EA002196B1 - A rotary electric machine - Google Patents

A rotary electric machine Download PDF

Info

Publication number
EA002196B1
EA002196B1 EA200000363A EA200000363A EA002196B1 EA 002196 B1 EA002196 B1 EA 002196B1 EA 200000363 A EA200000363 A EA 200000363A EA 200000363 A EA200000363 A EA 200000363A EA 002196 B1 EA002196 B1 EA 002196B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
machine
excitation
winding
current
discharge circuit
Prior art date
Application number
EA200000363A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200000363A1 (en
Inventor
Эрланд Сёренсен
Матс Лейён
Original Assignee
Абб Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Абб Аб filed Critical Абб Аб
Publication of EA200000363A1 publication Critical patent/EA200000363A1/en
Publication of EA002196B1 publication Critical patent/EA002196B1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/26—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/36—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/02—Details of the control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/15—Machines characterised by cable windings, e.g. high-voltage cables, ribbon cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/40—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for high voltage, e.g. affording protection against corona discharges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

1. A rotary electric machine of alternating current type designed to be connected directly to a distribution or transmission network and comprising at least one electric winding, characterized in that the winding comprises at least one electric conductor, a first layer with semiconducting properties surrounding the conductor, a solid insulating layer surrounding the first layer and a second layer with semiconducting properties surrounding the insulating layer, and also in that a brushless excitation system, switchable between positive and negative excitation, is arranged for excitation of the machine. 2. A machine as claimed in claim 1, characterized in that the first insulating layer is designed to be substantially connected to the predetermined potential source. 3. A machine as claimed in claim 2, characterized in that the first insulating layer is designed to be substantially an earth potential. 4. A machine as claimed in any of the preceding claims characterized in that at least two adjacent layers of the machine's winding have substantially equally large coefficients of thermal expansion. 5. A machine as claimed in any of the preceding claims characterized in that at least some conductor strands are in electric contact with each other. 6. A machine as claimed in any of the preceding claims, characterized in that each of said three layers is firmly joined to adjacent layers along substantially its entire contact surface. 7. A machine as claimed in any of the preceding claims, characterized in that said layers are arranged to adhere to each other even when the insulated conductor is bent. 8. A machine comprising at least one main electric machine of alternating current type designed to be connected directly to a distribution or transmission network and comprising at least one magnetic core and at least one electric winding, characterized in that the winding is formed from a cable comprising one or more current-carrying conductors, each conductor having a number of strands, an inner semiconducting layer arranged around each conductor, an insulating layer of solid insulating material arranged around said inner semiconducting layer, and an outer semiconducting layer arranged around the insulating layer, and in that a brushless excitation system, switchable between positive and negative excitation, is arranged for excitation of the machine. 9. A machine as claimed in claim 8, characterized in that said cable comprises a metal screen or sheath. 10. A machine as claimed in any of the preceding claims, characterized in that the excitation system comprises two controllable antiparallel-connected current converter devices for feeding the field winding (4) of the alternating current machine, a two-way field over-voltage protection means (8, 10, 12, 14) or discharge circuit connected across the field winding, and control equipment for controlling current converters and field over-voltage protection means or discharge circuit. 11. A machine as claimed in claim 10, characterized in that for switching the direction of the excitation current from the excitation system, the control equipment is arranged to change the polarity of the current converters, the control equipment causing the over-voltage protection means to be temporarily connected at transition from one to the other current direction. 12. A machine as claimed in claim 10 or claim 11 characterized in that the over-voltage protection means or the discharge circuit comprises a two-way thyristor discharge circuit (8, 10). 13. A machine as claimed in any of claims 10-12, characterized in that an activated over-voltage protection means or discharge circuit can be reset by control of conducting converter devices (1, 2) to temporary or pulse-formed change of polarity. 14. A machine as claimed in any of claims 10-12, characterized in that an activated over-voltage protection means or discharge circuit can be reset by means of extinguishable semiconductor elements. 15. An electric power plant, characterized in that it comprises a rotary electric machine as claimed in any of claims 1-14. 16. method of exciting a rotary electric machine as claimed in any of claims 1-14 with both positive and negative excitation current direction, characterized in that a two-way field overvoltage protection means (8,10,12,14) or a two-way discharge circuit is connected temporarily across the field winding (4) of the machine when switching between excitation current directions.

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к вращающейся электрической машине переменного тока, предназначенной для непосредственного присоединения к распределительной или магистральной сети и содержащей, по меньшей мере, одну электрическую обмотку. Изобретение также относится к электростанции, содержащей такую электрическую машину, и к способу возбуждения вращающейся электрической машины.The present invention relates to a rotating electric machine of alternating current, designed for direct connection to a distribution or main network and containing at least one electric winding. The invention also relates to a power plant comprising such an electric machine, and to a method of driving a rotating electric machine.

Уровень техникиState of the art

Вращающаяся электрическая машина, выполненная согласно изобретению, может быть синхронной машиной, машиной с двойным питанием, машиной с явно выраженными полюсами или машиной с синхронным потоком.The rotating electric machine made according to the invention may be a synchronous machine, a dual-feed machine, a machine with distinct poles or a machine with synchronous flow.

Для того чтобы присоединять машины подобного типа к распределительным или магистральным сетям, в дальнейшем называемым электрическими сетями, до настоящего времени использовались трансформаторы, повышающие напряжение до уровня сети, то есть до 130-400 кВ.In order to connect machines of this type to distribution or backbone networks, hereinafter referred to as electric networks, until now transformers have been used that increase the voltage to the network level, that is, up to 130-400 kV.

