專利名稱:電動(dòng)發(fā)電機(jī)的液冷式靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及用于大型液冷式電動(dòng)發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，更具體地說，涉及采用液冷卻部件，特別是采用液冷式勵(lì)磁變壓器的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。
用于大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)(諸如由電力事業(yè)所用的汽輪發(fā)電機(jī)組)的勵(lì)磁系統(tǒng)，其額定功率已隨著發(fā)電機(jī)組本身的額定功率一起增大。(此處所用的“大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)”的用語(yǔ)是指額定功率超過50MW的發(fā)電機(jī))，早期的勵(lì)磁系統(tǒng)包括了旋轉(zhuǎn)功率源，如一個(gè)由汽輪發(fā)電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立的DC發(fā)電機(jī)，該電源通過滑環(huán)和電刷向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)繞組提供勵(lì)磁電流。另一種方法是采用一個(gè)由汽輪發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AC勵(lì)磁機(jī)，該勵(lì)磁機(jī)對(duì)勵(lì)磁電壓進(jìn)行整流和控制，使之適用于外部靜態(tài)整流器組。還有一種方法是采用裝在轉(zhuǎn)子上的二極管整流器，其整個(gè)整流電流是旋轉(zhuǎn)的，并通過對(duì)旋轉(zhuǎn)部件的電磁通匝鏈數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制的。作為具有旋轉(zhuǎn)整流裝置的勵(lì)磁系統(tǒng)一例，可在1973年10月23日頒布授予特萊克斯勒(Drexler)等人的3，768，002號(hào)美國(guó)專利文獻(xiàn)中找到，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
特別是在不要求高的響應(yīng)比的地方，冷卻要求不太嚴(yán)峻的勵(lì)磁系統(tǒng)是合理的，例如，在1964年5月5日授予Nippes的美國(guó)專利3，132，296中所公開的系統(tǒng)可視為一種簡(jiǎn)單的勵(lì)磁系統(tǒng)。然而，3，132，296號(hào)專利中的勵(lì)磁系統(tǒng)的目標(biāo)僅僅在于利用轉(zhuǎn)子磁通基頻的第三和更高次諧波。象在那里所公開的這類系統(tǒng)對(duì)于大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)是不實(shí)用的。對(duì)于產(chǎn)生大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)所需高能級(jí)的發(fā)電機(jī)功率輸出來說，三次或其他更高諧波是不能向它的勵(lì)磁系統(tǒng)提供足夠功率的。
勵(lì)磁系統(tǒng)的一種獨(dú)立的類別稱之謂“靜態(tài)”的，是因?yàn)槠鋭?lì)磁電源并不旋轉(zhuǎn)，而是固定的，即靜止的。例如，在均已轉(zhuǎn)讓給目前受讓人的均于1972年11月14日授予Drexler等人和Kudlacik等人的美國(guó)專利3，702，965和3，702，964中所說的是靜止型的復(fù)合勵(lì)磁系統(tǒng)。3，702，964和3，702，965兩篇專利文獻(xiàn)描述了一種用于大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)激磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)的勵(lì)磁變壓器可置于一個(gè)密封罩內(nèi)，而該密封罩實(shí)際上既與發(fā)電機(jī)外殼分離，又靠近該機(jī)殼。由該勵(lì)磁變壓器的冷卻系統(tǒng)的說明并相應(yīng)地參考1954年11月23日授予Kilbourne的2，695，368號(hào)美國(guó)專利文獻(xiàn)(該專利已轉(zhuǎn)讓給本受讓人)，很明顯3，702，964和3，702，965兩篇專利文獻(xiàn)的勵(lì)磁變壓器的線圈是由來自發(fā)電機(jī)的內(nèi)部液態(tài)冷卻劑冷卻的，而勵(lì)磁變壓器的鐵芯片和主件是通過冷卻該發(fā)電機(jī)所采用的同一氣體(一般用氫氣)來冷卻的。
