專(zhuān)利名稱(chēng)：電磁裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域和現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種包括至少一個(gè)磁路和至少一個(gè)具有至少一個(gè)繞組的電路的電磁裝置，磁路和電路通過(guò)感應(yīng)互相連接，該裝置還具有一個(gè)控制該裝置操作的控制設(shè)備。
這種電磁裝置可用于任何一種手工連接。功率范圍可從VA到1000MVA。它主要打算用于高電壓用途上，電壓可達(dá)目前所使用的最高輸送電壓。
按照本發(fā)明的第一方面考慮的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)。這種電機(jī)包括同步電機(jī)，它們主要被用作發(fā)電機(jī)，連接到配電和輸電網(wǎng)路上，這些網(wǎng)路在下面將常被稱(chēng)為電力網(wǎng)。同步電機(jī)也被用作電動(dòng)機(jī)及用來(lái)進(jìn)行相位補(bǔ)償和電壓控制，在那種情況下成為機(jī)械上無(wú)功的電機(jī)。該技術(shù)領(lǐng)域還包括雙重饋電電機(jī)、異步串聯(lián)變流器、外部電極電機(jī)、同步磁通電機(jī)和異步電機(jī)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，所說(shuō)電磁裝置由電力變壓器或電抗器構(gòu)成。變壓器用于電能的所有輸送和分配，它們的任務(wù)是使電能在兩個(gè)或多個(gè)電系統(tǒng)之間進(jìn)行交換，為此，電磁感應(yīng)以人所熟知的方式被利用。本發(fā)明主要打算使用的變壓器屬于所謂電力變壓器，其額定功率從幾百KVA直到1000MVA以上，其額定電壓從3-4KV直到極高的輸送電壓400KV到800KV或更高。
雖然下列關(guān)于第二方面現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明主要涉及電力變壓器，但本發(fā)明也可用于電抗器，包括單相和三相的電抗器。就絕緣和冷卻而言，在原理上電抗器可具有與變壓器相同的實(shí)施例。這樣就可以有空氣絕緣的和油絕緣的、自冷卻的、壓力油冷卻的等等的電抗器。雖然電抗器只有一個(gè)繞級(jí)(每個(gè)相位)并且可被設(shè)計(jì)成帶有或不帶有磁芯的，但對(duì)背景技術(shù)的說(shuō)明在很大程度上也與電抗器有關(guān)。
電路上的至少一個(gè)繞組在某些實(shí)施例中可以是在空氣中卷繞的，但通常都有一個(gè)磁芯，這個(gè)磁芯可由標(biāo)準(zhǔn)的或定向的疊層片、其它不定形的或粉末基的材料或任何其他作用介質(zhì)構(gòu)成，目的是要使磁力線(xiàn)能在其內(nèi)交替流動(dòng)并且繞組能卷繞在其上。該電路通常具有某種冷卻系統(tǒng)。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，繞組可被設(shè)在電機(jī)的定子內(nèi)或轉(zhuǎn)子內(nèi)或兩者內(nèi)。
具有上述性質(zhì)的電磁裝置的已知實(shí)施例存在的問(wèn)題是，要么較難將參數(shù)有效地控制在一定范圍內(nèi)，要么控制設(shè)備會(huì)相當(dāng)昂貴。在這方面值得指出的是，在發(fā)電機(jī)技術(shù)內(nèi)可以通過(guò)場(chǎng)繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)的控制。但若轉(zhuǎn)子具有電磁鐵而將場(chǎng)繞組設(shè)在轉(zhuǎn)子上，那么缺點(diǎn)是這將帶來(lái)一個(gè)比較昂貴且較難控制的實(shí)施方案。而在永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子中，實(shí)際上不可能進(jìn)行場(chǎng)控制，這樣當(dāng)然會(huì)較難實(shí)現(xiàn)在一般情況下的控制和在特殊情況下對(duì)狀態(tài)作較精細(xì)的控制?，F(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是傳統(tǒng)的繞線(xiàn)技術(shù)要化高昂的費(fèi)用才能制出繞組。已知實(shí)施方案還能造成相當(dāng)大的能量損失并包括各種限制甚至連繞組在磁路內(nèi)的位置都有限制。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明的目的是要對(duì)按照所附權(quán)利要求1的前段部分內(nèi)所說(shuō)的電磁裝置想方設(shè)法簡(jiǎn)化和改進(jìn)控制其操作的可能辦法，另外使繞組在較好的條件下進(jìn)行合理的生產(chǎn)和安裝也是本發(fā)明要瞄準(zhǔn)的目標(biāo)。
本發(fā)明的基本目的是通過(guò)設(shè)置該控制設(shè)備以便相對(duì)于輸出/自該裝置輸出的電力來(lái)，控制其頻率、波幅和/或相位而達(dá)到的，該控制設(shè)備具有用以控制磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)的設(shè)施。
本發(fā)明是以下列想法為依據(jù)的，即按照所需的考慮通過(guò)磁力線(xiàn)控制直接影響磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)，以便能控制該裝置的操作。這樣就提供一個(gè)極其合理并在費(fèi)用上合算的實(shí)施方案，該方案除了能提高控制的可能性以外，還能得到優(yōu)化的操作。
按照本發(fā)明的一個(gè)特優(yōu)的實(shí)施例，控制設(shè)施具有至少一個(gè)通過(guò)感應(yīng)與磁路連接的控制繞組。這樣，控制設(shè)備才能通過(guò)這個(gè)控制繞組利用那些能使磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)受影響到所需程度的控制參數(shù)來(lái)對(duì)磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)實(shí)行所需的控制?？刂评@組甚至可被短路，于是在某些實(shí)施例中，磁力線(xiàn)可不通過(guò)控制繞線(xiàn)。取決于磁路的設(shè)計(jì)，可使部分或整個(gè)磁力線(xiàn)封閉。
采用本發(fā)明的方案可以得到的控制功能例子是改變電壓、穩(wěn)定電壓、消除瞬變狀態(tài)、在電力網(wǎng)中抑制振蕩、濾掉諧波、調(diào)節(jié)頻率和調(diào)節(jié)相位(在設(shè)有相位分別控制的情況下)。應(yīng)該指出，本發(fā)明的控制設(shè)備可適用于將新增的磁力線(xiàn)添加到磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)上，也就是說(shuō)，該控制設(shè)備能用直接供應(yīng)的能量操作。
在磁路設(shè)施例如變壓器內(nèi)的磁力線(xiàn)按照本發(fā)明加以控制時(shí)能在二次繞組電壓上實(shí)現(xiàn)良好的控制，使它滿(mǎn)足設(shè)需的要求，但就一次電壓或連接在二次繞組上的載荷而言，會(huì)有令人討厭的波動(dòng)。
按照本發(fā)明的磁路內(nèi)磁力線(xiàn)的控制的另一些細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將在下面詳細(xì)說(shuō)明。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，電磁裝置中的至少一個(gè)繞組或這個(gè)繞組的至少一個(gè)部分具有至少一個(gè)可彎曲的導(dǎo)電體和一外殼，該外殼能透過(guò)磁力線(xiàn)(導(dǎo)磁)但能基本上封閉發(fā)生在導(dǎo)電體周?chē)碾妶?chǎng)。換句話(huà)說(shuō)這意味著導(dǎo)電體和其外殼(形式為一種絕緣系統(tǒng))是由可彎曲電纜構(gòu)成的。這一點(diǎn)與迄今為止傳統(tǒng)上使用的、預(yù)制成形的剛性繞組相比在制造和安裝上具有重大的優(yōu)點(diǎn)。另外，按照本發(fā)明的絕緣系統(tǒng)是在沒(méi)有氣體和液體絕緣材料的情況下形成的。
由于在本發(fā)明的電纜的導(dǎo)電體周?chē)l(fā)生的電場(chǎng)基本上被封閉在絕緣系統(tǒng)內(nèi)，本發(fā)明可減少發(fā)生的損失，因此本裝置可用較高的效率操作。而損失的減少又可在裝置內(nèi)造成較低的溫度，這樣就可減少對(duì)冷卻的需要并可使可能有的冷卻裝置設(shè)計(jì)得比沒(méi)有本發(fā)明在這方面的情況時(shí)更為簡(jiǎn)單。
就本發(fā)明的作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的方案而言，這樣就可能用高電壓來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)而可省卻傳統(tǒng)的升壓器。那就是說(shuō)，電機(jī)能用比現(xiàn)有技術(shù)高得多的電壓來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)以致能直接連接到電力網(wǎng)上。這意味著旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的投資可大大降低，并且系統(tǒng)的總效率能夠提高。本發(fā)明可消除在繞組的一定范圍內(nèi)對(duì)特殊場(chǎng)控制措施的需要，這種場(chǎng)控制措施按照現(xiàn)有技術(shù)是必需有的。本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠比較簡(jiǎn)單地得到欠磁化和過(guò)磁化來(lái)達(dá)到減少電壓和電流異相時(shí)所產(chǎn)生阻抗的目的。
就本發(fā)明作為電力變壓器/電抗器的方案而言，首先，本發(fā)明可無(wú)須將油充填到電力變壓器內(nèi)以及由此連帶發(fā)生的問(wèn)題和缺點(diǎn)。
繞組是這樣設(shè)計(jì)的，它在其至少一部分長(zhǎng)度上具有一個(gè)由固體絕緣材料構(gòu)成的絕緣層，在這絕緣層之內(nèi)有一內(nèi)層，而在這絕緣層之外有一外層，這內(nèi)、外兩層都是由半導(dǎo)電材料制成的，因此能將整個(gè)裝置的電場(chǎng)封閉在繞組內(nèi)。這里所用的詞語(yǔ)“固體絕緣材料”意為繞組沒(méi)有液體或氣體的絕緣，例如形式為油的絕緣。取而代之的絕緣層預(yù)定由聚合物材料制成。內(nèi)層和外層也都由聚合物材料制成，但都是半導(dǎo)電的。
內(nèi)層和固體絕緣層在它們之間的基本上整個(gè)界面上牢固地連接在一起，外層和固體絕緣層也是在其基本上整個(gè)界面上牢固地連接在一起。由于其半導(dǎo)電的性能，內(nèi)層能起到使電位均等化的作用，從而能使內(nèi)層之外的電場(chǎng)均等化。而外層也是預(yù)定由半導(dǎo)電材料制成的，它具有至少一個(gè)比絕緣層高的導(dǎo)電率，這樣在將外層接地或連接到一個(gè)較低的電位上時(shí)可使外層起到使電位均等化的作用，從而可基本上封閉在外層之內(nèi)的所說(shuō)導(dǎo)電體所造成的電場(chǎng)內(nèi)。在另一方面，外層應(yīng)具有足夠小的電阻以便盡可能地減少在所說(shuō)外層內(nèi)的電損失。
在絕緣材料層與內(nèi)、外半導(dǎo)電層之間的牢固連接應(yīng)該在基本上整個(gè)界面上是均勻的，沒(méi)有任何空穴、孔眼或類(lèi)似物發(fā)生。采用本發(fā)明打算使用的高電平，所產(chǎn)生的電和熱載荷將對(duì)絕緣材料提出極高的要求。人們知道，在高電壓裝置中，所謂部分放電即PD，對(duì)絕緣材料來(lái)說(shuō)，一般都可成為嚴(yán)重問(wèn)題。如果有空穴、孔眼或類(lèi)似物存在，那么在高電壓下會(huì)發(fā)生內(nèi)部電暈放電，從而使絕緣材料逐漸惡化，結(jié)果會(huì)使絕緣材料被電擊穿，導(dǎo)致電磁裝置嚴(yán)重破裂。因此絕緣層應(yīng)該均勻。
在絕緣層之內(nèi)的內(nèi)層所具有的導(dǎo)電率應(yīng)比導(dǎo)電體低但又要比內(nèi)層足夠大，使它能起到對(duì)電位的均等化作用，從而起到對(duì)內(nèi)層之外的電場(chǎng)的均等化作用。這一點(diǎn)與內(nèi)層和電絕緣層在基本上整個(gè)界面上的牢固連接，即沒(méi)有空穴等，意味著在內(nèi)層之外有一基本均勻的電場(chǎng)，這樣就可將發(fā)生PD的危險(xiǎn)降為極小。
最好內(nèi)層和固體電絕緣層都由熱膨脹系數(shù)基本相等的材料制成。外層和固體電絕緣層最好也是如此。這意味著內(nèi)、外層和固體電絕緣層將形成一個(gè)絕緣系統(tǒng)，該系統(tǒng)在溫度改變時(shí)將如同一個(gè)整體均勻地膨脹和收縮，不會(huì)發(fā)生那些能使界面毀壞或分裂的變化。這樣，就可確保在內(nèi)、外層和固體絕緣層之間的接觸表面的緊貼并為長(zhǎng)期使用時(shí)保持這個(gè)緊貼創(chuàng)造條件。由于導(dǎo)電體和絕緣系統(tǒng)將會(huì)受到彎曲，粘合應(yīng)該具有這樣的性質(zhì)，即至少在內(nèi)層和固體絕緣層之間、最好還包括外層和固體絕緣層之間的粘合。這里應(yīng)該指出，為了能夠?qū)崿F(xiàn)繞組的制出螺紋，該電纜應(yīng)能以比電纜直徑小25倍的曲率半徑彎曲，較好是在比電纜直徑小15倍，最好是以比電纜直徑小8倍或基本與此近似的曲率半徑彎曲。
重要的是絕緣系統(tǒng)須由彈性良好的材料構(gòu)成。材料的E-模數(shù)應(yīng)比較低，即材料對(duì)變形的抗力應(yīng)比較低。為了防止在絕緣系統(tǒng)所包含各層之間的邊界區(qū)帶內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)的剪切拉力，最好絕緣系統(tǒng)所包含各層的彈性(E-模數(shù))基本相等。
在絕緣層兩旁的半導(dǎo)體材料的內(nèi)、外層都趨于形成基本上等電位的表面，施加在絕緣系統(tǒng)上的電載荷就可降低，并且這樣在絕緣層本身內(nèi)的電場(chǎng)將比較均勻地分布在絕緣層的厚度上。
關(guān)于用來(lái)輸送高電壓和電力的電纜，現(xiàn)在知道，導(dǎo)電體除了要有固體絕緣材料制成的絕緣層以外，還有要半導(dǎo)電材料制成的內(nèi)層和外層。過(guò)去長(zhǎng)期內(nèi)只是認(rèn)識(shí)到絕緣層應(yīng)該沒(méi)有缺陷。在用高電壓送電時(shí)，沿著電纜長(zhǎng)度的電位雖然基本上處在同一電平上，但由于短暫的事件如雷擊，會(huì)發(fā)生瞬時(shí)電位差。按照本發(fā)明所附權(quán)利要求的可彎曲的電纜被用來(lái)作為電磁裝置內(nèi)的繞組。
用多根較小的所謂絞合線(xiàn)，其中至少有若干根是互相絕緣的，來(lái)構(gòu)成繞組內(nèi)的導(dǎo)電體，可以得到另一種改進(jìn)。使這些絞合線(xiàn)具有較小的橫截面，最好近似圓形，那么橫越絞合線(xiàn)的磁場(chǎng)將相對(duì)于電場(chǎng)有一恒定的幾何形狀，這樣發(fā)生渦電流的機(jī)會(huì)就可降為極小。
按照本發(fā)明，因此繞組最好制成電纜的形狀，該電纜具有導(dǎo)電體和上述的絕緣系統(tǒng)，其內(nèi)層沿著導(dǎo)電體的絞合線(xiàn)的周?chē)由?，在這內(nèi)半導(dǎo)電層的外側(cè)為由固體絕緣材料制成的電纜的主要絕緣層。
外半導(dǎo)電層按照本發(fā)明應(yīng)具有能確保導(dǎo)電體上電位均等化的電性能。但外層也可不具有這種導(dǎo)電性能，因?yàn)楦袘?yīng)電流將沿著表面流動(dòng)，這會(huì)造成損失而該損失又會(huì)造成不希望有的熱載荷。對(duì)于內(nèi)層和外層，在所附權(quán)利要求22和23中所限定的關(guān)于電阻(在20℃)的敘述是有效的。就內(nèi)半導(dǎo)電層而言，它必須具有足夠的導(dǎo)電率來(lái)確保電場(chǎng)內(nèi)電位的均等化，但同時(shí)還必須具有這樣的電阻以資確保電場(chǎng)的封閉。
重要的是，內(nèi)層將導(dǎo)電體表面內(nèi)的不規(guī)則部分均等化，并在其與固體絕緣層的界面上形成一個(gè)具有高表面光潔度的等電位的表面。內(nèi)層可制成可變的厚度，但為了確保對(duì)導(dǎo)電體和固體絕緣層有一平整的表面，厚度適宜在0.5和1mm之間。
按照本發(fā)明在其電磁裝置內(nèi)使用的這樣一種可彎曲的繞粗電纜為對(duì)XLPE(交聯(lián)的聚乙烯)電纜和具有EP(乙烯丙烯)橡膠絕緣的電纜的一種改進(jìn)。這種改進(jìn)特別表現(xiàn)在一種新的設(shè)計(jì)，不僅導(dǎo)電體是由絞合線(xiàn)構(gòu)成的，而且至少在某些實(shí)施例中，該電纜是沒(méi)有用來(lái)作機(jī)械保護(hù)的外殼的。但按照本發(fā)明，有可能在外半導(dǎo)體之外設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電金屬罩和一個(gè)外套，這時(shí)該金屬罩就具有在外面擔(dān)任機(jī)電保護(hù)的性質(zhì)，例如對(duì)雷擊。最好內(nèi)半導(dǎo)電層處在導(dǎo)電體的電位上，為此目的，導(dǎo)電體中至少有一股絞合線(xiàn)將不被絕緣而被這樣安排使之與內(nèi)半導(dǎo)體層有良好的電接觸。或者，可使不同的絞合線(xiàn)交替與內(nèi)半導(dǎo)體層進(jìn)行電接觸。
按照上述方式用電纜制造的變壓器或電抗器的繞組會(huì)帶來(lái)很大的不同，現(xiàn)就電場(chǎng)分布的情況對(duì)傳統(tǒng)的電力變壓器/電抗器和按照本發(fā)明的電力變壓器/電抗器作一比較。按照本發(fā)明用電纜構(gòu)成的繞組的決定性的優(yōu)點(diǎn)是電場(chǎng)被封閉在繞組內(nèi)，因此在外半導(dǎo)電層的外側(cè)就沒(méi)有電場(chǎng)，由載運(yùn)電流的導(dǎo)電體得到的電場(chǎng)只是發(fā)生在固體主絕緣層之內(nèi)。這從設(shè)計(jì)觀點(diǎn)和制造觀點(diǎn)來(lái)看，都是相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成變壓器的繞組時(shí)可以不用考慮電場(chǎng)分布，并且在背景技術(shù)這一節(jié)內(nèi)提到的絞合線(xiàn)的扭絞可被省去；在作出變壓器的磁芯設(shè)計(jì)時(shí)可以不用考慮電場(chǎng)分布；繞組的電絕緣不需用油，那就是說(shuō)，環(huán)繞繞組的介質(zhì)可以是空氣；在變壓器的外連接部和直接連接的線(xiàn)圈/繞組之間的電連接不需任何專(zhuān)用連接件，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的電廠不同，電連接件已與繞組成為一個(gè)整體；按照本發(fā)明的電力變壓器所需的制造和測(cè)試工藝要比傳統(tǒng)的電力變壓器/電抗器簡(jiǎn)單得多，因?yàn)樵诒尘凹夹g(shù)的說(shuō)明中所說(shuō)明的浸漬、干燥和真空處理都不再需要。
在將本發(fā)明用作旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，可顯著地減少定子上的熱載荷。這樣，機(jī)器的暫時(shí)超負(fù)荷將不太重要，并且可能在超負(fù)荷下長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)機(jī)器而不會(huì)有發(fā)生損壞的危險(xiǎn)。這對(duì)發(fā)電廠的所有主來(lái)說(shuō)是相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜梢?guī)定下負(fù)有保證發(fā)電的責(zé)任。
采用按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，可顯著減少維修費(fèi)用，因?yàn)樽儔浩骱蛿嗦菲鞑⒎潜仨毎ㄔ趯C(jī)器連接到電力網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)。
上面已經(jīng)說(shuō)明過(guò)，繞組電纜的外半導(dǎo)電層是打算把它連接到地電位上的，目的是該外層沿著繞組電纜的整個(gè)長(zhǎng)度應(yīng)該基本保持在地電位上。有可能將外半導(dǎo)電層分割成為多個(gè)部分讓它們沿著繞組電纜的長(zhǎng)度分布，而將每一個(gè)個(gè)別的層部分直接連接到地電位上，這樣沿著繞組電纜的長(zhǎng)度可以得到一個(gè)較均勻的電位。
上面曾經(jīng)提到，固體絕緣層和內(nèi)、外層可用例如擠壓來(lái)得到。但其他技術(shù)也是很有可能的，例如內(nèi)、外層和絕緣層可分別用上述材料噴涂在導(dǎo)電體/繞組上制成。
最好繞組電纜被設(shè)計(jì)成具有圓形橫截面。但在某些情況下當(dāng)需要得到較好的封裝密度時(shí)，其他橫截面也可使用。
為了在旋轉(zhuǎn)電機(jī)內(nèi)造成電壓，電纜被設(shè)置在磁芯內(nèi)的槽內(nèi)成為數(shù)個(gè)連續(xù)的圈。繞組可被設(shè)計(jì)成為多層同心的電纜繞組以減少線(xiàn)圈端的交叉數(shù)。電纜可被制有帶斜度的絕緣層以便以較好的方式利用磁芯，在該情況下槽的形狀可與繞組的帶斜度的絕緣層配合。
按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的重大優(yōu)點(diǎn)為，在半導(dǎo)電層外側(cè)的線(xiàn)圈端區(qū)域內(nèi)E場(chǎng)接近于零，而外殼是在地電位上，電場(chǎng)不需被控制。這意味著不能得到電場(chǎng)的集中，不管是在芯片內(nèi)、在線(xiàn)圈端區(qū)域內(nèi)、還是在它們之間的過(guò)渡區(qū)內(nèi)。
在按照本發(fā)明的裝置的制造方法中，用螺紋旋入到旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁芯槽內(nèi)的孔中的可彎曲的電纜被用作繞組。由于該電纜是柔性的，它能被彎曲，這樣電纜長(zhǎng)度就能被設(shè)置成為線(xiàn)圈內(nèi)的若干個(gè)圈。于是線(xiàn)圈端頭含有電纜內(nèi)的彎曲區(qū)帶。電纜可被這樣連接起來(lái)使其在電纜長(zhǎng)度上的性能保持恒定。與本行業(yè)現(xiàn)況比，這種方法可帶來(lái)相當(dāng)大的簡(jiǎn)化。而目前在制造旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，所謂Roebel桿不容易彎曲，它必須預(yù)先制成所需的形狀。絕緣層的卷繞和線(xiàn)圈的浸漬也都是一項(xiàng)極其復(fù)雜而費(fèi)錢(qián)的技術(shù)。
總之，與現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)相比，按照本發(fā)明的形式為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電磁裝置具有相當(dāng)多的重大優(yōu)點(diǎn)。首先，按照本發(fā)明的電機(jī)能在所有型式的高電壓下直接連接到電力網(wǎng)上。另一個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)是地電位已被一致地引導(dǎo)到甚至一部分繞組上甚至整個(gè)繞組上，這意味著線(xiàn)圈端頭區(qū)域呆做得緊湊，而在線(xiàn)圈端頭區(qū)域的支撐設(shè)施可在實(shí)施為地電位的狀態(tài)下被使用。還有另一個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)是，如同上面對(duì)電力變壓器/電抗器已經(jīng)指出的那樣，油基絕緣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)也在按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中消失。這意味著不再有密封問(wèn)題并且以前提到過(guò)的介電環(huán)也不再需要。還有重要的一點(diǎn)是，所有強(qiáng)制冷卻都可在地電位下作出。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明參閱附圖，下面將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作較具體的說(shuō)明。在附圖中

圖1為圖示本發(fā)明的取變壓器結(jié)構(gòu)形式的裝置；圖2為變壓器的一個(gè)變壓的概略圖；圖3為變壓器的另一個(gè)變型的概略圖；圖4為與圖3類(lèi)似，只是所示為電抗器的實(shí)施例；圖5為一圖示一個(gè)發(fā)電機(jī)的實(shí)施例；圖6為一部分切開(kāi)的視圖，示出包含在目前改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)電纜內(nèi)的零件；圖7為本發(fā)明磁路的一個(gè)扇形區(qū)/極間距的軸向端視圖；圖8示出在傳統(tǒng)的電力變壓器/電抗器繞組的周?chē)妶?chǎng)分布的情況；圖9為一透視圖，示出本發(fā)明的電力變壓器的一個(gè)實(shí)施例；圖10為一橫截面，示出相對(duì)于圖1改進(jìn)的電纜結(jié)構(gòu)，它有數(shù)個(gè)導(dǎo)電體；及圖11為另一個(gè)電纜結(jié)構(gòu)的橫截面，它也有數(shù)個(gè)導(dǎo)電體，只是排列的方式與圖10不同。
較優(yōu)實(shí)施例的說(shuō)明圖1所示的電磁裝置具有變壓器的性質(zhì)。它有一個(gè)磁路1和兩個(gè)電路2·3，每一電路各具有至少一個(gè)線(xiàn)圈狀的繞組4和5。
在本例中變壓器有一磁性材料的芯部6，該芯部由一疊磁性片合適地構(gòu)成為的是減少渦電流損失。但應(yīng)指出，芯部的實(shí)際存在并不是應(yīng)用本發(fā)明的先決條件。在空氣中卷繞線(xiàn)圈而構(gòu)成的實(shí)施例同樣可能在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此磁路一詞要從廣義上來(lái)解釋。所謂磁路不過(guò)是存在著的繞組4、5所產(chǎn)生的能夠產(chǎn)生磁力線(xiàn)的磁場(chǎng)。
本發(fā)明的裝置有一設(shè)備7來(lái)控制變壓器的運(yùn)行。這個(gè)控制設(shè)備7適宜用來(lái)控制離開(kāi)變壓器的電力的頻率、波幅及/或相位。在本例中電路2構(gòu)成變壓器的一次側(cè)，而電路3構(gòu)成變壓器的二次側(cè)。因此電力是通過(guò)二次電路3從該裝置離開(kāi)來(lái)到一個(gè)概略地用標(biāo)號(hào)8指出而并聯(lián)的載荷上。這個(gè)載荷可以是假定性的，例如用戶(hù)本身，但也可以是分配和輸送的網(wǎng)。
控制設(shè)備7具有設(shè)施9可用來(lái)控制磁路1內(nèi)的磁力線(xiàn)。在本例中，控制設(shè)施9包括至少一個(gè)感應(yīng)地連接到磁路1上的控制繞組，這個(gè)控制繞組9被卷繞在一部分芯部6上。在沒(méi)有芯部的變壓器實(shí)施例中，控制繞組9必須分別與一次和二次繞組4和5協(xié)調(diào)，使在無(wú)芯磁路內(nèi)感應(yīng)出來(lái)的磁力線(xiàn)通過(guò)感應(yīng)與控制繞組9耦合。
按照本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例，控制設(shè)備7被設(shè)想為主動(dòng)型的，即控制設(shè)備7應(yīng)適宜通過(guò)控制繞組9主動(dòng)控制磁路9內(nèi)的磁力線(xiàn)來(lái)得到所需的特性。因此最好控制設(shè)備7有一外部電源，使控制設(shè)備能用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)流過(guò)繞組9的電流，從而能夠控制通過(guò)磁路1的磁力線(xiàn)。本發(fā)明特別適宜用于高電壓用途。這意味著在電路4和5上通常預(yù)定要可連接較高的電壓。但為了控制的目的，控制設(shè)備只須以較低的電壓產(chǎn)生一個(gè)較高的電流在繞組9內(nèi)流動(dòng)就足夠了。為了控制的目的，控制設(shè)備7可適于將新增磁力線(xiàn)添加到磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)上。這個(gè)新增磁力線(xiàn)將被添加到現(xiàn)已存在的磁力線(xiàn)上，適當(dāng)?shù)乜刂七@個(gè)新增磁力線(xiàn)便可得到電力通過(guò)二次電路3離開(kāi)時(shí)所需的各項(xiàng)參數(shù)。設(shè)備7可適宜地接收來(lái)自電壓測(cè)量表10的關(guān)于二次電路內(nèi)及/或越過(guò)載荷8的電壓的信息作為其控制功能的基礎(chǔ)。還有一個(gè)電流測(cè)量表11用來(lái)測(cè)量在二次電路內(nèi)的電流。如上所述，通過(guò)控制設(shè)備7產(chǎn)生的新增磁力線(xiàn)可用來(lái)控制通過(guò)二次電路3離開(kāi)的電力的頻率、波幅及/或相位。
應(yīng)該指出，控制設(shè)備7可通過(guò)輸入12適宜地得到外部的控制指示。
另外，還應(yīng)指出，控制設(shè)備7可通過(guò)控制繞組9適宜地實(shí)行被動(dòng)控制。被動(dòng)控制在這方面意為并不使用來(lái)自某些外部電源的電力來(lái)控制。在這方面應(yīng)該指出，控制設(shè)備7可與一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)元件如電阻、電容和電抗耦合、串聯(lián)或并聯(lián)到控制繞組9上。這些與控制繞組9耦合的被動(dòng)元件能對(duì)磁力線(xiàn)作出各種不同的影響，而所說(shuō)影響又可使從裝置離開(kāi)的電力得到所需的頻率波幅及/或相位。
在圖1中還可看到，在裝置的一次側(cè)，與二次側(cè)相似，也有一個(gè)電壓測(cè)量表13和一個(gè)電流測(cè)量表14。
圖2示出一個(gè)變壓器實(shí)施例，它與圖1所示變壓器不同之處僅在于芯部多了一條腿16，即在二次側(cè)的一條腿15和一次側(cè)的一條腿17之外，在中間還增加一條腿16。這樣，在圖2的芯部6a內(nèi)就形成兩條不同的磁力線(xiàn)路徑18和19。在本例中控制繞組9a被布置在中央腿16的周?chē)?，即在通過(guò)變壓器一次繞組4的磁力線(xiàn)路徑18上。第二磁力線(xiàn)路徑19與此不同，是環(huán)繞控制繞組9而通過(guò)二次繞組5的。現(xiàn)在就能通過(guò)控制設(shè)備7a用控制繞組9a來(lái)影響腿16內(nèi)的磁力線(xiàn)，該磁力線(xiàn)又可通過(guò)二次側(cè)的繞組5來(lái)影響腿15內(nèi)的磁力線(xiàn)。換句話(huà)說(shuō)，在這里控制繞組9a只是聯(lián)接到兩條磁力線(xiàn)路徑中的一條上。
圖3中的變形為在已有一個(gè)控制繞組9b1的情況下再增加一個(gè)控制繞組9b2。這兩個(gè)控制繞組分別環(huán)繞各自的腿16b、15b被布置著，即這兩個(gè)控制繞組9b1和9b2分別屬于它們各自的磁力線(xiàn)路徑18、19?？刂圃O(shè)備7b具有一個(gè)控制單元20，其下又分別控制控制元件21和22，這兩個(gè)控制元件分別與控制繞組9b1和9b2協(xié)調(diào)。通過(guò)控制單元20主動(dòng)地或被動(dòng)地控制控制元件21、22，就可作出調(diào)節(jié)，使磁力線(xiàn)或是只通過(guò)磁力線(xiàn)路徑18、19中的一條路徑，或是被分配在這兩條路徑上。
就圖3而言，還應(yīng)提到，變壓器的二次系統(tǒng)具有至少兩個(gè)串聯(lián)耦合的繞組部分23和24。兩條磁力線(xiàn)路徑18、19內(nèi)的磁力線(xiàn)都通過(guò)主繞組部分，而只有磁力線(xiàn)路徑19內(nèi)的磁力線(xiàn)通過(guò)繞組部分24。這意味著當(dāng)用控制繞組9b1和9b2使磁力線(xiàn)只是流動(dòng)通過(guò)腿16b時(shí)，將沒(méi)有磁力線(xiàn)流動(dòng)通過(guò)繞組部分24。同時(shí)這意味著可以得到比運(yùn)行情況下所能得到的電壓更低的輸出電壓。在運(yùn)行情況下，磁力線(xiàn)全部流動(dòng)通過(guò)磁力線(xiàn)路徑19，亦即所有磁力線(xiàn)都流動(dòng)通過(guò)兩個(gè)二次繞組部分23和24。這時(shí)控制繞組9b1的任務(wù)是要全部或至少部分中斷通過(guò)腿16b的磁力線(xiàn)。
圖4示出一個(gè)多少與圖3的變壓器相似的電抗器的實(shí)施例。其差別在于，電抗器并沒(méi)有任何二次側(cè)，因此取而代之的是將其電力繞組分成兩個(gè)繞組部分25、26。如同上面的實(shí)施例，設(shè)有兩個(gè)控制繞組9c1和9c2，利用該控制繞組，可控制磁力線(xiàn)使它按所需的程度流動(dòng)通過(guò)繞組部分26，但整個(gè)磁力線(xiàn)總是流動(dòng)通過(guò)繞組部分25。
圖5示出一個(gè)極其簡(jiǎn)化的發(fā)電機(jī)實(shí)施例，其轉(zhuǎn)子用標(biāo)號(hào)26指出。在本例中，轉(zhuǎn)子假定是一個(gè)永久磁鐵的轉(zhuǎn)子。但也可能將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成具有場(chǎng)繞組。這里的磁路1d具有一個(gè)電力輸出回路5d，該回路感應(yīng)地與芯部6b內(nèi)的磁力線(xiàn)耦合。芯部6d具有位在轉(zhuǎn)子26鄰近的部分，這樣在轉(zhuǎn)子26旋轉(zhuǎn)時(shí)永久磁鐵就會(huì)在芯部?jī)?nèi)產(chǎn)生磁力線(xiàn)。這個(gè)磁力線(xiàn)流動(dòng)通過(guò)輸出繞組5d并在其內(nèi)產(chǎn)生輸出電力?？刂圃O(shè)備7d如前那樣具有一個(gè)控制繞組9b感應(yīng)地耦合到磁路1d上，這里同樣設(shè)有電壓和電流的測(cè)量表以便用來(lái)監(jiān)控輸出電力。利用控制設(shè)備7d，現(xiàn)有可使控制繞組9d按照被動(dòng)或主動(dòng)控制的要求發(fā)揮其功能，賦予來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸出電力所需的關(guān)于頻率、波幅及/或相位的參數(shù)。
應(yīng)該指出，圖中所示的極其簡(jiǎn)化的實(shí)施例只是具有一個(gè)相位。實(shí)際上這種實(shí)施例要復(fù)雜得多，特別是多相位的實(shí)施例。繞組和繞組部分的數(shù)目也會(huì)比我們所論述的大得多，不僅涉及一次和二次繞組，還要涉及控制繞組。而且根據(jù)功能的要求，磁路可具有不同的設(shè)計(jì)。
特別應(yīng)該指出的是，按照本發(fā)明至少有一個(gè)現(xiàn)有繞組的導(dǎo)電體被兩個(gè)互相間隔開(kāi)的等電位層包圍，并有一個(gè)固體絕緣層設(shè)置在這兩層之間，這意味著環(huán)繞導(dǎo)電體的電場(chǎng)基本上被封閉在電纜內(nèi)，因此一次和二次繞組具有極大的自由，可被放置在磁路上的任何地方。即使將繞組插入其內(nèi)也是可能的。在這方面應(yīng)該指出，控制設(shè)備對(duì)帶芯的和帶殼的變壓器都可適用。
特別是在高電壓的用途上，剛才說(shuō)明的繞組的設(shè)計(jì)是合適的。應(yīng)該指出，在通常情況下控制繞組9常處在比電力繞組低的電位上，為此理由，控制繞組并不一定需要象至少一個(gè)電力繞組那樣設(shè)有這種絕緣系統(tǒng)。
提供按照本發(fā)明的電磁裝置的一個(gè)重要方面是要在至少一個(gè)繞組上使用導(dǎo)電電纜，該電纜有一固體電絕緣層，在該絕緣層與一個(gè)或多個(gè)位在其內(nèi)的導(dǎo)電位之間設(shè)有內(nèi)半導(dǎo)電層或殼，還有一個(gè)外半導(dǎo)電層或殼位在絕緣層之外。這種電纜在其他電力工程使用領(lǐng)域已可作為標(biāo)準(zhǔn)電纜供售。為了說(shuō)明實(shí)施例，先讓我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電纜作一簡(jiǎn)短說(shuō)明。內(nèi)部的載運(yùn)電流的導(dǎo)體包括多根絞合線(xiàn)，在鉸合線(xiàn)的周?chē)幸话雽?dǎo)電內(nèi)層或殼，在這半導(dǎo)電內(nèi)層的周?chē)幸还腆w絕緣材料的絕緣層，該固體絕緣層是由具有低電耗和高斷裂強(qiáng)度的聚合物材料制成，具體例子為聚乙烯(PE)，特別值得一提的是交聯(lián)聚乙烯(XLPE)和乙烯丙烯(EP)。在外半導(dǎo)電層周?chē)稍O(shè)有金屬罩和外絕緣殼體。半導(dǎo)電層由聚合物材料如乙烯共聚物和導(dǎo)電成分如導(dǎo)電煙灰或炭黑構(gòu)成，這種電纜在今后將被稱(chēng)為電力電纜。
預(yù)定用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組的電纜的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例在圖6中示出。電纜41具有載運(yùn)電流的導(dǎo)電體42，包括不絕緣的和絕緣的絞合線(xiàn)。也可能使用電動(dòng)機(jī)械扭絞的、固體絕緣的絞合線(xiàn)。這些絞合線(xiàn)可被絞合/扭絞成多層。環(huán)繞導(dǎo)電體為一內(nèi)半導(dǎo)電層43，該層又被一個(gè)固體絕緣材料的均勻?qū)影鼑＝^緣層44完全沒(méi)有液體的或氣體的絕緣材料。該層44被一外半導(dǎo)電層45包圍。在較優(yōu)實(shí)施例中用作繞組的電纜還可設(shè)有金屬罩和外殼，但不是必須這樣做。為了避免在外半導(dǎo)電層45內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流及其相關(guān)損失。最好在線(xiàn)圈端即在從疊片到端繞組的過(guò)渡區(qū)內(nèi)將外半體電層切開(kāi)，分割成數(shù)個(gè)沿著電纜分布的部分，這些部分在電路上完全地或部分地互相隔開(kāi)。然后將每一切開(kāi)的部分接地，從而外半導(dǎo)電層45將在整個(gè)電纜長(zhǎng)度上保持在或接近地電位。這意味著在固體絕緣繞組的線(xiàn)圈端周?chē)?，在可接觸的表面上和那些使用一段時(shí)間變臟的表面上對(duì)地只能有微不足道的電位，它們產(chǎn)生的電場(chǎng)也是微不足道的。
為了優(yōu)化旋轉(zhuǎn)電機(jī)，磁路在槽和齒方面的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如上所述，這些槽應(yīng)盡可能接近地連接到線(xiàn)圈側(cè)的殼體上。同樣最好在每一個(gè)徑向水平面上的齒應(yīng)盡可能地寬。這對(duì)降低機(jī)器的損失滿(mǎn)足磁化的要求等都是重要的。
從好幾個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，利用構(gòu)成繞組的導(dǎo)電體例如上面所說(shuō)的電纜，極有可能使磁芯優(yōu)化。下面讓我們來(lái)看在旋轉(zhuǎn)電機(jī)定予內(nèi)的磁路。圖7示出按照本發(fā)明的電機(jī)的一個(gè)扇形區(qū)/極間距46的軸向端視圖。轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子磁極用標(biāo)號(hào)47指出。按照傳統(tǒng)的方式，定子由連續(xù)都是扇形電工片疊合而成的芯部構(gòu)成。從芯部的位在徑向最外端的后部48上，有多條齒49沿徑向向內(nèi)朝著轉(zhuǎn)子伸出。在齒與齒之間設(shè)有相應(yīng)數(shù)目的槽50。使用上面說(shuō)明的電纜可使為高電壓電機(jī)準(zhǔn)備的槽的深度做得比現(xiàn)有技術(shù)所能做到的深度大。這些槽都帶有斜度，其橫截面在朝向轉(zhuǎn)子的方向上縮小，因?yàn)閷?duì)每一個(gè)繞組層來(lái)說(shuō)，其對(duì)電纜絕緣的需要在朝向轉(zhuǎn)子的方向上逐漸變小。從圖上可清楚地看到，這些槽基本上由環(huán)繞每一層繞組的圓形橫截面52和層與層之間較窄的腰部53構(gòu)成。從形狀上看，有理由把這種橫截面的槽稱(chēng)為“自行車(chē)鏈槽”。由于在高電壓電機(jī)中需要有數(shù)目相當(dāng)大的層次，而具有相關(guān)絕緣層和外半導(dǎo)電層的電纜供售的尺寸種類(lèi)是有限的，實(shí)際上很難將電纜絕緣層和定子槽分別制成所需的連續(xù)斜度。在圖7所示的實(shí)施例中，電纜采用三種不同的電纜絕緣層尺寸，分別布置在三個(gè)具有相應(yīng)尺寸的區(qū)段54,55和56內(nèi)，那就是說(shuō)，在實(shí)際上使用的是修改的自行車(chē)鏈槽。該圖還示出，沿著整個(gè)槽的深度，定子齒可被制成具有實(shí)際上不變的徑向?qū)挾取?br> 還要指出，圖7中各區(qū)段54、55、56的繞組相當(dāng)于圖5中的繞組5。但在圖7中，與圖5中的控制繞組9相當(dāng)?shù)膮s是一個(gè)或多個(gè)位于徑向上離開(kāi)轉(zhuǎn)子最外邊的繞組40。應(yīng)該指出沒(méi)有必要將控制繞組9定位在圖7中標(biāo)有40的位置上。
在一可替代的實(shí)施例中，用作繞組的電纜可以是傳統(tǒng)的電纜如同上面所說(shuō)明的那樣。進(jìn)行外半導(dǎo)電層的接地時(shí)須在合適的位置上剝?nèi)ル娎|的金屬罩和外殼。
本發(fā)明的范圍可適應(yīng)大量的可替代的實(shí)施例，取決于就絕緣層和外半導(dǎo)電層而言的、可供售的電纜尺寸種類(lèi)。而且具有所謂自行車(chē)鏈槽的實(shí)施例能被修改超過(guò)這里曾說(shuō)明的情況。
如上所述，磁路可位在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子及/或轉(zhuǎn)子上。但磁路的設(shè)計(jì)大部分應(yīng)符合上面的說(shuō)明而可不管磁路的位置是在定子及/或轉(zhuǎn)子。
就繞組而言，最好所使用的繞組可被說(shuō)明為多層的、同心的電纜繞組。這樣一種繞組意為將所有線(xiàn)圈設(shè)置在同一組群內(nèi)，沿徑向從內(nèi)到外排列，從而在線(xiàn)圈端的交叉數(shù)可降為最少；這樣還可允許采用較簡(jiǎn)單的方法來(lái)制造并將定子繞組用螺紋旋入到不同的槽內(nèi)。由于按照本發(fā)明所用電纜比較容易彎曲，因此可用簡(jiǎn)單的制螺紋操作在其上制出螺紋，然后將該電纜旋入到槽50上的孔52內(nèi)，而將繞組固定在定子上。
圖8示出環(huán)繞一個(gè)傳統(tǒng)的電力變壓器/電抗器的一個(gè)繞組的電場(chǎng)分布的簡(jiǎn)化的基本圖，其中57為一繞組、58為一芯部、而59為等電位線(xiàn)，即在該線(xiàn)上電場(chǎng)具有相同的數(shù)量。繞組的下部假定處在地電位。
電位分布確定絕緣系統(tǒng)的組成，因?yàn)樵诶@組的相鄰圈之間及在每一圈與大地之間都必須有足夠的絕緣。從圖上可以看到繞組的上部受到最高的絕緣載荷。繞組相對(duì)于芯部的設(shè)計(jì)和定位就這樣主要由芯部窗口內(nèi)的電場(chǎng)分布來(lái)確定。
按照本發(fā)明能被用于包含在干粉變壓器/電抗器內(nèi)的繞組內(nèi)的電纜已借助于圖1予以說(shuō)明。該電纜如上所述，可為特殊目的如防止在變壓器/電抗器的其他區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生過(guò)多的電應(yīng)變而設(shè)有其他的、另外的外層。從幾何尺寸上來(lái)看，所述電纜的導(dǎo)電體截面積在2和3000m2之間，而電纜的外直徑在20和250mm之間。
由本發(fā)明的綜述中所說(shuō)明的電纜制造的電力變壓器/電抗器的繞組可用于單相、三相和多相的變壓器/電抗器而不可管磁芯的形狀。圖9所示的實(shí)施例為一三相的疊層磁芯的變壓器。該磁芯按照傳統(tǒng)的方式，具有三條磁芯腿60、61和及保持軛架63和64。在所示實(shí)施例中，磁芯腿和軛架都具有帶斜度的橫截面。
由電纜制成的繞組同心地環(huán)繞磁芯腿而被設(shè)置著。圖9所示的實(shí)施例具有三個(gè)同心的繞組圈65、66和67。最內(nèi)邊的繞組圈65為一次繞組而其他兩個(gè)繞組圈63和64為二次繞組。為了不使圖面過(guò)于復(fù)雜，繞組的連接都沒(méi)有示出。在所示的實(shí)施例中，具有若干不同功能的間隔桿68和69被設(shè)置在環(huán)繞繞組的某些點(diǎn)上。間隔桿可由絕緣材料制成，目的是要在同心的繞組圈之間提供一定的空間以便冷卻、支撐等。它們也可由導(dǎo)電材料制成，為的是構(gòu)成繞組的接地系統(tǒng)的一部分。
在圖9中沒(méi)有畫(huà)出控制繞組9。
可替代的電纜結(jié)構(gòu)在圖10所示的電纜變型中采用與以前相同的標(biāo)號(hào)，只是添加一個(gè)字母a來(lái)表示屬于本實(shí)施例。在本實(shí)施例中，電纜具有數(shù)個(gè)導(dǎo)電體42a，它們被絕緣體44a互相隔開(kāi)。換句話(huà)說(shuō)，絕緣體44a不僅用來(lái)將相鄰的導(dǎo)電體42a隔開(kāi)，而且用來(lái)使導(dǎo)電體與周?chē)糸_(kāi)。不同的導(dǎo)電體42a可按不同的方式設(shè)置，從而給電纜整體提供一個(gè)可變化的橫截面形狀。在圖10所示的實(shí)施例中可以看到導(dǎo)電體42a被設(shè)置在一條直線(xiàn)上，這樣電纜就具有一個(gè)比較扁平的橫截面形狀。由此可以推斷，電纜的橫截面形狀可在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變化。
在圖10中，假定在導(dǎo)電體之間存在著一個(gè)比相位電壓小的電壓。較具體點(diǎn)說(shuō)，在圖10中的導(dǎo)電體42a被假定是由繞組內(nèi)不同的圈數(shù)構(gòu)成的，這意味著在這些相鄰導(dǎo)電體之間的電壓是比較低的。
如同以前的例子，在由固體絕緣材料制得的絕緣體44a的外邊有一半導(dǎo)電外層45a，而在每一個(gè)所說(shuō)導(dǎo)電體42a的周?chē)幸话雽?dǎo)電材料的內(nèi)層43a，即每一個(gè)導(dǎo)電體都各有包圍自己的半導(dǎo)電內(nèi)層43a。這個(gè)內(nèi)層43a就各該導(dǎo)電體而言，起到使電位均等化的作用。
在圖11的變型內(nèi)同樣使用與以前相同的標(biāo)號(hào)7只是加上一個(gè)字母b來(lái)表示屬于本實(shí)施例。在本例中，同樣有數(shù)個(gè)、更具體點(diǎn)說(shuō)為三個(gè)導(dǎo)電體42b。在這些導(dǎo)電體之間假定存在著相位電壓，而這個(gè)相位電壓基本上高于圖10的實(shí)施例中在相鄰導(dǎo)電體之間發(fā)生的相位電壓。在圖11中有一內(nèi)半導(dǎo)電層43b，在其內(nèi)部布置著導(dǎo)電體42b，但每一導(dǎo)電體42b都被其各自的另一層70包圍著，該另一層的性能與上面就內(nèi)層43b論述過(guò)的性能相當(dāng)。在每一個(gè)另一層和內(nèi)層43b之間充填著絕緣材料。因此內(nèi)層43b將成為在屬于導(dǎo)電體的半導(dǎo)電材料的另一層70外側(cè)的電位均等化層。所說(shuō)另一層被連接到各自的導(dǎo)電體42b上使自身被放置在與導(dǎo)電體相同的電位上。
可能的修改顯然本發(fā)明并不受上述實(shí)施例的限制。本行業(yè)的行家在不偏離所附權(quán)利要求中限定的基本概念的條件下是可能對(duì)本發(fā)明作出許多在細(xì)節(jié)上的修改的。例如，在材料方面，可用功能相等的材料來(lái)替代；在絕緣系統(tǒng)方面，也可用擠壓和噴涂以外的其他技術(shù)。另外，應(yīng)當(dāng)指出，還能配置添加的等電位層。例如，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)電材料的等電位層可被設(shè)置在絕緣體內(nèi)原來(lái)的內(nèi)層和外層之間。還應(yīng)指出，按照本發(fā)明通常并不一定需要用這種可彎曲的電纜來(lái)構(gòu)成控制繞組9，因?yàn)榭刂评@組通常是在比電磁裝置其余的繞組低的電壓上。更具體點(diǎn)說(shuō)，其余這些繞組是真正的高電壓繞組。對(duì)其余這些繞組應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)行本發(fā)明的控制方法也可能有各種不同的變化。
權(quán)利要求
1．電磁裝置，包括至少一個(gè)磁路(1)和至少一個(gè)具有至少一個(gè)繞組(4,5)的電路(2,3)，該路和電路通過(guò)感應(yīng)互相連接，該裝置還具有一個(gè)控制設(shè)備(7)可用來(lái)控制該裝置的操作，其特征為，控制設(shè)備(7)適于借助于該控制設(shè)備相對(duì)于輸至/自該裝置輸出的電力來(lái)控制其頻率、波幅和/或相位，該控制設(shè)備(7)具有用以控制磁路內(nèi)的磁力的設(shè)施(9)，并且所說(shuō)至少一個(gè)繞組(4,5)或至少其一部分具有至少一個(gè)導(dǎo)電體(42)，該導(dǎo)電體有一絕緣系統(tǒng)，該絕緣系統(tǒng)具有一個(gè)由固體絕緣材料制成的電絕緣層(44)，在其內(nèi)側(cè)有一內(nèi)層(43)，所說(shuō)至少一個(gè)導(dǎo)電體(42)被布置在內(nèi)層(43)之內(nèi)，該內(nèi)層具有一個(gè)比導(dǎo)電體低的導(dǎo)電率，但該導(dǎo)電率足夠使內(nèi)層(43)對(duì)其外的電場(chǎng)起到均等化作用。
2．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該控制設(shè)施具有至少一個(gè)通過(guò)感應(yīng)與磁路連接的控制繞組(9)。
3．按照權(quán)利要求1或2的裝置，其特征為，控制設(shè)備(7)適于控制磁路內(nèi)的磁阻。
4．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，該控制設(shè)備適于將新增磁力線(xiàn)添加到磁路內(nèi)的磁力線(xiàn)上。
5．按照權(quán)利要求3的裝置，其特征為，將導(dǎo)磁率大于1的材料包含在該磁路內(nèi)，該控制設(shè)備(7)適于通過(guò)改變磁路內(nèi)具有可變導(dǎo)磁率的一個(gè)或多個(gè)區(qū)的導(dǎo)磁率來(lái)控制磁路內(nèi)的磁阻。
6．按照權(quán)利要求5的裝置，其特征為，導(dǎo)磁率可變的一個(gè)或幾個(gè)區(qū)在磁路內(nèi)具有一個(gè)或多個(gè)間隙。
7．按照以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，其特征為，該磁路沒(méi)有磁芯。
8．按照權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，該繞組被卷繞在磁芯(6)上。
9．按照權(quán)利要求2或其他權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)的裝置，其特征為，控制繞組(9)和電路繞組(4,5)被布置成基本上被同一磁力線(xiàn)通過(guò)。
10．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，該裝置構(gòu)成一個(gè)適于利用所說(shuō)至少一個(gè)控制繞組控制在電路繞組(4、5)內(nèi)流動(dòng)的電力的頻率、波幅和/或相位。
11．按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)或10的裝置，其特征為，電路(2)具有至少兩個(gè)串聯(lián)耦合的繞組(23,24)，該磁路具有兩個(gè)交變的磁力線(xiàn)路徑(18、19)，所說(shuō)至少一個(gè)控制繞組適于控制磁力線(xiàn)使它進(jìn)入到這兩條磁力線(xiàn)路徑中的一條或兩條，而該電路的兩個(gè)繞組被這樣定位，使其中一個(gè)能通過(guò)所說(shuō)至少一個(gè)控制繞組關(guān)斷磁力線(xiàn)。
12．按照權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)或11的裝置，其特征為，將磁路布置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子式轉(zhuǎn)子內(nèi)。
13．按照權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，磁路(1)屬于一個(gè)具有一次和二次繞組(4、5)的變壓器，并且將該一次和二次繞組及控制繞組(9)布置成被同一磁力線(xiàn)通過(guò)。
14．變壓器中按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，變壓器的二次繞組具有至少兩個(gè)串聯(lián)耦合的繞組部分，磁路具有至少兩個(gè)交變的磁力線(xiàn)路徑(18，19)，至少有兩個(gè)出現(xiàn)的控制繞組(9b1、9b2、9c1、9c2)適于控制磁力線(xiàn)使其進(jìn)入這兩路徑中的一條或兩條，并且該二次繞組的兩個(gè)繞組部分被這樣設(shè)置，使其中一個(gè)能通過(guò)控制繞組關(guān)斷磁力線(xiàn)。
15．按照權(quán)利要求11和14中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，所說(shuō)裝置的磁芯具有至少三條平行耦合的腿，并且其中兩條屬于不同的磁力線(xiàn)路徑，而第三條則為該兩條磁力線(xiàn)路徑所公有。
16．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，絕緣系統(tǒng)具有一個(gè)在絕緣層之外的外層(45)，其導(dǎo)電率比絕緣層高，使該外層由于接地或另外接到較低的電位上，能起到使電位均等化的作用。
17．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，將外層(45)布置成使其向內(nèi)基本上封閉導(dǎo)電體(42)所產(chǎn)生的電場(chǎng)。
18．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層(43)和固體絕緣層具有基本相等的熱性能。
19．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，外層(45)和固體絕緣層具有基本相等的熱性能。
20．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，所說(shuō)至少一個(gè)導(dǎo)電體(42)形成至少一個(gè)感應(yīng)匝。
21．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層和/或外層(43、45)具有半導(dǎo)電材料。
22．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層(43)和/或外層(45)具有的電阻系數(shù)處在10-6Ωcm-100kΩcm的范圍內(nèi)，其合適范圍為10-3-1000Ωcm，最好為1-500Ωcm。
23．按照以上權(quán)利要求書(shū)中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層(43)和/或外層(45)具有的導(dǎo)電體/絕緣系統(tǒng)每米長(zhǎng)度的電阻處在50μΩ-5MΩ的范圍內(nèi)。
24．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，固體絕緣層(44)和內(nèi)層(43)和/或外層(45)均由聚合物材料制成。
25．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層(43)和/或外層(45)和固體絕緣層(44)基本上沿整個(gè)界面牢固地互相連接在一起，并且在彎曲和溫度變化時(shí)也能確保粘結(jié)。
26．按照以上權(quán)利要求書(shū)中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，固體絕緣層和內(nèi)層和/或外層均由高彈性材料制成以便在操作時(shí)發(fā)生應(yīng)變的情況下仍能保持相互粘結(jié)。
27．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，固體絕緣層和內(nèi)層和/或外層均由基本相等的E-模數(shù)的材料制成。
28．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層(43)和/或外層(45)和固體絕緣層(44)均由具有基本相等的熱膨脹系數(shù)的材料制成。
29．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，導(dǎo)電體(42)及其絕緣系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)由一可彎曲的電纜(41)制成的繞組。
30．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，內(nèi)層(43)與至少一個(gè)導(dǎo)電體(42)處于電接觸。
31．按照權(quán)利要求30的裝置，其特征為，所說(shuō)至少一個(gè)導(dǎo)電體(42)具有多根絞合線(xiàn)，并且導(dǎo)電體(42)的至少一根絞合線(xiàn)至少有一部分是不絕緣的，并被安排成可與內(nèi)層(43)電接觸。
32．按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，將導(dǎo)電體(42)及其絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可用于高電壓，超過(guò)10KV特別是超過(guò)36KV是合適的，最好高于72.5KV。
33．按照權(quán)利要求12的裝置，其特征為，該磁路具有一個(gè)或多個(gè)磁芯(48)，其上設(shè)有安裝繞組(41)的槽(50)。
34．按照權(quán)利要求12和32-33中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，所說(shuō)裝置是由發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)或同步補(bǔ)償器構(gòu)成的。
35．按照權(quán)利要求12和33-34中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，所說(shuō)裝置可直接連接到適宜的為36KV或更高的電力網(wǎng)上，不需中間變壓器。
36．按照權(quán)利要求1-11和13-32中任一項(xiàng)的裝置，其特征為，所說(shuō)裝置是由電力變壓器/電抗器構(gòu)成。
全文摘要
一種電磁裝置具有至少一個(gè)磁路(1)和至少一個(gè)電路(2、3),該電路具有至少一個(gè)繞組(4、5)。磁路和電路通過(guò)感應(yīng)互相耦合。裝置還具有一個(gè)控制設(shè)備(7)可用來(lái)控制裝置的操作。這個(gè)控制設(shè)備適宜用來(lái)對(duì)進(jìn)入/離開(kāi)裝置的電力控制其頻率、波幅和相位,因?yàn)榭刂圃O(shè)備具有能用來(lái)控制磁路內(nèi)磁力線(xiàn)的設(shè)施(9)。
文檔編號(hào)H01F27/28GK1279814SQ9881150
公開(kāi)日2001年1月10日 申請(qǐng)日期1998年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月26日
發(fā)明者M·萊永 申請(qǐng)人:Abb股份有限公司