CN115776187A

CN115776187A - 定子、电机及制造定子的方法

Info

Publication number: CN115776187A
Application number: CN202211082914.8A
Authority: CN
Inventors: 阿里·瓦尔蒂艾宁; 约里-佩卡·凯塔莫; 克拉斯·桑德霍尔姆
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2023-03-10
Also published as: EP4145685A1; KR20230036537A

Abstract

一种旋转电机的定子、旋转电机及制造定子的方法。定子包括：适于产生多个相系统的多个绕组段；至少一个安装箱，其用于接收来自所述绕组段的线缆，其中，多个相系统由在定子的圆周上均等地划分的绕组段形成。至少一个安装箱包括用于多个相系统的母线，并且多个相系统中的每一个在至少一个安装箱中可连接至对应的变频器。

Description

定子、电机及制造定子的方法

技术领域

本发明涉及旋转电机的定子，并且特别地涉及由绕组段组成的定子。

背景技术

通常使用其中定子绕组由绕组段制成的定子结构来建造大型发电机。所述段是能够安装至定子表面用于产生完整的绕组结构的预制绕组。绕组段彼此连接以形成具有期望的极数目的期望定子绕组。定子绕组通常由变频器进行供应，使得利用绕组生成的能量可以以期望的电气形式即以期望的频率进一步馈送。

对于具有直径在从几米至高达10米范围内的定子的较大机器，向定子供应以绕组段是有问题的，这是因为来自绕组段的线缆需要定子附近的大量空间。此外，当使用大型机器时，常见的做法是使两个变频器对绕组进行供应。为了对来自定子段的线缆进行布线，可以将定子分成具有相等数目的绕组段的两部分。一个变频器供应位于定子圆周的左侧部分中的绕组段，而另一变频器供应右半部分的绕组段。

当以两个变频器进行操作时，即使在两个变频器中的一个故障时也可以进行操作。例如，在发电机的用途中，期望的是即使变频器中的一个故障，也具有用于维持操作的冗余。然而，在其中定子绕组在圆周上一分为二的大型机器中，当仅以一个变频器进行操作时，可能出现问题。由于产生的转矩不平衡而产生的力影响整个定子结构，并且可能向结构施加高幅度振动以及弯曲，这可能导致对电机及其支承结构的严重损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种定子、一种电机及一种制造定子的方法，以解决以上问题。本发明的目的通过特征在于独立权利要求中所述的内容的定子、电机及制造定子的方法来实现。从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

本发明基于以下构思：采用至少一个安装箱，所述至少一个安装箱中接收来自定子绕组段的线缆。用于形成多个相系统的定子绕组段均等地分布在定子的圆周上，并且通过使用至少一个安装箱大大地简化了来自绕组段的线缆。

本发明的优点是来自绕组段的线缆可以以最佳的方式进行布置，并且同时绕组段可以被布置成使得获得电机使用中的冗余。

附图说明

下面将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了本发明的实施方式的示意图；

图2示出了安装箱的示意图；以及

图3示出了定子和安装箱的透视图。

具体实施方式

图1示出了本发明的定子的实施方式。定子11由绕组段12至25以已知方式形成。绕组段是可以进行电连接以形成期望的绕组结构的预卷绕结构。在图1的示例中，定子的圆周上示出了十四个绕组段。图1中呈现的绕组段是均产生具有三个相的相系统的结构。示例中呈现的十四个绕组段可以由彼此连接以形成相系统的段形成。关于相系统，其是指当在发电机中如样使用时产生多相电压的完整电压系统。在三相系统的情况下，绕组段12至25均产生三相电压。

根据本发明，定子包括适于产生多个相系统的多个绕组段。此外，本发明的定子包括用于接收来自绕组段的线缆的至少一个安装箱。图1示出了结构中布置有两个安装箱的实施方式。如图1所示，安装箱MBT a和MBT b位于定子的不同侧上。如果在图中将定子用垂直线一分为二，则安装箱在垂直线的不同侧上。