Генераторы, имеющие номинальное напряжение до 36 кВ, описаны в статье Раи1 В. 81еб1ег. 36 кУ Оепега1ог8 Апке Вот 1п§и1айоп Векеагсй, Е1ес1г1са1 \Уог1й. 15 Ос1оЬег 1932, р.524-527. Эти генераторы содержат обмотки из высоковольтного кабеля, в котором изоляция разделена на слои с различными диэлектрическими постоянными. Используемый изолирующий материал состоит из различных комбинаций трех компонент: слюдяной фольги, лака и бумаги.Generators having a rated voltage up to 36 kV are described in the article Ray1 V. 81eb1eg. 36 kU Oepegaog8 Apke Here is 1pgi1aiop Vekeagsy, E1es1g1sa1 \ Uog1y. 15 Oslob 1932, p. 544-527. These generators contain windings from a high-voltage cable, in which the insulation is divided into layers with different dielectric constants. The insulating material used consists of various combinations of three components: mica foil, varnish and paper.

Было установлено, что при выполнении обмотки электрической машины из изолированного электрического проводника с твердой изоляцией, подобной той, которая используется в кабелях для передачи энергии, напряжение на машине может быть увеличено до таких уровней, что машина может быть присоединена к любой электрической сети без использования промежуточных трансформаторов. Типичный рабочий диапазон таких машин составляет 30800 кВ.It was found that when performing the winding of an electric machine from an insulated electric conductor with solid insulation, similar to that used in cables for energy transfer, the voltage on the machine can be increased to such levels that the machine can be connected to any electrical network without using intermediate transformers. The typical operating range of such machines is 30800 kV.

В настоящее время во вращающихся электрических машинах используются статические возбудители или бесщеточные возбудители с вращающимися диодными выпрямительными мостами. Часто требуется, чтобы оборудование возбуждения могло в течение 10-30 с создавать максимальное напряжение и максимальный ток, в 1,5-3 раза превышающие соответствующие величины при номинальной нагрузке. Оборудование возбуждения также должно быть способно создавать ток возбуждения, эквивалентный току возбуждения при номинальной нагрузке, при напряжении на зажимах статора машины, составляющем 25% от номинального значения. Система возбуждения предпочтительно не должна требовать обслуживания, то есть не должна содержать контактных колец. Время отклика и продолжительность переходных процессов при возмущениях в сети должны быть малыми, то есть оборудование возбуждения должно быть в состоянии генерировать как положительное, так и отрицательное напряжение возбуждения. В случае синхронного компенсатора система возбуждения должна быть в состоянии вырабатывать как положительный, так и отрицательный ток возбуждения, а требуемое пиковое значение напряжения может более чем в три раза превосходить напряжение возбуждения при номинальной нагрузке.Currently, rotating electric machines use static exciters or brushless exciters with rotating diode rectifier bridges. It is often required that the excitation equipment be able to create a maximum voltage and maximum current within 10-30 s, which are 1.5-3 times higher than the corresponding values at rated load. Field equipment should also be capable of producing a field current equivalent to the field current at rated load, with a voltage across the stator terminals of the machine of 25% of the nominal value. The drive system should preferably not require maintenance, that is, it should not contain slip rings. The response time and duration of transients during disturbances in the network must be small, that is, the excitation equipment must be able to generate both positive and negative excitation voltage. In the case of a synchronous compensator, the excitation system must be able to generate both positive and negative excitation current, and the required peak voltage value can more than three times exceed the excitation voltage at rated load.

Бесщеточные возбудители устраняют проблемы загрязнения угольной пылью от щеток и контактных колец. Однако бесщеточные возбудители, выполненные в соответствии с известными подходами, имеют худшие характеристики управления, чем статические возбудители.Brushless pathogens eliminate the problems of coal dust pollution from brushes and slip rings. However, brushless pathogens made in accordance with known approaches have poorer control characteristics than static pathogens.

Цель настоящего изобретения, таким образом, состоит в создании вращающейся электрической машины, которую можно непосредственно присоединять к электрической сети и которая снабжена не требующей обслуживания системой возбуждения с улучшенными характеристиками управления, а также в создании электростанции, содержащей такую электрическую машину, и способа возбуждения вращающейся электрической машины.The purpose of the present invention, therefore, is to create a rotating electric machine that can be directly connected to the electric network and which is equipped with a maintenance-free excitation system with improved control characteristics, as well as to create a power plant containing such an electric machine, and a method of exciting a rotating electric cars.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Указанная цель достигается при помощи вращающейся электрической машины, имеющей отличительные признаки, указанные в п. 1 формулы изобретения, электростанции, выполненной в соответствии с п.17 формулы изобретения, и способа в соответствии с п.18 формулы изобретения.This goal is achieved using a rotating electric machine having the distinguishing features specified in paragraph 1 of the claims, a power plant made in accordance with paragraph 17 of the claims, and a method in accordance with p. 18 of the claims.

Изолированный проводник или высоковольтный кабель, использованный в настоящем изобретении, является гибким и относится к типу, описанному более подробно в международных заявках XVО 97/45919 и 97/45847. Изолированный проводник или кабель описан также в международных заявках νθ 97/45918, 97/45930 и 97/45931.The insulated conductor or high voltage cable used in the present invention is flexible and is of the type described in more detail in international applications XVO 97/45919 and 97/45847. An insulated conductor or cable is also described in international applications νθ 97/45918, 97/45930 and 97/45931.

