JPS6377337A - 三相交流電機用電機子巻線の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は三相交流電機用電機子巻線の冷却装置に係り、
特に四重星形結線されたタービン発電機用電機子巻線を
水冷する冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

タービン発電機の固定電機子巻線において、そのコイル
素線に中空導体を用い、これに水を流通させて電機子コ
イルを冷却する水冷方式が知られている（昭和５３年４
月１０日、電気学会初版発行「電気工学ハンドブックコ
第６９２頁参照）。

一方、三相交流電機用電機子巻線として四重星形結線を
採用した場合には、中性点側３本、ライン側３本、計６
本をタービン直結側（一方の二重星形に対して）と反タ
ービン直結側（他方の二重星形に対して）のそれぞれに
、すなわち総計１２本の端子を引き出さなければならず
、そのため、両端にそれぞれ同相の各コイル間を接続す
るための亘り線を有するコイルが各相当り１本、計３本
必要となる。

第２図はこのような電機子巻線における一方の二重星形
のうちの一相の電機子コイルの一部のみを示す結線図で
ある。

この図において、１は例えばＵ相の電機子コイルの一部
をなす底コイルで、その両端にはそれぞれ亘り線２，３
が接続されており、これらの亘り線２，３の他端には、
それぞれＵ相の電機子コイルの一部をなす上コイル４お
よび底コイル５が接続されている。６は給水口、７は排
水口で、給水口６は一方の亘り線２の上コイル４側の端
部に設けられ、排出ロアは他方の亘り線３の底コイル５
側の端部と上コイル４の反亘り線２側端部に設けられて
いる。なお図示していないが、上コイル４および底コイ
ル５にそれぞれ接続される他のコイルはそれぞれさらに
複数回重ね巻きされた後に互に接続され、その接続部か
ら１つの端子が引き出され、かつ亘り線２，３のうち前
記接続部と同一側に位置するものから他の１つの端子が
引き出される。他のＶ相、Ｗ相の電機子コイルも同様に
構成され、また他方の二重星形も端子の引き出し方向が
一方の二重星形と反対になる点が異なるだけで同様に構
成されている。

このように構成された電機子コイルにおいて、給水口６
から供給された冷却水は、矢印で示すように、その一部
が亘り線２、底コイル１および亘り線３を流通してこれ
らを冷却した後、排水ロアかも排出されるとともに、他
の一部が上コイル４を流通してこれを冷却した後、排水
ロアから排出される。

給水口６かも供給される冷却水を、このように、底コイ
ル１と２つの亘り線２，３からなる流水路と、上コイル
４のみからなる流水路に分け℃流通させているのは次の
理由による。

すなわち、固定子鉄心のスロット内に二層に収納された
２つのコイルのうち、底コイル１の方が上コイル４より
も鎖交するスロット漏れ磁束が少ないため、そのうず電
流積が小さく、その温度上昇も小さい。したがって、こ
の温度上昇の小さい底コイル１側に２つの亘り線２，３
（コイルに比べて温度上昇は小さい）を付加して一方の
流水路を形成し、温度上昇の大きい上コイル４の方はそ
れのみで他方の流水路を形成すれば、第４図に示すよう
に、底コイル１側の流水路の温度上昇（破線Ａ、で示す
）と上コイル４側の流水路の温度上昇（実線Ｂ、で示す
）をできるだけバランス（例えば温度上昇Ｔ１において
）させ、これらを良好に冷却することができるからであ
る。なお、第４図において、Ｄは発電機の固定子鉄心の
積み厚で、この場合は比較的長いもの（例えばり、）と
する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来の水冷方式は、この種のタービ
ン発電機用電機子巻線に適用した場合。

すべての機種（おいて必ずしも良好な結果が得られない
ことが判った。

すなわち、コイルのスロット部分での損失は前記したよ
うに、上コイルよりも底コイルの方が小さくなるが、ス
ロットから出たコイルエンド部分での損失は上コイル、
底コイルとも殆んど変らない。したがって、固定子鉄心
の積み厚、つまりスロットの長さが比較的短かい機種の
ｔ機子巻線においては、上コイル、底コイルともスロッ
ト部分での損失が比較的小さく、コイルの全損失に占め
る割合も小さくなるため、底コイル１に２つの亘り線２
，３を付加したものからなる一方の流水路での全損失と
、上コイル４のみからなる他方の流水路での全損失が余
り違わなくなる。このように固定子鉄心の積み厚りが比
較的小さい（例えばり、）機種、すなわち両方の流水路
での全損失が余り違わない電機子巻線に上記した従来の
水冷方式を適用すると、底コイル側の流水路は上コイル
側の流水路に比べて２つの亘り線２，３の分だけ長く、
その流通抵抗も大きい上に、長さが短かく流通抵抗の小
さい上コイル側の流水路と並列に接続されているため、
底コイル側の流水路に流れる冷却水の量が減少し、した
がって第４図に示すように、上コイル側の流水路の温度
上昇Ｔ、よりも底コイル側の流水路の温度上昇Ｔ、の方
が大きく、かえって両方の流水路の温度上昇の差が大き
くなって。

これらを良好に冷却し得ないことが判った。

このような問題を解決するためには、一般Ｋ、流通抵抗
の小さい上コイル側の流水路にオリフィスを投げ、両方
の流水路の流通抵抗をほぼ等しくしてこれらに流れる冷
却水の量をほぼ等しくすることが考えられるが、このよ
うにすると、給水口６における水圧が一定の場合、底コ
イル側の流水路を流れる冷却水のｆは変らず、上コイル
側の流水路を流れる冷却水の量が減少するだけであるか
ら、第４図に示すように、上コイル側の流水路の温度上
昇特性が実線Ｂ、から実線Ｂ、に変化するだけで、その
温度上昇もＴ、から底コイル側の流水路の高い温度上昇
Ｔ、と一致してしまう、したがって、この両方の流水路
の温度上昇を下げるためには、給水口の水圧を上げなけ
ればならず、給水ポンプの容量が増大するという欠点が
生じる。

また、第３図に示すようＫ、亘り線２，３が温度上昇に
より矢印方向Ｘに熱伸びすると、これに接続された底コ
イル１および上コイル４には、そのスロット出口部分に
おいてこれを周方向に屈曲しようとする応力が作用して
、コイルの導体や絶縁物に疲労をもたらすという問題も
ある。

本発明は上記した新たな知見に基づいてなされたもので
、その目的は、固定子鉄心の積み厚が比較的短かい機種
に適用した場合にも、亘り線を含む各コイルの温度上昇
を容易にバランスさせて、これらを良好に冷却し得ると
ともに、亘り線の熱伸びＫよるコイルの疲労を低減する
ことのできる四重星形結線された三相交流電機用電機子
巻線の水冷式冷却装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明は、各相当り１つのコ
イルの両端にそれぞれ接続された２つの亘り線の５ちの
一方の亘り線とこれに接続された１つの底コイルを第１
の流水路とし、他方の亘り線とこれに接続された１つの
上コイルを第２の流水路としたことを特徴とする。

〔作　用〕

上記のように構成された第１および第２の流水路にそれ
ぞれ冷却水を流すと、固定子鉄心の積み厚が比較的短か
い場合、両方の流水路の全技失が余り違わず、かつ両方
の流水路の長さが等しくその流通抵抗もほぼ等しくなる
ので、両方の流水路の温度上昇をバランスさせ、かつ従
来高かった底コイル側の流水路の温度上昇を下げ、これ
らを良好に冷却することができる。

また、同様に亘り線の温度上昇も低くなるので、亘り線
の熱伸びによるコイルの疲労も低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る電機子巻線の第２図に
相当する結線図、第３図は同電機子巻線の冷却装置にお
ゆる亘り線および給水口付近を示す斜視図である。

この実施例では、従来の水冷方式で、亘り線２における
上コイル４側の端部に設けられていた給水口６が、亘り
線２における底コイル１側の端部に設けられており、し
たがって、底コイル１側の第１の流水路は底コイル１お
よび亘り線３から形成され、上コイル４側の第２の流水
路は亘り線２および上コイル４から形成される。

また、第３図において、８は固定子鉄心で、その内周部
には多数のスロット９が設けられている。

１１を介して電気的に接続されるとともに、給水口６は
給水ホース１２を介してヘッダーリング１３に接続され
、かつ給水パイプ１４．１５を介して底コイル１および
亘り線２の端部にもそれぞれ接続されて、ヘッダーリン
グ１３、給水ホース１２、給水口６および給水パイプ１
４．１５の経路で底コイル１および亘り線２の各端部に
冷却水を供給し得るように構成されている。また、亘り
線２と上コイル４の各端部も給水パイプ１６により接続
されて、亘り線２から上コイル４へ冷却水が流通するよ
うになっている。

このように構成された本実施例によれば、底コイル１側
の第１の流水路は亘り線２が切り離されて、損失および
流通抵抗がその分だけ減少するので、その温度上昇が破
線Ａ、に示すように下がる。

一方、上コイル側４側の第２の流水路は第１の流水路か
ら切り離された亘り線２が付加されて、損失および流通
抵抗がその分だけ増加するので、その温度が実線Ｂ、に
示すように上昇する。その結果、固定子鉄心の積み厚り
の比較的小さい（例えばり、）機種の本実施例では、第
１および第２の流水路の温度上昇が、例えばＴ、におい
てほぼ一致することとなり、これらを良好に冷却するこ
とができる。また、亘り線３の温度上昇は、第１の流水
路の流通抵抗が減少し、これに流れる冷却水の量が増加
するので、第２図に示した従来の水冷方式に比べて下が
り、前記した亘り線３の熱伸びによるコイルの疲労を低
減することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、各相当り１つの
コイルの両端罠それぞれ接続された２つの亘り線のうち
の一方の亘り線とこれに接続された１つの底コイルを第
１の流水路とし、他方の亘り線とこれに接続された１つ
の上コイルを第２の流水路としたので、固定子鉄心の杷
み厚が比較的短かい場合、両方の流水路の全損失および
流通抵抗をほぼ等しくし、給水ポンプの容量を増大する
ことなく、両方の流水路の温度上昇をほぼバランスさせ
て、これらを良好に冷却することができる。

また、亘り線の温度上昇が低下するので、亘り線の熱伸
びＫよるスロット出口部のコイルの疲労を低減すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電機子巻線における一
方の二重星形のうちの一相の電機子コイルの一部および
冷却水の流通経路を示す結線図、第２図は従来の電機子
巻線における第１図に相当する結線図、第３図は本発明
の一実施例に係る電機子巻線の冷却装置における亘り線
および給水口付近を示す斜視図、第４図は固定子鉄心の
積み厚と流水路の温度上昇の関係を示す特性図である。 １・・・・・・底コイル、２，３・・・・・・亘り線、
４・・・・・・上コイル、６・・・・・・給水口、７・
・・・・・排水口。 第１図 １：広コイル ２．３：ｇプｌノ櫟 ４：上コイル ６：矛芒しイくｃフ ？：ｆ４戸−イく０ 第２図 第３図 第４図 固定予鈴ｌ（積２Ｆ厚Ｄ　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、固定子鉄心に設けられた多数のスロット内に二層に
   重ね巻きされた上コイルおよび底コイルからなる電機子
   コイルと、各相当り１つのコイルの両端に接続されかつ
   同相の各コイル間を接続する亘り線とを備え、前記電機
   子コイルおよび亘り線に冷却水を流通させてこれらを冷
   却するようにした四重星形結線された三相交流電機用電
   機子巻線の冷却装置において、前記１つのコイルの両端
   に接続された２つの亘り線のうちの一方の亘り線とこれ
   に接続された１つの底コイルを第１の流水路とし、他方
   の亘り線とこれに接続された１つの上コイルを第２の流
   水路としたことを特徴とする三相交流電機用電機子巻線
   の冷却装置。