CN1070519A - 由一个心体和若干绕组元件构成的受浸渍装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一由一个铁磁和导电心体和置入心 体相应槽的若干绕组元件构成的装置。每个绕组元 件具有一良好导电的基体，其周围是弱导电浸渍保护 层覆盖的浸渍绝缘套。在每个绕组元件和其相应槽 的至少一个槽壁之间有一隔离层，它基本上由平设在 绕组元件和槽壁间的云母薄片构成。保护层和槽壁 穿过隔离层经弱导电桥而彼此电接触。本发明所述 装置特别适于采用全浸渍方法制造电机部件，即将本 装置用填充材料(特别是以环氧树脂为基本组分)加 以浸渍。

Description

本发明涉及一个由一个铁磁导电心体和若干绕组元件构成的装置，例如可用于大于20MVA、特别适用于大于50MVA接受功率或发生功率的大型电机，本发明所述装置特别适用于在涡轮发电机中作为其定子。

在这样一个装置中的绕组元件通常具有一个包含至少一根导电良好的金属线或金属棒、特别是包含多根这种金属棒的基体，其周围是包封着半导电保护层的绝缘套。一个绕组元件的绝缘套一般由用填充材料待浸渍或浸渍过的含云母的材料构成;在通常情况下，是一根绕制在基体上的以精细云母为主的条带，填充材料为人造树脂，优先采用热固化的环氧树脂系列，例如一种热固化的环氧树脂和酸酐的混合物。在一个绕组元件中的一根金属线或金属棒可以是空心的，以便引入流体冷却剂。大家知道，绕组元件可以是带有棒型基体、特别是约呈直线型的底部弯曲的基体的绕组棒，也可以是具有由绕线构成的基体的成型线圈;成型线圈通常具有约呈直线型的、分别置于专门槽中的两个部分。绕组棒通常用于特高功率的发电机，例如涡轮发电机上。成型线圈特别适用于小功率的发电机。

最广为所知的制造带有绕组元件的大型电机部件的方法需要制备绕组元件，即在嵌入绕组元件前就具有了被浸渍过的绝缘套并且通过在专门加压模具中使浸渍固化而获得所需要的外部造型。其间，也可以采用所谓全浸渍方法，即将绕组元件安装到相应的心体中之后进行填充材料的浸渍;这样，到目前为止一直是必要的采用加压或类似方法的精密成型就成了多余的工序。此外，在全浸渍方法中，心体上固定绕组元件的槽也全用填充材料填满，这样，绕组元件不需要进一步地采用到目前为止一直是十分必要的楔固措施就远不会脱出地固定在心体的槽中。

在设计由心体和绕组元件构成的待浸渍装置时，应该考虑到此装置既在用填充材料浸渍及其后的固化时，也在以后在电机中应用时均能承受在通常环境温度和大于100℃之间的温度变化。由于心体（一般由铁磁金属材料构成）和填充材料（通常为环氧树脂）热膨胀系数的差异，应该估计和考虑到出现热压力和在填充材料中形成裂缝的可能性。对此人们已经认识到，在每个绕组元件和置入绕组元件槽的至少一个槽壁之间嵌入一个隔离层，它的强度明显小于槽中其它层的强度，以致裂缝优先在此隔离层中形成。为了避免在这些裂缝的辉光放电（这种情况特别是在大型电机的定子中将构成危险），需将此隔离层电屏蔽，即将其嵌入到至少是两个彼此相连的弱导电层之间，其中，直接与绕组元件连接的弱导电层通常可以作为绕组元件“外放电保护”的保护层。隔离层后面和保护层对面的另一弱导电层的功能在某种情况下可以由槽壁本身承担。然而也可以嵌入一层附加的导电或弱导电夹层。

在制造大型电机部件时采用全浸渍方法的其它实施方案可以参考WO    91/01059    A1和EP    0379012    A2;这两篇文献涉及由铁磁和导电心体和绕组棒所构成的装置以上述方式按全浸渍方法的制造。此外，第二篇文献还给出了在利用全浸渍方法优点的情况下，绕组棒在心体中的固定是怎样构型的。

关于全浸渍方法在大型电机部件制造方面应用的进一步说明可以参考DE    3636008    A1和美国专利3，990，029。然而这两篇文献仅涉及具有绕组棒的装置，其绝缘套在嵌入心体中时已经浸渍过了。