Так, в устройстве, выполненном согласно изобретению, обмотки предпочтительно выполнены аналогично кабелям, имеющим твердую, полученную путем экструзии изоляцию, как, например, кабели, используемые для распределения электроэнергии, такие как кабели с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями или кабели с изоляцией из этиленпропиленового каучука. Такой кабель содержит внутренний проводник, состоящий из одной или более жил, внутренний полупроводящий слой, окружающий проводник, твердый изолирующий слой, окружающий этот полупроводящий слой, и внешний полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой. Такие кабели являются гибкими, что является важным в данном случае, так как изготовление устройства соглас но изобретению основано, главным образом, на выполнении обмотки из кабелей, которые изгибаются во время сборки. Гибкость кабеля с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями обычно соответствует радиусу изгиба приблизительно 20 см для кабеля диаметром 30 мм и радиусу изгиба приблизительно 65 см для кабеля диаметром 80 мм. В настоящей заявке термин гибкий означает, что обмотка может быть изогнута с радиусом кривизны приблизительно до четырех диаметров кабеля, предпочтительно от восьми до двенадцати диаметров кабеля.Thus, in the device made according to the invention, the windings are preferably made similar to cables having a solid extruded insulation, such as, for example, cables used for power distribution, such as cables with polyethylene insulation with intermolecular bonds or cables with ethylene propylene insulation rubber. Such a cable comprises an inner conductor consisting of one or more cores, an inner semiconducting layer surrounding the conductor, a solid insulating layer surrounding this semiconducting layer, and an outer semiconducting layer surrounding the insulating layer. Such cables are flexible, which is important in this case, since the manufacture of the device according to the invention is mainly based on the winding of cables that are bent during assembly. The flexibility of a cable with polyethylene insulation with intermolecular bonds usually corresponds to a bend radius of about 20 cm for a cable with a diameter of 30 mm and a bend radius of about 65 cm for a cable with a diameter of 80 mm. In this application, the term flexible means that the winding can be bent with a radius of curvature of up to about four cable diameters, preferably from eight to twelve cable diameters.

Обмотка должна быть сконструирована так, чтобы она сохраняла свои свойства даже в случае, когда она изогнута и подвергается воздействию тепловых или механических напряжений во время работы. Существенно, чтобы в этом случае слои сохраняли свою адгезию друг к другу. Свойства материалов слоев играют здесь решающую роль, в особенности их упругость и относительные коэффициенты теплового расширения. Например, в кабеле с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями изолирующий слой может состоять из полиэтилена низкой плотности с межмолекулярными связями, а полупроводящие слои - из полиэтилена с добавлением частиц сажи и металла. Изменения объема в результате температурных флуктуации полностью поглощаются изменениями радиуса кабеля и, благодаря сравнительно малой разнице между коэффициентами теплового расширения слоев в сравнении с упругостью этих материалов, радиальное расширение может происходить без потери адгезии между слоями.The winding must be designed so that it retains its properties even when it is curved and subjected to thermal or mechanical stresses during operation. It is essential that in this case the layers retain their adhesion to each other. The properties of the materials of the layers play a decisive role here, in particular their elasticity and relative coefficients of thermal expansion. For example, in a cable with insulation made of polyethylene with intermolecular bonds, the insulating layer can consist of low density polyethylene with intermolecular bonds, and the semiconducting layers can be made of polyethylene with the addition of soot particles and metal. Changes in volume due to temperature fluctuations are completely absorbed by changes in the radius of the cable and, due to the relatively small difference between the coefficients of thermal expansion of the layers in comparison with the elasticity of these materials, radial expansion can occur without loss of adhesion between the layers.

Комбинации материалов, упомянутых выше, следует рассматривать только как примеры. Другие комбинации материалов, удовлетворяющих указанным условиям, а также условию полупроводимости, т.е. имеющие удельное электрическое сопротивление в пределах 10-1 10-6 Ом-см, например 1-500 Ом-см или 10-200 Ом-см, естественно, также попадают в рамки изобретения.The combinations of materials mentioned above should be considered as examples only. Other combinations of materials satisfying these conditions, as well as the condition of semiconductivity, i.e. having a specific electrical resistance in the range of 10 -1 10 -6 Ohm-cm, for example 1-500 Ohm-cm or 10-200 Ohm-cm, of course, also fall within the scope of the invention.

Изолирующий слой может состоять, например, из твердого термопластичного материала, такого как полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен, полибутилен, полиметилпентен, материала с межмолекулярными связями, такого как полиэтилен с межмолекулярными связями, или каучука, такого как этиленпропиленовый каучук или силиконовый каучук.The insulating layer may consist, for example, of a solid thermoplastic material, such as low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, polybutylene, polymethylpentene, a material with intermolecular bonds, such as polyethylene with intermolecular bonds, or rubber, such as ethylene propylene rubber or silicone rubber .

Внутренний и внешний полупроводящие слои могут быть выполнены из того же основного материала, но с добавлением в него частиц проводящего материала, такого как сажа или металлический порошок.The inner and outer semiconducting layers can be made of the same basic material, but with the addition of particles of a conductive material, such as carbon black or metal powder.

На механические свойства этих материалов, в частности, на их коэффициенты теплово го расширения, относительно слабо влияет добавка сажи или металлического порошка, по меньшей мере, в количествах, требуемых, чтобы достичь такой проводимости, какая необходима согласно изобретению. Изолирующий слой и полупроводящие слои, таким образом, имеют, по существу, одинаковые коэффициенты теплового расширения.The mechanical properties of these materials, in particular, their thermal expansion coefficients, are relatively weakly affected by the addition of soot or metal powder, at least in the amounts required to achieve the conductivity required by the invention. The insulating layer and the semiconducting layers thus have substantially the same thermal expansion coefficients.