采用繞組和鐵芯冷卻系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)相隔離的勵(lì)磁變壓器，在將一個(gè)輔助勵(lì)磁源接到發(fā)電機(jī)時(shí)，就會(huì)方便地從發(fā)電機(jī)上拆卸下來進(jìn)行例行修理和/或更換，因此減少了發(fā)電機(jī)的預(yù)定停機(jī)修理時(shí)間。此外，一個(gè)分享發(fā)電機(jī)氣體冷卻源的變壓器一般來說或是位于發(fā)電機(jī)外殼的冷卻圓室內(nèi)，或是位于一個(gè)與發(fā)電機(jī)外殼分開的增壓氣密罩內(nèi)。無論是在冷卻圓室還是在增壓罩內(nèi)，兩種情況都必須按照諸如鍋爐規(guī)范、發(fā)電機(jī)外殼本身等類相同的技術(shù)規(guī)程來制造，以便經(jīng)得住內(nèi)部各種壓力而不會(huì)引起外部損壞。最好就是提供一臺(tái)液體冷卻的勵(lì)磁變壓器，因?yàn)橛媚撤N液體來冷卻整個(gè)變壓器，包括繞組，鐵芯和電氣連接部分，變壓器就可置于增壓氣體環(huán)境之外，并可避免為制造變壓器密閉結(jié)構(gòu)所需花費(fèi)的大部分材料、工藝過程和時(shí)間，從而為這個(gè)最大耗電器作出全面地節(jié)省。此外，一般說來，用液體冷卻劑代替氣體冷卻劑時(shí)，對(duì)于相同額定功率而言，可允許采用體積較小的變壓器，或者，需要時(shí)，可在相同大小的外殼內(nèi)加入更多的鐵芯片，從而提高變壓器的額定功率并歸根到底提高發(fā)電機(jī)可用的輸出功率。
通過將勵(lì)磁變壓器置于離發(fā)電機(jī)相當(dāng)遠(yuǎn)處并采用獨(dú)立的冷卻源的途徑，也許能在勵(lì)磁變壓器和發(fā)電機(jī)之間對(duì)冷卻劑進(jìn)行隔離。這種定位方式通常用于注油變壓器一具有諸如不爛油等作為內(nèi)部冷卻的油。人們認(rèn)為通常這些注油變壓器不可與發(fā)電機(jī)置于同一房間內(nèi)，部分原因是考慮到對(duì)操作人員的潛在的有害環(huán)境影響。然而，為了將所需冷卻劑連通機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度減至最小，更而將由發(fā)電機(jī)連接到勵(lì)磁變壓器初級(jí)繞組的導(dǎo)線的長(zhǎng)度以及由勵(lì)磁變壓器次級(jí)繞組連到整流器，最終到發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組的導(dǎo)線長(zhǎng)度減至最小，則最好是將勵(lì)磁變壓器配置在最接近發(fā)電機(jī)的地方，而且至少要將它置于與發(fā)電機(jī)同一房間，或一個(gè)建筑物的同一分隔間內(nèi)。
就1984年10月16日授予Cotzas并轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國(guó)4，477，767號(hào)專利所描述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)而言，該勵(lì)磁系統(tǒng)被說成最好配置在發(fā)電機(jī)外殼范圍的一個(gè)冷卻圓室內(nèi)，直接地處于為冷卻發(fā)電機(jī)主要部分的液流通路上，并為這同一種冷卻液所冷卻。雖然4，477，767號(hào)專利的勵(lì)磁電路的電氣結(jié)構(gòu)允許采用比前述變壓器較小的勵(lì)磁變壓器，但人們?nèi)云谕M(jìn)一步減小勵(lì)磁變壓器的尺寸和將勵(lì)磁變壓器內(nèi)的冷卻液流和發(fā)電機(jī)的主要冷卻液流分開。
為更進(jìn)一步地減小勵(lì)磁變壓器的尺寸，最好用諸如水等液體來冷卻變壓器，因?yàn)橐后w比目前用于冷卻的幾種氣體具有較高的熱導(dǎo)率。當(dāng)水直接用于冷卻變壓器鐵芯時(shí)，通常要將水除去離子，以降低其導(dǎo)電率。最好采用一個(gè)現(xiàn)存的消除離子的水源，而不要為水的除電離提供獨(dú)立的裝置，因?yàn)楫?dāng)由非常有經(jīng)驗(yàn)的、有預(yù)見的用戶(象工業(yè)用公用動(dòng)力事業(yè))，為根據(jù)本發(fā)明確定一種勵(lì)磁系統(tǒng)和液冷變壓器的安裝可行性而作資金或成本/利潤(rùn)分析考慮時(shí)，可能會(huì)預(yù)料設(shè)置這種單獨(dú)裝置的最初投資費(fèi)要超過采用本發(fā)明所獲得的利益。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)提供比先前所用的變壓器較小的勵(lì)磁變壓器。
