[发明专利]一种旋转电机及其制造方法

说明书

本发明在第一方面涉及一种在权利要求1的前序部分中所描述类型的旋转电机，例如，同步电机、还有双路馈电电机，用于异步静态换流器诸级、外极电机和同步流动电机(flow-machine)中。

本发明的第二方面涉及一种在权利要求15的前序部分中所描述类型的方法。

主要打算把该电机作为电站中的发电机，用来产生电力。打算把该电机用于高电压。高电压就此而言是超过10kV的电压。用于根据本发明的电机的典型操作范围可以是36至800kV。

对于在范围6-30kV内的电压，常规已经设计了类似的电机，并且30kV通常被认为是上限。这一般意味着发电机要经变压器连接到电力网上，变压器把电压升压到电力网级，即在约100-400kV范围内。

通过使用高压绝缘导电体，在如下命名的、在定子绕组中、带有与用来传送电力的电缆中所用的类似的固体绝缘的电缆，例如XLPE电缆(XLPE=交联的聚乙烯)，中，可以把电机的电压增大到这样的级，从而使它能直接连接到电力网上而不用中间变压器。

这个概念一般要求在定子中把电缆置于其中的槽比常规技术的深(由较高电压和绕组的较多匝数造成较厚的绝缘)。在这种特定类型的电机中，槽具有对应于大于一半的深度，通常大于铁心径向延伸的三分之二。这带来与定子齿(定子槽之间的空隙)内的机械固有频率和其冷却有关的新问题。

把电缆固定在槽中也是一个问题-电缆必须插入到槽中而其外层不受损坏。电缆经受具有100Hz频率的、引起振动倾向的电流，并且除与外径有关的制造公差外，其尺寸还随温度变化(即负载变化)而改变。

尽管当把电流供给到高压网上时的主要技术，一种在本申请中涉及70kV和以上的概念，是把变压器插入在发电机与电力网之间，如在引言中所述的那样，但已经尽力通过直接产生电网等级的电压来消除变压器。在US-4429244、US-4164672和US-3743867中描述了这样一种发电机。

认为能制造用于旋转电机的线圈，在3-25kV的电压范围内具有良好的效果。

然而，开发比这更高的电压的发电机的努力已经进行了一段时间。例如可以参照“电气世界(Electrical World)”,1932年10月15日，第524-525页。这篇文章描述了如何对于33kV布置由Parson1929年设计的发电机。还描述了在比利时Langerbrugge产生36kV电压的发电机。尽管该文还推测了进一步增大电压级的可能性，但这些发电机所基于的概念的发展却受到削减。这主要是因为其中以几个隔离层使用云母油和纸的浸漆层绝缘系统中的缺陷。

在从1984年4月来自电力研究院(Electric Power Research Institute)的报告，EPRI,EL-3391中，对发电机概念加以说明，对于把这样一种发电机连接到电力网上，而不用中间变压器的目的，这些概念实现了发电机中的较高电压。该报告认为这样一种方案提供了良好的效率增益和大量财政益处。在1984年认为有可能开始开发直接连接到电力网上的发电机的主要原因是，到这时已经开发了超导转子。超导场绕组相当大的激励容量使使用具有足够厚度的气隙绕组来承受电应力成为可能。

通过把根据本项目认为最有希望的概念、设计磁路的概念、与一种绕组，所谓的“单块鼓形电枢”，一种其中把两个导体筒放入在三个绝缘筒内且整个结构不用齿连接到一个铁心上的概念相结合，认为用于高压的旋转电机能直接连接到电力网上。这种方案意味着主绝缘必须制造得足够厚，以承受网对网和网对地电位。除了它需要超导转子外，提出方案的一个明显缺点是还需要非常厚的绝缘，这增大了电机尺寸。线圈端部必须用油或氟利昂绝缘和冷却，以便控制端部处的强电场。整个电机必须气密地封闭，以便防止液态介电介质从大气中吸收水分。

尤其在J.Elektrotechnika标题为“水和油冷涡轮发电机TVM-300”，1970年11月1日，US-4,429,244的第6-8页“发电机的定子”的文章中，及在苏联专利说明书CCCP Patent 955369中，描述了在关于同步发电机设计的新方法方面的一些尝试。