CN1220050A - 旋转电机定子中的一种装置 - Google Patents
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Abstract
一种用来在旋转电机中增大定子的机械刚度和固有频率的装置,该定子提供有在接收绕组的槽(8)之间的齿(10),所述齿的自由端位于定子与转子之间的气隙(7)中,一个增大刚度的垫片(11)布置在相邻定子齿(10)的自由端之间的每个空隙中。因而切向固定这些端部。
Description
本发明涉及一种用来增大旋转电机中定子的机械刚度和固有频率、及防止在定子齿之间出现损坏振动的装置。
尤其在J.Elektrotechnika标题为“水和油冷涡轮发电机TVM-300”，1970年11月1日，第6-8页的文章中，在US-4,429,244的“发电机的定子”中，及在苏联专利文件CCCP Patent 955369中，描述了关于同步发电机设计的一种新方法的一些尝试。
J.Elektrotechnika描述的水和油冷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，使得有可能把定子完全浸入油中。油然后可以用作冷却剂，并同时用它作绝缘。为了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的、装有油和纸绝缘物的导体制造。带有其绝缘的线圈侧借助于楔固定在制成矩形横截面的槽中。油既在空心导体中又在定子壁的空腔中用作冷却剂。然而，这样的冷却系统在线圈端部处需要大量油和电的连接。厚绝缘还带来导体的弯曲半径增大，这又使线圈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，该同步电机包括带有用于定子绕组的梯形槽的硅钢叠片磁心。由于定子绕组所需的绝缘朝转子内部减弱，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，定子部分包括一个最靠近铁心内表面的介电油隔离筒。相对于没有这个环的电机，这部分可以增大磁化要求。定子绕组由对于每个绕组层具有相同直径的油浸透的电缆制造。诸层借助于槽中的垫片彼此隔开，并且用楔固定。绕组的特征在于，它包括串联连接的两个所谓半绕组。两个半绕组之一安置、对中在绝缘套内部。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造成大量的清理工作。绝缘套位于槽外部的部分带有一个圆柱部分和一个用载流层加强的锥形终端，锥形终端的任务是控制电缆进入端部绕组处区域中的电场强度。
由CCCP 955369显见，在增大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一种对于所有层具有相同的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所需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。绝缘垫片把管固定在定子槽中。因为油冷却，这里还需要一个内部介电环，以把油冷却剂同内部气隙封离开。该结构没有表示绝缘的或定子槽的锥部。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槽泄漏磁通。
联系一种高压交流电机，由本发明提出的问题是显然的，主要打算把该电机作为电站中的发电机，用来产生电力。对于在范围15-30kV内的电压，常规已经设计了这样的电机，并且30kV通常被认为是上限。这一般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级，即在约130-400kV的范围内。
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永久绝缘的电缆，例如交联的聚乙烯(XLPE)电缆中，能把电机的电压增大到这样的级，从而使它能直接连接到电力网上而不用中间变压器。因而省去升压变压器。
这个概念一般要求在定子中把电缆置于其中的槽比常规技术的深(由较高电压和绕组的较多匝数造成较厚的绝缘)。这带来与定子槽之间的定子齿中的机械固有频率有关的新问题。带有深槽的定子可能经受由于与干扰力的谐振在气隙处造成的损坏振动，对于具有50Hz标称输出频率的电机，电磁力一般具有100Hz的频率。
本发明的目的在于解决这个问题，并因而防止定子齿之间的振动。这个目的借助于在附属权利要求中定义的方法和装置实现。
