專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機的定子繞組以及用于制造這種定子繞組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電機的定子繞組以及一種用于制造這種定子繞組的方法。該定子繞組在此可裝備有成型線圈或者線棒繞組。下面僅考察線棒繞組的情況；但本發(fā)明并不局限于線棒繞組。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)電機的定子的線棒繞組大多由所謂的羅貝爾線棒組成，這些羅貝爾線棒在所謂的繞組端部區(qū)域中在定子體外部彼此相連接，以便由此形成所謂的繞組。通常是6個繞組，這些繞組每2個并聯(lián)連接并且由此代表電相U、V、W。在不同相的相鄰線棒之間(在所謂的相分離中)幾乎可施加全額定電壓(Un)。
本發(fā)明涉及電暈放電的問題，這種電暈放電可在繞組端部中在相分離中導(dǎo)體之間(即在定子鐵心體外部)出現(xiàn)并且可造成損壞。該損壞以侵蝕(濺射效應(yīng))的形式出現(xiàn)，特別是聚合物對這種侵蝕無抵抗力。
當(dāng)一直無放電地運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機在較高的溫度下使用時可出現(xiàn)電暈放電的情況。隨著溫度增高，空氣或者充滿發(fā)電機的其它氣體的密度以及由此電暈放電的起始放電電壓(在線棒的距離固定的情況下)下降。較高的溫度也在其它方面有害，因為這種溫度可損壞半導(dǎo)電的防護漆(Absteuerlack)并且由此可使其功能喪失，繞組端部區(qū)域中導(dǎo)體線棒被覆以該防護漆。
從圖1中可獲知，在定子體中繞組線棒或羅貝爾線棒11處于槽(槽部分12)中并且彼此間具有一定的距離d0(圖1c)。為了在繞組端部(繞組端部部分13)中連接線棒11，線棒必須在槽外部側(cè)向地并且沿邊地彎曲。沿邊彎曲用于使線棒處于一個(假想的)圓錐體面上。側(cè)向的彎曲角度α(圖1c)一方面確定線棒在繞組端部中的距離(d1)，另一方面確定繞組端部的縱向伸距。繞組端部的伸距應(yīng)盡可能小，以便使機械振動降低到最小程度和保持電機緊湊。但如圖1中的示意圖所示，很強的彎曲使得線棒11在繞組端部中彼此非常緊密。
在這里，AB＝d0＝線棒在定子體中的距離，BC＝d1＝線棒在繞組端部中的距離，α為彎曲角度。于是在簡化的2維模型中得到d1＝d0·sin(90-α)＝d0·cosα在確定α?xí)r，出于電的原因，d1不允許選擇得過小，因為在相鄰線棒的平行距離過小時可導(dǎo)致線棒之間的放電。這首先涉及相分離中的線棒，在那里線棒具有一個相的全電勢并且其相鄰的線棒幾乎具有另一個相的全電勢。
這借助于圖2針對一個渦輪發(fā)電機示例性地進行描述，該渦輪發(fā)電機具有54個槽和每個槽2個羅貝爾線棒(基本線棒和孔線棒)。該發(fā)電機是三相的，具有相U、V、W。該發(fā)電機被這樣繞線，使得每個相露出2次并且在繞組端部空間13′中相同類型的相并聯(lián)連接。在相抽頭U1、V1、W1和U2、V2、W2上各存在最大電壓。如在圖2可看到的那樣，在U1(槽22)的線棒右側(cè)在槽23中存在一個幾乎負載全電壓W1的線棒。由此在槽22和槽23的兩個線棒之間幾乎存在全額定電壓Un。同樣情況當(dāng)然也適用于其它所有相分離。
因此在設(shè)計繞組端部時應(yīng)考慮，在額定電壓和氣體類型給定的情況下遵守一定的最小距離，以便保證該發(fā)電機無放電地工作。對于正常壓力下空氣冷卻的發(fā)電機，在Un＝20kV時最小距離的典型值約為10～12mm，這在考慮加工公差的情況下使得d1＝15mm。
盡管如此，當(dāng)空氣冷卻的發(fā)電機在更大的高度上或者更高的溫度下工作時仍可出現(xiàn)問題。在這兩種情況下，空氣的密度較小，其中，擊穿強度與密度線性相關(guān)。原來為較低的高度或者較低的溫度確定的距離d1于是也許不再足夠。因為氣體的密度與絕對溫度成比例，所以例如溫度從130℃上升到180℃需要距離d1＝約17mm而不是15mm。