本發(fā)明的另一目的是為提供一種可置于非常接近電動(dòng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁變壓器。
本發(fā)明的另一目的是為提供這樣一種靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其流過該系統(tǒng)各部件內(nèi)的冷卻劑是與大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)的冷卻劑系統(tǒng)隔開的。
本發(fā)明的又一目的是為提供一種靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其液態(tài)冷卻劑是用于冷卻該勵(lì)磁系統(tǒng)中變壓器的鐵芯和繞組的。
本發(fā)明的又一目的是為勵(lì)磁變壓器提供一種液態(tài)冷卻劑而利用原有的消除離子的水源。
本發(fā)明的又一目的是為對(duì)具有同先前所用勵(lì)磁變壓器相同外形尺寸的勵(lì)磁變壓器，提高其輸出額定功率值。
本發(fā)明的其它諸目的是為消除一個(gè)高壓罐(當(dāng)采用氣體冷卻變壓器時(shí)，需要這種高壓罐)的不理想性能，以及為改善為檢查和維修變壓器的接近方法。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其中，發(fā)電機(jī)具有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)繞組，以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，一個(gè)具有多相主電樞繞組的定子鐵芯(所述繞組置于定子鐵芯的槽內(nèi))，和用于提供第一冷卻劑的冷卻裝置，以便至少對(duì)主電樞繞組進(jìn)行冷卻，所述勵(lì)磁系統(tǒng)包括一個(gè)具有一個(gè)鐵芯和一組初級(jí)及相應(yīng)的次級(jí)繞組的多相勵(lì)磁變壓器。初級(jí)繞組被恰當(dāng)?shù)仉姶篷詈系街麟姌欣@組，而次級(jí)繞組被恰當(dāng)?shù)剡B接到整流器，以便對(duì)發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組供以電能，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。勵(lì)磁變壓器包括同變壓器鐵芯的熱流進(jìn)行熱交換的熱交換裝置，在那里，該交換裝置包括一種運(yùn)行的液體冷卻劑，諸如一部分第一冷卻劑，用以冷卻變壓器的鐵芯。
本發(fā)明的新穎特征在所附權(quán)利要求
中作了詳細(xì)地陳述。然而就本發(fā)明本身的構(gòu)成和實(shí)施方法，連同其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)可通過參考結(jié)合附圖的詳細(xì)說明而得到更好地了解。
圖1是一個(gè)圖解說明根據(jù)本發(fā)明的包括一個(gè)液體冷卻勵(lì)磁變壓器的勵(lì)磁系統(tǒng)的部分電氣和部分機(jī)械的示意圖。
圖2是一個(gè)詳細(xì)地說明用作圖1勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)冷卻系統(tǒng)的示意圖。
圖3是一個(gè)詳細(xì)地說明用于圖1勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)冷卻系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖。
