DE69503333T2

DE69503333T2 - Elektrischer Generator mit Frequenzanpassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69503333T2
Application number: DE69503333T
Authority: DE
Inventors: Alain F-38000 Grenoble Blanchet; Rene F-90300 Cravanche Damiron
Original assignee: EUROP GAS TURBINES SA; GEC Alsthom Electromecanique SA
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: EP0707372A1; RU2172550C2; FR2725852B1; FI954828A0; DE69503333D1; ES2120148T3; JPH08182396A; ATE168228T1; FR2725852A1; FI954828A; EP0707372B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Energie erzeugende, drehende Maschine.
Die Erfindung betrifft besonders eine elektrische Energie erzeugende, drehende Maschine, die ein elektrisches Netz versorgt, die direkt von einer Gasturbine und/oder Dampfturbine angetrieben wird und die mittels Vorrichtungen zur Anpassung der von der Maschine erzeugten Frequenz an die Netzfrequenz in das Netz liefert. Im Betrieb werden diese Vorrichtung sehr warm. Es ist folglich nötig, zugehörige Kühlmittel zu haben. Solche Anpassungsvorrichtungen sind in darauf zugeschnittenen Schränken außerhalb der Maschine angeordnet und umfassen Kühlmittel. Daraus ergibt sich ein großer Platzbedarf für den Aufbau drehende Maschine/Schränke der Frequenzanpassungsvorrichtung.
Die FR-A-2438936 betrifft einen elektrischen Generator, der einen Rotor und einen Stator umfaßt, die um eine Drehachse des Rotors herum angeordnet sind. Die Maschine liefert wenigstens über eine Vorrichtung zur Anpassung der von der Maschine erzeugten Frequenz an die Netzfrequenz in das Netz. Die Vorrichtung ist am Ende des Stators im Inneren des Gehäuses des Generators angebaut. In dem Gehäuse ist ein Ventilator angeordnet und besonders auf die Kühlung der Anpassungsvorrichtung zugeschnitten. Außerdem benötigt die Anpassungsvorrichtung, die sich gerade am Ende des Stators anschließt, ein Gehäuse mit einer zusätzlichen Länge, die die Anfangslänge des Generators erhöht. Die beiden letzteren Merkmale des Generators nach FR-A-2438936 führen zu einer Erhöhung des Platzbedarfs für den Generator.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, den Platzbedarf für den Aufbau drehende Maschine/Frequenzanpassungsvorrichtung wesentlich zu verringern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, wenigstens einen Teil der Kühlmittel der drehenden Maschine zum Kühlen des in dem Stator der drehenden Maschine beinhalteten Teils der Anpassungsvorrichtung zu verwenden.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß erreicht, indem im Inneren der Maschine wenigstens ein Teil der Elemente der Umwandlungseinrichtung ohne Änderung der Abmessungen des Gehäuses des Generators angeordnet wird und indem man sie aus den Kühlkreisen der Maschine Nutzen ziehen läßt.
Die statischen Frequenzanpassungsvorrichtungen umfassen im allgemeinen Dioden/Thyristorenbrücken. Eine solche Vorrichtung besteht bekanntermaßen aus einer Phasen-Gleichrichterbrücke, Maschinenbrücke genannt, aus einer eventuellen Induktanz und einer Wechselrichterbrücke, Netzbrücke genannt.
Die Erfindung hat einen mehrphasigen elektrischen Generator zum Gegenstand, der einen Rotor und einen Stator umfaßt die um eine Drehachse des Rotors herum angeordnet sind, von wenigstens einem Kühlfluid-Kreislauf gekühlt werden, wobei der Generator über wenigstens eine Vorrichtung für die Anpassung der von dem Generator erzeugten Frequenz an die Frequenz eines Netzes in das Netz liefert, wobei der Stator wenigstens einen Teil der Bestandteile der Frequenzanpassungsvorrichtung enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der in dem Stator enthaltene Teil der Bestandteile der Anpassungsvorrichtung im Strom des Kreislaufs des Kühlfluids des Generators angeordnet ist.
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Teil der Bestandteile der Anpassungsvorrichtung eine Vielzahl von Gleichrichter- Maschinenbrücken, die einen Pluspol, einen Minuspol und einen Mittelpunkt aufweisen, wobei jede Phase mit dem Mittelpunkt einer der Gleichrichter-Maschinenbrücken verbunden ist.
