[发明专利]一种旋转电机

说明书

本发明涉及一种设计成直接连接到配电或输电网上并且包括至少一个电气绕组的交流类型的旋转电机。本发明还涉及包括这样一种电机的电源设备，并且还涉及一种激励旋转电机的方法。

根据本发明的旋转电机可以是同步电机、双路馈电电机、外极电机或同步流电机。

为了把这种类型的电机连接到配电或输电网上，在随后所谓的电力网中，以前一直使用变压器把电压升高到电网级，即130-400kV的范围。

由Paul R.Siedler在“由绝缘研究产生的36kV发电机”中，Electrical World(电气世界)，1932年10月15日，第524-427页，描述了具有高达36kV额定电压的发电机。这些发电机包括其中把绝缘物划分成具有不同介电常数的不同层的高压电缆的绕组。使用的绝缘材料包括三种成分云母-箔云母、漆和纸的各种组合。

现在已经发现，通过由带有与用于输电的电缆中使用的相类似的类型的固体绝缘物的绝缘高压导电体制造电机的上述绕组，能把电机电压增大到这样的级，从而电机能直接连接到任何电力网上，而不用中间变压器。对于这些电机的典型工作范围是30至800kV。

如今带有旋转二极管整流器桥的静态激励器或无刷激励器用在旋转电机中。对于讨论的电机，在10-30秒持续时间期间，往往要求激励设备能够产生比额定负载激励的情况下的等效数值大1.5至3倍的峰值电压和峰值电流。对于电机定子终端上的25％的电压，激励设备也应该能够产生等效于额定负载激励电流的场电流。激励系统最好是“不需维护的”，即不带滑环的激励系统。在电网干扰下的响应和过渡时间也应该迅速，即激励设备也应该能够产生正和负的场电压。在同步补偿器的情况下，激励系统一般能够产生正和负的场电流，并且可能出现要求峰值电压因数大于3倍的额定负载激励电压。

无刷激励器消除了由来自刷和滑环的碳灰尘弄脏的问题。然而，按照已知技术的无刷激励器呈现出比静态激励器差的控制性能。

本发明的目的因而在于，提供一种能直接连接到电力网上、且装有具有改进控制性能的不需维护的”激励系统的旋转电机，及一种包括这样一种电机的电源设备，以及提出了一种用于旋转电机的激励的方法。

该目的借助于一种在引言部分中描述类型的、具有权利要求1的特征化特性的旋转电机，一种根据权利要求17的电源设备及一种按照权利要求18的方法实现。

在本发明中使用的绝缘导体或高压电缆是可弯曲的，并且具有在WO97/45919和WO97/45847中更详细描述的类型。在WO97/45918、WO97/45930和WO97/45931中进一步描述了绝缘导体或电缆。

因而，在根据本发明的装置中，绕组最好具有与带有固体、挤压绝缘物的电缆相对应的类型，象现在用于配电的那些，例如XLPE电缆或带有EPR绝缘物的电缆。这样一种电缆包括：由一股或多股部分组成的一个内导体、一个围绕着该导体的内半导体层、一个围绕着该半导体层的固体绝缘层、及一个围绕着该绝缘层的外半导体层。这样的电缆是可弯曲的，这在该上下文中是一种重要的性质，因为用于根据本发明的装置的技术，主要基于其中绕组由在装配期间挠曲的电缆形成的绕组系统。XLPE电缆的柔性通常对于直径30毫米的电缆对应于约20厘米的弯曲半径，而对于直径80毫米的电缆，弯曲半径约为65厘米。在本申请中，术语“可弯曲”用来指示对低到四倍电缆直径量级，最好是电缆直径的八至十二倍，的弯曲半径而可弯曲的绕组。

绕组应该建造成能保持其性质，即使当它弯曲时和在工作期间受到热或机械应力时也是如此。在该上下文中重要的是诸层保持其彼此粘结。诸层的材料性质，特别是其弹性和相对热膨胀系数，在这里是决定性的。在XLPE电缆中，例如，绝缘层包括交联、低密度聚乙烯，而诸半导体层由有碳黑和金属颗粒混合在其中的聚乙烯组成。作为温度波动结果的体积变化，作为电缆半径的变化被完全吸收，并且由于在诸层中热膨胀系数相对于这些材料的弹性有比较轻微的差别，所以能发生径向膨胀而不失去诸层之间的粘结。

上述材料组合应该仅作为例子考虑。其他实现规定条件、还有作为半导体的条件，即具有在10^-1-10⁶欧姆-厘米，例如1-500欧姆-厘米、或10-200欧姆-厘米范围内的电阻率，的组合自然也落入本发明的范围内。