关于制造电机绕组元件和绕组的说明以及在高电、热负载电机上如何绝缘的说明可参考H.Sequenz编著的“电机绕组制造”一书，Springer出版社，维也纳和纽约1973年出版。关于电机绝缘的重要材料云母的详细阐述可参考西门子公司H.-W.Rotter所著“云母和云母制品”一书，柏林和慕尼黑1985年出版。特别是在这本著作中包括着片状云母（即通过剥分大云母晶体所获得的薄片）和精细云母（即通过精细研磨而获得的像纸一样的云母制品）应用的各种实施方案。片状云母和精细云母特别适用于由相应云母制品在诸如日本纸、玻璃织物和人造纤维织物上形成的云母条带。正如上述两本参考书所述，精细云母特别适于制造在高电、热负载电机上的绝缘，因为片状云母构成的绝缘层因弹性作用和进一步剥分的倾向而导致空隙形成要比精细云母容易得多，从而可能引起绝缘层中的辉光放电。

一种按全浸渍方法以填充材料浸渍的由铁磁和导电心体和绕组棒构成的装置示于WO    91/01059    A1，如上所述：在此装置中，在每个绕组棒和其所属槽的至少一个槽壁之间设置一个隔离层，此层具有电屏蔽以避免辉光放电。此隔离层是由不被填充材料浸润的物质做成的，这些物质可以是涂层或者是织物或薄膜的浸渍物，它们在某种情况下可能由孔或类似方式让填充材料穿过。为了保证隔离层的屏蔽，将此层置于两个弱导电夹层之间。这两个夹层或者是通过穿通隔离层而彼此相连从而形成电接触，或者是采用一个与两个弱导电层相连的金属接触导体。

本发明的任务在于给出一个由一个铁磁和导电心体和置于心体相应槽中的若干绕组元件所构成的装置，此装置以全浸渍方法采用填充材料进行浸渍（其中，绕组元件的绝缘套亦得到浸渍），在每个绕组元件和每一槽的至少一个槽壁之间设置一个可以穿过填充材料的隔离层，并且通过穿过隔离层使每个绕组元件的保护层和槽壁彼此电接触，其中，必须不采用难于浸渍的隔离方式，也不需要由于可能产生涡流损耗而导致局部发热的特制金属接触导体。

本发明所述由铁磁和导电心体和置于心体相应槽中的关于绕组元件构成的装置中

a）每个绕组元件有一个导电良好的基体，其周围包围着可浸渍的绝缘套，此绝缘套被一个弱导电的可浸渍保护层所覆盖;

b）在每个绕组元件和其相应槽的至少一个槽壁之间有一个可浸渍的隔离层;

c）通过穿过隔离层实现保护层和槽壁的电接触;

本发明所述装置的特征在于：

d）隔离层基本上由云母薄片构成，它们平设在绕组元件和槽壁之间;

e）保护层经多个弱导电桥与槽壁电接触。

本发明特别能够利用片状云母可分离的优点。云母晶体和由云母晶体获得的云母片由于晶体结构倾向于在特定的解理面上进一步分离，其中，云母片分离成更薄的许多互相重叠的薄片。这种性质可用来在本发明所述装置的每个槽内形成若干区，通过收缩过程而引起的云母分离集中在这些区中。此装置的可浸渍性不会由于采用片状云母而受到影响，在全浸渍过程中，填充材料可以从若干云母薄片之间流过，或者横过鳞片状互相重叠的云母薄片之间的缝隙。

此外，本发明可以有效地排除由于在槽中随时间而变化的磁场产生的涡流，因为采用了一个弱导电体取代良好导电接触导体，它通过穿过隔离层而形成电接触。与此相应，本发明所述装置特别适于制造用途广泛的电机定子，在这种电机中，在心体槽中的交变磁场比较强，因此采用良好导电的接触导体易产生较大的涡流从而是很不利的。

比较有利的是在本发明所述装置中，云母薄片固定在浸渍的载体面上或是在载体中，比较好的方法是采用一种片状云母薄膜或者是在浸渍纸或浸渍织物上带云母薄片的片状云母条带。在可能情况下，可以采用包在这类载体之间的一种片状云母制品。在上述这些情况下，特别有利的是以一种弱导电织物作为载体，这些织物以多种形式提供。它们可以由弱导电的人造纤维构成，通过掺入导电颜料（例如煤烟）使其变为导电体或呈现弱导电夹层。

本发明所指“弱导电”的概念可以这样理解：一个平面扩展的薄导电物（一个薄膜或一块织物）对于流过其表面的电流所呈现的电阻可以用所谓比表面电阻表征。比表面电阻等于构成对象的物质的比电阻与其厚度之商，从而等于电流垂直或平行其各边流过的一个单位方形的电阻。其它造型的平面件的电阻等于其比表面电阻与一个系数相乘，其中，此系数仅与对象造型相关而特别是与此对象的伸延状况无关。本发明中所谓的“弱导电”是指这样的织物和类似物质，其比表面电阻约为典型的、在电机中已知的放电保护装置的比表面电阻数值。比表面电阻在2KΩ和100KΩ之间，特别是在5KΩ和30KΩ之间的导电织物特别适用。这些表征弱导电的数据是指树脂浸渍后的织物，通常情况下，树脂浸渍可以很大地提高一种织物的比表面电阻，在此织物中，树脂在浸渍前还在彼此接触的纤维之间构成绝缘层。实践表明，树脂浸渍可以将一个良好导电或弱导电织物的比表面电阻提高十倍。