参照附图，现在将更详细地描述本发明，在附图中：
图1表示绝缘导电体的横截面，该绝缘导电体联系本发明使用，并且这里命名为电缆；
图2表示定子铁心中一个扇区的轴向视图；
图3和4表示在根据本发明两个实施例的定子铁心中位于气隙处的一个槽的端部的轴向视图；
图5表示根据本发明第三实施例的定子铁心的一个扇区的轴向视图；
图6表示另一种使用根据本发明的装置的定子铁心的一个扇区的轴向视图；
图7表示对应于图6的定子部分的轴向截面；及
图8和9分别以部分截面表示靠近气隙的定子铁心的端部的径向和轴向视图。
图1表明联系本发明使用的、绝缘导电体或电缆1的横截面。电缆1包括一个具有圆形横截面的、由多股组成的、及例如由铜(Cu)制成的导体2。这个导体2布置在电缆1的中央。绕导体2是一个第一半导体层3。绕第一半导体层3是一个绝缘层4，例如XLPE绝缘。绕绝缘层4是一个第二半导体层5。因此，在本文中，电缆不包括通常包围着用于配电的电缆的外保护套。
图2表示打算用于一种新的高压交流发电机的定子叠片6的部分。这些定子叠片6，一个置于一个的顶部，形成定子的铁心。这是环形的，并且以气隙7围绕着转子(末表示)。接收轴向穿过定子的电缆的槽8比常规电机中的深。这带来定子具有低的固有频率和易于在定子齿10中出现振动的上述缺陷。
为了解决这个问题，根据图3提出，把一个垫片或一个槽楔11插入在槽8的开口中。楔由非导电的且是非磁性的、坚硬和坚固的材料制成，例如玻璃纤维加强塑料(环氧树脂塑料)，并且跨过定子的整个轴向长度延伸。在装配期间，这个楔以箭头12所指的径向力插入，由此在所有绕定子的气隙处在定子齿之间提供切向刚性连接。这种刚性连接增大了固有频率，并且在每个单独齿中提供大大增大的刚度，而在整个定子铁心中提供均匀增大的抗弯刚度。另一个重要的优点是，在气隙处源于转子极的切向电磁力更均匀地分布在齿之间。
如能在图3中看到的那样，楔11不以径向力邻接电缆1，最近的电缆表示在图中。如能从图2中看到的那样，与常规发电机中不同，把槽8设计成类似于自行车链条的形状，带有用于因而径向固定的每根电缆1的凹槽。在以前已知的发电机中，电缆槽具有均匀的宽度，并且把电缆以由不产生切向负载的槽楔实现的径向力压入。因而这些以前已知的槽楔具有与根据本发明的槽楔11完全不同的功能，其唯一功能是实现切向预应力FTAN，这允许在定子齿自由端之间的足够刚性和坚固连接。
图4表示根据本发明装置的另一个实施例。这里楔11具有颠倒的楔形状，同样楔表面也同时配合在定子齿10上。当在压力下安置时，利用径向最靠里固定在其位的电缆1，楔在这种情况下向着气隙被压出。因而有可能利用一根本身已知的管，这根管在加压时在电缆1与楔11之间膨胀，即一根填充有例如在压力下硬化的液态环氧树脂化合物的管14。这样一根管以前已经用在常规的发电机中，以便把形成绕组的导体向外朝槽的底部压入槽中，这是一种在本情形中根本不需要的功能。
一个第三实施例表示在图5中。这里经楔11，通过经拉杆、绳索16或外定子架17形式的外部装置施加到定子铁心15上的拉力F，实现定子齿之间的切向压缩。由诸段组成的定子在最后装配时接合在一起，从而当把拉力施加到外装置上时，在定子齿和在气隙处的楔中得到反压缩力。
在图3和4中，垫片11是楔形的，如所述的那样。然而，他们也可以是平行六面体的，在这种情况下按照图5能实现切向刚性连接。粘结接合点也可以布置在垫片11与定子齿10之间，作为唯一的固定手段，或者在借助于切向夹持固定之前使用。
图6-9表明如何还能利用根据本发明的槽楔实现定子铁心15轴向压缩预应力。压力指状物18布置在铁心15的每一侧上，紧紧相对着定子齿10，起力传递装置的作用，以把楔11中的拉力转化成定子铁心15中的均匀分布压缩力。为了实现这一点，楔的端部借助于能够与压力指状物18配合的横向件19接合在一起。在所示实施例中的横向件19借助于销20连接到楔11上，销20在横向件19中可以滑动，并且借助于一根压缩弹簧21被外向加载。压力指状物18的一端啮合在横向件19下面，使它能够加载横向件，并因而在从层叠铁心15向外的方向上加载诸楔。压力指状物18的另一端夹持在连接到定子架17上的两个装置22与23之间。
根据图8和9的右侧，代替横向件19的是，通过与楔11边缘上的螺旋螺纹25配合的螺母24，把楔11中的拉力能转化成定子铁心15中的压缩力。来自螺母24的压缩力经例如层压玻璃纤维的板26传递到定子铁心15上。
如图6-9中所示，用于定子齿切向定位的槽楔还被便利地用作拉杆，以实现在定子铁心中要求的压缩应力。