圖1用圖說明了一個(gè)典型固定式勵(lì)磁系統(tǒng)(詳述于4，477，767號(hào)美國(guó)專利文獻(xiàn)中，該文獻(xiàn)作為一個(gè)整體地參考資料而引入本文)及根據(jù)本發(fā)明的有關(guān)液體冷卻的一個(gè)實(shí)施例，并表明其與一個(gè)大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)或由電力事業(yè)為提供電力所采用的典型發(fā)電機(jī)的組合。當(dāng)然，本發(fā)明可應(yīng)用于任何作為大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)(例如，在上面提及的諸專利文獻(xiàn)中所描述的系統(tǒng)等)的固定式勵(lì)磁系統(tǒng)，該勵(lì)磁系統(tǒng)采用一個(gè)要求冷卻氣氛而不是環(huán)境氣氛的勵(lì)磁變壓器。此外，很顯然，一般來說，本發(fā)明不涉及所用的特定的固定式勵(lì)磁系統(tǒng)的電氣連接和/或結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，但對(duì)下列情況則除外即正如前面已指出過，為了將變壓器初級(jí)電氣連接到發(fā)電機(jī)和將其次級(jí)電氣連接到整流器的導(dǎo)線長(zhǎng)度減至最小，在希望勵(lì)磁變壓器的位置非常接近發(fā)電機(jī)的情況。
發(fā)電機(jī)包括一個(gè)外殼，可耐高壓的殼或室15，諸如氫氣等冷卻流體28可穿過殼15而循環(huán)冷卻發(fā)電機(jī)。在高壓殼15范圍內(nèi)，配有一個(gè)象在上面提到的3，702，965號(hào)美國(guó)專利中所說明的一個(gè)常規(guī)結(jié)構(gòu)的定子11。一般定子11的結(jié)構(gòu)包括許多重疊的扇形狀金屬?zèng)_孔片，以形成一個(gè)空筒形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)緣擁有許多縱向狹槽一主繞組12即配置其內(nèi)。發(fā)電機(jī)的輸出電功率就是從主繞組12通過高壓絕緣套管22提供的。在定子組件11的中空筒形部分的范圍內(nèi)，配有一個(gè)轉(zhuǎn)子10，該轉(zhuǎn)子通常連到一臺(tái)蒸汽輪機(jī)或別的動(dòng)力源。為將冷卻流體28保持在發(fā)電機(jī)內(nèi)，備有同轉(zhuǎn)子10的軸相配合的密封裝置27。
轉(zhuǎn)子10包括一個(gè)刻有縱向槽的大的金屬圓筒鍛件。在這些槽內(nèi)一般裝有兩個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)繞組13。就是這些磁場(chǎng)繞組13被本發(fā)明的勵(lì)磁系統(tǒng)所激勵(lì)。在轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)期間，磁場(chǎng)繞組13產(chǎn)生一個(gè)橫向切割定子11的主繞組12的徑向磁場(chǎng)磁通，從而可在套管22處產(chǎn)生期望的電功率輸出。
由于大量的電功率是由大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的，所以即使機(jī)器運(yùn)行效率稍差一點(diǎn)也需花費(fèi)很高代價(jià)，而且能在機(jī)內(nèi)產(chǎn)生大量表現(xiàn)為熱量的熱能，為了達(dá)到其使用者所要求的長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，則必需除去這種熱量。就是因?yàn)檫@一原因，主繞組12通常是用諸如水等液體冷卻劑來冷卻。由于主繞組是固定不動(dòng)的，所以這是比較容易安排的。然而，還必需冷卻轉(zhuǎn)子10。這通常是靠冷卻流體28的循環(huán)通過來實(shí)現(xiàn)的，流體28最好為氫氣，因?yàn)闅錃馀c其他可用氣體相比，能吸收和傳遞更多的熱能，而且由于氫氣的低密度減小了發(fā)電機(jī)內(nèi)的通風(fēng)損耗。借助于安裝在轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇(圖中未示)和其它傳統(tǒng)的流體循環(huán)裝置，冷卻劑流體28被循環(huán)通過置于圓室16和17內(nèi)的致冷裝置19，而圓室16和17通常位于發(fā)電機(jī)的頂部。就是這些致冷裝置19將冷卻流體28中的熱量除去以后，冷卻流體才返回主發(fā)電機(jī)外殼15的內(nèi)部，具體地說，才循環(huán)回到轉(zhuǎn)子10和定子11之間的間隙。