在本发明所述装置的各种实施方案中，用于连接保护层和槽壁的桥同样可以由弱导电织物构成。例如可以将一个弱导电条带的若干段穿过隔离层，从而使它们既与一个绕组元件的保护层、也与槽壁电接触。特别有利的是将唯一的弱导电织物条带沿着绕组元件穿过隔离层的许多缝隙，使其逐段交替地位于隔离层的两侧，这样，本发明所述的桥就是条带上穿过隔离层的各段。

本发明所述装置的另一个有利的实施方案是在隔离层和槽壁之间嵌入一个由弱导电织物构成的夹层。这样的夹层可以覆盖槽的全部内表面，即两个槽壁和槽底的面积。在某种情况下仅用夹层覆盖一个槽壁也就足够了。这样一个夹层可以用于将绕组元件固定在槽内，因为通过嵌入夹层使隔离层产生了一定的不平整度，并且，即使在隔离层内形成了若干裂缝，仍然可以避免出现大面积的或可能贯穿整个槽的缝隙。以此方式，在隔离层内尽管形成了裂缝，仍然可以实现绕组元件某种程度的位置固定，这就是此方法有利之处。

在本发明所述装置中，在不影响其它构造的情况下，只要是设置一个夹层，则此夹层就可以作为云母薄片载体而用于隔离层，这样，制造该装置所需的部件数目即可减少从而使生产成本下降。

根据本发明所述装置进一步有利的构型具有另一种可能性，这种可能性在某种情况下，可以与其它构型相结合，即每个绕组元件可以由自身的隔离层覆盖。以此方式，隔离层可以在绕组元件放入槽之前的准备阶段形成。这就从根本上简化了放入过程，因为，所有需要放入槽的部件，在放入槽前可以很容易地而且不会因空间过窄而受到任何损坏地安装在绕组元件上。每个绕组元件的隔离层就成了一个环绕在绕组元件上的多圈含云母片的隔离条带的有利形式。

弱导电桥采用弱导电织物条带构成是比较有利的，此条带沿绕组元件固定，即构成隔离层的条带交替地沿此带上方、下方缠绕在绕组元件上。

此外，夹层也以弱导电织物形式设置在由隔离层覆盖的绕组元件上也是比较有利的。例如对绕组元件可以在隔离层上面用弱导电条带缠绕。

本发明所述装置的各种构型在用填充材料特别是环氧树脂或一种环氧树脂和酸酐的混合物浸渍后，特别适合作为大型电机，特别是定子的部件。

采用固化了的填充材料特别是环氧树脂、环氧树脂与酸酐的混合物或以环氧树脂为基本材料的其它配方浸渍的本发明所述装置各种实施方案的优点在于，每个槽至少有一个主要是平行于槽壁的电屏蔽隔离层，其强度小于在槽中其它层的强度并且在此层中由于热致收缩过程引起的裂缝极易产生，然而并无有害后果。

以下藉助于附图所示的几个实施例对本发明作进一步的阐述。这些实施例是为了强调本发明根本性的特征，有可能简化地图解和/或表示得有些变形。各图表示

图1    本发明的一个简单实施例;

图2    根据本发明进一步构型的实施例;

图3和图4    一个在本发明特别有利的实施形式中应用的绕组元件的各向视图。

图1示出由一个铁磁和导电的并列多层叠片16构成的心体1和置于心体1槽3中的两个绕组元件2组成的装置的局部图。槽3用槽挡板15封闭。每个绕组元件2有一个导电良好的基体4，其周围包围着一个绝缘套5，其上面有一层缠绕在绝缘套5上带状构型的保护层6。在每个绕组元件2中都描绘了一个未形成具体结构的基体4，应当指出，在大型电机上通常每个绕组元件都包括一个带有多根金属棒或金属线的基体，其中至少有一部分是空心的，以便导入流体冷却剂，例如空气、氢气或水。每个绕组元件2的保护层6上缠绕着一个隔离层8;此隔离层8由一根在纸或纤维载体11上包含云母薄片10的条带构成。为了表示载体11，隔离层8的云母薄片10省略了。为了在保护层6和一个槽壁7之间形成弱导电桥9，弱导电条带12与隔离层8一起以如下方式缠绕在绕组元件2上，即条带12交替位于隔离层8的上方、下方。这样，条带12既与保护层6，也与槽壁7连接;穿过隔离层8的条带段12构成桥9，因为在图中每个绕组元件2全部被隔离层8覆盖。根据本发明的这些机械强度较小的层不仅位于每个绕组元件2和仅一个槽壁7之间，而且也位于每个绕组元件2和每个槽壁7之间，同时也位于每个绕组元件2和槽底14之间。

图2示出了本发明所述由心体1和置于心体1的一个槽3中的绕组元件2构成的装置的另一个实施例。槽3被槽挡板15封闭。每个绕组元件2有一个基体4、一个绝缘套5和一个保护层6，并且被隔离层8所覆盖。在槽壁7和两个绕组元件2之间嵌入了一个导电的、最好是弱导电织物的夹层13，此夹层13以上述方式进一步改善了隔离层8的性能。图中示出的夹层13仅覆盖了一个槽壁7，并很有可能在某种情况下采用一种覆盖槽的两个壁7和槽底14的U形夹层是有利的。

本发明所述装置的一个特别优异的实施例是采用一个绕组元件2及其附加部件实现的，如图3中的俯视图和图4中垂直于图3视面的截面所示。具有基体4、绝缘套5和保护层6的绕组元件2（在图示例中为一根绕组棒）被周围有夹层13的隔离层8覆盖。为了使保护层6与夹层13电接触，一根弱导电条带12交替在隔离层8上方、下方穿过在隔离层8上的缝隙17，这样，它即与夹层13，也与保护层6连接。桥9由带12穿过缝隙17的一段构成。根据本发明仅还需要将图3和图4所示装置转入支架中;所有置入支架的部件均已与绕组元件2构成一体。很清楚，最为有利的是绝缘套5、保护层6、隔离层8以及夹层13是按照先后次序将各种带缠绕在基体4上制成的，所述各种带可以是弱导电的和/或含云母的带。这种可能性在图1和图2中已经表现出来，当然也可以用在图3和图4的装置上。

本发明所述由一个铁磁和导电心体和各种类型绕组元件构成的装置以独特的方式，在必要的制造成本、也在工作负载方面均能满足制造大型电机部件、特别是定子的全浸渍方法的要求。

附图说明

1    心体

2    绕组元件

3    槽

4    基体

5    绝缘套

6    保护层

7    槽壁

8    隔离层

9    桥

10    云母薄片

11    载体

12    弱导电条带

13    夹层

14    槽底

15    槽挡板

16    片

17    缝隙

Claims (15)

1、由铁磁和导电心体(1)和置入心体(1)相应槽(3)的绕组元件(2)构成的装置

在此装置中

a)每个绕组元件(2)具有一个良好导电的基体(4)，其周围包围着由弱导电可浸渍保护层(6)覆盖的可浸渍绝缘套(5)；

b)在每个绕组元件(2)和其相应槽(3)的至少一个槽壁(7)之间制备了一个可浸渍的隔离层(8)；

c)保护层(6)和槽壁(7)通过穿过隔离层(8)彼此电接触；

此装置的特征在于：

d)隔离层(8)基本上由平设在绕组棒(2)和槽壁(7)之间的云母薄片构成；

e)保护层(6)经多个弱导电桥(9)与槽壁(7)电接触。

2、根据权利要求1的装置，云母薄片（10）固定在浸渍载体（11）面上或是在其中。

3、根据权利要求2的装置，载体（11）为弱导电织物。

4、根据上述权利要求中一个权利要求的装置，桥（9）由弱导电织物构成。

5、根据权利要求4的装置，桥（9）由弱导电织物条带（12）形成，此条带（12）多次穿过隔离层（8）从而既与保护层（6）、也与槽壁（7）电接触。

6、根据上述权利要求中一个权利要求的装置，一个由弱导电织物构成的夹层（13）位于隔离层（8）和槽壁（7）之间。

7、根据权利要求6的装置，夹层（13）覆盖槽壁（7）。

8、根据权利要求6或7的装置，隔离层（8）固定在夹层（13）上。

9、根据上述权利要求中一个权利要求的装置，每个绕组元件（2）被一个隔离层（8）覆盖。

10、根据权利要求9的装置，每个隔离层（8）是一个多次围绕绕组元件（2）缠绕的条带。

11、根据权利要求10的装置，一个由弱导电织物构成的条带（12）被隔离层（8）上下交替地缠绕在绕组元件（2）上，以形成桥（9）。

12、根据权利要求9至12的装置，在每一个绕组元件（2）上，隔离层（8）均被由弱导电织物构成的夹层（13）所覆盖。

13、根据权利要求12的装置，夹层（13）是一个由弱导电织物构成的缠绕在隔离层（8）上的条带。

14、根据上述权利要求中一个权利要求的用填充材料，特别是固化了的环氧树脂浸渍的装置，每个槽（3）至少有一个基本上平行于一个槽壁（7）的电屏蔽隔离层（8），其强度小于槽（3）中其它层的强度。

15、根据上述权利要求的用填充材料、特别是固化环氧树脂浸渍的装置用作大型电机的部件，特别是定子。

Images