Bei einer ersten Ausführungsform ist die Maschine vom Typ mit polygonaler Statorwicklung, der wenigstens eine polygonale Statorwicklung mit N Spitzen umfaßt, wobei jede Spitze eine Phase definiert, wobei alle Pluspole und alle Minuspole der Gleichrichter-Maschinenbrücken mit einem gemeinsamen Plusring bzw. mit einem gemeinsamen Minusring, die auf die Achse des Rotors zentriert sind, verbunden sind, die die Spulenköpfe der Statorwicklung vom polygonalen Typ umgeben.
Vorteilhafterweise sind die Gleichrichterbrücken um die Spulenköpfe der Statorwicklung vom polygonalen Typ herum angeordnet.
Jede Gleichrichterbrücke steht einem Spulenkopf, der eine der Spitzen der polygonalen Statorwicklung bildet, gegenüber und ist mit ihm verbunden.
Erfindungsgemäß umfaßt die Maschine zwei Anschlußklemmen, plus bzw. minus, die vom Plusring bzw. Minusring herkommen, die dazu bestimmt sind, mit einer Wechselrichter-Netzbrücke, eventuell über eine Induktanz, verbunden zu werden.
Die Wechselrichter-Netzbrücke sowie die eventuelle Induktanz sind auch so angeordnet, daß sie aus dem Kühlfluid-Kreislauf Nutzen ziehen.
Die Gleichrichterbrücken sind an Lamellenkühlern angebracht, wobei die Lamellenkühler an isolierenden Trägerklötzen um die Spulenköpfe herum angebracht.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist die Maschine vom Typ mit dreiphasiger Statorwicklung, der 2N dreiphasige Statorwicklungen umfaßt, wobei jede Phase jeder Wicklung mit dem Mittelpunkt einer Gleichrichter-Maschinenbrücke verbunden ist, wobei die Minuspole und die Pluspole der Gleichrichter- Maschinenbrücken derselben Wicklung jeweils miteinander ver bunden und an eine Minusanschlußklemme und eine Plusanschlußklemme angeschlossen sind.
Vorteilhafterweise bilden die drei Gleichrichterbrücken jeder Wicklung einen Block, der über eine Schleifeninduktanz an eine Wechselrichter-Netzbrücke angeschlossen ist.
Die Blöcke der Gleichrichter-Maschinenbrücken sind in Räumen des Maschinengehäuses unter Ersetzung der Bestanteile angeordnet, die aufgrund der Verwendung einer Energieproduktionsgruppe weggelassen wurden, bei der die Turbine die drehende Generatormaschine ohne zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe antreibt.
Die Gleichrichterbrücken ziehen aus dem Fluidkreislauf Nutzen.
Vorteilhafterweise sind die Gleichrichterbrücken an Lamellenkühlern angebracht.
Ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die deutliche Verringerung des Platzbedarfs des Aufbaus drehende Maschine/Schränke der Frequenzanpassungsvorrichtung. Da mindestens ein Teil der Vorrichtung in den Stator der Maschine integriert ist, sind tatsächlich die Abmessungen der Schränke und die Kühlmittel deutlich verringert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine deutliche Verringerung des Preises des Aufbaus drehende Maschine/Schränke der Frequenzanpassungsvorrichtung.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine einadrige schematische Darstellung einer Energieerzeugungsgruppe ist, die eine erfindungsgemäße Maschine umfaßt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Energieerzeugungsgruppe ist, die eine Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt;
Fig. 3 eine schematische Teilansicht im Querschnitt der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine schematische Teilansicht entlang der Linie IV-IV der Darstellung von Fig. 3 darstellt;
Fig. 5 eine schematische Teilansicht einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt.
Die drehende Maschine 1, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist ein mehrphasiger elektrischer Generator und umfaßt einen Rotorteil 2 und einen Statorteil 3 mit der Achse 4. Die Maschine umfaßt in bekannter Weise wenigstens einen Kühlgas-Kreislauf 5, der dazu bestimmt ist, die Stator- 3 und Rotorteile 2 zu kühlen. Die Maschine liefert, immer in bekannter Weise, über eine Vorrichtung 7 zur Anpassung der von der Maschine 1 erzeugten Frequenz an die Frequenz eines Netzes 6 in das Netz 6.
Der Rotorteil 2 der Maschine wird vorteilhafterweise direkt und ohne Untersetzungsgetriebe von einer Gas- oder Dampfturbine 8 angetrieben.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung umfaßt der Statorteil 3 wenigstens einen Teil 9 der Bestandteile der Frequenzanpassungsvorrichtung 7.
Vorteilhafterweise ist der Teil 9 der Bestandteile der Frequenzanpassungsvorrichtung 7 im Kreislauf 5 des Kühlfluids der drehenden Maschine 1, das im beschriebenen Beispiel Luft ist, angebracht. Außerdem kann der Teil 9 der Bestandteile der Frequenzanpassungsvorrichtung 7 Mittel 10, wie einen Lamellenkühler, umfassen, um den Wärmeaustausch mit dem Luftkreislauf 5 zu fördern.
Erfindungsgemäß fügt sich der Teil 9 der Bestandteile der Frequenzanpassungsvorrichtung 7 in den Statorteil 3 der Maschine 1 ohne Vergrößerung des Volumens der Maschine 1 ein.
Bei der beschriebenen Ausführungsform umfaßt die Frequenzanpassungsvorrichtung 7 in bekannter Weise eine Vielzahl von Gleichrichter-Maschinenbrücken 9, die einen Pluspol 12, einen Minuspol 11 und einen Mittelpunkt 13 aufweisen, wobei jede Phase 14 mit dem Mittelpunkt 14 einer der Gleichrichter-Maschinenbrücken 9 verbunden ist. Diese Gleichrichter- Maschinenbrücken 9 umfassen beispielsweise zwei Gleichrichterelemente 15 in Reihe. Diese Elemente können steuerbar, semi-steuerbar oder nicht steuerbar sein.
Bei einer in den Fig. 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsform ist die drehende Maschine 1 vom Typ mit polygonaler Statorwicklung, der wenigstens eine polygonale Statorwicklung mit N Spitzen umfaßt. In bekannter Weise umfaßt die Wicklung Spulenköpfe 18, die an den Längsenden des Statorteils 3 angeordnet sind. Jede Spitze 13 der polygonalen Statorwicklung definiert eine Phase 14, die einem Hauptspulenkopf 18a entspricht. Alle Pluspole 12 und alle Minuspole 11 der Gleichrichter-Maschinenbrücken 9 sind mit einem gemeinsamen Plusring 17 bzw. einem gemeinsamen Minusring 16, die auf die Achse 4 der Maschine zentriert sind, verbunden, die die Spulenköpfe 18 der Statorwicklung vom Polygontyp umgeben.
Die Gleichrichterbrücken 9 sind auf einem auf die Achse 4 der Maschine zentrierten Kreis angeordnet, der die Spulenköpfe 18 der Statorwicklung vom Polygontyp umgibt.
Vorteilhafterweise steht jede Gleichrichter-Maschinenbrücke 9 dem Hauptspulenkopf 18a, der eine der Spitzen der polygonalen Statorwicklung bildet, gegenüber und ist mit ihm verbunden.
Vorteilhafterweise sind die Gleichrichter-Maschinenbrücken 9 an Lamellenkühlern 10 angebracht, wobei die Lamellenkühler 10 an isolierenden Trägerklötzen 22 um die Spulenköpfe 18 herum angebracht sind. Aufgrund dessen kühlt die Luftzirkulation 5, die in die Räume 25 zwischen den Köpfen geht, die Gleichrichter-Maschinenbrücken 9 und ihren zugehörigen Kühler 10.
Die Maschine umfaßt außerdem zwei externe Plus- bzw. Minusanschlußklemmen, die vom Plusring 17 bzw. Minusring 16 herkommen, die dazu bestimmt sind, über eine eventuelle Schleifeninduktanz 21 mit einer Wechselrichter-Netzbrücke 20 verbunden zu werden.
Bei Varianten (nicht dargestellt) dieser ersten Ausführungsform ist die Wechselrichter-Netzbrücke 20 auch um die Spulenköpfe herum oder im Kühlkreis der Maschine angeordnet.
Bei einer in Fig. 5 und 6 dargestellten zweiten Ausführungsform ist die Maschine vom Typ mit dreiphasiger Statorwicklung, der 2N dreiphasige Statorwicklungen 30 umfaßt.
Jede Phase 14 jeder Wicklung 30 ist mit dem Mittelpunkt 13 einer Gleichrichter-Maschinenbrücke 9 verbunden, wobei die Minuspole 11 und die Pluspole 12 der Gleichrichter-Maschinenbrücken 9 derselben Wicklung 30 jeweils gemeinsam mit einer gemeinsamen Minusanschlußklemme 32 und einer gemeinsamen Plusanschlußklemme 31 verbunden sind.
So gibt es für jede Wicklung 30 einen Block 33 aus drei Gleichrichter-Maschinenbrücken 9. Dieser Block ist vorteilhafterweise an einem Lamellenkühler 10 angebracht, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Die Blöcke 33 aus Gleichrichterbrücken vom Graetz-Typ können jeweils an einen zugehörigen Wechselrichter angeschlossen sein, was 2N Wechselrichter ergibt, die dann untereinander zu koppeln sind, parallel oder serienparallel untereinander gekoppelt, um dann in eine einzige Wechselrichterbrücke zu liefern. Wie bei der ersten Ausführungsform kann sich die Wechselrichter-Netzbrücke innerhalb oder außerhalb der Maschine befinden.
Die Brücke 33 aus Gleichrichter-Maschinenbrücken 9 sind in den Räumen des Maschinengehäuses unter Ersetzung der Bestandteile angeordnet, die aufgrund der Verwendung einer Energieerzeugungsgruppe weggelassen wurden, bei der die Turbine die drehende Generatormaschine ohne zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe direkt antreibt.
Diese Blöcke aus Gleichrichter-Maschinenbrücken befinden sich im Kühlkreis der Maschine.

Claims

1. Mehrphasiger elektrischer Generator, der einen Rotor (2) und einen Stator (3) umfaßt, die um eine Drehachse (4) des Rotors (2) herum angeordnet sind, die von wenigstens einem Kühlfluid-Kreislauf (5) gekühlt werden, wobei der Generator wenigstens über eine Vorrichtung (7) zur Anpassung der vom Generator (1) erzeugten Frequenz an die Frequenz eines Netzes (6) in das Netz (6) liefert, wobei der Stator (3) wenigstens einen Teil (9) der Bestanteile der Frequenzanpassungsvorrichtung (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der im Stator (3) enthaltene Teil (9) der Bestandteile der Anspassungsvorrichtung (7) im Strom des Kreislaufs (5) des Kühlfluids des Generators angeordnet ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (9) der Bestandteile der Anpassungsvorrichtung (7) eine Vielzahl von Gleichrichter-Maschinenbrücken (9) umfaßt, die einen Pluspol (12), einen Minuspol (11) und einen Mittelpunkt (13) aufweisen, wobei jede Phase (14) mit dem Mittelpunkt (13) einer der Gleichrichter-Maschinenbrücken (9) verbunden ist.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er vom Typ mit polygonaler Statorwicklung ist, der wenigstens eine polygonale Statorwicklung mit N Spitzen umfaßt, wobei jede Spitze eine Phase (14) definiert, wobei alle Pluspole (12) und alle Minuspole (11) der Gleichrichter-Maschinenbrücken (9) mit einem gemeinsamen Plusring (17) bzw. einem gemeinsamen Minusring (16), die auf die Achse (4) des Rotors (2) zentriert sind, verbunden sind, die die Spulenköpfe (18, 18a) der Statorwicklung vom Polygontyp umgeben.

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücken (9) um die Spulenköpfe (18, 18a) der Statorwicklung vom Polygontyp herum angeordnet sind.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gleichrichterbrücke (9) einem Spulenkopf (18a), der eine der Spitzen der polygonalen Statorwicklung bildet, gegenübersteht und mit ihm verbunden ist.

6. Generator nach einem der Ansprüche 3 bis S. dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Anschlußklemmen, plus bzw. minus, umfaßt, die von dem Plusring (17) und Minusring (16) herkommen, die dazu bestimmt sind, mit einer Wechselrichter-Netzbrücke (20), eventuell über eine Schleifeninduktanz (21), verbunden zu werden.

7. Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter-Netzbrücke (20) und die Schleifeninduktanz (21) auch so angeordnet sind, daß sie aus dem Kühlfluid-Kreislauf Nutzen ziehen.

8. Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücken (9) an Lamellenkühlern (10) angebracht sind, wobei die Lamellenkühler (10) an isolierenden Trägerklötzen (22) um die Spulenköpfe (18, 18a) herum angebracht sind.

9. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß er vom Typ mit dreiphasiger Statorwicklung ist, der 2N dreiphasige Statorwicklungen (30) umfaßt, wobei jede Phase (14) jeder Wicklung (30) mit dem Mittelpunkt (13) einer Gleichrichter-Maschinenbrücke (9) verbunden ist, wobei die Minuspole (11) und die Pluspole (12) der Gleichrichter-Maschinenbrücken (9) derselben Wicklung (30) jeweils miteinander verbunden und an eine Minusanschlußklemme (32) und eine Plusanschlußklemme (31) angeschlossen sind.

10. Generator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Gleichrichterbrücken (9) jeder Wicklung (30) einen Block (33) bilden, der über eine Schleifeninduktanz an eine Wechselrichter-Netzbrücke angeschlossen ist.

11. Generator nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (33) aus Gleichrichter-Maschinenbrücken (9) in den Räumen des Maschinengehäuses unter Ersetzung der Bestandteile angeordnet sind, die aufgrund der Verwendung einer Energieerzeugungsgruppe weggelassen wurden, bei der die Turbine die drehende Generatormaschine (1) ohne zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe direkt antreibt.

12. Generator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücken (9) aus dem Fluidkreislauf (5) Nutzen ziehen.

13. Generator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücken (9) an Lamellenkühlern (10) angebracht sind.