此外，根据本发明，多个相系统由在定子的圆周上均等地划分的段形成。如上所述，相系统是指具有用于该系统的所有相的绕组以及用于进一步连接电压系统的连接点的独立相系统。在图1的示例中，相系统是三相系统。当在发电机中使用时，独立的三相系统产生三相电压。

在本发明中，相系统在定子的圆周上被均等地划分。图1的示例具有产生三相电压的14个段。在示例中这些段被布置成产生两个相系统。由于相系统被均等地划分，因此每隔一个段属于相系统PS1，并且每隔一个段属于相系统PS2。因此，相邻的段在不同的相系统中。当段属于同一相系统时，其对应的相可以直接并联连接。

此外，在本发明中，至少一个安装箱包括用于多个相系统的母线。在图1的示例中，两个安装箱中的每一个包括用于多个相系统的母线。由于在示例中相系统的数目是两个，因此安装箱包括用于两个相系统的母线。此外，由于多相系统为三相系统，因此每个安装箱具有用于两个相系统的三相母线，即，六个母线。

图2示出了安装箱MBT a的示例。示出了图2的用于接收来自定子段的三相电压的安装箱，并且定子段的编号与图1所示的编号对应。

属于同一相系统的绕组段可以并联连接，并且在安装箱中并联连接。例如，在图1的三相系统中，安装箱包括用于第一相系统PS1的相U1、V1、W1的母线以及用于第二相系统PS2的相U2、V2、W2的母线。其在图2中进一步示出，其中第一相系统PS1的母线接收来自定子段21、23、25和19的三相电压。对应地，第二相系统PS2的母线接收来自定子段24、22和20的三相电压。

在本发明中并且如图1和图2所示，多个相系统中的每一个在至少一个安装箱中可连接至对应的变频器。相系统PS1和相系统PS2在安装箱中可连接至单独的变频器FC1和变频器FC2。因此，安装箱的三相母线可连接至专用于单独的相系统的变频器。图2示出了相系统PS1的母线可连接至变频器FC1并且相系统PS2的母线可连接至变频器FC2。

关于图1所示的实施方式，来自绕组段的物理电气连接即线缆可以以这样的方式布置：定子被分成两半，并且绕组段中的一半连接至一个安装箱，而绕组段中的另一半连接至另一安装箱。在安装箱中，所述相系统连接至单独的母线，并且从所述母线连接至对应的变频器。利用以上结构，由于绕组段均等地分布而无需在定子中进行复杂的线缆布线，因此可以冗余操作。

在以上实施方式中，呈现了两个安装箱MBT a、MBT b。安装箱物理地位于定子结构的两个半部附近。根据实施方式，定子中布置有单个安装箱。安装箱可以具有这样的尺寸：使得绕组段在定子结构的其自身侧处均可连接至安装箱。基本地，延伸安装箱，使得安装箱的一端位于将定子一分为二的虚拟中心线的一侧上，而安装箱的另一端位于虚拟中心线的另一侧上。如上所述，用于每个相系统的母线布置安装箱中。由于两个相系统在定子结构的两侧，因此母线通常在安装箱内延伸，以将绕组段中的每一个连接至母线。

如图1进一步所示，两个安装箱连接至变频器。如上所述，变频器FC1从两个安装箱接收第一相系统的线缆，而变频器FC2从两个安装箱接收第二相系统的线缆。在图1的示例中，绕组段的数目示出为14，因此7个段属于同一相系统并且并联连接。图1还示出了从每个变频器接收来自安装箱的7个线缆。来自安装箱的线缆量是指以下事实：应当利用具有足够截面面积的线缆将来自绕组段的电流馈送至变频器。

根据本发明的实施方式，定子是电机的内定子。由于定子是内定子，因此具有定子的电机具有外转子。因此转子被布置成绕定子旋转。在特定结构中例如具有高额定功率的风力发电机中采用内定子结构。根据本发明的实施方式，定子的直径大于5米。直径是指从定子的表面测量的直径。

