施例中的在图2的附图的放大图。

图6是根据本发明的连接件的第四实施例的三维视图；

图7是根据图6的部段的放大的截面图。

具体实施方式

在图1中极其示意性地示出了水力发电站1。在水力学方面，水力发电站1的核心在于供应系统2，其将水从在此未示出的上水的区域中输送至水轮机3并且通过原理性地示出的扩散器4输送到同样并未示出的下水区域中。通过由上水向下水流动的水来驱动的水轮机3在此围绕旋转轴R旋转，该旋转轴如在这样的装置中通常的那样垂直于重力g的方向指向。水轮机3的旋转通过轴5传递到具有滑环转子的双馈异步电机7的转子6上。异步电机7除了转子6之外还包括原理性示出的定子8。异步电机7用于在在此示出的实施例中将由水在水轮机3上产生的旋转能量转化为电能。在在此示出的实施例中，该异步电机也展示为发电机。作为补充或者可选的是，当然也可以取代在此示出的水轮机3而使用泵涡轮机。该泵涡轮机如其例如在抽水蓄能电站中通常的那样能够一方面将从上水流动到下水的区域中的水以上述的方式转化成旋转能量。由此可以通过异步电机7产生电能。在存在电能过剩的时刻，异步电机7也可被电机驱动，从而通过泵涡轮机将水在此从下水的区域泵回到上水的区域中。当对电能有很高的要求时，这可以再次以上述的方式和方法来应用，以来获得电能。

在图2的视图中仅仅示出了转子6的一部分的截面。在图2中的原理性的但并不是按比例尺示出的位置中示出的、在垂直于旋转轴R的平面中的横截面示出了转子6的转子体9，其典型地设计为由多个在轴向方向上彼此堆叠的金属片元件构成。该转子体9具有槽10，该槽在旋转轴R的轴向方向穿过转子体9延伸并且在径向方向上向外打开地设计。在该槽10中典型地置入有两个绕组元件11。该被描述为棒状的绕组元件11由导电非常良好的材料12制成，如铜。其可以作为实心材料或者单个彼此连接的材料段实现。绕组元件11的这种构造除了具有导电良好的材料12之外还具有电绝缘体13，其能够以已知的方式和方法例如由以环氧树脂浸渍包围导电良好的材料12的云母带构成。当然，在异步电机7的所述尺寸等级中（其对于在水力发电站1的典型的应用中其转子6具有大约3至8m的直径并且具有超过30MVA的功率），绝缘体13是高压绝缘体。在这样的高压绝缘体中，典型地在绝缘体13的外部区域中实现有已知的外爬电保护装置。在此，其涉及在绝缘体13的外部区域中的导电层或者导电层结构，该绝缘体确保其与接地的转子体9的连接。

绕组元件或者棒11在异步电机7运行时，由于转子6的旋转而承受相应的离心力，该离心力可能使绕组元件或者棒从槽10中在径向方向上甩出。这在示出的构造中通过锁止元件14阻止，其这样地与转子体9的材料形状配合地共同作用，即该锁止元件14将槽10在径向方向上向外封闭并且将绕组元件11安全和可靠地在径向方向上保持在槽10中。

如果现在在绝缘体13的外爬电保护装置和槽的相邻的壁之间出现间隙空间，那么这会导致火花的飞弧。由此会导致在绝缘体13的区域中的侵蚀，这最终会导致绝缘体的损毁并进而导致在异步电机7的区域中的功能损坏。这无论如何都是要被阻止的。此外，绕组元件11的固定应该进一步被机械可拆卸地设计，从而通过去除锁止元件14能够将绕组元件11从槽10中去除。

在图3的附图中可以看到在此合适的第一连接件16，其以波浪弹簧16.1的形式设计为弹簧元件。该波浪弹簧在在此示出的径向外侧地布置的绕组元件11的截面中布置在具有外爬电保护装置的绝缘件13和槽10的壁15之间。波浪弹簧16用于将具有外爬电保护装置的电绝缘体13在棒11的背离波浪弹簧16.1的一侧一方面相对于槽10在那里的壁15压紧并且用于通过导电设计的波浪弹簧16.1实现在电绝缘体13和槽19在轴向方向上的另外的壁15之间的机械连接和电接触。由此实现可靠和安全的固定，其也在棒11的区域中的晃动和另外类型的机械运动时以及由于棒11和转子体9的不同的热膨胀的原因出现的运动时确保在转子体9和棒11的电绝缘体13之间的安全的连接和可靠的导电接触。

在图4的视图中可看到连接件16的可选实施例。该结构对应于图3中描述的构造。取代波浪弹簧16.1，连接件16在此设计为楔块16.2。这个将棒11在槽10中相应地楔紧的楔块16.2用于将棒11的背离于楔块的一侧相对于槽10的壁15压紧并提供接触，且将棒11的另一侧通过楔块16.2与槽10的另一个壁15抵压。

