[发明专利]具有磁路的旋转电机

说明书

这里所指的旋转电机包括同步电机，主要用作发电机，与下文称为电力网的配电网和输电网连接。这些同步电机还用作电动机，以及用作相位补偿和电压控制，并且在这种情况下用作机械开路的电机。本技术领域还包括双端馈电电机，异步静态换流器级，外极电机，和同步流量电机。这些电机预定用于高压。这里高压应该理解为是指超过10kV的电压。根据本发明的电机的典型操作范围可能是36kV到800kV。

在定子绕组中使用高压绝缘导电体，使得电机的电压能够增加到这样等级，以至电机能不用中间变压器而直接与电力网连接，这些导体在下文称为电缆，它们具有和电力传输电缆(例如PEX电缆)中所使用的绝缘类似的固体绝缘。因此，为了处理系统稳定性和/或转动质量的相关性，以及高压直流输电附近的电动势，或选择地，为了产生或消耗与次输电级或输电级直接连接的高压交流，直接与次输电级或输电级连接，则满足了对快速连续调节无功功率的需求。电站可以是几MVA到几千MVA。

明显优点是其中电抗消耗无功功率的变压器不必要，传统的高功率断路器也不必要。由于获得旋转补偿，所以对电网质量也有好处，而且关于过负荷容量，在这样的电机中可以为+100％。对于无功功率控制范围可以为+100％。

然而，由于在这样的高压电机中，应用所述类型电缆的定子绕组获得相当大的径向尺寸，所以可能出现问题。在电机的空气间隙的给定直径下，直径和绕组的匝数成比例地增加，并且定子叠层中承载电缆的槽必须很深，而且定子叠层为数众多。

本发明的目的是为了解决上述问题，并且提供一种具有较小定子的电机和这样一种布置，它尺寸较小但功率不小。这个目的是由根据本发明的电机来实现的，其特征在权利要求书中限定。

参考附图，将更详细地叙述本发明，其中：

图1表示用于本发明的电缆的截面；

图2表示根据本发明作为水力发电机设计的电机的轴向断面；

图3类似地表示根据本发明的电机的第二实施例的轴向断面；

图4类似地表示根据本发明的电机的第三实施例的轴向断面；和

图5类似地表示根据本发明的电机的第四实施例的轴向断面。

本发明就第一方面来说预定用于图1类型的高压电缆1，这种电缆由一个具有多条股线部分2的芯，一个环绕内半导电层的绝缘层4，和一个外半导电层5所构成。本发明的优点在这里特别讲述，本发明特别是指这样的电缆，它具有20-200mm区间之内的直径，和80-3000mm²区间之内的导电面积。该电缆因此不包括通常环绕配电电缆的外护皮。

用于本发明的绝缘导体或高压电缆是柔性的，并且是WO 97/45919和WO 97/45847中更详细叙述的类型。该绝缘导体或电缆在WO97/45918，WO 97/45930和WO 97/45931中进一步叙述。

因此，在根据本发明的布置中，绕组优选地为这样类型，它对应于那些具有固体挤压绝缘的电缆，这些电缆类型为现今用于配电的电缆类型，例如XLPE-电缆或具有EPR绝缘的电缆。这样的电缆包括一个由一条或多条股线部分构成的内导体，一个环绕该导体的内半导电层，一个环绕该半导电层的固体绝缘层，和一个环绕该绝缘层的外半导电层。这样的电缆是柔性的，这一点在这里是重要的特性，因为根据本发明的布置的技术主要基于绕组系统，其中绕组由组装期间被弯曲的电缆形成。XLPE电缆的柔性通常对应于30mm直径的电缆约20cm的曲率半径，以及80mm直径的电缆约65cm的曲率半径。在本应用中，术语“柔性”用来指绕组可弯曲到电缆直径的约四倍，优选地为电缆直径的八到十二倍的曲率半径。

绕组应该保持其特性，即使当它被弯曲时，或当它在操作期间经受热应力或机械应力时。在这里各层相互之间保持它们的粘附极端重要。层的材料特性在这里是决定性的，特别是它们的弹性和相对热膨胀系数。例如，在XLPE电缆中，绝缘层由交联低密度聚乙烯构成，而半导电层由其中混合碳黑和金属微粒的聚乙烯构成。由温度波动所引起的体积变化完全作为电缆半径变化被吸收，并且由于相对这些材料的弹性，层中热膨胀系数之间有比较微小的差别，所以径向膨胀能在不失去层间粘附的情况下发生。

上述材料组合应该认为只是作为例子。实现规定条件及半导电条件的其他组合自然也属于本发明的范围，半导电即具有10^-1-10⁶ohm-cm范围之内，例如1-500ohm-cm或10-200ohm-cm的电阻率。