图3以透视图示出了定子的示例。由于定子包括14个定子段和两个安装箱31，因此图3的定子对应于图1的定子。图3还示出了如何将来自定子段的线缆如图1示意性地示出地引至安装箱。

此外，根据本发明的实施方式，定子的额定功率高于5兆瓦。大功率定子和采用大功率定子的电机通常是在风力发电的生产中使用的发电机。然而，本发明的定子也可用于用作电动机的电机中。

本发明还涉及一种制造旋转电机的定子的方法。该方法包括提供适于产生多个相系统的多个绕组段。将绕组段附接至定子的支承结构。

该方法还包括提供用于接收来自绕组段的线缆的至少一个安装箱，以及由在定子的圆周上均等地划分的段形成多个相系统。在该方法中，至少一个安装箱包括用于多个相系统的母线，并且多个相系统中的每一个在至少一个安装箱中可连接至对应的变频器。

利用本发明的方法，可以形成具有上述优点的定子结构。在该方法中，来自绕组段的线缆被布线至至少一个安装箱。在定子的制造中使用安装箱使得能够在使用多个变频器时使定子中具有冗余。

本发明还涉及一种具有所述转子的电机。该电机包括本公开内容的定子。电机优选地是发电机。优选地，发电机是风力发电机。

对于本领域技术人员将明显的是，随着技术的进步，可以以各种方式实现本发明构思。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims

1.一种旋转电机的定子，所述定子包括：

适于产生多个相系统的多个绕组段，

至少一个安装箱，其用于接收来自所述绕组段的线缆，

其中，

所述多个相系统由在所述定子的圆周上均等地划分的绕组段形成，

所述至少一个安装箱包括用于多个相系统的母线，以及

所述多个相系统中的每一个在所述至少一个安装箱中能够连接至对应的变频器。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其中，所述多个绕组段适于产生两个相系统。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的定子，其中，所述相系统是三相系统。

4.根据权利要求1、2或3所述的旋转电机的定子，其中，所述绕组段被布置成使得相邻的绕组段属于不同的相系统。

5.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机的定子，其中，所述至少一个安装箱包括用于两个相系统的母线，每个相系统具有三个相。

6.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的旋转电机的定子，其中，所述定子包括当所述定子被分成两个半部时位于所述定子的两侧的两个安装箱，使得所述定子的一侧上的绕组段中的一半连接至第一安装箱，并且所述定子的另一侧上的绕组段中的另一半连接至第二安装箱。

7.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的旋转电机的定子，其中，所述定子包括当所述定子被分成两个半部时在所述定子的两侧上延伸的安装箱，使得所述定子的一侧上的绕组段中的一半连接至所述安装箱的第一端，并且所述定子的另一侧上的绕组段中的另一半连接至所述安装箱的第二端。

8.根据前述权利要求1至7中的任一项所述的旋转电机的定子，其中，所述绕组段能够通过至少一个安装箱连接至两个变频器，使得每个变频器能够连接至不同的相系统。

9.根据前述权利要求1至8中的任一项所述的旋转电机的定子，其中，所述定子的直径大于5米。

10.根据前述权利要求1至9中的任一项所述的旋转电机的定子，其中，所述定子的额定功率高于5兆瓦。

11.一种制造旋转电机的定子的方法，所述方法包括

提供适于产生多个相系统的多个绕组段，

提供至少一个安装箱，所述至少一个安装箱用于接收来自所述绕组段的线缆，

由在所述定子的圆周上均等地划分的绕组段形成所述多个相系统，所述至少一个安装箱包括用于多个相系统的母线，并且所述多个相系统中的每一个在所述至少一个安装箱中能够连接至对应的变频器。

12.一种旋转电机，其具有根据前述权利要求1至10中的任一项所述的定子。

13.根据权利要求12所述的旋转电机，其中，所述电机是发电机。

14.根据权利要求12或13所述的旋转电机，其中，所述电机具有内定子。