RU2193813C2 - Axially cooled rotary electrical machine - Google Patents
Axially cooled rotary electrical machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193813C2 RU2193813C2 RU98123301A RU98123301A RU2193813C2 RU 2193813 C2 RU2193813 C2 RU 2193813C2 RU 98123301 A RU98123301 A RU 98123301A RU 98123301 A RU98123301 A RU 98123301A RU 2193813 C2 RU2193813 C2 RU 2193813C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric machine
- stator
- cooling
- machine according
- rotating electric
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/288—Shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
-
- 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)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к высоковольтным вращающимся электрическим машинам, например синхронным машинам, а также к машинам с двойным возбуждением, устройствам для использования в каскадах асинхронного статического токового преобразователя, машинах с внешним полюсом и машинах с синхронным потоком, а кроме того к машинам переменного тока, предназначенным прежде всего для работы на электростанции и производства электроэнергии. Изобретение касается прежде всего охлаждения таких машин. The present invention relates to high-voltage rotating electric machines, such as synchronous machines, as well as to double excitation machines, devices for use in cascades of an asynchronous static current transducer, machines with an external pole and machines with a synchronous flow, and in addition to AC machines designed primarily for work in power plants and electricity production. The invention relates primarily to the cooling of such machines.
Вращающиеся высоковольтные электрические машины, то есть рассчитанные на напряжения свыше 10 кВ, а максимально - на 30-35 кВ, обычно обеспечиваются системой принудительного охлаждения. Rotating high-voltage electric machines, that is, designed for voltages above 10 kV, and maximum - 30-35 kV, are usually provided by a forced cooling system.
Вращающиеся высоковольтные электрические машины обычно имеют корпус статора из листовой стали, собранный с помощью сварки. Пластинчатый сердечник обычно выполнен из электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм с лакокрасочной изоляцией. Обмотка статора расположена в пазах в листовом железном сердечнике, причем обычно щели имеют прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение. Каждая фаза обмотки состоит из нескольких групп катушек, соединенных последовательно, а каждая группа катушек содержит множество катушек, соединенных последовательно. Различные части катушки обозначим следующим образом: боковая часть катушки - часть, которая помещена в статор, и торцевой конец обмотки - та часть, которая расположена вне статора. Катушка включает один или более проводников, соединенных по высоте и/или ширине. Rotating high voltage electric machines typically have a sheet steel stator housing assembled by welding. The plate core is usually made of electrical steel 0.35 or 0.5 mm thick with paint insulation. The stator winding is located in the grooves in the sheet iron core, and usually the slots have a rectangular or trapezoidal cross section. Each phase of the winding consists of several groups of coils connected in series, and each group of coils contains many coils connected in series. The different parts of the coil are denoted as follows: the side part of the coil is the part that is placed in the stator, and the end end of the winding is the part that is located outside the stator. The coil includes one or more conductors connected in height and / or width.
Между всеми проводниками имеется тонкая изоляция, например, из эпоксидной смолы/стекловолокна. Between all conductors there is a thin insulation, for example, of epoxy resin / fiberglass.
Катушка изолирована от паза с помощью изоляции катушки, то есть изоляции, выдерживающей номинальное напряжение машины относительно "земли". В качестве изоляционного материала могут использоваться различные пластмассы, лак и стекловолоконные материалы. Обычно используется так называемая слюдяная лента, которая состоит из слюды и прочной пластмассы, специально предназначенная для предотвращения частичных разрядов, которые могут быстро пробить изоляцию. Изоляцию наносят на катушку, обматывая несколько слоев слюдяной ленты вокруг катушки. Осуществляют пропитку изоляции, а затем боковую часть катушки окрашивают краской на графитовой основе для улучшения контакта с окружающим статором, который связан с потенциалом земли. The coil is isolated from the groove by insulation of the coil, that is, insulation that withstands the rated voltage of the machine relative to ground. As an insulating material, various plastics, varnish and fiberglass materials can be used. Usually used is the so-called mica tape, which consists of mica and durable plastic, specifically designed to prevent partial discharges that can quickly break through the insulation. Insulation is applied to the coil by wrapping several layers of mica tape around the coil. The insulation is impregnated, and then the side of the coil is painted with graphite-based paint to improve contact with the surrounding stator, which is associated with the ground potential.
Обычно генераторы должны быть соединены с сетью электроснабжения посредством трансформатора, который повышает напряжение до уровня электросети в диапазоне приблизительно 130-400 кВ. Настоящее изобретение предназначено для использования при высоких напряжениях в рабочем диапазоне 36-800 кВ. Typically, the generators should be connected to the power supply network by means of a transformer, which raises the voltage to the power supply level in the range of approximately 130-400 kV. The present invention is intended for use at high voltages in the operating range of 36-800 kV.
При использовании высоковольтных изолированных электрических проводников, далее называемых кабелями, в обмотке статора с твердой изоляцией, аналогичной используемой в кабелях для передачи электроэнергии, например кабеле с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями (XLPE), напряжение в машине может быть увеличено до такого уровня, что ее можно соединить непосредственно с сетью электроснабжения без промежуточного трансформатора. Таким образом, отпадает необходимость в обычном трансформаторе. Данная концепция в общем случае предусматривает, чтобы статорные пазы, в которых размещены кабели, были глубже, чем при известной технологии (более толстая изоляция из-за более высокого напряжения и большего количества витков в обмотке). Это означает, что распределение потерь будет отличаться от соответствующего распределения потерь в известной машине, что, в свою очередь, влечет за собой новые проблемы, связанные с охлаждением, например, зубцов статора. When using high-voltage insulated electrical conductors, hereinafter referred to as cables, in the stator winding with solid insulation, similar to that used in cables for electric power transmission, for example, cable with polyethylene insulation with intermolecular bonds (XLPE), the voltage in the machine can be increased to such a level that it can be connected directly to the power supply network without an intermediate transformer. This eliminates the need for a conventional transformer. This concept generally provides that the stator slots in which the cables are placed are deeper than with the known technology (thicker insulation due to higher voltage and more turns in the winding). This means that the distribution of losses will differ from the corresponding distribution of losses in a known machine, which, in turn, entails new problems associated with cooling, for example, stator teeth.
Для охлаждения обмоток, например, синхронной машины, могут использоваться три системы. При воздушном охлаждении обмотка статора, также как и обмотка ротора, охлаждается воздухом, идущим через обмотки. Каналы для воздушного охлаждении выполнены в пластинах статора и в роторе. При радиальной вентиляции и воздушном охлаждении пластинчатый сердечник, по меньшей мере для машин средних и больших размеров, разделен на пакеты, содержащие радиальные и осевые вентиляционные каналы, которые расположены в сердечнике. Охлаждающий воздух может быть окружающим воздухом, но при мощностях выше, чем 1 МВт, используется, главным образом, замкнутая система охлаждения с теплообменником. В больших турбогенераторах и в больших синхронных компенсаторах обычно используется охлаждение водородом. Этот способ охлаждения работает таким же образом, как и воздушное охлаждение с теплообменником, но вместо воздуха в качестве охлаждающего агента используется водород. Водород обладает лучшей охлаждающей способностью, чем воздух, но при его использовании возникают трудности с герметизацией и обнаружением утечек. Охлаждающие каналы выполнены путем штамповки пластин статора, в результате чего при наложении пластин для создания сегментов формируются каналы. Следствием этого является увеличение перепада давления в машине из-за множества мелких неоднородностей в каналах для охлаждения газом. Three systems can be used to cool the windings of, for example, a synchronous machine. With air cooling, the stator winding, as well as the rotor winding, is cooled by air passing through the windings. The channels for air cooling are made in the stator plates and in the rotor. With radial ventilation and air cooling, the plate core, at least for medium and large machines, is divided into packages containing radial and axial ventilation channels that are located in the core. The cooling air can be ambient air, but at capacities higher than 1 MW, a closed cooling system with a heat exchanger is mainly used. Large turbo generators and large synchronous expansion joints typically use hydrogen cooling. This cooling method works in the same way as air cooling with a heat exchanger, but hydrogen is used as the cooling agent instead of air. Hydrogen has a better cooling ability than air, but when using it there are difficulties with sealing and leak detection. The cooling channels are made by stamping the stator plates, as a result of which, when the plates are applied to create segments, channels are formed. The consequence of this is an increase in the pressure drop in the machine due to the many small inhomogeneities in the channels for gas cooling.