本发明还可用于诸如双路馈电电机之类的其他电机，用于异步静态换流器诸级、外极电机和同步磁通电机中，特别是如果其绕组用引言中所述类型的绝缘导电体制造，并且最好在电压范围36-800kV内。
Claims (21)
1．一种用来在旋转电机中增大定子的机械刚度和固有频率的装置，该定子提供有在接收绕组的槽(8)之间的齿(10)，所述齿的自由端位于定子与转子之间的气隙(7)中，其特征在于，一个用于增大刚度的垫片(11)布置在相邻定子齿(10)的自由端之间的每个空隙中，以便切向固定所述端部。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于，垫片包括一个楔(11)。
3．根据权利要求2所述的装置，其特征在于，楔表面朝彼此连接的定子齿(10)的端部向外会聚，楔(11)布置成在装配期间承受径向、向外指向的力。
4．根据权利要求2所述的装置，其特征在于，楔表面朝彼此连接的定子齿(10)的端部向外发散，一个膨胀装置(14)布置在楔(11)与绕组的电缆(1)之间，电缆(1)最靠近槽(8)安置，并且固定在槽(8)中的一个位置中。
5．根据权利要求4所述的装置，其特征在于，膨胀装置由一根管(14)组成，管(14)填充有诸如环氧树脂塑料之类的、可在压力下固化的液态化合物。
6．根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，粘合剂接合在垫片(11)与定子齿(10)之间。
7．根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，借助于一个外定子架(17)或拉杆(16)形式的外部装置向定子铁心(15)的外部分施加一个夹持力，由此在定子齿(10)的自由端处在垫片的表面上产生切向压缩的切向力。
8．根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，把在定子整个长度上延伸的垫片(11)设计成拉杆，以便轴向预压定子铁心(15)。
9．根据权利要求8所述的装置，其特征在于，一个力传递装置(18)布置在垫片(11)与定子的外周缘之间，并且布置成把垫片(11)中的轴向拉应力转化成定子铁心(15)中的轴向压缩应力。
10．根据权利要求9所述的装置，其特征在于，垫片(11)在其端部处借助于横向件(19)连接在一起；并且，力传递装置包括在定子铁心(15)每一侧上径向延伸的、紧紧相对着定子齿(10)的压力指状物(18)，所述指状物的内端伸到横向件(19)内，而外端借助于定子架(17)上的夹持装置(22、23)压在铁心(15)上。
11．根据权利要求9所述的装置，其特征在于，垫片(11)的端部提供有用于与一个螺母(24)配合的螺旋螺纹(25)，以便经一块板(26)把压缩力传递到定子齿(10)上。
12．一种旋转电机，其特征在于，带有根据权利要求1-11任一项所述的装置，以增大定子的固有频率。
13．根据权利要求12所述的旋转电机，其特征在于，绕组包括至少一个载流导体(2)，具有半导体性能的一个第一层(3)绕所述导体(2)提供，一个固体绝缘层(4)绕所述第一层(3)提供，及一个具有半导体性能的第二层(5)绕所绝缘层(4)提供。
14．根据权利要求13所述的旋转电机，其特征在于，所述第一层(3)的电位基本上等于导体(2)的电位。
15．根据权利要求13或14所述的旋转电机，其特征在于，把所述第二层(5)布置成基本上围绕所述导体(2)构成一个等电位表面。
16．根据权利要求15所述的旋转电机，其特征在于，把所述第二层(5)连接到一个预定电位上。
17．根据权利要求16所述的旋转电机，其特征在于，所述预定电位是地电位。
18．根据权利要求13-17任一项所述的旋转电机，其特征在于，至少两个相邻层具有基本相等的热膨胀系数。
19．根据权利要求13-18任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述载流导体(2)包括多股，只有少量所述股彼此没有绝缘。
20．根据权利要求13-19任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述三层的每一个基本上沿整个连接表面固定连接到相邻层上。
21．根据权利要求13-20任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述电缆(1)还包括一个金属屏蔽层和一个护套。
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