在图5中的视图中示出了连接件16的可选实施例，该视图基本上示出了图3和图4中的视图的相同截面。棒11在此作为原理上的截面图示出并且示出了在单一构造中的材料12和电绝缘体13，而其在截面图中彼此没有区分。这在图5以及接下来的图6和7中用于简化视图。具有在此未示出的绝缘体13的棒11在图5中由膏状材料17包围，其在其方面由层18包围。该层18例如可以是箔片，然而尤其可以设计为导电的纸。膏状材料17可以设计为粘合剂，其通过适当地添加导电颗粒，例如金属颗粒、石墨或类似物而具有一定的导电能力。总体上，由构成连接件16形成的膏状材料17和层18的该构造包围具有带有外爬电保护装置的在此并未示出的绝缘体的棒11。膏状材料17在此设计为使得其在硬化时体积增大一些，也就是膨胀。这样的材料例如能够以硅树脂基实现。在装配时，棒11现在典型地与其绝缘体和外爬电保护装置由膏状材料17涂覆并且利用由导电纸构成的层18包围。接下来，该构造被置入到槽10中。然后膏状材料17硬化并膨胀。由此导致棒11在槽10中的形状配合的伸展，从而使其可靠和安全地保持住并通过导电层18和导电膏状材料17实现棒11的外爬电保护装置与槽10的壁15进而与转子体9的电接触。层18同时阻止膏状材料17在转子体9的区域中粘附在槽10的壁15上。借此可以在拆除图2中示出的锁止元件14之后将结构在径向方向上向外由转子6的区域中去除，而不会由此损坏转子体9本身。

在图6的附图中可看到可选的替代方案。这在三维视图中示出了层18的应用，该层通过折叠成至少两个彼此连接的部段18.1和18.2。在这两个部段18.1和18.2之间置入膏状材料17。利用由共同构成连接装置16的折叠的导电层18和膏状材料17构成的、在两个通过折叠形成的部段18.1和18.2之间的该连接，配备有绝缘体和外爬电保护装置的棒11被缠绕。如此被缠绕的棒被推入到槽10中并且膏状材料17在硬化时以上述的方式和方法膨胀。由此通过形状配合实现棒11在槽10中的安全和可靠的固定。

在图7的放大截面图中示出了槽10的壁15的一部分以及配备由绝缘体13和外爬电保护装置的棒11的一部分，其中绝缘体和外爬电保护装置处于简化视图的目的而并未详细地示出。具有两个部段18.1和18.2的折叠的部段18以及在两个部段之间的膏状材料17处于在棒11和转子体9之间。相对于上述构造的优点在于，膏状材料17不用设计成导电的并且例如可以是简单的硅树脂或者类似物。在棒11的外爬电保护装置的表面和在转子体9中的槽10的壁15之间的导电能力通过导电层18实现，其利用其部段18.2接触棒11的外爬电保护装置并且利用其另一个部段18.1接触槽10的壁15.此外，层18不仅在槽10的壁15的区域中而且在棒11的区域中阻止连接件16的固定粘接，从而确保连接件16不仅相对于棒11而且相对于槽10的壁15的可拆卸性。

Claims (14)

1.一种异步电机（7），具有用于以可变转速应用的滑环转子，所述异步电机具有：

1.1转子（6）；

1.2转子体（9），所述转子体具有径向装配在所述转子体（9）中的槽（10）；

1.3所述转子的绕组元件（11），所述绕组元件中的至少一个分别轴向地穿过每个所述槽（10）延伸；

1.4锁止件（14），所述锁止件与所述转子体（9）形状配合地相互作用并且径向向外地封闭所述槽（10）；

1.5带有围绕每个所述绕组元件（11）的外爬电保护装置的高压绝缘装置（13）；

其特征在于，

1.6在所述绕组元件（11）的外爬电保护装置和所述槽（10）的至少一个在轴向方向上的相邻壁（15）之间设置有用于将所述绕组元件（11）与所述转子体（9）可拆卸地连接的导电的连接件（16）。

2.根据权利要求1所述的异步电机（7），其特征在于，所述连接件（16）具有导电层（18）和膏状材料（17）。

3.根据权利要求2所述的异步电机（7），其特征在于，所述膏状材料（27）在硬化时增大其体积。

4.根据权利要求2或3所述的异步电机（7），其特征在于，所述膏状材料（17）是导电的。

5.根据权利要求4所述的异步电机（7），其特征在于，所述层（18）设置在所述所述膏状材料（17）和所述槽（10）的所述壁（15）之间。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的异步电机（7），其特征在于，所述膏状材料（17）是弹性硬化的。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的异步电机（7），其特征在于，所述层（18）设计为至少单次折叠的，其中所述膏状材料（17）布置在至少两个通过折叠形成的部段（18.1，18.2）之间。

8.根据权利要求7所述的异步电机（7），其特征在于，所述部段（18.1，18.2）一方面布置在所述膏状材料（17）和所述槽（10）的所述壁（15）之间，并且另一方面布置在所述膏状材料（17）和所述绕组元件（11）的外爬电保护装置之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的异步电机（7），其特征在于，所述连接件（16）包括由导电材料制成的楔块（16.2）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的异步电机（7），其特征在于，所述连接件（16）包括由导电材料制成的弹簧件（16.1）。

11.根据权利要求10所述的异步电机（7），其特征在于，所述弹簧件（16.1）被形成为波浪弹簧。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的异步电机（7），其特征在于双馈电的设计。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的异步电机（7），其特征在于，额定负载超过30MVA。

14.一种用于具有水轮机（3）或者泵涡轮机和根据权利要求1至13中任一项所述的异步电机（7）的水力发电站的机组，所述异步电机由所述水轮机（3）或者所述泵涡轮机驱动或者驱动所述泵涡轮机。

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