JPH07123621A - タービン発電機 - Google Patents

タービン発電機

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JPH07123621A
JPH07123621A JP26354893A JP26354893A JPH07123621A JP H07123621 A JPH07123621 A JP H07123621A JP 26354893 A JP26354893 A JP 26354893A JP 26354893 A JP26354893 A JP 26354893A JP H07123621 A JPH07123621 A JP H07123621A
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JP
Japan
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wedge
turbine generator
magnetic
slot
armature winding
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Application number
JP26354893A
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English (en)
Inventor
Shinichi Wakui
真一 湧井
Kazumasa Ide
一正 井出
Haruo Oharagi
春雄 小原木
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Iemichi Miyagawa
家導 宮川
Yasuomi Yagi
恭臣 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】無負荷状態から短絡状態になるとき等の過渡状
態にあっても電力系統における短絡電流が抑制され、タ
−ビン発電機本体へ加わる電磁力を軽減するようになし
たタービン発電機を提供する。 【構成】電機子巻線を保持している楔を、磁性材にて形
成するとともに、その透磁率を、スロットの深さ方向よ
りスロットの幅方向の方が大きくなるように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はタービン発電機の改良に
係り、特に開口スロット内に電機子巻線を収納し、かつ
その開口部に電機子巻線保持用の楔を備えているタービ
ン発電機の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来一般に採用されているタービン発電
機は、固定子スロットを開放形のスロット、すなわち開
口スロットとして、この開口スロット内に電機子巻線を
収納し、そしてこの電機子巻線がスロット外に飛び出さ
ないように楔によって保持する構造となっている。
【0003】このスロット内の巻線を保持する楔として
は、磁性材よりなる磁性楔や非磁性材料にて形成される
非磁性の楔等があるが、一般の回転電気においては非磁
性の楔が用いられるのが普通で、タービン発電機の場合
も非磁性の楔が用いられている。
【0004】なお、磁性楔が用いられる回転電気として
は、例えば開放形スロットを採用した誘導電動機などが
ある。この誘導電動機においては、ギャップ長δ(固定
子と回転子との間隙)に対するスロット開口幅sの比、
すなわちs/δが少なくとも5以上と比較的大きく、ギ
ャップ部において比較的大きな磁気抵抗脈動が発生する
ため、例えば特開昭62−262626号公報に開示さ
れているように、スロット楔を磁性楔としてスロットに
よる磁気抵抗脈動を軽減する方法がとられている。
【0005】この点、タービン発電機においては、ギャ
ップ長δに対するスロット開口幅sの比、すなわちs/
δは最大でも1以下の比較的小さい値となり、スロット
による磁気抵抗脈動が小さく問題とならないため、非磁
性の楔が使用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように非磁性の楔
を備えたタービン発電機においては、通常運転時は特に
問題になることは無いのであるが、例えば無負荷状態か
ら短絡状態になるとき、過渡的に電機子巻線に直軸初期
過渡リアクタンスXd"に逆比例した短絡電流が流れる。
【0007】このとき、タービン発電機本体へ加わる電
磁力は、短絡電流が大きいほど、すなわち直軸初期過渡
リアクタンスが小さいほど大きくなり、したがって、過
渡状態においては、この大きな電磁力により、タービン
発電機の電機子巻線に変形や損傷を生じさせたり、また
巻線を支持している楔が飛散し重大な事故につながる恐
れがあった。
【0008】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、過渡状態にあっても電力系統にお
ける短絡電流が抑制され、タ−ビン発電機本体へ加わる
電磁力を軽減するようになしたこの種タービン発電機を
提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電機
子巻線を保持している楔を、磁性材にて形成するととも
に、その透磁率を、スロットの深さ方向より幅方向の方
が大きくなるように形成し所期の目的を達成するように
したものである。
【0010】
【作用】すなわちこのような楔を備えたタービン発電機
であると、電機子巻線を保持している楔が、磁気的に方
向性を有することにより、楔を周方向に流れる漏れ磁束
が増加し、これにより直軸初期過渡リアクタンスが増加
し、したがって過渡状態にあっても電力系統における短
絡電流が抑制され、タ−ビン発電機本体へ加わる電磁力
を軽減することができるのである。
【0011】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図1にはそのタービン発電機の電機子巻線
のスロット部周辺が断面で示されている。
【0012】符号1が固定子であり、この固定子1に
は、回転子軸の長手方向にのびた固定子スロット5が設
けられている。そして固定子スロット5の内部には電機
子巻線2が収納され、楔4によりスロット外部への飛び
出しが防止されるように形成されている。
【0013】3は固定子1の内部で回転する回転子で、
固定子同様スロットが設けられ、かつ界磁巻線が施され
ているわけであるが、ここでは省略してある。
【0014】なお、図中符号Фgは鎖交磁束であり、Фe
は歯部(スロットとスロットの間の部分)から隣接歯部
へ漏れる漏れ磁束、sは固定子スロット5の開口幅、δ
は固定子1と回転子3間のギャップ長を示している。
【0015】この場合、固定子スロットの開口幅sとギ
ャップ長δの比、すなわちs/δは1以下となるように
形成され、さらに固定子スロット5の開口部に挿入され
ている楔4は、特に次のように形成されている。
【0016】すなわち周方向(スロット幅方向、W矢印
方向)の透磁率μsxが径方向(スロット深さ方向、R矢
印方向)の透磁率μsyより大きい、すなわち μsx>μ
syとなるように設定された磁性の楔に形成されているの
である。
【0017】このように形成された楔を有するタービン
発電機であると、楔部分において周方向に透磁率が大き
く形成されているので、スロット開口部近傍を周方向に
通過する磁束が多くなる。
【0018】したがって、電機子巻線2の漏れ磁束Фe
が大きくなり、電機子巻線2の漏れリアクタンスが大き
くなる。つまり、過渡状態において、直軸初期過渡リア
クタンスXd"が増加し、直軸初期過渡リアクタンスXd"
に逆比例する短絡電流が減少することになる。すなわち
このことはタ−ビン発電機本体へ加わる電磁力が軽減す
ると云うことである。
【0019】このことは図2の直軸等価回路によっても
理解される。図中Xeは電機子巻線漏れリアクタンスで
あり、この電機子巻線漏れリアクタンスXeに直列的に
ダンパ巻線漏れリアクタンスxDd、界磁巻線漏れリアク
タンスxf、直軸電機子反作用リアクタンスxadが結合
している関係となる。
【0020】三相突発短絡を起こしたときの発電機の短
絡電流は矢印Aのように流れ、この短絡電流は直軸初期
過渡リアクタンスXd"(=Xe+xDd)に逆比例するこ
とから、電機子巻線漏れリアクタンスXeを大きくする
ことによって抑制することが可能となる。
【0021】図3は、前記楔としたときの漏れ磁束の関
係、すなわち楔の周方向の透磁率μsxと電機子巻線の漏
れ磁束Фeとの関係を示したものである。なお、透磁率
μsx=1のときが楔が非磁性であることを示している。
【0022】図からも明らかなように、楔の周方向の透
磁率μsxが大きくなるにしたがい、電機子巻線の漏れ磁
束Фeも増加し、したがってこのことから周方向の透磁
率μsxを大きくして漏れ磁束Фeを増加することにより
発電機の短絡電流を抑制することが可能となる。
【0023】図4には、本発明の他の実施例が示されて
いる。スロット開口部にコイル支持用の磁性楔4を設
け、磁性楔4の透磁率は周方向の透磁率μsx、径方向の
透磁率μsyでμsx>μsyである異方性の磁性楔とするの
である。これにより電機子巻線の漏れリアクタンスXe
を大きくするとともに、直軸電機子反作用リアクタンス
adを大きくしないようにするのである。これであって
も同様な作用効果を秦する。
【0024】図5には、さらに本発明の他の実施例を示
すタ−ビン発電機の電機子巻線のスロット部が示されて
いる。スロット開口部に電機子巻線2支持用の非磁性楔
6を設け、非磁性楔6の下側(スロット開口側)に板状
の磁性材7を挿入、あるいは固着して、スロットによる
磁気抵抗脈動を軽減し、スロットを通過する漏れ磁束Ф
eを多くするようにするのである。
【0025】図6、7は、本発明に係る軸中央部でのエ
アギャップの磁束密度分布を電気角で半周期分について
示したもので、縦軸は磁束密度を、横軸は周方向の位置
を示している。とくに図6は非磁性楔使用時であり、図
7は磁性楔(μs=μsx=μsy=10)を使用したとき
の磁束密度分布である。
【0026】この図から、スロット楔を磁性楔にするこ
とによって、非磁性楔使用時と比較して磁束の脈動成分
が小さくなることがわかる。したがって、磁束波(基本
波成分+脈動成分)の脈動も小さくなり、スロット楔を
磁性楔にすることは短絡電流を低減するばかりでなく、
磁束の脈動を小さくし損失の低減にも効果がある。
【0027】図8には、本発明に係るタ−ビン発電機の
断面図、図9、図10には本発明の他の実施例を示すタ
−ビン発電機の電機子巻線のスロット部が示されてい
る。図中2は電機子巻線、3は回転子、8は電機子鉄
心、9は界磁巻線のコイル端をおさえるために設けられ
た保持環である。
【0028】保持環9によってギャップδは軸中央部よ
り軸端部が狭くなっている。したがって、保持環9表面
では固定子スロットによる磁気抵抗脈動が大きくなり、
表面損が回転子中央部より大きくなる。
【0029】よって、スロット開口部に磁性楔4を挿入
することにより、非磁性楔6挿入時と比較して磁束の脈
動が減少することから、電機子巻線2を保持するための
スロット楔のうち、軸端部のスロット楔を磁性楔4とす
るだけでも、固定子端部の磁束の脈動が減少し、保持環
9での損失が減少する。
【0030】図11、図12に本発明の他の実施例を示
すタ−ビン発電機の電機子巻線のスロット部を示す。電
機子巻線2を保持するためのスロット楔のうち、軸中央
部のスロット楔を非磁性楔6とし、軸端部のスロット楔
を磁性楔4として固定子端部の磁束の脈動を減少し、軸
端部のギャップδendを中央部のギャップδbodyより大
きくすることによって、磁性楔による軸端部での固定子
と回転子の磁気的結合を小さくして、電圧維持能力を高
めることができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、たとえ無負荷状態から短絡状態になるとき等の過渡
状態にあっても、電力系統における短絡電流は抑制さ
れ、発電機本体へ加わる電磁力を軽減することができる
この種タービン発電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明タ−ビン発電機の一実施例の固定子スロ
ット部周囲を示す縦断側面図である。
【図2】本発明に係るタ−ビン発電機の直軸等価回路で
ある。
【図3】本発明に係る透磁率と漏れ磁束との関係を示す
特性図である。
【図4】本発明タ−ビン発電機の他の実施例の固定子ス
ロット部周囲を示す縦断側面図である。
【図5】本発明タ−ビン発電機の他の実施例の固定子ス
ロット部周囲を示す縦断側面図である。
【図6】従来のタービン発電機のエアギャップ磁束密度
分布図である。
【図7】本発明のタービン発電機のエアギャップ磁束密
度分布図である。
【図8】本発明に係るタ−ビン発電機の縦断側面図であ
る。
【図9】本発明タ−ビン発電機の他の実施例の固定子ス
ロット部周囲を示す縦断側面図である。
【図10】図9のA−A線に沿う断面図である。
【図11】本発明タ−ビン発電機の他の実施例の固定子
スロット部周囲を示す縦断側面図である。
【図12】図11のB−B線に沿う断面図である。
【符号の説明】
1…固定子、2…電機子巻線、3…回転子、4…磁性
楔、5…スロット、6…非磁性楔、7…磁性材、8…電
機子鉄心、9…保持環。
フロントページの続き (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮川 家導 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 八木 恭臣 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 開口した固定子スロット内に、電機子巻
    線が収納され、かつ該電機子巻線がスロット開口部に配
    置された楔によって保持されているタービン発電機にお
    いて、 前記楔を磁性材にて形成するとともに、その磁性材楔の
    透磁率を、スロットの深さ方向より幅方向の方が大きく
    なるように形成したことを特徴とするタービン発電機。
  2. 【請求項2】 開口した固定子スロット内に、電機子巻
    線が収納され、かつ該電機子巻線がスロット開口部に配
    置された楔によって保持されているタービン発電機にお
    いて、 前記楔を異方性透磁率の材料にて形成するとともに、そ
    の楔をスロットの深さ方向の透磁率より幅方向の透磁率
    の方が大きくなるように配置したことを特徴とするター
    ビン発電機。
  3. 【請求項3】 開口した固定子スロット内に、電機子巻
    線が収納され、かつ該電機子巻線がスロット開口部に配
    置された楔によって保持されているタービン発電機にお
    いて、 前記楔を磁性材にて形成するとともに、その楔の透磁率
    を固定子スロットの深さ方向の透磁率より幅方向の透磁
    率の方が大きくなるように磁気的に異方性を有するよう
    に形成したことを特徴とするタービン発電機。
  4. 【請求項4】 開口した固定子スロット内に、電機子巻
    線が収納され、かつ該電機子巻線がスロット開口部に配
    置された非磁性の楔によって保持されているタービン発
    電機において、 前記非磁性の楔内に、固定子スロットの深さ方向の透磁
    率より幅方向の透磁率の方が大きくなるように磁性材を
    内在させるようにしたことを特徴とするタービン発電
    機。
  5. 【請求項5】 開口した固定子スロット内に、電機子巻
    線が収納され、かつ該電機子巻線がスロット開口部に配
    置された非磁性の楔によって保持されているタービン発
    電機において、 前記非磁性の楔に、固定子スロットの深さ方向の透磁率
    より幅方向の透磁率の方が大きくなるように磁性材を設
    けたことを特徴とするタービン発電機。
  6. 【請求項6】 前記非磁性の楔に設けられる磁性材が、
    板状をなし、かつスロット開口部に近い側の楔面に固着
    されてなる請求項5記載のタービン発電機。
  7. 【請求項7】 固定子スロット内に電機子巻線がスロッ
    ト楔によって保持された固定子と、界磁巻線が施された
    回転子とを有し、前記固定子スロットの開口幅sと前記
    固定子と回転子間のギャップ長δとの比s/δが1以下
    に形成されているタービン発電機において、 前記楔を、磁性材にて形成するとともに、その透磁率を
    固定子スロットの深さ方向の透磁率より幅方向の透磁率
    の方が大きくなるように形成したことを特徴とするター
    ビン発電機。
  8. 【請求項8】 開口した固定子スロット内に、電機子巻
    線が収納され、かつ該電機子巻線がスロット開口部に配
    置された非磁性の楔によって保持されているタービン発
    電機において、 前記楔のうち、少なくとも軸端部の楔を磁性楔とし、該
    磁性楔の透磁率を固定子スロットの深さ方向の透磁率よ
    り固定子スロットの幅方向の透磁率の方が大きくなるよ
    うに形成したことを特徴とするタービン発電機。
  9. 【請求項9】 前記磁性の楔が配置されている部分のギ
    ャップ長を、非磁性の楔が配置されている部分のギャッ
    プ長より大きく形成してなる請求項8記載のタ−ビン発
    電機。
  10. 【請求項10】 前記非磁性の楔に設けられる磁性材
    が、板状をなし、かつスロット開口部に近い側の楔面に
    固着されてなる請求項8または9記載のタービン発電
    機。
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