發(fā)電機在線棒之間存在放電的情況下工作特別是在較高的溫度下不可取放電導(dǎo)致表面侵蝕，這種表面侵蝕視材料而定可造成不同程度的損壞。具有低熱穩(wěn)定性的材料(例如塑料)典型地比高熱穩(wěn)定性的材料(例如高熔點的硅酸鹽或者氧化物陶瓷)還不耐抗通過電暈放電產(chǎn)生的侵蝕。如在發(fā)電機中的很多部位上在絕緣和保護漆中使用的環(huán)氧樹脂高于150℃就進入壽命穩(wěn)定的極限范圍內(nèi)。這樣承受熱負荷的樹脂于是例如在150℃時耐抗放電遠不如在100℃時并且迅速毀壞。
一種特別的危險則起因于半導(dǎo)電的電暈保護漆的毀壞一方面喪失其阻止軸向方向上的表面放電的功能，另一方面其電活性的填充物、通常為非常易于磨蝕的碳化硅顆粒從線棒表面脫落并且可通過冷卻空氣散布在整個發(fā)電機中。
用于阻止放電的公知手段是加大距離d1。但該手段具有缺點，即繞組端部變長。例如如果在d1＝15mm和α＝60°時繞組端部的偏轉(zhuǎn)為1500mm，則該偏轉(zhuǎn)在d1＝17mm時約為1700mm。這意味著，發(fā)電機整體上加長幾乎1/2m并且繞組端部可能具有明顯更高的振幅(線棒通過洛倫茲力B×E激勵進行2×f(AC)＝100Hz或者120Hz的機械振動)。
用于阻止放電的其它措施在于，使發(fā)電機在空氣超壓(封閉系統(tǒng))下工作或者通過對空氣混合非常耐抗擊穿的氣體SF6(開放系統(tǒng))。這兩種措施在經(jīng)濟上沒有吸引力。在開放系統(tǒng)中的SF6中附帶有SF6持續(xù)泄漏的環(huán)境問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種定子繞組以及提供一種用于制造這種定子繞組的方法，該定子繞組在保持繞組端部幾何尺寸的情況下允許電機或發(fā)電機在比原來計劃高的溫度或大的高度下工作，不會由于繞組端部空間中的氣體放電造成損壞。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種尤其是工作電壓高于6kV的旋轉(zhuǎn)電機的定子繞組，該定子繞組裝備有成型線圈或者線棒繞組，其中，這些成型線圈或線棒繞組的各個導(dǎo)體在定子體的區(qū)域中嵌入在槽中并且在該定子體外部在一個繞組端部區(qū)域中彼此相連接，其中，這些導(dǎo)體由一個主絕緣裝置和一個處于其上的電暈保護裝置包圍，其中，在該繞組端部區(qū)域中的導(dǎo)體中設(shè)置有用于改善耐電暈性的附加裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于制造所述定子繞組的方法，其中，所述用于改善耐電暈性的附加裝置或該覆蓋層在所述導(dǎo)體被裹繞以主絕緣裝置和電暈保護裝置時就被施加上，所有的層與所述導(dǎo)體一起持久地連接。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于制造所述定子繞組的方法，其中，首先給所述導(dǎo)體持久設(shè)置以該主絕緣裝置和該電暈保護裝置，然后將所述用于改善耐電暈性的附加裝置或該覆蓋層施加上并且與所述導(dǎo)體持久地連接。
該任務(wù)通過根據(jù)本發(fā)明的定子繞組和用于制造這種定子繞組的方法來解決。本發(fā)明的中心點在于，在定子繞組處于繞組端部區(qū)域中的導(dǎo)體中設(shè)置有用于改善耐電暈性的附加裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個構(gòu)型，用于改善耐電暈性的附加裝置包括一個在外部施加在電暈保護裝置上的附加的覆蓋層，其中，該覆蓋層尤其是包括一個用環(huán)氧樹脂浸漬的云母帶，該云母帶具有一個用玻璃或塑料制成的載體，并且導(dǎo)體被半搭接地纏繞以云母帶。
根據(jù)本發(fā)明的一個進一步構(gòu)型，覆蓋層的云母帶包括一個玻璃纖維織物，在該玻璃纖維織物上施加多層薄的云母小片，其中，這些小片與帶平面平行地取向。
在此情況下尤其是在浸漬過的云母帶中云母的量份額占優(yōu)勢并且優(yōu)選大于70％。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個構(gòu)型的特征在于，用于改善耐電暈性的附加裝置或覆蓋層包括一個具有用玻璃或塑料制成的載體的云母帶，已施加的云母帶與主絕緣裝置和電暈保護裝置一起通過用合成樹脂、尤其是環(huán)氧樹脂浸漬以及該樹脂接著的固化來與底層持久地粘接。
根據(jù)本發(fā)明另一個方法的構(gòu)型的特征在于，用于改善耐電暈性的附加裝置或覆蓋層包括一個具有用玻璃或塑料制成的載體的云母帶，云母帶在電暈保護裝置被浸漬和固化之后在電暈保護裝置上纏繞并且接著粘接。


下面借助于一些實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。附圖表示圖1在線棒被很小地彎曲(圖1a)和很強地彎曲(圖1b)的情況下兩個羅貝爾線棒的連接的示意圖；分圖1c用于理解槽部分中和繞組端部區(qū)域中兩個平行線棒的距離之間的在文中導(dǎo)出的關(guān)系；圖2具有2個并聯(lián)回路的3相發(fā)電機的繞組示意圖的局部(槽部分被很強縮短地示出；下部所示的繞組端部空間(13′)中存在電引線相U、V、W；用粗實(虛)線表示相W2(V2)中線棒的最后道次；在區(qū)域(13′)中相W2與V2之間幾乎存在全相間電壓(Un)；圖3根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的繞組端部區(qū)域中羅貝爾線棒的絕緣、電暈保護裝置和覆蓋層的結(jié)構(gòu)的單側(cè)局部；以及圖4根據(jù)圖3的羅貝爾線棒的主絕緣裝置的電子掃描顯微照片，它由多層玻璃-云母帶(云母層18、玻璃層19、環(huán)氧樹脂20)組成。
具體實施例方式
如上所述，在電壓給定的情況下，用于抑制放電的途徑出于非?；镜奈锢碓淼脑蚨窒拊谔岣呦噜従€棒之間的距離d1或者改善氣體的擊穿強度上。不存在其它可能性。因為這些用于實現(xiàn)目的的途徑吸引力不大且麻煩，所以，本發(fā)明的解決途徑不在于放電的抑制，而是必須找到一種如何對于聚合物組成部分盡管存在放電但可避免損壞的途徑。
本發(fā)明涉及線棒表面的這樣一種特殊的實施形式，該實施形式允許電機在相分離中線棒之間即使存在電暈放電的情況下也無損壞地工作。
根據(jù)本發(fā)明，繞組端部中導(dǎo)體線棒的耐電暈和耐高溫的表面的任務(wù)這樣來解決，即設(shè)置有用于改善耐電暈性的附加裝置。尤其是電暈保護裝置被覆以一層具有用玻璃制成的載體的云母帶(玻璃-云母帶)。云母在最大程度上耐放電并且因此保護該導(dǎo)帶免受損壞和侵蝕。此外，云母層對聚合物組成部分的熱氧化具有阻擋效應(yīng)。熱氧化造成電暈保護帶中合成樹脂粘接劑的質(zhì)量損失(熱縮)，由此，電活性的填充顆粒彼此更好地接觸。由此，質(zhì)量損失可使得電暈保護帶的電阻很強地降低。通過云母層使得電暈保護裝置電阻的變化明顯更小。
圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明的解決方案的一個實施例羅貝爾線棒的導(dǎo)體14向外由主絕緣裝置15包圍，電暈保護裝置16施加在該主絕緣裝置本身上。在羅貝爾線棒的彎曲部分中作為覆蓋層17還將一個具有玻璃-云母帶(如也在制造羅貝爾線棒的主絕緣裝置15時使用的那樣)的層施加在電暈保護裝置16上。對此存在兩種途徑-或者覆蓋層17在線棒被裹繞以主絕緣裝置15(它同樣由玻璃-云母帶組成)和SiC填充的半導(dǎo)電的電暈保護帶時就被纏繞上。覆蓋層17(玻璃-云母帶)然后與主絕緣裝置15及電暈保護裝置16一起通過在合成樹脂(優(yōu)選環(huán)氧樹脂)中浸漬和固化的常用過程與底層持久地粘接。
-或者將玻璃-云母帶事后纏繞和粘接在線棒的已經(jīng)浸漬和固化的電暈保護襯層(16)上。這種方法包括2個而不是1個步驟，但具有優(yōu)點，即除了帶形式的電暈保護裝置16外還可施加這種漆形式的電暈保護裝置。
云母是一種熱穩(wěn)定性高于1000℃的層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物。作為這種硅酸鹽礦物，純云母非常耐抗電暈放電的損害——尤其是當(dāng)放電垂直于層平面作用時，在使用云母帶時就是這種情況。層結(jié)構(gòu)使得單個云母微粒不是以或多或少正六面體形狀的顆粒的形式存在，而是作為薄的小片存在。在玻璃-云母帶中，這些小片平行于帶平面取向。玻璃以非常薄的玻璃纖維織物的形式存在，多層云母小片施加在該玻璃纖維織物上，這可借助于圖4中的主絕緣裝置15的例子看出。由于在浸漬過的帶中云母的量份額占優(yōu)勢(達到70％以上)并且由于云母垂直于放電的方向很好地定向，該帶對放電具有與純礦物類似良好的耐抗性。
為了證明耐電暈性更好，將根據(jù)本發(fā)明的裝置與兩種依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置進行了比較。在每種情況下，所述裝置均由600×50×15mm的銅線棒組成，采用2mm厚的樹脂浸漬的玻璃-云母絕緣裝置來絕緣。這些裝置區(qū)別如下1.根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置在浸漬之前在線棒的整個長度上將終端電暈保護帶被填充以碳化硅微粒地并且用丙烯酸樹脂固定地纏繞在主絕緣裝置的云母帶上。然后將整個復(fù)合體用電抗性的環(huán)氧/聚酯混合樹脂浸漬并且固化。
2.根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置用玻璃-云母帶纏繞的線棒無電暈保護裝置地被浸漬和固化。接著，該線棒被涂以含有碳化硅的環(huán)氧樹脂基電暈保護漆。
根據(jù)本發(fā)明的裝置如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第1種裝置那樣，但在制造好的線棒上還半搭接地纏繞上一個具有環(huán)氧樹脂浸漬的玻璃云母帶的層。在熱-電耐久測試之前對所有3個線棒在140℃下進行溫度處理72小時。
試驗裝置+實施為進行熱-電耐久測試，將線棒水平地且絕緣地放置在一個循環(huán)空氣爐中并且與高電壓連接。在每個線棒上方隔開15mm的距離安裝一個接地電極。接地電極也由銅線棒構(gòu)成，以與它們的位于對面的配對物相同的方式絕緣并且設(shè)置有電暈保護裝置。但與這些配對物不同，這些接地電極在端部上各向上彎曲100mm，以避免線棒的裸露的金屬端部之間火花放電。
所述爐的溫度為180℃；施加的電壓為20kV的交流電。試驗的總持續(xù)時間為3770小時。每隔一定時間檢查線棒在視覺上的變化。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第1種裝置的結(jié)果72小時后就可在線棒上看到首先發(fā)白的部位，這些部位對于通過電暈侵蝕造成的損壞是典型的。220小時后，導(dǎo)帶的襯層被這樣侵蝕，使得玻璃織物有些部位穿透。這種效應(yīng)隨著時間的流逝進一步增強。3770小時后，約2/3的碳化硅襯層消失。有些部位已經(jīng)顯露出第一云母層。其余襯層與底層只是還具有非常少的附著并且可容易地用手指揩掉。直流電阻的定期測量表明，電阻在第一個100個小時內(nèi)約以因數(shù)5很強地降低，然后保持穩(wěn)定。這種情況可通過粘接劑的質(zhì)量損失來解釋。如所有有機材料那樣，環(huán)氧樹脂在氧環(huán)境中在高溫下緩慢地、但不可阻擋地毀壞。這種熱氧化的最終產(chǎn)物是逸出的氣體CO2。這造成電暈保護帶中合成樹脂粘接劑的上述質(zhì)量損失(熱縮)，由此，電活性的填充顆粒彼此更好地接觸。因此，質(zhì)量損失可導(dǎo)致電暈保護帶的電阻很強地降低。當(dāng)碳化硅顆粒在無外部壓力或者其它類型的致密的作用下不可再彼此靠近時，達到電阻降低的最終狀態(tài)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第2種裝置的結(jié)果漆層在純粹視覺上長時間看起來良好。事實證明，如果在該層上進行擦拭，僅視覺印象不具有說服力碳化硅從約1600小時起就可毫不費力地擦掉，因為全部粘接介質(zhì)已經(jīng)從線棒中消失。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的結(jié)果線棒在3770小時內(nèi)幾乎不改變其外觀。在有些部位去除云母帶覆蓋層后，可對導(dǎo)帶層作出鑒定該導(dǎo)帶層在視覺上與新狀態(tài)中的導(dǎo)帶層沒有區(qū)別并且耐擦。
試驗結(jié)束時對直流電阻特性的測量表明，電阻值相當(dāng)于新繞組的電阻值。顯而易見，云母覆蓋層不僅使電暈保護裝置對電暈侵蝕產(chǎn)生良好的保護，而且還起到非常有效的氧阻擋層的作用，由此明顯減輕了熱氧化效應(yīng)。
當(dāng)然，取代玻璃-云母帶也可使用具有用塑料制成的載體的云母帶(塑料-云母帶)。
參考標號清單10定子繞組
11繞組線棒(羅貝爾線棒)12槽部分13繞組端部部分13′繞組端部空間14導(dǎo)體(Cu)15主絕緣裝置16電暈保護裝置17覆蓋層(玻璃-云母帶)18云母層19玻璃層20環(huán)氧樹脂A、B、C點d0、d1距離α彎曲角度
權(quán)利要求
1.尤其是工作電壓高于6kV的旋轉(zhuǎn)電機的定子繞組，該定子繞組裝備有成型線圈或者線棒繞組，其中，這些成型線圈或線棒繞組的各個導(dǎo)體在定子體的區(qū)域中嵌入在槽中并且在該定子體外部在一個繞組端部區(qū)域中彼此相連接，其中，這些導(dǎo)體(14)由一個主絕緣裝置(15)和一個處于其上的電暈保護裝置(16)包圍，其特征在于在該繞組端部區(qū)域中的導(dǎo)體(14)中設(shè)置有用于改善耐電暈性的附加裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的定子繞組，其特征在于所述用于改善耐電暈性的附加裝置包括一個在外部施加在該電暈保護裝置(16)上的附加的覆蓋層(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的定子繞組，其特征在于該覆蓋層(17)包括一個用環(huán)氧樹脂浸漬的云母帶，該云母帶具有一個用玻璃或塑料制成的載體；這些導(dǎo)體(14)被半搭接地纏繞以該云母帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的定子繞組，其特征在于該覆蓋層(17)的云母帶包括一個玻璃纖維織物，在該玻璃纖維織物上施加多層薄的云母小片，其中，這些小片與帶平面平行地取向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的定子繞組，其特征在于在浸漬過的云母帶中云母的量份額占優(yōu)勢，尤其是大于70％。
6.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1～5之一的定子繞組的方法，其特征在于所述用于改善耐電暈性的附加裝置或該覆蓋層(17)在所述導(dǎo)體(14)被裹繞以主絕緣裝置(15)和電暈保護裝置(16)時就被施加上；所有的層與所述導(dǎo)體(14)一起持久地連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述用于改善耐電暈性的附加裝置或該覆蓋層(17)包括一個具有用玻璃或塑料制成的載體的云母帶；已施加的云母帶與主絕緣裝置(15)和電暈保護裝置(16)一起通過用合成樹脂、尤其是環(huán)氧樹脂浸漬以及該樹脂接著的固化來與底層持久地粘接。
8.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1～5之一的定子繞組的方法，其特征在于首先給所述導(dǎo)體(14)持久設(shè)置以該主絕緣裝置(15)和該電暈保護裝置(16)；然后將所述用于改善耐電暈性的附加裝置或該覆蓋層(17)施加上并且與所述導(dǎo)體(14)持久地連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述用于改善耐電暈性的附加裝置或該覆蓋層(17)包括一個具有用玻璃或塑料制成的載體的云母帶；該云母帶在該電暈保護裝置(16)被浸漬和固化之后在電暈保護裝置(16)上纏繞并且接著粘接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是工作電壓高于6kV的旋轉(zhuǎn)電機的定子繞組(10)，該定子繞組裝備有成型線圈或者線棒繞組，其中，這些成型線圈或線棒繞組的各個導(dǎo)體在定子體的區(qū)域中嵌入在槽中并且在該定子體外部在一個繞組端部區(qū)域中彼此相連接，其中，這些導(dǎo)體(14)由一個主絕緣裝置(15)和一個處于其上的電暈保護裝置(16)包圍。在這種定子繞組中在保持繞組端部幾何尺寸的情況下這樣地允許電機或發(fā)電機在比原來計劃高的溫度或大的高度下工作，即在該繞組端部區(qū)域中的導(dǎo)體(14)中設(shè)置有用于改善耐電暈性的附加裝置。
文檔編號H02K15/00GK101039049SQ20071010351
公開日2007年9月19日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者托馬斯·鮑曼 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司