Подходящими полимерами для создания полупроводящих слоев могут являться сополимеры этилен-винил-ацетат / нитрильный каучук, полиэтилен, привитый бутил-каучуком, сополимеры этилен-акрилат и сополимеры этиленэтил-акрилат.Suitable polymers for creating the semiconducting layers may be ethylene vinyl acetate / nitrile rubber copolymers, butyl rubber grafted polyethylene, ethylene acrylate copolymers and ethylene ethyl acrylate copolymers.

Даже когда в качестве основы различных слоев используются различные типы материалов, желательно, чтобы их коэффициенты теплового расширения были, по существу, одинаковыми. Именно это и имеет место для комбинаций материалов, перечисленных выше.Even when different types of materials are used as the basis of the various layers, it is desirable that their thermal expansion coefficients are substantially the same. This is precisely what holds for the combinations of materials listed above.

Материалы, перечисленные выше, имеют относительно хорошую упругость, их модуль упругости Е меньше 500 МПа, предпочтительно меньше 200 МПа. Такая упругость достаточна для того, чтобы любые незначительные различия между коэффициентами теплового расширения материалов слоев поглощались в радиальном направлении за счет упругости материала, чтобы не появлялось никаких трещин или других повреждений и слои не отделялись друг от друга. Материал слоев является упругим, а адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность наименее прочного из материалов.The materials listed above have relatively good elasticity, their elastic modulus E is less than 500 MPa, preferably less than 200 MPa. Such elasticity is sufficient so that any slight differences between the thermal expansion coefficients of the layer materials are absorbed in the radial direction due to the elasticity of the material, so that no cracks or other damage appear and the layers do not separate from each other. The material of the layers is elastic, and the adhesion between the layers is at least no less than the strength of the least durable of the materials.

Проводимость двух полупроводящих слоев достаточна, по существу, для выравнивания потенциала вдоль каждого слоя. Проводимость внешнего полупроводящего слоя достаточна, чтобы удерживать электрическое поле в кабеле, но достаточно мала, чтобы не вызвать существенных потерь из-за индуцированных токов в направлении вдоль слоя.The conductivity of the two semiconducting layers is essentially sufficient to equalize the potential along each layer. The conductivity of the outer semiconducting layer is sufficient to hold the electric field in the cable, but small enough not to cause significant losses due to induced currents in the direction along the layer.

Таким образом, каждый из двух полупроводящих слоев, по существу, образует одну эквипотенциальную поверхность и эти слои, по существу, удерживают электрическое поле между ними.Thus, each of the two semiconducting layers essentially forms one equipotential surface and these layers essentially hold an electric field between them.

Естественно, что один или более дополнительных полупроводящих слоев могут быть размещены в изолирующем слое.Naturally, one or more additional semiconducting layers can be placed in the insulating layer.

Благодаря оснащению электрической машины бесщеточной системой возбуждения, способной переключаться между положительным и отрицательным возбуждением, формируется не требующая обслуживания система, имеющая короткое время отклика и малую продолжительность переходных процессов при возмущениях в электрической сети, так как система возбуждения способна генерировать как положительное, так и отрицательное напряжение возбуждения и, следовательно, положительный и отрицательный ток возбуждения.By equipping the electric machine with a brushless excitation system that can switch between positive and negative excitation, a maintenance-free system is formed that has a short response time and a short transient during disturbances in the electrical network, since the excitation system can generate both positive and negative voltage excitation and, therefore, positive and negative excitation current.

Согласно предпочтительному варианту осуществления машины в соответствии с изобретением, система возбуждения содержит два управляемых преобразователя тока, включенных встречно-параллельно, для питания обмотки возбуждения машины переменного тока, двустороннее средство защиты от повышения напряжения возбуждения или цепь разряда, которое подключается параллельно обмотке возбуждения, а также управляющее оборудование для управления преобразователями тока и средством защиты от повышения напряжения или цепью разряда. Эта простая конструкция не требует использования гальванически развязанных источников питания и ограничивающих ток реактансов, а также отдельных закорачивающих устройств для гашения проводящих тиристоров. Система возбуждения также хорошо подходит для синхронных машин, таких как синхронные компенсаторы. Настоящее изобретение, таким образом, использует возможности полупроводниковых устройств простым способом временно изменять полярность, что облегчает быструю коммутацию тока возбуждения от моста статического преобразователя тока к короткозамыкающей цепи и обратно, когда требуется изменение направления тока в цепи возбуждения машины.According to a preferred embodiment of the machine according to the invention, the excitation system comprises two controllable current transducers connected in opposite parallel to supply the excitation winding of the alternating current machine, a two-sided overvoltage protection device or a discharge circuit which is connected in parallel with the excitation winding, and control equipment for controlling current converters and protection against overvoltage or discharge circuit. This simple design does not require the use of galvanically isolated power sources and current-limiting reactants, as well as separate short-circuiting devices for quenching conductive thyristors. The excitation system is also well suited for synchronous machines, such as synchronous compensators. The present invention thus exploits the capabilities of semiconductor devices in a simple way to temporarily change polarity, which facilitates the fast switching of the excitation current from the bridge of the static current transducer to the short-circuit circuit and vice versa, when a change in the direction of the current in the excitation circuit of the machine is required.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Выбранные в качестве примера варианты выполнения машины в соответствии с изобретением будут описаны более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, где фиг. 1 показывает изолированный кабель, используемый в машине согласно изобретению;Selected as an example, embodiments of the machine in accordance with the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, where FIG. 1 shows an insulated cable used in a machine according to the invention;

фиг. 2 показывает схему системы возбуждения в машине в соответствии с изобретением;FIG. 2 shows a diagram of an excitation system in a machine in accordance with the invention;

фиг.За-ί показывают изменение напряжения и тока при переключении моста в системе возбуждения, показанной на фиг.2.figa--show the change in voltage and current when switching the bridge in the excitation system shown in figure 2.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретенияDescription of a preferred embodiment of the invention

Фиг. 1 показывает поперечное сечение изолированного проводника 11, предназначенного для использования в обмотках машины в соответствии с настоящим изобретением.FIG. 1 shows a cross section of an insulated conductor 11 for use in the windings of a machine in accordance with the present invention.