下面來看勵(lì)磁系統(tǒng)本身及和發(fā)電機(jī)的其它部件的關(guān)系。繞組14包括線圈14a，14b和14c。線圈14a，14b和14c可包括一個(gè)或多個(gè)與主繞組12一起置于定子槽內(nèi)的導(dǎo)電匯流條。線圈14a，14b和14c稱為勵(lì)磁系統(tǒng)的電勢(shì)源線圈，更通俗稱為電勢(shì)匯流條(P-Bars)。P-Bar繞組14以上面提及的3，702，965號(hào)美國(guó)專利所描述的那種方式配置于定子槽內(nèi)。通常，線圈14a，14b和14c圍繞發(fā)電機(jī)定子11的內(nèi)圓周線，以120°的間隔構(gòu)成單層的銅匯流條。最好，這三根P-Bars的一根位于面向發(fā)電機(jī)定子的水平方向的最上面槽上，以便使定子組件下部留有的120°開口，在發(fā)電機(jī)組裝期間，更適于插入鍛制的轉(zhuǎn)子。所有P-Bar線圈的一端被定為中性地線，以便構(gòu)成星形電路結(jié)構(gòu)。這一功能最好是通過將P-Bar線圈的這些連線從圓室16引出，穿過套管23至電路25來實(shí)現(xiàn)。電路25為電勢(shì)繞組14執(zhí)行傳統(tǒng)的熔斷和斷路器功能，這兩種功能既是獨(dú)立地又是共同來完成的。在發(fā)電機(jī)的另一端，即集流端，P-Bar繞組14通過絕緣套管24直接連到勵(lì)磁變壓器18。
根據(jù)本發(fā)明，最好也將勵(lì)磁變壓器18置于最接近外殼15的外側(cè)，以便最大限度地減小來自套管24的電線長(zhǎng)度。連到勵(lì)磁變壓器18的三角形連接的次級(jí)繞組30(圖2)的電輸出引線31a，31b和31c被分別連到橋式整流器20的輸入端。橋式整流器20向傳統(tǒng)地含有碳的固定電刷提供直流電流輸出，然后流到集流環(huán)21，(該集流環(huán)隨轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn))，并被電氣連接到磁場(chǎng)繞組13。這樣，在電勢(shì)匯流(P-Bar)繞組14中感應(yīng)而成的交流形式的電能，作為一個(gè)輸入供給勵(lì)磁變壓器18，在那里變換后，又經(jīng)橋式整流器20整流，最后，作為轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)磁通量的一個(gè)源，以直流電流形式供給磁場(chǎng)繞組13。
此外，提供諸如來自冷卻劑源50的經(jīng)消除離子的水，作為一種冷卻劑要同至少形成線圈14a，14b和14c的一部分導(dǎo)體長(zhǎng)度進(jìn)行熱流交換。通常，構(gòu)成線圈14a，14b和14c的導(dǎo)體包括人為地圍成一個(gè)通道的銅管，冷卻劑可通過該管道循環(huán)。冷卻劑可從冷卻劑源50經(jīng)由輸送裝置52供至輸入集流管51，從集流管51起，冷卻劑被分開而導(dǎo)入線圈14a，14b和14c的各自的導(dǎo)線管。來自線圈14a，14b和14c導(dǎo)線管的冷卻劑在輸出集流管53處排出，經(jīng)輸送裝置54回到冷卻劑源50。最好在集流管53和套管24之間，例如，借助配置或制造一個(gè)導(dǎo)線管的實(shí)心銅截面，而將冷卻劑流體阻截在線圈14a，14b和14c的導(dǎo)管內(nèi)，以使來自線圈14a，14b和14c導(dǎo)管的冷卻劑與來自勵(lì)磁變壓器18初級(jí)繞組導(dǎo)線管的冷卻劑相隔離。類似對(duì)于線圈14a，14b和14c導(dǎo)管的供應(yīng)，冷卻劑源50還可提供用于冷卻主繞組12的導(dǎo)線管的冷卻劑(圖中未示)。諸如水庫(kù)等的液體冷卻劑源40(最好為消除離子的水)，其一個(gè)輸出通過輸送裝置41連接到橋式整流器20的一個(gè)輸入端。液體冷卻劑源40和冷卻劑源50可構(gòu)成一個(gè)單元。
橋式整流器20的冷卻劑輸出通過輸送裝置43連到勵(lì)磁變壓器18的冷卻劑輸入口。勵(lì)磁變壓器18的冷卻劑輸出是通過輸送裝置45而連到冷卻劑源40的一個(gè)冷卻劑返回輸入口的，由此，從液體冷卻劑源40通過橋式整流器20和勵(lì)磁變壓器18完成一個(gè)串接的液體冷卻劑循環(huán)。液體冷卻劑通過輸送裝置45返回到液體冷卻劑源40時(shí)，可被適當(dāng)?shù)乩鋮s，然后再循環(huán)到橋式整流器20。
參照?qǐng)D2，該圖是根據(jù)本發(fā)明的勵(lì)磁變壓器18和相關(guān)的液體冷卻劑源40的一個(gè)示意圖。輸送裝置41被連到橋式整流器20的熱交換器42的冷卻劑輸入口，而熱交換器42的冷卻劑輸出經(jīng)輸送裝置43送到勵(lì)磁變壓器18的一個(gè)輸入集流管56。從輸出集流管58輸出的冷卻劑通過輸送裝置45被送到液體冷卻劑源40的冷卻劑返回入口。在輸入集流管56和輸出集流管58之間裝有平行的冷卻管路，以便提供用于冷卻變壓器18部件(如初級(jí)繞組29，次級(jí)繞組30和鐵芯35等)的冷卻劑。這樣，從冷卻劑源40開始的一個(gè)串接的冷卻劑流動(dòng)通路就包括輸送裝置41，熱交換器42，輸送裝置43，輸入集流管56，輸出集流管58和輸送裝置45。包括變壓器18的輸入集流管56、輸出集流管58和相連平行冷卻劑管路的熱交換裝置最好如圖所示同熱交換器42成串聯(lián)連接，而不會(huì)明顯地有損于冷卻效率，這是因?yàn)榭梢灶A(yù)料通過熱交換器42帶走的熱量，即由橋式整流器20產(chǎn)生的熱量是比較少的。另一方面，熱交換器42和輸入集流管56還可相當(dāng)獨(dú)立地連到液體冷卻劑源40。
液體冷卻劑從輸入集流管56，通過構(gòu)成初級(jí)繞組29和次級(jí)繞組30的中空導(dǎo)線管的平行冷卻流體通道分別地流向輸出集流管58，同時(shí)穿過鐵芯35內(nèi)的流體通道，以使液體冷卻劑是以熱流方式分別地同初級(jí)和次級(jí)繞組(29和30)以及鐵芯35進(jìn)行交換。由于橋式整流器20通常位于緊靠發(fā)電機(jī)的壓力殼15處(圖1)，勵(lì)磁變壓器18也可位于緊挨發(fā)電機(jī)壓力殼15(圖1)，但在其外側(cè)，以便當(dāng)根據(jù)本發(fā)明形成冷卻劑液流時(shí)，可有效地利用來自冷卻劑源40的液體冷卻劑。雖然圖中所示流過勵(lì)磁變壓器18的冷卻劑液流是同熱交換器42串接的，但也可能是勵(lì)磁變壓器18直接由液體冷卻劑源40提供冷卻劑，例如將集流管56連到液體冷卻劑源40的第二輸出端，或者連到配備在輸送裝置41的一個(gè)流量分配裝置，同時(shí)可提供一條冷卻劑返回通路從集流管58的輸出到液體冷卻劑源40的一個(gè)第二冷卻劑返回輸入端，或者到配置于輸送裝置45中的一個(gè)流量復(fù)合裝置。然而，由于需要由流過熱交換器42的冷卻劑帶走和由該冷卻劑吸收的熱量可以預(yù)料是比較小的，所以讓冷卻劑串聯(lián)地流過熱交換器42和勵(lì)磁變壓器18(如圖2所示)是不會(huì)損害勵(lì)磁變壓器18的工作的。
參見圖3，該圖是表示用于圖1所示勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)冷卻系統(tǒng)的又一實(shí)施例的示意圖。勵(lì)磁變壓器18的電輸出引線31a，31b和31c是中空的，所以液體冷卻劑可在那里流過。熱交換器42的冷卻劑輸出端被連接到勵(lì)磁變壓器18的輸出導(dǎo)線31c，因而不再需要輸送管43。輸出導(dǎo)線31c可將液體連通到輸入集流管60，以便向勵(lì)磁變壓器18的鐵芯35，初級(jí)繞組29和次級(jí)繞組30提供液體冷卻劑。從繞組29和30及鐵芯35輸出的冷卻劑被連通到輸出集流管65，再通過導(dǎo)線管31a和31b被連到返回輸送管45。在這種結(jié)構(gòu)中，輸出導(dǎo)線管31c的內(nèi)部通道可能比輸出導(dǎo)線管31a和31b的內(nèi)部通道都要大。也可采用兩根輸出導(dǎo)管，(如31b和31c)來向勵(lì)磁變壓器18提供來自熱交換器42的冷卻劑，并可用一根輸出導(dǎo)線管(如31a)提供從勵(lì)磁變壓器18到液體冷卻源40的一部分冷卻劑流量通道。
根據(jù)本發(fā)明采用液體冷卻劑去冷卻勵(lì)磁系統(tǒng)的各部件，同先前采用氣體冷卻的系統(tǒng)相比，使其能夠采用較小的變壓器18和/或在其相同大小(或外形尺寸)條件下，能夠增大變壓器18的容量，從而增大供給磁場(chǎng)繞組13(圖1)的功率，歸根結(jié)底可增大發(fā)電機(jī)的可能的最大功率輸出。如果根據(jù)本發(fā)明而采用液體冷卻劑時(shí)，通過有利地占用變壓器18內(nèi)先前氣體冷卻通道所需的空間(這些通道是引導(dǎo)和保持氣體冷卻劑同鐵芯接觸的)，則可進(jìn)一步減小變壓器18的大小和/或增大其容量。
這樣，我們已對(duì)用于大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)的一種靜止型勵(lì)磁系統(tǒng)作了圖解和描述一該勵(lì)磁系統(tǒng)各部件內(nèi)的冷卻劑是與發(fā)電機(jī)冷卻劑系統(tǒng)分開的。我們還圖示說明了這樣一種靜止型勵(lì)磁系統(tǒng)，即其液體冷卻劑(例如來自一個(gè)現(xiàn)有的消除離子的水源)是用來冷卻勵(lì)磁系統(tǒng)的變壓器的鐵芯和繞組，從而使得與先前所用的勵(lì)磁變壓器相比，能采用較小的勵(lì)磁變壓器和/或在具有同先前所用勵(lì)磁變壓器相同外形尺寸情況下，能提高勵(lì)磁變壓器的額定輸出功率，同時(shí)使變壓器能置于電動(dòng)發(fā)電機(jī)外面并非常接近發(fā)電機(jī)的地方，并消除了當(dāng)用氣冷變壓器所需壓力罐的不良性能。
盡管借助圖解作了說明的僅是本發(fā)明的某些最佳特性，對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員還會(huì)作出許多改進(jìn)和修改。顯然，所附權(quán)利要求
書打算包羅屬于本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有這類改進(jìn)和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，該發(fā)電機(jī)具有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)繞組，用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；一個(gè)定子鐵芯-其槽內(nèi)配置有多相主電樞繞組和第一冷卻裝置-用以至少為主電樞繞組提供第一冷卻劑，所述勵(lì)磁系統(tǒng)的特征在于包括-一個(gè)多相勵(lì)磁變壓器，它具有一個(gè)鐵芯和一組對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組，該繞組與預(yù)定的一組主電樞繞組的多個(gè)主電樞線圈對(duì)應(yīng)地呈電磁耦合以及一組次級(jí)繞組，該次級(jí)繞組分別與初線繞組的線圈相對(duì)應(yīng)并與之進(jìn)行磁通量的交換流通；和一整流裝置，該裝置與次級(jí)繞組電氣連接，為產(chǎn)生磁場(chǎng)而對(duì)磁場(chǎng)繞組提供電能；一其中所述勵(lì)磁變壓器包括第一熱交換裝置，以熱流方式同初級(jí)和次級(jí)繞組以及勵(lì)磁變壓器的鐵芯進(jìn)行熱交換，所述第一熱交換裝置在運(yùn)行時(shí)包括用于冷卻變壓器鐵芯的液體冷卻劑。
2.如權(quán)利要求
1的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述液體冷卻劑是同第一冷卻劑相隔離的。
3.如權(quán)利要求
1的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述液體冷卻劑包括一部分第一冷卻劑。
4.如權(quán)利要求
1的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述液體冷卻劑包括消除離子的水。
5.如權(quán)利要求
1的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中磁場(chǎng)繞組和定子鐵芯被置于一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，勵(lì)磁變壓器被置于該機(jī)架外并與其緊貼。
6.如權(quán)利要求
1的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述整流裝置包括用于冷卻該裝置的第二熱交換器，第二熱交換器與第一熱交換器保持液體冷卻劑的串聯(lián)流通。
7.如權(quán)利要求
6的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，還包括用于提供液體冷卻劑的冷卻劑源裝置，第一和第二熱交換裝置，它與冷卻劑源裝置如此連接，以使液體冷卻劑從所述冷卻劑源裝置流到所述第二熱交換裝置，然后再流到所述第一熱交換裝置。
8.如權(quán)利要求
6的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述整流裝置通過至少一條空心導(dǎo)線與次級(jí)繞組的至少一部分成電氣連接，以使液體冷卻劑通過所述的至少一條空心導(dǎo)線流到所述第一熱交換器。
9.如權(quán)利要求
7的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述整流裝置至少通過一條空心導(dǎo)線與至少一部分次級(jí)繞組成電氣連接，以使液體冷卻劑從所述第二熱交換器通過所述的至少一個(gè)空心導(dǎo)線流到所述第一熱交換器。
10.如權(quán)利要求
8的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中所述整流裝置還至少通過另一空心導(dǎo)線，至少部分地與次級(jí)繞組成電氣連接，以使液體冷卻劑至少能部分地通過至少另一空心導(dǎo)線從所述第一熱交換器流到液體冷卻劑源裝置。
11.如權(quán)利要求
9的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中整流裝置還至少部分地通過至少另一空心導(dǎo)線而電氣連接到次級(jí)繞組，以使液體冷卻劑至少能部分地通過至少另一空心導(dǎo)線而從所述第一熱交換器流到液體冷卻劑源裝置。
12.用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)包括一個(gè)機(jī)殼;一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)繞組，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);一個(gè)定子鐵芯并帶有配置在其槽中的多相主電樞繞組;以及一個(gè)同磁場(chǎng)繞組和定子鐵芯保持熱流交換的冷卻裝置;用于冷卻磁場(chǎng)繞組和定子鐵芯，其中的磁場(chǎng)繞組、定子鐵芯和冷卻裝置均配置于所述機(jī)殼內(nèi)，該勵(lì)磁系統(tǒng)的特征在于包括-一個(gè)具有一個(gè)鐵芯的多相變壓器，一組初級(jí)繞組分別電磁耦合到主電樞繞組的各個(gè)主電樞線圈和一組次級(jí)繞組，該次級(jí)繞組分別對(duì)應(yīng)于初級(jí)繞組的各個(gè)線圈并與其保持磁通道的交換流通，該變壓器包括第一熱交換裝置，該裝置同初級(jí)和次級(jí)繞組及鐵芯保持熱流交換，并將液體冷卻劑同接納第一液體冷卻劑的液體冷卻劑源裝置進(jìn)行交換流通;以及-整流裝置，被電氣地連到次級(jí)繞組，用來為磁場(chǎng)繞組提供電能以產(chǎn)生磁場(chǎng)。
13.如權(quán)利要求
12的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中變壓器被配置于機(jī)殼的外側(cè)而又緊貼于機(jī)殼。
14.如權(quán)利要求
12的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中整流裝置包括用于冷卻該裝置的第二熱交換器，并且第一和第二熱交換器以這樣串接方式進(jìn)行液體冷卻劑的流通交換，以使液體冷卻劑從液體冷卻劑源流到所述第二熱交換器，然后再流到所述第一熱交換器。
15.如權(quán)利要求
12的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中整流裝置至少通過一條空心導(dǎo)線，至少部分地電氣連接到次級(jí)繞組，以使液體冷卻劑通過所述的至少一條空心導(dǎo)線從所述第二熱交換器流到所述第一熱交換器。
16.如權(quán)利要求
15的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中整流裝置還通過至少另一空心導(dǎo)線，至少部分地電氣連接到次級(jí)繞組，以使液體冷卻劑至少部分地通過至少另一空心導(dǎo)線而從所述第一熱交換器流到液體冷卻劑源裝置。
17.如權(quán)利要求
12的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中冷卻裝置至少為冷卻定子鐵芯而提供第二液體冷卻劑，而且其中液體冷卻劑源裝置構(gòu)成冷卻裝置的一部分，再者其中第一液體冷卻劑和第二液體冷卻劑是彼此隔離的。
18.如權(quán)利要求
14的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中整流裝置至少通過一條空心導(dǎo)線，至少部分地與次級(jí)繞組電氣連接，以使液體冷卻劑通過所述的至少一條空心導(dǎo)線從所述第二熱交換器流到所述第一熱交換器。
19.如權(quán)利要求
18的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其中整流裝置還通過至少另一空心導(dǎo)線，部分地電氣連接到次級(jí)繞組，以使液體冷卻劑至少部分地通過至少另一空心導(dǎo)線而從所述第一熱交換器流到液體冷卻劑源裝置。
專利摘要
一種大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，包括一個(gè)具有液體冷卻劑系統(tǒng)的勵(lì)磁變壓器。該變壓器的冷卻劑系統(tǒng)所提供的液體冷卻劑，最好來自現(xiàn)有的消除離子的水源，從而能允許使用較小的變壓器和/或當(dāng)使用相同尺寸的變壓器時(shí)可提高變壓器的輸出額定值，也即最終提高了發(fā)電機(jī)的額定輸出功率。該變壓器緊靠發(fā)電機(jī)而又獨(dú)立安置。
文檔編號(hào)H02K9/19GK86103925SQ86103925
公開日1987年3月18日 申請(qǐng)日期1986年6月10日
發(fā)明者喬治·邁克爾·科特扎斯, 莫里斯·弗農(nóng)·范杜森, 托馬斯·埃德溫·范謝克 申請(qǐng)人:通用電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan