[发明专利]具有磁路的高压旋转电机及其制造方法

说明书

本发明涉及一种包括一磁路的旋转电机，它具有一磁芯和一绕组。这种电机包括主要用作发电机的同步机，它们用于输配电网的连接，以下一般将输配电网称为电网。同步机也用作电动机，它们用来补偿相位和控制电压，这时它们作为机械空载机(mechanically idlingmachines)。本发明的技术领域还包括双馈机(double fed machines)、异步机、异步级联变换机(converter cascade)、外极点机(outer polemachine)和同步磁通量机(flux machines)。

这里所称磁路包括叠层、标准或定向的片状磁芯，或其他如无定形或粉质材料的磁芯，或为使交流通量、绕组、冷却系统等工作的任意其他装置，该磁路可位于电机的定子或转子中，也可同时位于这二者之中。

本发明还包括用来制造一旋转电机磁路的方法。

为了说明和描述电机，首先将以一同步机为基础例举、给出对旋转电机的简介。该简介的第一部分基本上涉及这种电机的磁路以及如何根据传统技术来构造它。由于大多数情况下所指的磁路位于定子内，所以以下将把磁路通常描述为定子，该定子有一叠层芯，其绕组将被称作定子绕组，而将把用于绕组的叠层芯中各槽称作定子槽或简单槽(simply slots)。

多数同步机在其转子中有场绕组，在该场绕组中由直流产生主磁通，而在定子中有一交流绕组。同步机通常为三相。有时，将同步机设计成具有凸极。后者在其转子中有一交流绕组。

大型同步机的定子体常由具有焊接结构的片钢制成。叠层芯常由浸漆的0.35或0.5mm导电片制成。对于更大的电机来说，将这些片冲成节段，利用楔/榫将这些节段安装到定子体上。叠层芯通过压指和压盘卡住。

至于冷却同步机的绕组，可用三种不同的冷却系统。

在空气冷却的情况下，定子绕组和转子绕组皆受到流过的空气的冷却。把冷却空气管道建立在定子叠层中和转子中。对于利用空气进行径向式通风和冷却来说，把至少用于中等的或大的电机的片状铁芯分成一些叠层，该铁芯内设置有径向与轴向通风管道。冷却空气可由大气组成，但仅用于1MW以上的功率范围，基本上采用带有热交换器的闭合冷却系统。

氢冷却常用于约400MW以下的汽轮发电机组中和大型同步制冷设备中。其冷却方法的作用与带有热交换器的空气冷却方式相同，但是用氢气代替了空气作为冷却剂。氢气的冷却能力比空气好，但在密封和监控泄漏时很困难。对于功率范围在500-1000MW的汽轮发电机组来说，众所周知，加水冷却定子绕组和转子绕组。冷却管道呈管状，将它们置于定子绕组中的导体内部。

大型机的一个问题在于，冷却趋于不均匀，因此，在机器两端产生温差。

定子绕组位于铁片芯内的槽中，这些槽常具有矩形或梯形截面。每相绕组包括一些串联连接的线圈组，每个线圈组包括一些串联连接的线圈。将线圈的置于定子中的部分命名为线圈边和将位于定子外部的部分命名为端绕组。一个线圈包括一个或多个在厚度和/或宽度上装配在一起的导体。

在每个导体之间有一薄绝缘体，例如环氧树脂/玻璃纤维。

用一线圈绝缘体，即，用一用来承受电机对地额定电压的绝缘体使线圈与槽相绝缘。作为绝缘材料，可以采用各种塑料、浸漆物和玻璃纤维材料。通常，采用所谓的云母带，它是云母与硬塑料的混合物，专门生产用来防止局部放电，局部放电可迅速击穿绝缘体。通过将云母带在线圈上绕好几层，将该绝缘体加到线圈上。浸渍该绝缘体，然后用石墨基的油漆涂线圈边，以改善与接到地电位上的周围定子的接触。

绕组的导体面积由所考虑的电流密度和所采用的冷却方法确定。通常将导体和线圈制成具有矩形形状，以使槽中的导体材料量最大。典型的线圈由所谓的罗贝尔条制成，其中可将某些条制成用于冷却剂的中空形。一个罗贝尔条包括多个并联连接的矩形铜导体，将它们沿槽换位(transpose)360度。还可用换位540度和其他换位形式的Ringland条。从磁场的角度考虑，进行换位是为了以防止发生杂散电流，杂散电流产生于导体材料的截面中。

基于机械和电气的原因，不能将电机制成任意大小。电机的功率基本由以下三个因素决定：

-绕组的导体面积。在正常的工作温度下，例如铜的最大值为3.0-3.5A/mm²。

-定子和转子材料中的最大磁通密度(磁通)。

-绝缘材料中的最大电场强度，即所谓的介电强度。