Как известно, в турбогенераторах, работающих в диапазоне мощностей 500-1000 МВт, используется водяное охлаждение статорной и роторной обмоток. Охлаждающие каналы выполняют в виде трубок внутри проводников статорной обмотки. В больших машинах проблема заключается в том, что имеется тенденция к неравномерному охлаждению и поэтому в машине возникают тепловые деформации. As you know, in turbogenerators operating in the power range of 500-1000 MW, water cooling of the stator and rotor windings is used. The cooling channels are in the form of tubes inside the conductors of the stator winding. In large machines, the problem is that there is a tendency to uneven cooling and therefore thermal deformations occur in the machine.
Считается, что высококачественные катушки для вращающихся генераторов могут быть изготовлены для диапазона напряжений 3-25 кВ. It is believed that high-quality coils for rotating generators can be made for a voltage range of 3-25 kV.
Предпринимались попытки разработки генератора с более высокими напряжениями, как видно, например, из "Electrical World", October 15 1932, р.524-525. Здесь описана разработка генератора на 33 кВ. Также описан генератор в Лангербрюгге, Бельгия, на 36 кВ. Хотя в статье обсуждается возможность дальнейшего повышения напряжения, концепции конструирования таких генераторов отсутствуют. Это, в первую очередь, связано с недостатками систем изоляции, в которых используются пропитанная лаком слюдяная фольга и бумага. Attempts have been made to develop a generator with higher voltages, as can be seen, for example, from Electrical World, October 15 1932, p. 544-525. The development of a 33 kV generator is described here. A 36 kV generator is also described in Langerbrugge, Belgium. Although the article discusses the possibility of further increasing the voltage, there are no design concepts for such generators. This is primarily due to the disadvantages of insulation systems, which use varnished mica foil and paper.
В докладе Научно-исследовательского института электроэнергии (EPRI), EL-3391, 1984 г., выполнен обзор концепций для построения вращающейся электрической машины повышенного напряжения для подключения ее к силовой электросети без промежуточного трансформатора. Такое решение, судя по исследованиям, способно обеспечить повышение эффективности и экономичности. Главной причиной для рассмотрения в 1984 г. проектов генераторов для непосредственного подключения к электросети было то, что в это время был изготовлен сверхпроводящий ротор. Большие магнитные поля, создаваемые сверхпроводником, позволяют использовать обмотку с воздушными зазорами при достаточно толстой изоляции для противодействия электрическим нагрузкам. A report by the Electricity Research Institute (EPRI), EL-3391, 1984, provided a review of concepts for constructing a rotary high voltage electric machine to connect it to a power grid without an intermediate transformer. Such a decision, judging by the research, can provide increased efficiency and economy. The main reason for considering generator designs for direct connection to the power grid in 1984 was that a superconducting rotor was made at that time. The large magnetic fields generated by the superconductor allow the use of a winding with air gaps with a sufficiently thick insulation to counteract electrical loads.
При объединении цепи возбуждения с обмоткой (так называемый "монолитный цилиндрический якорь"), когда два цилиндра с проводниками заключены в три цилиндра изоляции, а вся система установлена на железном сердечнике без зубцов, высоковольтная вращающаяся электрическая машина, возможно, могла бы быть непосредственно подключена к силовой электросети. Такое решение подразумевает, что главная изоляция должна быть сделана достаточно толстой, чтобы выдержать напряжения "сеть-сеть" и "сеть-земля". Очевидные недостатки предложенного решения заключаются в том, что в дополнение к требованиям, обусловленным наличием сверхпроводящего ротора, требуется очень толстая изоляция, которая увеличивает размер машины. Для того, чтобы выдерживать большие электрические поля, торцевые концы обмоток должны быть изолированы и охлаждаться маслом или фреонами. Вся машина должна быть герметично закрыта для предотвращения поглощения жидким диэлектриком влаги из атмосферы. When combining the excitation circuit with the winding (the so-called "monolithic cylindrical armature"), when two cylinders with conductors are enclosed in three insulation cylinders, and the entire system is mounted on an iron core without teeth, a high-voltage rotating electric machine could possibly be directly connected to power network. Such a solution implies that the main insulation must be made thick enough to withstand the voltage "network-to-network" and "network-to-ground." The obvious disadvantages of the proposed solution are that in addition to the requirements due to the presence of a superconducting rotor, a very thick insulation is required, which increases the size of the machine. In order to withstand large electric fields, the end ends of the windings must be insulated and cooled with oil or freons. The entire machine must be hermetically sealed to prevent the absorption of moisture from the atmosphere by the liquid dielectric.
Некоторые попытки осуществления нового подхода к разработке синхронных машин описаны, помимо прочего, в статье "Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300", J. Elektrotechnika, No. 1,1970, pp. 6-8, в патенте США 4429244 "Статор генератора" и в патенте СССР 955369. Some attempts to implement a new approach to the development of synchronous machines are described, inter alia, in the article "Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300", J. Elektrotechnika, No. 1.1970, pp. 6-8, in US patent 4429244 "Stator generator" and in USSR patent 955369.
Синхронная машина с водяным и масляным охлаждением, описанная в журнале J.Elektrotechnika, рассчитана на напряжения до 20 кВ. В статье описана новая система изоляции, состоящая из масляной бумажной изоляции, которая позволяет погрузить статор полностью в масло. При этом масло может использоваться как хладагент и, в то же самое время, как изоляция. Для предотвращения просачивания масла из статора к ротору, на внутренней поверхности сердечника имеется диэлектрическое маслоудерживающее кольцо. Обмотка статора выполнена из полых проводников овального сечения с масляной и бумажной изоляцией. Боковые части катушки с изоляцией закреплены в пазах прямоугольного сечения посредством клиньев. Как в полых проводниках, так и в отверстиях в стенках статора, для их охлаждения используется масло. Однако такие системы охлаждения требуют большого количества как электрических, так и гидравлических соединений на концах катушек. Кроме того, толстая изоляция приводит к увеличению радиуса кривизны проводников, что, в свою очередь, вызывает увеличение вылета обмотки. The synchronous water and oil-cooled machine described in J.Elektrotechnika magazine is designed for voltages up to 20 kV. The article describes a new insulation system consisting of oil-based paper insulation, which allows the stator to be completely immersed in oil. In this case, the oil can be used as a refrigerant and, at the same time, as insulation. To prevent oil from seeping from the stator to the rotor, there is a dielectric oil-holding ring on the inner surface of the core. The stator winding is made of oval-shaped hollow conductors with oil and paper insulation. The lateral parts of the coil with insulation are fixed in grooves of rectangular cross section by means of wedges. Both in hollow conductors and in the holes in the walls of the stator, oil is used to cool them. However, such cooling systems require a large number of both electrical and hydraulic connections at the ends of the coils. In addition, thick insulation leads to an increase in the radius of curvature of the conductors, which, in turn, causes an increase in the overhang of the winding.
Вышеупомянутый патент США относится к части статора в синхронной машине, которая содержит листовой магнитный сердечник с трапецеидальными пазами для статорной обмотки. Пазы сужаются, поскольку потребность в изоляции статорной обмотки уменьшается в направлении к внутренней части ротора, где расположена ближайшая к нейтральной точке часть обмотки. Кроме того, часть статора содержит диэлектрический маслоудерживающий цилиндр, расположенный поблизости от внутренней поверхности сердечника. Эта часть может повысить требования к магнитной части устройства по сравнению с машиной без этого кольца. Обмотка статора выполнена из маслонаполненных кабелей одинакового диаметра для каждого слоя катушки. Слои отделены друг от друга посредством распорных деталей, установленных в пазах, и закреплены клиньями. Особенностью обмотки является то, что она содержит две так называемых полуобмотки, соединенные последовательно. Одна из двух полуобмоток расположена по центру внутри трубчатой изоляции. Проводники статорной обмотки охлаждаются окружающим маслом. The aforementioned US patent relates to a part of a stator in a synchronous machine, which comprises a sheet magnetic core with trapezoidal grooves for the stator winding. The grooves are narrowed, since the need for insulation of the stator winding decreases towards the inner part of the rotor, where the winding closest to the neutral point is located. In addition, part of the stator contains a dielectric oil-retaining cylinder located near the inner surface of the core. This part can increase the requirements for the magnetic part of the device compared to a machine without this ring. The stator winding is made of oil-filled cables of the same diameter for each layer of the coil. The layers are separated from each other by means of spacers installed in the grooves and secured by wedges. A feature of the winding is that it contains two so-called semi-windings connected in series. One of the two half-windings is centrally located inside the tubular insulation. The stator conductors are cooled by surrounding oil.
Недостатками системы с таким большим количеством масла являются риск утечки и большой объем работы по очистке в случае аварии. Те части трубчатой изоляции, которые расположены вне пазов, имеют цилиндрическую часть и коническое завершение, усиленное токонесущими слоями, назначение которых заключается в управлении напряженностью электрического поля в области, где кабель входит в конец обмотки. The disadvantages of a system with such a large amount of oil are the risk of leakage and the large amount of cleaning work in the event of an accident. Those parts of tubular insulation that are located outside the grooves have a cylindrical part and a conical end reinforced with current-carrying layers, the purpose of which is to control the electric field strength in the area where the cable enters the end of the winding.
Из патента СССР 955369 понятно, что еще одна попытка увеличить номинальное напряжение синхронной машины заключается в том, что охлаждаемая маслом статорная обмотка содержит известный высоковольтный кабель одинакового размера для всех слоев. Кабель помещен в пазы статора, выполненные в виде круговых радиально расположенных отверстий, размеры которых соответствуют площади поперечного сечения кабеля и необходимому месту для их установки и для хладагента. Различные расположенные радиально слои обмотки окружены трубчатой изоляцией и закреплены в ней. В пазу статора трубки закреплены изолирующими распорками. Из-за масляного охлаждения во внутреннем воздушном зазоре необходимо установить внутреннее диэлектрическое кольцо для создания уплотнения для предупреждения просачивания масляного хладагента. From the patent of the USSR 955369 it is clear that another attempt to increase the rated voltage of the synchronous machine is that the oil-cooled stator winding contains a known high-voltage cable of the same size for all layers. The cable is placed in the grooves of the stator, made in the form of circular radially arranged holes, the dimensions of which correspond to the cross-sectional area of the cable and the necessary place for their installation and for the refrigerant. Various radially located layers of the winding are surrounded by tubular insulation and fixed in it. In the stator groove, the tubes are fixed with insulating spacers. Due to oil cooling, an internal dielectric ring must be installed in the internal air gap to create a seal to prevent oil refrigerant from leaking.
Описанные выше недостатки, связанные с наличием масла в системе, присущи и этой конструкции. В конструкции не видно сужения изоляции и пазов статора. Кроме того, конструкция характеризуется очень малыми радиальными промежутками между различными пазами в статоре, что подразумевает большой поток утечки в пазах и значительно влияет на требования к машине, связанные с намагничиванием. The disadvantages described above associated with the presence of oil in the system are inherent in this design. The design does not show narrowing of the insulation and grooves of the stator. In addition, the design is characterized by very small radial gaps between different grooves in the stator, which implies a large leakage flow in the grooves and significantly affects the requirements for the machine associated with magnetization.
В ЕР 0342554 раскрыта вращающаяся электрическая машина, содержащая статор, охлаждаемый жидким охлаждающим агентом. Статор машины выполнен с трапецеидальными пазами, размеры которых соответствуют поперечному сечению установленной в них обмотки. EP 0342554 discloses a rotating electric machine comprising a stator cooled by a liquid cooling agent. The stator of the machine is made with trapezoidal grooves, the dimensions of which correspond to the cross section of the winding installed in them.
В ЕР 0493704 раскрыт электрический двигатель, содержащий каналы для охлаждения в зубцах статора. В этом двигателе обмотки расположены в статоре неравномерно в пазах между зубцами. EP 0493704 discloses an electric motor comprising cooling channels in stator teeth. In this motor, the windings are arranged unevenly in the stator in the grooves between the teeth.
В ЕР 0684682 раскрыта вращающаяся электрическая машина. Статор машины имеет прямоугольные пазы с обмотками из проводников, имеющих прямоугольное поперечное сечение. Осевые каналы для охлаждения газом проходят через зубцы статора для обеспечения отвода тепла от проводников. Охлаждающие каналы введены для того, чтобы охладить большую часть статорного зубца в глубину по его радиусу. В результате этого возникают проблемы в конструкции машин большей мощности, которые будут содержать большее количество витков обмотки и поэтому потребуют более глубоких пазов в статоре, что ухудшит механическую прочность. In EP 0684682 a rotating electric machine is disclosed. The stator of the machine has rectangular grooves with windings of conductors having a rectangular cross section. Axial channels for gas cooling pass through the stator teeth to ensure heat removal from the conductors. Cooling channels are introduced in order to cool most of the stator tooth in depth along its radius. As a result of this, problems arise in the design of machines of higher power, which will contain a larger number of turns of the winding and therefore require deeper grooves in the stator, which will impair mechanical strength.
В ЕР 0155405 раскрыта система для охлаждения газом вращающейся динамоэлектрической машины, предназначенная для повышения выходной мощности машин с газовым охлаждением до уровня, который ранее мог быть достигнут только в машинах с водяным охлаждением. EP 0155405 discloses a gas cooling system for a rotating dynamoelectric machine designed to increase the output power of gas-cooled machines to a level that previously could only be achieved in water-cooled machines.
В патенте США 2975309 раскрыт статор с масляным охлаждением для вращающихся машин, в частности турбогенераторов. Статор машины имеет прямоугольные пазы, в которых размещены обмотки соответствующего сечения. US Pat. No. 2,975,309 discloses an oil-cooled stator for rotating machines, in particular turbogenerators. The stator of the machine has rectangular grooves in which the windings of the corresponding section are placed.
В патенте США 3675056 раскрыта динамоэлектрическая машина с герметичным уплотнением, соединенная с контуром охлаждения с жидким хладагентом. Внутренняя часть машины заполнена хладагентом, текущим в статоре через каналы с треугольным поперечным сечением для охлаждения обмоток прямоугольного сечения. US Pat. No. 3,657,056 discloses a hermetically sealed dynamoelectric machine coupled to a refrigerant circuit with a liquid refrigerant. The inside of the machine is filled with refrigerant flowing in the stator through channels with a triangular cross-section to cool rectangular windings.
В патенте США 3801843 раскрыта вращающаяся электрическая машина, имеющая ротор и статор, которые охлаждаются посредством теплоотводных трубок при помощи двухфазного текучего хладагента. Теплоотводные трубки статора расположены в пазах статора и выходят вдоль оси из статора и ротора на некоторое расстояние. Теплоотводные трубки ротора, помимо того, что служат теплообменниками для охлаждения ротора, выполняют роль электрических проводников. US Pat. No. 3,801,843 discloses a rotary electric machine having a rotor and a stator, which are cooled by heat pipes using a two-phase fluid refrigerant. The stator heat sink tubes are located in the grooves of the stator and extend along the axis of the stator and rotor for a certain distance. The heat sink tubes of the rotor, in addition to serving as heat exchangers for cooling the rotor, play the role of electrical conductors.
Целью настоящего изобретения является создание системы охлаждения для высоковольтной вращающейся электрической машины, работающей в диапазоне от 10 кВ до уровня напряжений силовой электросети. Такая вращающаяся электрическая машина может быть непосредственно соединена с силовой электросетью без промежуточного трансформатора. The aim of the present invention is to provide a cooling system for a high-voltage rotating electric machine operating in the range from 10 kV to the voltage level of the power supply network. Such a rotating electric machine can be directly connected to the power grid without an intermediate transformer.
Настоящее изобретение относится к средству охлаждения зубцов статора и, косвенно, обмотки статора в высоковольтной электрической машине, например высоковольтном генераторе переменного тока. The present invention relates to a means for cooling stator teeth and, indirectly, stator windings in a high voltage electric machine, for example a high voltage alternator.
Конструкция включает электрически изолированные трубки, идущие в осевом направлении, которые проходят через осевые отверстия в зубцах статора. Для обеспечения эффективного охлаждения при циркуляции хладагента по трубкам эти трубки прочно вклеены в отверстия. Трубки идут вдоль оси на всю длину зубцов статора и соединяются на торцах статора. The design includes electrically insulated tubes extending in the axial direction, which pass through axial holes in the stator teeth. To ensure effective cooling during circulation of the refrigerant through the tubes, these tubes are firmly glued into the holes. The tubes go along the axis along the entire length of the stator teeth and are connected at the ends of the stator.
Согласно наиболее предпочтительному варианту выполнения изобретения, по меньшей мере один из полупроводящих слоев, предпочтительно оба слоя, имеют такой же коэффициент теплового расширения, как и твердая изоляция. Таким образом, достигается решающее преимущество в том, что при тепловом расширении обмотки не образуются дефекты, трещины и т.п. According to a most preferred embodiment of the invention, at least one of the semiconducting layers, preferably both layers, have the same coefficient of thermal expansion as solid insulation. Thus, a decisive advantage is achieved in that thermal expansion of the winding does not cause defects, cracks, etc.
Устройство включает охлаждающие трубки, идущие в осевом направлении, выполненные из диэлектрического материала, например полимера, и протянутые сквозь осевые отверстия в ярме статора и его зубцах. Трубки плотно залиты в отверстиях для обеспечения хорошей теплопередачи при циркуляции хладагента по трубкам. Трубки проходят в ярме статора и зубцах статора по всей длине статора и, при необходимости, они могут быть соединены на торцах статора. The device includes cooling tubes extending in the axial direction, made of dielectric material, for example polymer, and stretched through the axial holes in the yoke of the stator and its teeth. The tubes are tightly filled in the holes to ensure good heat transfer during the circulation of the refrigerant through the tubes. The tubes pass in the stator yoke and stator teeth along the entire length of the stator and, if necessary, they can be connected at the ends of the stator.
Полимерные охлаждающие трубки являются непроводящими и, таким образом, устраняется опасность короткого замыкания. Кроме того, в них не могут возникнуть вихревые токи. Кроме того, полимерные охлаждающие трубки могут быть согнуты в холодном состоянии и протянуты через несколько отверстий без необходимости сращивания, что является большим преимуществом. The polymer cooling tubes are non-conductive and thus eliminate the risk of short circuits. In addition, eddy currents cannot occur in them. In addition, polymer cooling tubes can be bent in a cold state and extended through several holes without the need for splicing, which is a great advantage.
Полимерные охлаждающие трубки могут быть выполнены из многих материалов, например полиэтилена, полипропилена, полибутена, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, а также наполненного и усиленного эластомера. Наиболее предпочтительным среди них является полиэтилен с высокой плотностью (HDPE), поскольку его теплопроводность растет с повышением плотности. Если полиэтилен имеет поперечные межмолекулярные связи, что может быть достигнуто расщеплением пероксида, сшиванием силана или радиационным сшиванием, его способность противостоять давлению при повышенной температуре возрастает одновременно с устранением опасности разрушения под напряжением. Полиэтилен с межмолекулярными связями используется для водяных труб, например труб из полиэтилена с межмолекулярными связями (XLPE), изготавливаемых Wirsbo Bruks АВ, Швеция. Polymer cooling tubes can be made of many materials, such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, as well as filled and reinforced elastomer. Among these, high density polyethylene (HDPE) is most preferred since its thermal conductivity increases with increasing density. If polyethylene has transverse intermolecular bonds, which can be achieved by peroxide cleavage, silane crosslinking, or radiation crosslinking, its ability to withstand pressure at elevated temperature increases simultaneously with eliminating the risk of stress damage. Intermolecular bond polyethylene is used for water pipes, for example, intermolecular bond polyethylene (XLPE) pipes manufactured by Wirsbo Bruks AB, Sweden.
В одном из вариантов выполнения изобретения одна и та же трубка проходит более чем через одно отверстие без соединения ее с другой трубной частью. In one embodiment of the invention, the same tube passes through more than one hole without connecting it to another tube portion.
Таким образом, предложена вращающаяся электрическая машина, содержащая статор и по меньшей мере одну обмотку, которая, согласно изобретению содержит обмотку с системой изоляции, включающей по меньшей мере два полупроводящих слоя, каждый из которых образует по существу эквипотенциальную поверхность, и твердый изолирующий слой, расположенный между ними, причем по меньшей мере один зубец статора в секторе зубца снабжен по меньшей мере одним охлаждающим каналом, идущим по существу в осевом направлении и соединенным с контуром охлаждения, в котором находится хладагент для циркуляции. Thus, a rotary electric machine is proposed comprising a stator and at least one winding, which according to the invention comprises a winding with an insulation system comprising at least two semiconducting layers, each of which forms a substantially equipotential surface, and a solid insulating layer located between them, and at least one stator tooth in the tooth sector is provided with at least one cooling channel extending essentially in the axial direction and connected to the cooling circuit, which is the refrigerant for circulation.
По меньшей мере один из указанных слоев предпочтительно имеет по существу тот же коэффициент теплового расширения, что и твердый изолирующий слой. At least one of these layers preferably has substantially the same coefficient of thermal expansion as the solid insulating layer.
Охлаждающий канал предпочтительно находится внутри зубца статора и содержит охлаждающую трубку. The cooling channel is preferably located inside the stator tooth and comprises a cooling tube.
В каждом зубце статора предпочтительно имеется по меньшей мере одна охлаждающая трубка, идущая в осевом направлении и соединенная с контуром охлаждения, в котором находится хладагент для циркуляции. В каждом секторе зубца может иметься по меньшей мере четыре охлаждающих трубки, идущих в осевом направлении, из которых по меньшей мере три охлаждающие трубки проходят сквозь зубец статора, а оставшаяся охлаждающая трубка проходит через внешнюю часть ярма. Each stator tooth preferably has at least one cooling tube extending in the axial direction and connected to a cooling circuit in which the refrigerant for circulation is located. Each tooth sector may have at least four cooling tubes extending in the axial direction, of which at least three cooling tubes pass through the stator tooth, and the remaining cooling tube passes through the outer part of the yoke.
Охлаждающие трубки в зубце статора могут быть расположены по центру широкой части зубца. The cooling tubes in the stator tooth can be located in the center of the wide part of the tooth.
Все охлаждающие трубки могут быть электрически изолированы от статора посредством изолирующего слоя и предпочтительно прикреплены к статору теплопроводящим клеем. All cooling tubes can be electrically isolated from the stator by means of an insulating layer and are preferably attached to the stator by heat-conducting adhesive.
Все охлаждающие трубки, относящиеся к одному сектору зубца, могут быть установлены на одной линии в радиальном направлении. All cooling tubes belonging to the same tooth sector can be installed in one line in the radial direction.
Охлаждающий контур может иметь изолирующую секцию. The cooling circuit may have an insulating section.
Кроме того, согласно изобретению предложен способ охлаждения вращающейся электрической машины, имеющей высоковольтные статорные обмотки, выполненные как описано выше. Согласно способу, статор охлаждают хладагентом, который циркулирует в контуре охлаждения по каналам охлаждения, проходя сквозь зубцы статора в осевом направлении. In addition, according to the invention, a method for cooling a rotating electric machine having high voltage stator windings made as described above is provided. According to the method, the stator is cooled with a refrigerant that circulates in the cooling circuit through the cooling channels, passing through the stator teeth in the axial direction.
Хладагент предпочтительно циркулирует в замкнутом контуре, который проходит через теплообменник, охлаждая контур охлаждения водой из резервуара с водой. The refrigerant is preferably circulated in a closed loop that passes through the heat exchanger to cool the water cooling loop from the water tank.
Кроме того, предложена вращающаяся высоковольтная электрическая машина, содержащая статор, ротор и по меньшей мере одну обмотку, причем согласно изобретению указанная обмотка содержит по меньшей мере один токонесущий проводник, вокруг указанного проводника имеется первый полупроводящий слой, вокруг указанного первого полупроводящего слоя имеется твердый изолирующий слой, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется второй полупроводящий слой, причем по меньшей мере один зубец статора в секторе зубца снабжен по меньшей мере одним охлаждающим каналом, идущим по существу в осевом направлении и соединенным с контуром охлаждения, в котором находится хладагент для циркуляции. In addition, a rotating high-voltage electric machine is proposed comprising a stator, a rotor and at least one winding, according to the invention, said winding contains at least one current-carrying conductor, around the said conductor there is a first semiconducting layer, around the first semiconducting layer there is a solid insulating layer and around said insulating layer there is a second semiconducting layer, wherein at least one stator tooth in the tooth sector is provided with at least one oh a cooling channel extending substantially in the axial direction and connected to a cooling circuit in which the refrigerant for circulation is located.
Потенциал указанного первого слоя предпочтительно по существу равен потенциалу указанного проводника. Указанный второй слой предпочтительно выполнен так, что образует по существу эквипотенциальную поверхность, окружающую указанный проводник. На указанный второй слой может подаваться заранее заданный потенциал, который предпочтительно является потенциалом земли. The potential of said first layer is preferably substantially equal to the potential of said conductor. The specified second layer is preferably made so that it forms essentially equipotential surface surrounding the specified conductor. A predetermined potential, which is preferably the earth potential, may be supplied to said second layer.
По меньшей мере два соседних слоя предпочтительно имеют по существу равные коэффициенты теплового расширения. At least two adjacent layers preferably have substantially equal thermal expansion coefficients.
Токонесущий проводник предпочтительно содержит множество жил, только меньшая часть которых не изолированы друг от друга. The current-carrying conductor preferably contains a plurality of cores, only a smaller part of which is not insulated from each other.
Каждый из указанных трех слоев может быть неподвижно соединен с соседними слоями по существу по всей поверхности соединения. Each of these three layers can be fixedly connected to adjacent layers over substantially the entire surface of the joint.
Кроме того, предложена вращающаяся электрическая машина, имеющая высоковольтную магнитную цепь, содержащую магнитный сердечник и обмотку, причем эта обмотка, согласно изобретению выполнена из кабеля, содержащего один или более токонесущих проводников, каждый из которых содержит множество жил, вокруг каждого проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг указанного внутреннего полупроводящего слоя имеется твердый изолирующий слой, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой, причем по меньшей мере один зубец статора в секторе зубца снабжен по меньшей мере одним охлаждающим каналом, идущим по существу в осевом направлении и соединенным с контуром охлаждения, в котором находится хладагент для циркуляции. In addition, a rotating electric machine is proposed having a high-voltage magnetic circuit comprising a magnetic core and a winding, this winding according to the invention being made of a cable containing one or more current-carrying conductors, each of which contains a plurality of conductors, there is an inner semiconducting layer around each conductor there is a solid insulating layer around said inner semiconducting layer, and there is an outer semiconducting layer around said insulating layer, and at least least one stator tooth in the tooth sector provided with at least one cooling duct running substantially axially and connected to a cooling circuit in which the refrigerant circulation.
Указанный кабель дополнительно может содержать металлический экран и оболочку. The specified cable may additionally contain a metal screen and a sheath.
Кроме того, предложена вращающаяся электрическая машина, содержащая статор, ротор и обмотки, причем статор включает внешнюю часть ярма и зубцы статора, выступающие к центру в радиальном направлении, между которыми сформированы дорожки, в которые помещены обмотки, причем согласно изобретению зубцы статора имеют множество углублений, форма каждого из которых соответствует форме обмоток, помещенных в пазы между зубцами, а охлаждающие трубки, идущие в осевом направлении, установлены в зубцах статора и соединены с контуром охлаждения, в котором находится жидкий или газообразный хладагент для циркуляции, причем охлаждающие трубки размещены в зубцах статора вдоль радиуса между углублениями, а указанная обмотка включает по меньшей мере один токонесущий проводник, вокруг которого имеется первый полупроводящий слой, вокруг указанного первого слоя имеется твердый изолирующий слой, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется второй полупроводящий слой. In addition, a rotating electric machine is proposed comprising a stator, a rotor and windings, the stator including an outer part of the yoke and stator teeth protruding toward the center in the radial direction, between which tracks are formed into which the windings are placed, and according to the invention, the stator teeth have many recesses , the shape of each of which corresponds to the shape of the windings placed in the grooves between the teeth, and the cooling tubes extending in the axial direction are installed in the stator teeth and connected to the cooling circuit, in which there is liquid or gaseous refrigerant for circulation, the cooling tubes being placed in the stator teeth along the radius between the recesses, and said winding includes at least one current-carrying conductor around which there is a first semiconducting layer, around this first layer there is a solid insulating layer, and around the specified insulating layer has a second semiconducting layer.
Охлаждающие трубки могут быть электрически изолированы от статора. The cooling tubes can be electrically isolated from the stator.
Охлаждающие трубки предпочтительно включают трубки из диэлектрического материала. The cooling tubes preferably include tubes of dielectric material.
Охлаждающие трубки могут быть электрически изолированы от статора изолирующим слоем. The cooling tubes can be electrically isolated from the stator by an insulating layer.
Охлаждающие трубки могут включать трубки, имеющие некруглое поперечное сечение, например трубки овального сечения из полиэтилена с межмолекулярными связями. Cooling tubes may include tubes having a non-circular cross section, for example, oval cross-section tubes made of polyethylene with intermolecular bonds.
Охлаждающие трубки могут быть соединены теплопроводящим связующим агентом. The cooling tubes may be connected by a heat-conducting bonding agent.
По меньшей мере три охлаждающие трубки вдоль радиуса поперечного сечения могут быть расположены в зубцах статора, а остальные охлаждающие трубки - в части ярма статора. At least three cooling tubes along the radius of the cross section can be located in the teeth of the stator, and the remaining cooling tubes in the part of the stator yoke.
Кроме того, предложена вращающаяся электрическая машина, содержащая статор, ротор и по меньшей мере одну обмотку, причем, согласно изобретению обмотка является высоковольтным кабелем, а статор имеет по меньшей мере одну охлаждающую трубку, выполненную из диэлектрического материала и вставленную в отверстие, идущее через статор в осевом направлении, причем указанная трубка соединена с контуром охлаждения, в котором находится хладагент для циркуляции. In addition, there is provided a rotating electric machine comprising a stator, a rotor and at least one winding, wherein, according to the invention, the winding is a high voltage cable, and the stator has at least one cooling tube made of dielectric material and inserted into an opening through the stator in the axial direction, and the specified tube is connected to a cooling circuit in which there is a refrigerant for circulation.
Охлаждающая трубка может быть выполнена из полимерного материала, например из полиэтилена высокой плотности или из полиэтилена с межмолекулярными связями. The cooling tube may be made of a polymeric material, for example, high density polyethylene or polyethylene with intermolecular bonds.
Охлаждающая трубка может быть залита в отверстии в статоре заливаемым компаундом, способным к образованию поперечных связей, например, материалом с наполнителем, содержащим двухкомпонентный силиконовый каучук. The cooling tube may be filled in a hole in the stator with a castable compound capable of cross-linking, for example, with a filler material containing bicomponent silicone rubber.
Наполнитель может содержать оксид алюминия, нитрид бора или карбид кремния. The filler may comprise alumina, boron nitride or silicon carbide.
Охлаждающая трубка может быть расположена внутри по меньшей мере одного зубца статора. В каждом зубце статора предпочтительно имеется по меньшей мере одна охлаждающая трубка, идущая в осевом направлении и соединенная с контуром охлаждения, в котором находится хладагент для циркуляции. The cooling tube may be located within at least one stator tooth. Each stator tooth preferably has at least one cooling tube extending in the axial direction and connected to a cooling circuit in which the refrigerant for circulation is located.
В каждом секторе зубца может иметься по меньшей мере четыре охлаждающие трубки, идущие в осевом направлении, причем по меньшей мере три из этих охлаждающих трубок проходят в зубце статора, а оставшиеся охлаждающие трубки проходят во внешней части ярма. In each sector of the tooth, there can be at least four cooling tubes extending in the axial direction, at least three of these cooling tubes extend in the stator tooth and the remaining cooling tubes extend in the outer part of the yoke.
Охлаждающие трубки, расположенные в зубце статора, предпочтительно размещены по центру широкой части зубца. The cooling tubes located in the stator tooth are preferably located in the center of the wide part of the tooth.
Все охлаждающие трубки, относящиеся к одному сектору зубца, могут быть размещены в радиальном направлении по одной линии. All cooling tubes belonging to one sector of the tooth can be placed in the radial direction in the same line.
По меньшей мере в одной широкой части зубца могут иметься две охлаждающие трубки. In at least one wide part of the tooth, there may be two cooling tubes.
Охлаждающие трубки могут иметь эллиптические поперечные сечения. The cooling tubes may have elliptical cross sections.
Диаметр высоковольтного кабеля предпочтительно лежит в диапазоне 20-200 мм, а площадь проводящей области лежит в диапазоне 80-3000 мм2.The diameter of the high voltage cable preferably lies in the range of 20-200 mm, and the area of the conductive region lies in the range of 80-3000 mm 2 .
Материал с наполнителем может быть введен в отверстие после того, как установлена трубка. Filler material may be introduced into the hole after the tube is installed.
Материал с наполнителем может быть введен в отверстие с одной стороны статора под давлением до того, как он затвердел. Filler material can be introduced into the hole on one side of the stator under pressure before it hardens.
Охлаждающая трубка может быть выполнена из полиэтилена. The cooling tube may be made of polyethylene.
Одна и та же трубка может быть продета более чем через два отверстия без ее соединения с другой трубной частью. One and the same tube can be threaded through more than two holes without connecting it to another tube part.
Отверстия могут быть выполнены в виде двойных отверстий, имеющих форму восьмерки. The holes can be made in the form of double holes having the shape of a figure eight.
Изобретение будет описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи. The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
На фиг.1 схематично показан вид в перспективе поперечного сечения статора вращающейся электрической машины;
на фиг. 2 показано поперечное сечение высоковольтного кабеля, выполненного согласно настоящему изобретению;
на фиг.3 схематично показан сектор вращающейся электрической машины;
на фиг.4 показан сектор, соответствующий отделенному пазами зубцу статора с ярмом, этот сектор обозначен пунктирными линиями на фиг.3;
на фиг.5 показан альтернативный сектор, соответствующий отделенному пазами зубцу статора с ярмом, в котором имеются охлаждающие трубки, идущие в осевом направлении и выполненные согласно настоящему изобретению;
на фиг.6 показан контур охлаждения, выполненный согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7 показана совокупность отверстий для конструкции, выполненной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 8 показано альтернативное расположение отверстий, выполненных согласно настоящему изобретению.Figure 1 schematically shows a perspective view of a cross section of a stator of a rotating electric machine;
in FIG. 2 shows a cross section of a high voltage cable made in accordance with the present invention;
figure 3 schematically shows a sector of a rotating electric machine;
figure 4 shows a sector corresponding to the grooves of the stator tooth with a yoke, this sector is indicated by dashed lines in figure 3;
figure 5 shows an alternative sector corresponding to the grooved stator tooth with a yoke, in which there are cooling tubes extending in the axial direction and made according to the present invention;
6 shows a cooling circuit made in accordance with the present invention;
in FIG. 7 shows a set of holes for a structure made according to the present invention;
in FIG. 8 shows an alternative arrangement of holes made according to the present invention.
На фиг. 1 показана часть электрической машины, в которой ротор удален, чтобы яснее показать конструкцию статора 1. Главные части статора 1 содержат корпус 2 статора, сердечник 3 статора, содержащий зубцы 4 статора и ярмо 5 статора. Кроме того, статор включает обмотку 6 статора, состоящую из высоковольтного кабеля, расположенного в пространстве 7, которое имеет форму велосипедной цепи (см. фиг.3) и расположено между отдельными зубцами 4 статора. На фиг.3 в статорной обмотке 6 показаны только электрические проводники. Как видно на фиг.1, статорная обмотка 6 формирует пакет 8 концов обмоток с обеих сторон статора 1. Кроме того, из фиг.3 понятно, что изоляция высоковольтных кабелей имеет несколько размеров в зависимости от радиального положения кабелей в статоре 1. Для простоты на каждом конце статора 1 показан только один пакет торцевых соединений. In FIG. 1 shows the part of the electric machine in which the rotor is removed in order to more clearly show the design of the stator 1. The main parts of the stator 1 comprise a stator housing 2, a stator core 3 containing
В известных машинах больших размеров корпус 2 статора часто выполнен из сварных листовых стальных конструкций. В больших машинах сердечник 3 статора, известный также как пластинчатый сердечник, обычно выполнен из листов толщиной 0,35 мм, объединенных в пакеты с длиной по оси приблизительно 50 мм, отделенных друг от друга разделителями, формирующими вентиляционные каналы размером 5 мм. Однако в машине, выполненной согласно настоящему изобретению, вентиляционные каналы отсутствуют. В больших машинах каждый пакет пластин сформирован за счет подгонки штампованных сегментов 9 подходящего размера так, чтобы они сформировали первый слой, после чего каждый последующий слой помещен под прямыми углами для создания полной плоской части сердечника 3 статора. Эти части и разделители скрепляются прижимными ножками 10, упирающимися в прижимные кольца, пальцы или сегменты (не показаны). На фиг.1 показаны только две прижимные ножки. In known large-sized machines, the stator housing 2 is often made of welded sheet steel structures. In large machines, the stator core 3, also known as the plate core, is usually made of sheets of thickness 0.35 mm, combined in packages with an axis length of approximately 50 mm, separated from each other by dividers forming ventilation ducts of 5 mm in size. However, in the machine made according to the present invention, there are no ventilation ducts. In large machines, each stack of plates is formed by fitting stamped segments 9 of a suitable size so that they form a first layer, after which each subsequent layer is placed at right angles to create a completely flat part of the stator core 3. These parts and dividers are fastened by clamping legs 10, abutting in the clamping rings, fingers or segments (not shown). Figure 1 shows only two clamping legs.
На фиг. 2 показано поперечное сечение высоковольтного кабеля 11, выполненного согласно изобретению. Высоковольтный кабель 11 содержит множество жил 12, например из меди, имеющих круглое поперечное сечение. Эти жилы 12 находятся в середине высоковольтного кабеля 11. Вокруг жил 12 имеется первый полупроводящий слой 13, а вокруг первого полупроводящего слоя 13 имеется твердый изолирующий слой 14, например, из полиэтилена с межмолекулярными связями. Вокруг твердого изолирующего слоя 14 имеется второй полупроводящий слой 15. Таким образом, в настоящем изобретении понятие "высоковольтного кабеля" может не включать внешнюю защитную оболочку, которая обычно окружает такие кабели, предназначенные для сетей электроснабжения. Диаметр высоковольтного кабеля лежит в диапазоне 20-200 мм, а площадь проводящей области лежит в диапазоне 80-3000 мм2.In FIG. 2 shows a cross section of a
На фиг.3 схематично показан радиальный сектор машины с сегментом 9 статора 1 и с роторным полюсом 16 на роторе 17 машины. Кроме того, можно заметить, что высоковольтный кабель 11 уложен в пространстве 7, имеющем форму велосипедной цепи, между зубцами статора 4. Figure 3 schematically shows the radial sector of the machine with a segment 9 of the stator 1 and with a
На фиг.4 показан сектор 18 зубца, соответствующий одному пазовому шагу, обозначенный радиальными пунктирными линиями на фиг.3, причем высота зубца определяется как радиальное расстояние от вершины 19 зубца до внешнего конца 20 пространства 7, похожего на велосипедную цепь. Таким образом, длина статорного зубца эквивалентна высоте зубца. Кроме того, высота ярма определяется как радиальное расстояние от внешнего конца 20 пространства 7, похожего на велосипедную цепь, до внешнего конца 21 сердечника 3 статора. Это последнее расстояние задает ширину внешней части 22 ярма. Кроме того, суженная часть 23 зубца определяется как одна из нескольких узких частей, сформированных на каждом зубце статора. Таким образом, между суженными частями 23 зубцов сформировано множество широких частей 24 зубцов, причем их размеры увеличиваются от наименьшего, для части, ближайшей к кончику 19 зубца, до наибольшего, для части, ближайшей к внешнему краю 20 пространства 7, похожего на велосипедную цепь. Как понятно из чертежа, ширина внешней части ярма в секторе увеличивается по направлению к внешнему краю 21 статорного сердечника 3. Figure 4 shows the
Согласно изобретению в высоковольтной вращающейся электрической машине описанного выше типа имеется по меньшей мере один зубец 4 статора (см. фиг. 5) по меньшей мере с одним каналом для охлаждения, идущим по существу в осевом направлении, предпочтительно в виде охлаждающей трубки 25, связанной с контуром охлаждения, в котором находится циркулирующий хладагент. В возможном варианте выполнения изобретения в качестве хладагента в охлаждающих каналах может использоваться масло. Для достижения эффективного охлаждения охлаждающие каналы/трубки предпочтительно выполнены в каждом зубце статора. Согласно варианту выполнения изобретения, показанному на фиг.5, четыре охлаждающие трубки идут в осевом направлении через собственно зубец, в то время как другие две охлаждающие трубки идут в осевом направлении через внешнюю часть 22 ярма показанного сектора. Как можно видеть на этом чертеже, по меньшей мере в одной широкой части зубца вместо одной толстой охлаждающей трубки могут быть установлены две узкие охлаждающие трубки, расположенные рядом друг с другом. Каждая из этих двух трубок относится к собственному параллельному контуру для хладагента. Преимущество состоит в том, что более узкие трубки легче согнуть до меньшего радиуса. Другое преимущество узких трубок состоит в том, что они не препятствуют магнитному потоку в той же степени, как толстая трубка. Это преимущество реализуется также с помощью эллиптических и овальных трубок, большая ось которых лежит в радиальном направлении зубца. Согласно одному варианту выполнения изобретения, на всех расширениях зубцов имеются двойные охлаждающие трубки и все охлаждающие трубки в секторе пазового шага размещены на одной линии в радиальном направлении. Согласно другому варианту выполнения изобретения, охлаждающие трубки в секторе пазового шага также выровнены в радиальном направлении. Кроме того, во всех вариантах выполнения изобретения система охлаждения находится под потенциалом земли. According to the invention, in a high-voltage rotating electric machine of the type described above, there is at least one stator tooth 4 (see FIG. 5) with at least one cooling channel extending essentially in the axial direction, preferably in the form of a cooling
Другие варианты выполнения изобретения с охлаждающими трубками, соединенными со статорной обмоткой 6, также охватываются формулой изобретения, например охлаждающие трубки, помещенные между обмотками в виде прикрепленных к обмоткам элементов в треугольном пространстве 26 или в специальных углублениях на боковой стороне 27 зубца. Other embodiments of the invention with cooling tubes connected to the stator winding 6 are also covered by the claims, for example cooling tubes placed between the windings in the form of elements attached to the windings in a
Каждая охлаждающая трубка 25 имеет изолирующий слой 28 для устранения контакта с металлом в зубце 4 статора или во внешней части 22 ярма. Альтернативно, для прикрепления может использоваться теплопроводящий клей. В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения каждая охлаждающая трубка 25 выполнена из диэлектрического материала, например полимера, предпочтительно из полиэтилена с межмолекулярными связями, для устранения электрического контакта с металлом в зубце 4 статора или во внешней части 22 ярма. Все охлаждающие трубки залиты в отверстиях 28, проходящих в статоре 1, с использованием двухкомпонентного силиконового каучука, полученного холодной вулканизацией, с наполнителем для увеличения теплопроводности. Этот материал с наполнителем вводится в отверстие 28, после чего трубку 25 устанавливают. Кроме того, материал с наполнителем вводят под давлением в отверстие 28 с одной стороны статора до того, как этот материал затвердеет. Each cooling
Все охлаждающие трубки 25 связаны с замкнутым контуром 29 охлаждения. Вариант выполнения изобретения, показанный на фиг.6, содержит резервуар 30 с хладагентом 31, который может быть водой, газообразным водородом или другим хладагентом. Резервуар 30 снабжен индикатором уровня для управления и контроля за уровнем хладагента. Резервуар 30 связан также с двумя кольцевыми трубопроводами, состоящими из входной петли 32 и выходной петли 33. Между входной петлей 32 и выходной петлей 33 имеется множество контуров, соединенных параллельно, их количество обычно соответствует количеству зубцов статора или сторон зубцов, на которых имеются охлаждающие трубки. На фиг.6 показан один из таких параллельных контуров 34. Хладагент 31 поступает из входной петли 32 одновременно через все параллельные контуры 34 в выходную петлю 33, затем в циркуляционный насос 35, циркуляционный фильтр 36, теплообменник 37, то есть плоский теплообменник, а затем возвращается во входную петлю 32. Вода из резервуара с водой подается в один конец теплообменника 37 через фильтр (не показан) насоса 38 теплообменника. Вода закачивается в теплообменник и откачивается назад в резервуар с водой. All cooling
На фиг.7 показана альтернативная конструкция охлаждающих трубок 25, размещенных в двойном отверстии 39, имеющем форму восьмерки. Эта конструкция дает возможность объединить две охлаждающих трубки 25 в этом отверстии в широкой части 24 зубца статора, как показано на фиг.8. Кроме того, двойные отверстия расположены на одной линии в радиальном направлении, как показано также на фиг.8. FIG. 7 shows an alternative design of
При изготовлении статора, охлаждаемого согласно настоящему изобретению, размеры первого контура 29 охлаждения выбирают с учетом возможных расстояний между охлаждающими трубками 25. Расстояние между трубками должно быть выбрано так, чтобы трубки могли быть помещены в середину cамых широких частей зубца 4 статора в широкой части 24 зубца. Это важно во избежании магнитного насыщения в зубцах статора. Для определения необходимого количества трубок вычисляют тепловой баланс при таких радиальных и осевых промежутках, чтобы в высоковольтных кабелях было получено равномерное распределение температуры. В шаблон для штамповки пластин статора включают отверстия и, таким образом, никаких дополнительных операций не требуются. Охлаждающие трубки 25 предпочтительно из нержавеющей стали вставляют после того, как пластины сложены, но до намотки статора. Вначале трубки изолируют и вклеивают в отверстия, нагнетая клей и вставляя трубки снизу. Трубки могут быть соединены сваркой. Однако в каждом параллельном контуре 34 должна иметься электрически изолированная трубная часть. Этого можно достигнуть путем выбора трубки из полимерного материала для осуществления соединений с кольцевыми контурами 32, 33 выше генератора. In the manufacture of a stator cooled according to the present invention, the dimensions of the
Трубки должны быть вставлены плотно, поскольку в противном случае тепловое сопротивление между трубкой и сердечником статора будет слишком большим. Для увеличения теплопередачи между трубкой и сердечником статора пространство заполняют заливаемым компаундом, способным к образованию поперечных связей. Он может содержать полимер, который имеет низкую вязкость и поэтому допускает введение в него большого количества теплопроводящего наполнителя до того, как его вводят в пространство, где происходит переход в нетекучее состояние за счет химической реакции. Примерами подходящих составов являются акрил, эпоксидная смола, ненасыщенный полиэфир, полиуретан и силикон, причем последний является предпочтительным, поскольку не ядовит. Теплопроводящий наполнитель может включать оксиды алюминия, магния, железа или цинка, нитриды бора или алюминия, карбид кремния. The tubes must be inserted tightly, because otherwise the thermal resistance between the tube and the stator core will be too large. To increase heat transfer between the tube and the stator core, the space is filled with a filled compound capable of cross-linking. It may contain a polymer that has a low viscosity and therefore allows the introduction of a large amount of heat-conducting filler into it before it is introduced into the space where the transition to a non-fluid state occurs due to a chemical reaction. Examples of suitable formulations are acrylic, epoxy, unsaturated polyester, polyurethane and silicone, the latter being preferred because it is not toxic. The heat-conducting filler may include oxides of aluminum, magnesium, iron or zinc, boron or aluminum nitrides, silicon carbide.
Введенный состав может быть силиконовым каучуком, то есть смесью, например, оксида алюминия и силикона, то есть полидиметилсилоксаном с виниловыми группами, которые взаимодействуют с водородосодержащим полидиметилсилоксаном в присутствии платинового катализатора. Этот состав вводят под давлением в отверстие 28 между трубкой из полиэтилена с межмолекулярными связями и сердечником статора, после чего происходит отвердевание за счет присоединения атомов водорода к виниловым группам. The composition introduced can be silicone rubber, that is, a mixture of, for example, aluminum oxide and silicone, that is, polydimethylsiloxane with vinyl groups that react with a hydrogen-containing polydimethylsiloxane in the presence of a platinum catalyst. This composition is injected under pressure into the
Магнитный поток проходит между охлаждающей трубкой и землей, что индуцировало бы циркулирующий ток, если бы трубка не была изолирована от металлических пластин. Изоляция трубки должна быть тонкой, но, в то же самое время, такой прочной, чтобы трубку можно было вставить в отверстие без повреждения изоляции. Трубка может быть покрыта слоем лака или обмотана изолирующей тканью. Magnetic flux passes between the cooling tube and ground, which would induce a circulating current if the tube were not isolated from the metal plates. The insulation of the tube must be thin, but at the same time so strong that it can be inserted into the hole without damaging the insulation. The tube may be coated with a layer of varnish or wrapped with an insulating cloth.
Одна и та же трубка 25 может быть продета более чем через два отверстия 28 без ее соединения с другой трубной частью. Для уменьшения количества соединений в охлаждающих трубках могут использоваться U-образные трубки. Предпочтительным способом соединения является сварка, но возможны и другие решения, например соединение с помощью кольцевого уплотнения, сочленений, клея, пайки и т.д. One and the
Изобретение не ограничено вариантами его выполнения, описанными в примерах. Возможно несколько модификаций в пределах объема изобретения. Так, трубки в каждом пазовом участке не обязательно должны быть соединены последовательно, но могут иногда соединяться параллельно. Точно так же, несколько пазовых участков могут быть соединены последовательно. Соединения могут быть выполнены несколькими различными способами, например пайкой, сваркой, винтовыми соединительными элементами, хомутами и т.д. Контур охлаждения не обязательно должен быть подключен так, как показано на фиг.6. Вместо этого он может быть открытым и в этом случае надобность в теплообменнике отпадает. В зависимости, например, от вязкости клей может вводиться другими способами, нежели под давлением. Наконец, трубки могут быть сделаны из другого полимерного материала в зависимости от требований к их изоляции. The invention is not limited to the embodiments described in the examples. Several modifications are possible within the scope of the invention. So, the tubes in each groove section do not have to be connected in series, but can sometimes be connected in parallel. In the same way, several groove sections can be connected in series. Connections can be made in several different ways, such as soldering, welding, screw connectors, clamps, etc. The cooling circuit need not be connected as shown in FIG. 6. Instead, it can be open and in this case the need for a heat exchanger disappears. Depending on, for example, the viscosity of the adhesive can be introduced in other ways than under pressure. Finally, the tubes can be made of another polymeric material, depending on the requirements for their insulation.
Claims (51)
29.05.1996 по пп. 1-13;
29.05.1996 по пп. 14-31;
03.02.1997 по пп. 32-51.Priority on points:
05/29/1996 PP 1-13;
05/29/1996 PP 14-31;
02/03/1997 PP 32-51.
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9602087A SE9602087D0 (en) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | Axial cooling |
| SE9602079-7 | 1996-05-29 | ||
| SE9602087-0 | 1996-05-29 | ||
| SE9602079A SE9602079D0 (en) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | Rotating electric machines with magnetic circuit for high voltage and a method for manufacturing the same |
| SE9700350A SE9700350D0 (en) | 1997-02-03 | 1997-02-03 | Axially polymeric cooling tube |
| SE9700350-3 | 1997-02-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98123301A RU98123301A (en) | 2000-10-20 |
| RU2193813C2 true RU2193813C2 (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=27355821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98123301A RU2193813C2 (en) | 1996-05-29 | 1997-05-27 | Axially cooled rotary electrical machine |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0910885A1 (en) |
| JP (1) | JP2000511393A (en) |
| CN (1) | CN1220036A (en) |
| AU (1) | AU3052697A (en) |
| BR (1) | BR9709606A (en) |
| CA (1) | CA2255737A1 (en) |
| PL (1) | PL330226A1 (en) |
| RU (1) | RU2193813C2 (en) |
| WO (1) | WO1997045914A1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2333099C2 (en) * | 2003-11-24 | 2008-09-10 | ЛАПКИ Манфред А. А. | System for pipe molding with control over vacuum and temperature of cooling bushings |
| RU2539569C2 (en) * | 2009-04-24 | 2015-01-20 | АЛЬСТОМ Риньюэбл Текнолоджиз | Rotating electrical machine, namely asynchronous machine of double-way feed, which is intended for operation in power range of 20 mva to 500 mva and higher |
| RU2546162C2 (en) * | 2010-02-18 | 2015-04-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Engine module |
| RU169096U1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-03-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Electric machine stator |
| RU2638165C1 (en) * | 2015-11-04 | 2017-12-12 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Stator of rotating electrical machine |
| RU2768849C2 (en) * | 2017-07-20 | 2022-03-25 | И-Трэкшн Юроп Б.В. | Wheel electric motor equipped with cooling system |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE9901919L (en) * | 1999-05-27 | 2000-11-28 | Abb Ab | Cooling of rotating electric machines for high voltage |
| DE10008803A1 (en) * | 2000-02-25 | 2001-09-13 | Siemens Ag | Electric rotary machine |
| DE10008807A1 (en) | 2000-02-25 | 2001-09-06 | Siemens Ag | Rotary electric machine and method for cooling an electric rotary machine |
| SE0202488D0 (en) * | 2002-08-22 | 2002-08-22 | Alstom Switzerland Ltd | Method of dismantling a cooling tube in a stator tooth and tool used therefor |
| GB0223487D0 (en) * | 2002-10-09 | 2002-11-13 | Alstom Switzerland Ltd | Armature bar mounting |
| US8833100B2 (en) * | 2006-12-28 | 2014-09-16 | Whirlpool Corporation | Water reservoir pressure vessel |
| CN101989781A (en) * | 2009-07-30 | 2011-03-23 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | Motor cooling system and motor with same |
| CN101714789B (en) * | 2009-10-21 | 2013-03-13 | 上海海光电机有限公司 | Permanent magnet motor capable of radiating heat easily |
| NO338460B1 (en) * | 2009-12-16 | 2016-08-15 | Smartmotor As | Electric machine, its rotor and its manufacture |
| EP3079239B1 (en) * | 2015-04-09 | 2020-06-17 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Electrical machine and method |
| CN104901481B (en) * | 2015-06-09 | 2018-03-16 | 哈尔滨理工大学 | Stator winding vacuum water-cooled non salient pole generator |
| DE102017208566A1 (en) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | Mahle International Gmbh | Electric machine, in particular for a vehicle |
| CN110208312B (en) * | 2019-05-29 | 2021-07-02 | 东北电力大学 | Method for predicting critical heat flux density of parallel small channels under electric field interference |
| JP7249971B2 (en) * | 2020-05-22 | 2023-03-31 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Manufacturing method and pressing device for heat exchanger for rotary electric machine |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2975309A (en) * | 1958-07-18 | 1961-03-14 | Komplex Nagyberendezesek Expor | Oil-cooled stators for turboalternators |
| US3675056A (en) * | 1971-01-04 | 1972-07-04 | Gen Electric | Hermetically sealed dynamoelectric machine |
| US3801843A (en) * | 1972-06-16 | 1974-04-02 | Gen Electric | Rotating electrical machine having rotor and stator cooled by means of heat pipes |
| DE3444189A1 (en) * | 1984-03-21 | 1985-09-26 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | DEVICE FOR INDIRECT GAS COOLING OF THE STATE DEVELOPMENT AND / OR FOR DIRECT GAS COOLING OF THE STATE SHEET PACKAGE OF DYNAMOELECTRICAL MACHINES, PREFERRED FOR GAS COOLED TURBOGENERATORS |
| US5036165A (en) * | 1984-08-23 | 1991-07-30 | General Electric Co. | Semi-conducting layer for insulated electrical conductors |
| US4853565A (en) * | 1984-08-23 | 1989-08-01 | General Electric Company | Semi-conducting layer for insulated electrical conductors |
| DE3816652A1 (en) * | 1988-05-16 | 1989-11-30 | Magnet Motor Gmbh | ELECTRIC MACHINE WITH LIQUID COOLING |
| DE4100135C1 (en) * | 1991-01-04 | 1992-05-14 | Loher Ag, 8399 Ruhstorf, De | |
| GB2289992B (en) * | 1994-05-24 | 1998-05-20 | Gec Alsthom Ltd | Improvements in or relating to cooling arrangements in rotating electrical machines |
-
1997
- 1997-05-27 BR BR9709606-7A patent/BR9709606A/en not_active Application Discontinuation
- 1997-05-27 JP JP09542208A patent/JP2000511393A/en active Pending
- 1997-05-27 CN CN 97195041 patent/CN1220036A/en active Pending
- 1997-05-27 RU RU98123301A patent/RU2193813C2/en active
- 1997-05-27 PL PL33022697A patent/PL330226A1/en unknown
- 1997-05-27 EP EP97925369A patent/EP0910885A1/en not_active Withdrawn
- 1997-05-27 WO PCT/SE1997/000893 patent/WO1997045914A1/en not_active Application Discontinuation
- 1997-05-27 CA CA 2255737 patent/CA2255737A1/en not_active Abandoned
- 1997-05-27 AU AU30526/97A patent/AU3052697A/en not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2333099C2 (en) * | 2003-11-24 | 2008-09-10 | ЛАПКИ Манфред А. А. | System for pipe molding with control over vacuum and temperature of cooling bushings |
| RU2539569C2 (en) * | 2009-04-24 | 2015-01-20 | АЛЬСТОМ Риньюэбл Текнолоджиз | Rotating electrical machine, namely asynchronous machine of double-way feed, which is intended for operation in power range of 20 mva to 500 mva and higher |
| RU2546162C2 (en) * | 2010-02-18 | 2015-04-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Engine module |
| RU2638165C1 (en) * | 2015-11-04 | 2017-12-12 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Stator of rotating electrical machine |
| RU169096U1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-03-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Electric machine stator |
| RU2768849C2 (en) * | 2017-07-20 | 2022-03-25 | И-Трэкшн Юроп Б.В. | Wheel electric motor equipped with cooling system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR9709606A (en) | 2000-01-11 |
| AU3052697A (en) | 1998-01-05 |
| EP0910885A1 (en) | 1999-04-28 |
| CA2255737A1 (en) | 1997-12-04 |
| WO1997045914A1 (en) | 1997-12-04 |
| JP2000511393A (en) | 2000-08-29 |
| CN1220036A (en) | 1999-06-16 |
| PL330226A1 (en) | 1999-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2193813C2 (en) | Axially cooled rotary electrical machine | |
| CN105308832B (en) | Liquid cooled stator for high efficiency machines | |
| WO1997045918A1 (en) | Insulated conductor for high-voltage windings and a method of manufacturing the same | |
| AU718628B2 (en) | Insulated conductor for high-voltage windings | |
| EP0956633B1 (en) | End plate | |
| WO1999017422A1 (en) | Method for mounting a cooling tube in a cooling tube channel | |
| US20020125788A1 (en) | Axial cooling tubes provided with clamping means | |
| WO1999029013A2 (en) | High voltage rotating electric machines | |
| EP0903002B1 (en) | Rotating electrical machine comprising high-voltage winding and cast compound supporting the winding and method for manufacturing such machine | |
| CA2261638A1 (en) | Rotary electric machine with radial cooling | |
| EP1034607B1 (en) | Insulated conductor for high-voltage machine windings | |
| WO1997045929A2 (en) | Earthing device and rotating electric machine including the device | |
| AU718709B2 (en) | A device in the stator of a rotating electric machine | |
| WO1997045934A1 (en) | A rotating electric machine and a method of manufacturing the same | |
| SE520775C3 (en) | switchgear Station |