Изолированный проводник 11 содержит несколько жил 35, имеющих круглое поперечное сечение и изготовленных, например, из меди. Эти жилы 35 расположены в середине изолированного проводника 11. Первый полупроводящий слой 13 расположен вокруг жил 35. Изолирующий слой 37, например, из полиэтилена с межмолекулярными связями, расположен вокруг первого полупроводящего слоя 13. Второй полупроводящий слой 15 расположен вокруг изолирующего слоя 37. Изолированный проводник является гибким и сохраняет это свойство на протяжении всего срока эксплуатации. Все три слоя выполнены так, что они скреплены друг с другом даже тогда, когда изолированный проводник изогнут. Изолированный проводник имеет диаметр в пределах 20-250 мм и площадь сечения проводящей части в пределах 80-3000 мм2.The insulated conductor 11 contains several cores 35 having a circular cross section and made, for example, of copper. These cores 35 are located in the middle of the insulated conductor 11. The first semiconducting layer 13 is located around the cores 35. An insulating layer 37, for example of polyethylene with intermolecular bonds, is located around the first semiconducting layer 13. The second semiconducting layer 15 is located around the insulating layer 37. Insulated conductor It is flexible and maintains this property throughout its life. All three layers are made so that they are bonded to each other even when the insulated conductor is bent. The insulated conductor has a diameter in the range of 20-250 mm and a cross-sectional area of the conductive part in the range of 80-3000 mm 2 .

Фиг. 2 показывает схему системы возбуждения машины согласно изобретению. Обмотка 4 возбуждения машины, которая может быть неподвижной или вращающейся, присоединена к двум включенным встречно-параллельно выпрямительным мостам 1, 2 преобразователей тока. К обмотке 4 возбуждения также подключено двустороннее средство для защиты от повышения напряжения, содержащее два включенных встречно-параллельно тиристора 8, 10 с соответствующими цепями 12, 14 поджига.FIG. 2 shows a diagram of a drive system of a machine according to the invention. The excitation winding 4 of the machine, which can be stationary or rotating, is connected to two current-parallel opposite rectifier bridges 1, 2 of the current converters. A double-sided voltage protection device is also connected to the field winding 4, which contains two thyristors 8, 10 connected in parallel with the opposite-parallel ignition circuits 12, 14.

Мосты 1, 2 преобразователей тока питаются от источника 16 и управляются коммутирующей логической схемой 18 через усилители 20, 22 управляющих импульсов. Управляющие импульсы для мостов 1, 2 преобразователей тока в виде тиристорных мостов поступают на усилители 20, 22 импульсов от генератора 28 управляющих импульсов. Чтобы измерять токи Ιρβι и 1РВ2, подаваемые от мостов 1, 2 преобразователей тока, и передавать результаты измерений коммутирующей логической схеме 18 для целей управления, предусмотрены измерительные устройства 24, 26, соответственно. Подключение тиристоров 8, 10 средства защиты от повышения напряжения также происходит под управлением коммутирующей логической схемы 18 посредством цепей 12, 14 поджига. Средство защиты от повышения напряжения соединено с ограничивающим ток резистором В. В системе с автоматами гашения поля этот резистор В служит разрядным резистором.The bridges 1, 2 of the current converters are powered by a source 16 and are controlled by a switching logic circuit 18 through control pulse amplifiers 20, 22. The control pulses for bridges 1, 2 of the current converters in the form of thyristor bridges are supplied to amplifiers 20, 22 pulses from the generator 28 of the control pulses. To measure the currents Ιρβι and 1 PB2 supplied from the bridges 1, 2 of the current converters, and to transmit the measurement results to the switching logic circuit 18 for control purposes, measuring devices 24, 26 are provided, respectively. The connection of the thyristors 8, 10 of the overvoltage protection means also occurs under the control of the switching logic circuit 18 via ignition circuits 12, 14. The overvoltage protection device is connected to a current-limiting resistor B. In a system with field suppressors, this resistor B serves as a discharge resistor.

Процедура переключения от моста 1 к мосту 2 состоит в следующем. Допустим, что первоначально мост 1 является проводящим, что означает, что направление тока 1Р через обмотку 4 возбуждения является положительным (см. фиг.3а и ЗЬ). При подаче отрицательного управляющего сигнала ϋ8ί (см. фиг.2), подаваемого на генератор 28 управляющих импульсов и коммутирующую логическую схему 18, произойдет уменьшение напряжения смещения и изменение полярности моста 1 (см. фиг.3а). Временной интервал изменения напряжения смещения, 12-ΐι на фиг.3Ь, от максимума положительного пика напряжения до максимума отрицательного пика напряжения составляет приблизительно 8,3 мс при частоте 50 Гц для 6полупериодного двунаправленного моста.The switching procedure from bridge 1 to bridge 2 is as follows. Assume that initially the bridge 1 is conductive, which means that the direction of the current 1 P through the field winding 4 is positive (see FIGS. 3a and 3b). When a negative control signal ϋ 8ί (see FIG. 2) is supplied to the control pulse generator 28 and the switching logic circuit 18, the bias voltage decreases and the polarity of the bridge 1 decreases (see Fig. 3a). The time interval for the bias voltage to change, 1 2 -V in FIG. 3b, from the maximum of the positive voltage peak to the maximum of the negative voltage peak is approximately 8.3 ms at a frequency of 50 Hz for a 6-half bidirectional bridge.

В момент времени 13, когда ток 1РВ1 еще больше нуля, на разрядный тиристор 10 подается поджигающий импульс, а на мост 1 - блокирующий сигнал. В результате отсутствия нагрузки при отрицательном напряжении смещения получается моментальная передача тока возбуждения 1РВ1 к схеме защиты от повышения напряжения и мост 1 обесточивается. Сигнал от измерительного устройства 24, сообщающий о том, что мост 1 обесточен, вызывает разблоки рование моста 2 и блокирование поджигающей цепи 14 тиристора 10. Временной интервал 14-13, см. фиг. 3, то есть период от блокировки моста 1 до подключения моста 2, составляет приблизительно 5 мс (см. фиг.3). Из графика на фиг. 36 видно, что ток 1Р в обмотке 4 возбуждения в течение времени переключения поддерживается в результате наличия индуктивности у обмотки 4 возбуждения. Как видно из фиг. 36 и 3е, получивший смещение мост 2 создает ток 1Я (см. фиг. 31) через тиристор 10 и ограничивающий ток резистор Я, а также ток 1Р через обмотку 4 возбуждения синхронной машины. В момент времени 15 ток возбуждения изменяет полярность и разрядный тиристор 10 гасится вследствие временного уменьшения смещения моста 2, то есть временного изменения полярности, вызывающего протекание тока в обратном направлении в короткозамыкающей цепи или средстве защиты от повышения напряжения.At time 1 3 , when the current 1 PB1 is even greater than zero, an ignition pulse is supplied to the discharge thyristor 10, and a blocking signal to bridge 1. As a result of the lack of load at a negative bias voltage, instantaneous transfer of the excitation current 1 PB1 to the overvoltage protection circuit is obtained and bridge 1 is de-energized. The signal from the measuring device 24, indicating that the bridge 1 is de-energized, unlocks the bridge 2 and blocks the ignition circuit 14 of the thyristor 10. The time interval 1 4 -1 3 , see Fig. 3, i.e., the period from locking the bridge 1 to connecting the bridge 2 is approximately 5 ms (see FIG. 3). From the graph in FIG. 36 it can be seen that the current 1 P in the field winding 4 during the switching time is maintained as a result of the inductance of the field winding 4. As can be seen from FIG. 36 and 3e, the bridge 2 that has received the bias generates a current of 1 I (see Fig. 31) through the thyristor 10 and a current limiting resistor I, as well as a current 1 P through the excitation winding 4 of the synchronous machine. At time 1 5 , the excitation current changes polarity and the discharge thyristor 10 is extinguished due to a temporary decrease in the bias of the bridge 2, that is, a temporary change in polarity, causing the current to flow in the opposite direction in a short-circuit or voltage protection device.

Подходящий выбор уровней токов для формирования блокирующих и измерительных сигналов обеспечивает малую длительность временного интервала, во время которого подключается двустороннее средство 8, 10, 12, 14 защиты от повышения напряжения возбуждения, служащее вспомогательной цепью или двусторонней тиристорной цепью разряда.A suitable choice of current levels for generating blocking and measuring signals provides a short duration of the time interval during which a two-sided means of protection against increasing the excitation voltage, which serves as an auxiliary circuit or a two-sided thyristor discharge circuit, is connected.

Переключение от отрицательного направления тока к положительному направлению тока при подаче положительного управляющего сигнала происходит аналогичным образом путем временного подключения тиристора 8 средства защиты от повышения напряжения.Switching from the negative direction of the current to the positive direction of the current when applying a positive control signal occurs in the same way by temporarily connecting the thyristor 8 means of protection against voltage increase.

Вариант выполнения вращающейся электрической машины в соответствии с изобретением описан выше в качестве примера. В рамках изобретения возможны несколько модификаций. Описанный выше принцип может быть использован при применении как неподвижных, так и вращающихся тиристорных мостов для возбуждения синхронных машин или для питания двигателей приводных систем. Для сброса приведенных в действие средств защиты от повышения напряжения в исходное состояние может также быть использовано временное или импульсное уменьшение смещения. Тогда на первой фазе сигнал повышенного напряжения дает сигнал оповещения и приведения средства защиты в исходное состояние. Длительный сигнал ошибки после ряда попыток сброса в исходное состояние вызовет формирование отключающего сигнала.An embodiment of a rotary electric machine in accordance with the invention is described above as an example. Within the scope of the invention, several modifications are possible. The principle described above can be used when using both fixed and rotating thyristor bridges to excite synchronous machines or to power the motors of drive systems. A temporary or impulse reduction in bias can also be used to reset the activated protective equipment against voltage increase to the initial state. Then, in the first phase, the overvoltage signal gives a warning signal and brings the protective equipment to its original state. A long error signal after a series of attempts to reset to the initial state will cause the formation of a tripping signal.

Использование способных к гашению полупроводниковых элементов также может уменьшить временной интервал переключения между положительным и отрицательным возбуждением или наоборот. Введение способных к гашению полупроводниковых элементов в двустороннее средство защиты от повышения напряжения делает необязательным временное изменение полярности напряжения возбуждения для гашения приведенного в действие и проводящего ток полупроводникового элемента.The use of quenchable semiconductor elements can also reduce the switching time interval between positive and negative excitation or vice versa. The introduction of quenchable semiconductor elements into a two-sided voltage surge protection device makes it unnecessary to temporarily change the polarity of the excitation voltage to quench a powered and current-conducting semiconductor element.

Claims (16)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Вращающаяся электрическая машина переменного тока, предназначенная для непосредственного подключения к распределительной или магистральной сети, содержащая систему бесщеточного возбуждения и, по меньшей мере, одну электрическую обмотку, отличающаяся тем, что обмотка выполнена из кабеля, имеющего, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу, изоляция которого содержит внутренний слой, обладающий полупроводниковыми свойствами, промежуточный твердый изоляционный слой и внешний слой, обладающий полупроводниковыми свойствами, при этом система бесщеточного возбуждения выполнена с возможностью переключения между положительным и отрицательным возбуждением.1. A rotating electric AC machine designed to be directly connected to a distribution or backbone network, comprising a brushless excitation system and at least one electrical winding, characterized in that the winding is made of a cable having at least one conductive core the insulation of which contains an inner layer having semiconductor properties, an intermediate solid insulating layer and an outer layer having semiconductor properties, wherein The brushless excitation system is configured to switch between positive and negative excitation. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что внешний слой изоляции выполнен с возможностью соединения с источником заранее заданного потенциала.2. The machine according to claim 1, characterized in that the outer insulation layer is configured to connect to a source of a predetermined potential. 3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что внешний слой изоляции выполнен с возможностью заземления.3. The machine according to claim 2, characterized in that the outer insulation layer is made with the possibility of grounding. 4. Машина по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, два соседних слоя обмотки машины имеют по существу одинаковые коэффициенты теплового расширения.4. Machine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that at least two adjacent layers of the winding of the machine have essentially the same coefficients of thermal expansion. 5. Машина по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть токопроводящих жил находится в электрическом контакте друг с другом.5. Machine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that at least a portion of the conductive conductors is in electrical contact with each other. 6. Машина по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что каждый из трех слоев изоляции соединен с соседними слоями, по существу, по всей поверхности его соприкосновения с ними.6. Machine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that each of the three layers of insulation is connected to adjacent layers, essentially over the entire surface of its contact with them. 7. Машина по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что слои изоляции выполнены таким образом, что они скреплены друг с другом даже тогда, когда кабель изогнут.7. Machine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the insulation layers are made in such a way that they are bonded to each other even when the cable is bent. 8. Вращающаяся электрическая машина переменного тока, предназначенная для непосредственного подключения к распределительной или магистральной сети, содержащая систему бесщеточного возбуждения, по меньшей мере, один магнитный сердечник и, по меньшей мере, одну электрическую обмотку, отличающаяся тем, что обмотка выполнена из кабеля, имеющего, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу, изоляция которого содержит внутренний слой, обладающий полупроводниковыми свойствами, промежуточный твердый изолляционный слой и внешний слой, обладающий полупроводниковыми свойствами, при этом система бесщеточного возбуждения вы9 полнена с возможностью переключения между положительным и отрицательным возбуждением.8. A rotating electric AC machine designed to be directly connected to a distribution or backbone network, comprising a brushless excitation system, at least one magnetic core and at least one electric winding, characterized in that the winding is made of a cable having at least one conductive core, the insulation of which contains an inner layer having semiconductor properties, an intermediate solid insulating layer and an outer layer having semiconductor properties, while the brushless excitation system is complete with the ability to switch between positive and negative excitation. 9. Машина по п.8, отличающаяся тем, что кабель содержит металлический экран или оболочку.9. The machine of claim 8, wherein the cable contains a metal screen or sheath. 10. Машина по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что система возбуждения содержит два включенных встречнопараллельно управляемых преобразователя тока для питания обмотки (4) возбуждения машины переменного тока, а также подключенное параллельно обмотке возбуждения двустороннее средство (8, 10, 12, 14) защиты от повышения напряжения возбуждения или цепь разряда и управляющее оборудование для управления преобразователями тока и указанным средством защиты или цепью разряда.10. Machine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the excitation system contains two on-parallel-controlled current transducers for supplying the excitation winding (4) of the excitation of the AC machine, as well as two-way means connected in parallel with the excitation winding (8, 10, 12, 14) protection against increasing the excitation voltage or the discharge circuit; and control equipment for controlling the current converters and the indicated protection means or the discharge circuit. 11. Машина по п.10, отличающаяся тем, что для переключения направления тока возбуждения, подаваемого от системы возбуждения, управляющее оборудование выполнено с возможностью изменения полярности преобразователей тока, при этом при переходе от одного направления тока к другому управляющее оборудование обеспечивает временное подключение указанного средства защиты.11. The machine of claim 10, characterized in that to switch the direction of the excitation current supplied from the excitation system, the control equipment is configured to change the polarity of the current transducers, while the control equipment provides a temporary connection of the specified means when switching from one current direction to another protection. 12. Машина по п.10 или 11, отличающаяся тем, что средство защиты от повышения напряжения или цепь разряда содержит двустороннюю тиристорную цепь (8, 10) разряда.12. The machine according to claim 10 or 11, characterized in that the voltage surge protection device or the discharge circuit comprises a two-sided thyristor discharge circuit (8, 10). 13. Машина по любому из пп.10-12, отличающаяся тем, что приведенное в действие средство защиты от повышения напряжения или цепь разряда выполнены с возможностью приведения в исходное состояние посредством управления проводимостью преобразователей (1, 2) с обеспечением временного или импульсного изменения полярности.13. Machine according to any one of paragraphs.10-12, characterized in that the activated voltage surge protection or the discharge circuit is adapted to restore to the initial state by controlling the conductivity of the converters (1, 2) with a temporary or pulse polarity reversal . 14. Машина по любому из пп.10-12, отличающаяся тем, что приведенное в действие средство защиты от повышения напряжения или цепь разряда выполнены с возможностью приведения в исходное состояние посредством способных к гашению полупроводниковых элементов.14. Machine according to any one of paragraphs.10-12, characterized in that the activated voltage surge protection or the discharge circuit is adapted to be reset by quenching semiconductor elements. 15. Электростанция, отличающаяся тем, что она содержит вращающуюся электрическую машину по любому из пп.1-14.15. Power plant, characterized in that it contains a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 14. 16. Способ возбуждения вращающейся электрической машины по любому из пп.1-14 как с положительным, так и с отрицательным направлением тока возбуждения, отличающийся тем, что при переключении направления тока возбуждения параллельно обмотке (4) возбуждения машины временно подключают двустороннее средство (8, 10, 12, 14) защиты от повышения напряжения возбуждения или двустороннюю цепь разряда.16. The method of excitation of a rotating electric machine according to any one of claims 1-14, with both positive and negative directions of the excitation current, characterized in that when switching the direction of the excitation current parallel to the excitation winding (4) of the machine, two-way means are temporarily connected (8, 10, 12, 14) protection against increased excitation voltage or a two-sided discharge circuit.
EA200000363A 1997-09-30 1998-09-29 A rotary electric machine EA002196B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9703555A SE512721C2 (en) 1997-09-30 1997-09-30 Rotary electric machine, machine comprising at least one rotating electric main machine and electric power plant comprising a rotating electric machine and method for magnetizing a rotating electric machine
PCT/SE1998/001741 WO1999017432A1 (en) 1997-09-30 1998-09-29 A rotary electric machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200000363A1 EA200000363A1 (en) 2000-12-25
EA002196B1 true EA002196B1 (en) 2002-02-28

Family

ID=20408451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200000363A EA002196B1 (en) 1997-09-30 1998-09-29 A rotary electric machine

Country Status (15)

Country Link
EP (1) EP1020012A1 (en)
JP (1) JP2001518780A (en)
KR (1) KR20010052083A (en)
CN (1) CN1272246A (en)
AU (1) AU736279B2 (en)
BR (1) BR9812569A (en)
CA (1) CA2305422A1 (en)
EA (1) EA002196B1 (en)
IL (1) IL134819A0 (en)
NO (1) NO20001318D0 (en)
NZ (1) NZ503658A (en)
PL (1) PL339569A1 (en)
SE (1) SE512721C2 (en)
WO (1) WO1999017432A1 (en)
ZA (1) ZA988874B (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RO126983A0 (en) * 2011-06-03 2011-12-30 Bultoc Călin Low speed electric generator

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT340523B (en) * 1976-04-27 1977-12-27 Hitzinger & Co Dipl Ing BRUSHLESS SYNC GENERATOR
DE2622309C3 (en) * 1976-05-19 1979-05-03 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Protective device for a brushless synchronous machine
SU873370A1 (en) * 1979-03-11 1981-10-15 Предприятие П/Я М-5113 Synchronous machine excitation system
US5036165A (en) * 1984-08-23 1991-07-30 General Electric Co. Semi-conducting layer for insulated electrical conductors
DE3543106A1 (en) * 1985-12-06 1987-06-11 Kabelmetal Electro Gmbh ELECTRIC CABLE FOR USE AS WINDING STRING FOR LINEAR MOTORS

Also Published As

Publication number Publication date
IL134819A0 (en) 2001-05-20
PL339569A1 (en) 2000-12-18
EA200000363A1 (en) 2000-12-25
SE512721C2 (en) 2000-05-02
NO20001318L (en) 2000-03-14
SE9703555D0 (en) 1997-09-30
AU9292198A (en) 1999-04-23
NZ503658A (en) 2001-11-30
WO1999017432A1 (en) 1999-04-08
CA2305422A1 (en) 1999-04-08
NO20001318D0 (en) 2000-03-14
SE9703555L (en) 1999-03-31
ZA988874B (en) 1999-06-04
EP1020012A1 (en) 2000-07-19
JP2001518780A (en) 2001-10-16
CN1272246A (en) 2000-11-01
BR9812569A (en) 2000-08-01
KR20010052083A (en) 2001-06-25
AU736279B2 (en) 2001-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA44857C2 (en) ELECTROMAGNETIC DEVICE (option), high-voltage electric power SET, power grid, method of controlling the electric field in the electromagnetic DEVICES, a method of manufacturing a magnetic circuit for electrical machines rotating CABLE FOR DEVICES FORMATION in electromagnetic winding generating a magnetic field
EA001634B1 (en) Power transformer/inductor
JP2001505758A (en) Apparatus and method for protecting objects against overcurrent by overcurrent reduction and current limiting
JP2001505757A (en) Apparatus and method for protecting an object against overcurrent by reducing overcurrent
CN1279830A (en) Power flow control
RU2201027C2 (en) Series compensation in alternating-current machines
KR20010052086A (en) Synchronous compensator plant
KR100447489B1 (en) Insulated conductor for high-voltage windings
EA002196B1 (en) A rotary electric machine
MXPA00003035A (en) A rotary electric machine
US20030006662A1 (en) Device at the end winding region in a rotating electric machine
AU736226B2 (en) Rotating electric machine with magnetic circuit
WO1999019963A1 (en) Rotating electric machine
WO1999029034A1 (en) A method and a system for speed control of a rotating electrical machine with flux composed of two quantities
JP2001525654A (en) Switchyard
WO1999017433A2 (en) An electric power plant
WO1999029017A1 (en) A method for manufacturing a stator for a rotating electric machine, where the stator winding includes joints, a stator and a rotating electric machine
MXPA99006971A (en) Series compensation of electric alternating current machines
WO1999019968A1 (en) Synchronous machine
MXPA99006753A (en) Power transformer/inductor
EP1020004A1 (en) Method and arrangement for earthing a rotating electric machine, and a rotating electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU