專利名稱:具有擴(kuò)展的場(chǎng)補(bǔ)償?shù)睦肇悹栃投ㄗ永@組桿的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為1996年12月5日、申請(qǐng)?zhí)枮?6121879.7、發(fā)明名稱為“具有擴(kuò)展的場(chǎng)補(bǔ)償?shù)睦肇悹栃投ㄗ永@組桿”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及具有擴(kuò)展的場(chǎng)補(bǔ)償?shù)慕涣麟姍C(jī)的兩端短路的定子繞組桿，其導(dǎo)桿由許多彼此電絕緣的、并且按勒貝爾原則扭絞的分導(dǎo)體組成，其中無(wú)論在兩端夾段或在有源部分段，分導(dǎo)體均彼此扭絞。
背景技術(shù)：
因此，本發(fā)明涉及的現(xiàn)有技術(shù)正如例如由DE-PS 14 88 769所公開(kāi)的那樣。
大型交流電機(jī)的定子繞組桿按照規(guī)則由大量互相絕緣、并根據(jù)勒貝爾原則互相扭絞的、在桿兩端短路的分導(dǎo)體組成。(參考系列Herstellungder Wicklung eletrischer Maschinen，電機(jī)繞組的制作，Springer-VerlagWien，New York，1973，969-83，尤其要參閱P.79的圖19)。
經(jīng)典的勒貝爾桿在槽部有360°扭絞。在端夾處，分導(dǎo)體平行走向，也就是說(shuō)不扭絞。然而，人們很快認(rèn)識(shí)到在槽外，桿也被從寬面(橫向分量)以及從窄面(徑向分量)穿透端夾的交變場(chǎng)所復(fù)蓋。
為了避免定子端場(chǎng)引起不希望的附加損耗，端夾被再細(xì)分為彼此絕緣的分導(dǎo)體。然而，還存在由通過(guò)連接套管在桿端閉合的所謂環(huán)電流引起的耗損。為此，提出了一系列特殊的扭絞方案，它們既與桿槽或桿的有源部分有關(guān)，也與其端夾部分有關(guān)。參閱上述圖書(shū)系列‘Roebelstabemit erweritertem Feldausgleich(具有擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)睦肇悹栃蜅U)’的3.3節(jié)，其中，G.Neidhofer對(duì)有關(guān)達(dá)到擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償因而消除桿內(nèi)較大溫度差、以及局部過(guò)熱的各種可能性，作了相當(dāng)全面的概述。其中一種特別經(jīng)濟(jì)的解決方案是90°/360°/90°扭絞，這就是說(shuō)在兩端夾的分導(dǎo)體扭絞90°，在有源部分扭絞360°(參照引文出處同上，P74的圖24，或DE-PS，14 88 769)。
因?yàn)樵诰哂休^短有源部分長(zhǎng)度的電機(jī)情況下，例如水力發(fā)電機(jī)，由于在端夾里的勒貝爾型扭絞，機(jī)器的總長(zhǎng)度增長(zhǎng)，并且具有較長(zhǎng)伸出部分的端夾的支撐，花費(fèi)很大，一條擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)男峦緩皆跁?huì)議報(bào)告ISSM-93‘ Proceedings of International symposium on Salient-PoleMachines’中國(guó)武漢，P384-389)中的Xu Shanchun等人的論文‘A NewTransposition Technique of Stator Bars of The Hydrogenerator’中被提出，即所謂的不完全勒貝爾扭絞(‘不完全扭絞’ (‘非360°扭絞’))或在有源部分的所謂的空段長(zhǎng)度(‘帶有空段的扭絞’)與未扭絞的端夾部分相結(jié)合。在兩種‘特殊扭絞’中的每一種都使環(huán)電流顯著降低，并且根據(jù)他們?cè)跁?huì)議報(bào)告中的說(shuō)法，這種小電流應(yīng)使桿內(nèi)的溫度差大為減小。

發(fā)明內(nèi)容
從上述的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是提出一種新的具有擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)睦肇悹栃投ㄗ永@組桿，它能進(jìn)一步抑制環(huán)電流，從而使導(dǎo)體桿內(nèi)的溫度分布剖面平整化。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)慕涣麟姍C(jī)用的兩端短路的繞組桿，所述繞組桿由許多彼此電絕緣的、并且按照勒貝爾原則扭絞的分導(dǎo)體組成，其中所述分導(dǎo)體包括兩端夾段和在兩端夾段之間的有源部分段，其特征在于所述分導(dǎo)體在兩端夾段扭絞角在60°和120°之間，而所述分導(dǎo)體在有源部分段的中心有一空段長(zhǎng)度，即一不扭絞部分，而在此不扭絞部分之外的有源部分段的扭絞為均勻的180°勒貝爾扭絞，使得所述有源部分段為360°完全扭絞。
所述空段長(zhǎng)度為繞組端部伸出段的10％數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)度。
所述分導(dǎo)體在兩端夾段的扭絞角是90°。
依據(jù)DE-PS 14 88 769(具有90°/360°/90°扭絞的特殊勒貝爾型扭絞)的部分理論、和依據(jù)Xu Shanchun等人(引文見(jiàn)前)在有源部分具有不完全勒貝爾型扭絞和/或具有空段長(zhǎng)度的扭絞的部分理論兩者的聯(lián)合應(yīng)用，導(dǎo)致了一種導(dǎo)桿，這種導(dǎo)桿能使環(huán)電流完全抑制，這一點(diǎn)不容易預(yù)料，但實(shí)際上卻做到了，從而使導(dǎo)桿內(nèi)的溫度分布部再度平整化。
本發(fā)明可以用于所有中型和大型電機(jī)，如渦輪發(fā)電機(jī)或水力發(fā)電機(jī)。
以下，本發(fā)明將根據(jù)附圖并通過(guò)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。



圖1表示具有90°/360°/90°扭絞的擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)囊阎肇悹枟U的概略頂視圖；圖2表示為了說(shuō)明固有場(chǎng)作用的、具有各種扭絞的勒貝爾型桿，準(zhǔn)確地說(shuō)，是具有已知90°-360°-90°的勒貝爾扭絞(圖2a)、具有空段長(zhǎng)度的勒貝爾桿(圖2b)以及具有不完全勒貝爾扭絞的勒貝爾桿(圖2c)這三種圖；圖3表示為了說(shuō)明外場(chǎng)作用的、具有各種扭絞的勒貝爾型桿，確切地說(shuō)，是具有已知90°/360°/90°扭絞的勒貝爾桿(圖3a)、具有空段長(zhǎng)度的勒貝爾桿(圖3b)以及具有不完全勒貝爾扭絞的勒貝爾桿(圖3c)這三種圖；圖4圖解表示每柱由五根324°扭絞的分導(dǎo)體組成的具有不完全勒貝爾扭絞桿的一半。
符號(hào)表1分導(dǎo)體2，3扣環(huán)4左端夾段5右端夾段6有源部分段7有源部分(定子疊層體)8空段長(zhǎng)度1Fe有源部分長(zhǎng)度1WK端夾伸出段1v空段長(zhǎng)度M有源部分中心n每桿分導(dǎo)體數(shù)R轉(zhuǎn)子a-l圖中分導(dǎo)體符號(hào)U按角度量度的不完全勒貝爾扭絞角具體實(shí)施方式
圖1的勒貝爾桿由彼此電絕緣的分導(dǎo)體1組成，在分導(dǎo)體的端部用扣環(huán)2、3實(shí)現(xiàn)電和機(jī)械的互連。桿由在左、右繞組端部的兩個(gè)端夾段4和5以及一有源部分段6組成。后者完全處在電機(jī)定子疊片體7(有源部分)的槽(未畫(huà)出)內(nèi)。兩端夾部分4和5各進(jìn)行勒貝爾扭絞90°，而有源部分進(jìn)行勒貝爾扭絞360°。
對(duì)具有按圖1的90°/360°/90°扭絞的勒貝爾桿，根據(jù)圖2a和圖3a的示意圖作為例子分別給出了在左端夾4、有源部分6、右端夾5處每個(gè)分導(dǎo)體柱的五個(gè)分導(dǎo)體a到f及g到l的分布。人們可以清楚地看到在槽內(nèi)，在有源部分6中單根分導(dǎo)體是如何占據(jù)各自的位置的(＝360°-扭絞)，而在端夾里，它們?yōu)?0°扭絞。在兩端夾4，5內(nèi)的分導(dǎo)體d，合起來(lái)看，在朝轉(zhuǎn)子R方向配置最長(zhǎng)，其它分導(dǎo)體配置在朝轉(zhuǎn)子R方向沒(méi)有那樣長(zhǎng)。可正如由電磁場(chǎng)對(duì)非勒貝爾扭絞桿的端夾部分的已知作用推知，分導(dǎo)體d負(fù)載著最大電流，而其它分導(dǎo)體相繼減小。為了解本發(fā)明，需掌握以下要點(diǎn)在90°-360°-90°扭絞情況下，繞組端部的固有場(chǎng)被完全補(bǔ)償，而繞組端部的外場(chǎng)只是部分地被補(bǔ)償(參照系列圖書(shū)引文見(jiàn)前，尤其是P74的圖24，以及P75的有關(guān)文字部分)。
現(xiàn)在開(kāi)始介紹本發(fā)明。如果在端夾4，5的被勒貝爾扭絞90°的導(dǎo)桿上，在有源部分這一段設(shè)計(jì)成非完全勒貝爾扭絞，即小于360°勒貝爾扭絞，或者，如果在有源部分中僅保留一空段長(zhǎng)度(＝未勒貝爾扭絞段)，而在空段長(zhǎng)度之外部分為360°扭絞，則負(fù)載高電流的分導(dǎo)體處于槽的底部的部分較長(zhǎng)。因此，它們把電流傳送到緊靠槽口處的、也就是貼近轉(zhuǎn)子的那些分導(dǎo)體，然而，這些正是負(fù)載較小電流的那些分導(dǎo)體。按照這種方式，可以在導(dǎo)桿內(nèi)實(shí)現(xiàn)近乎完全均勻的電流分布。
具有空段長(zhǎng)度和不完全勒貝爾扭絞的兩種方案在由圖2b，3b及2c，3c所示的各圖分別與由圖2a，3a所示并且具有90°-360°-90°勒貝爾扭絞的已知的勒貝爾導(dǎo)桿作一比較，進(jìn)行了圖解說(shuō)明，這里圖2a，2b和2c涉及固有場(chǎng)條件，而圖3a，3b和3c涉及外場(chǎng)條件。在這種情況下，本說(shuō)明遵循文獻(xiàn)所述勒貝爾桿的一般表示方式，正如它也在本文一開(kāi)始所述的DE-PS 14 88 769中所應(yīng)用的那樣。因此，從左上向右下走的實(shí)線表示分導(dǎo)體的走線，在兩平面桿的側(cè)視圖(圖1)上，它們處于平面桿的正面；虛線表示背面的走線，即處于第二分導(dǎo)體平面。此外，圖2a到2c分別描繪了在有源部分固有場(chǎng)BFe的場(chǎng)分布和繞組端部固有場(chǎng)BWK在桿高上方的分布BE。在這種情況下，圓圈內(nèi)負(fù)號(hào)和正號(hào)表示在考慮了平面輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及穿透它們的通量的方向下在單元環(huán)局部面內(nèi)感應(yīng)的電壓的符號(hào)。圖2a和3a圓圈內(nèi)打上問(wèn)號(hào)的地區(qū)表示從有源部分6到端夾4，5的未勒貝爾扭絞的過(guò)渡區(qū)的未補(bǔ)償部分。此外，在圖3a到3c，表示示例中桿端a到l 12分導(dǎo)體的位置。
在更詳細(xì)描述本發(fā)明之前，把下述場(chǎng)的考慮放在優(yōu)先地位。
正如圖3a所示的具有90°-360°-90°勒貝爾型扭絞的桿的情況下所知道的那樣，在外場(chǎng)條件下，未補(bǔ)償?shù)沫h(huán)部分(用雙圓圈內(nèi)的問(wèn)號(hào)表示)仍然保留。這未補(bǔ)償部分產(chǎn)生環(huán)流，它在桿高上方呈雙曲正弦形(非對(duì)稱)分布。在有源部分具有空段長(zhǎng)度和/或不完全勒貝爾型扭絞的目的正是為了補(bǔ)償這剩余部分。正如以后還要詳細(xì)說(shuō)明的那樣，這種補(bǔ)償?shù)靡猿晒?，是由于在有源部?產(chǎn)生一未補(bǔ)償部分(用雙圓圈內(nèi)的正號(hào)表示)，它與在端夾部分4，5中產(chǎn)生的未補(bǔ)償部(用雙圓圈內(nèi)的負(fù)號(hào)表示)作用相反。在這方面還必須說(shuō)明這種機(jī)構(gòu)只在桿繞組端部的場(chǎng)和有源部分的槽場(chǎng)基本同相時(shí)才起作用。情況是這樣，因?yàn)檎绱蠹抑赖哪菢?，在有源部分及在端夾部分，電流在同一方向(徑向向內(nèi))移動(dòng)，還必須歸因于同相位的場(chǎng)。在繞組端部相當(dāng)大的未補(bǔ)償?shù)沫h(huán)部分能通過(guò)有源部分相當(dāng)小的反接環(huán)來(lái)補(bǔ)償，因?yàn)椴鄣臋M向場(chǎng)是相當(dāng)強(qiáng)的。
在根據(jù)圖2a到c考慮固有場(chǎng)時(shí)，可以看到在具有90°-360°-90°勒貝爾扭絞的桿的情況下，環(huán)被完全補(bǔ)償。只有那些可能未扭絞的桿部分(例如在有源部分出口端)引起產(chǎn)生環(huán)電流的剩余電壓。在有源部分6具有空段長(zhǎng)度8(不扭絞)的部位產(chǎn)生環(huán)電壓，這個(gè)環(huán)電壓會(huì)引起環(huán)電流，其在桿高上方的分布呈雙曲余弦型(對(duì)稱分布)。繞組端部的那些可能未扭絞的桿部分的影響直接在有源部分出口端增強(qiáng)。與此相反，在有源部分的不完全勒貝爾扭絞則有相反的影響。在繞組端部未補(bǔ)償部分與在有源部分未補(bǔ)償部分的作用相反，于是彼此抵消了。這種補(bǔ)償可能不是100％有效，因?yàn)樵谟性床糠值牟煌耆肇悹柵そg只是針對(duì)繞組端部外場(chǎng)的補(bǔ)償?shù)摹，F(xiàn)在可能產(chǎn)生一種印象，認(rèn)為本發(fā)明在一處(外場(chǎng))改善了，另一處(固有場(chǎng))惡化了。情況的確是這樣。然而，如果把這兩種結(jié)果放在一起來(lái)考慮，總的結(jié)果是改善了，尤其在不完全勒貝爾扭絞的情況。
依據(jù)圖2b和3b的導(dǎo)桿在有源部分中段M有一空段長(zhǎng)度8，即有這樣的一段，其中分導(dǎo)體a到l是平行走向的。在空段長(zhǎng)度8之外的左、右兩邊的區(qū)域，各扭絞180°。這空段長(zhǎng)度8的軸長(zhǎng)(取一級(jí)近似)與繞組端部的尺寸1WK有關(guān)。應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算方法，對(duì)于具體的機(jī)器可以比較準(zhǔn)確地決定這個(gè)空段長(zhǎng)度尺寸，但是，這個(gè)空段長(zhǎng)度8的尺寸1v必須處在繞組端部1WK長(zhǎng)度的5％～10％之間，最多為15％，以便在繞組端部?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)際上完全的(擴(kuò)展的)場(chǎng)補(bǔ)償。在渦輪發(fā)電機(jī)的情況下，作為設(shè)計(jì)空段長(zhǎng)度8的第二參考值，可以規(guī)定它可以達(dá)到有源部分長(zhǎng)度1Fe的10％。
根據(jù)圖2c和圖3c的導(dǎo)桿，在有源部分具有不完全勒貝爾扭絞即扭絞角小于傳統(tǒng)的360°的扭絞。在圖4所示的、每柱各具有5個(gè)分導(dǎo)體(1)的導(dǎo)桿的情況下，換言之，總共有10個(gè)分導(dǎo)體，扭絞角為360°的9/10，即324°，因此，不完全勒貝爾扭絞角36°，這同時(shí)表示對(duì)這樣的導(dǎo)桿的最小不完全勒貝爾扭絞角。
實(shí)際的勒貝爾桿上有更多的分導(dǎo)體數(shù)，典型情況是，每桿的分導(dǎo)體數(shù)在90和120之間。因此，對(duì)于在有源部分具有n個(gè)分導(dǎo)體和360°扭絞的導(dǎo)桿，最小不完全勒貝爾扭絞角為U＝360°/n，在每桿80個(gè)分導(dǎo)體的情況下，U為4.5°的量級(jí)，而在每桿120個(gè)分導(dǎo)體的情況下，則U為3°。
與空段長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)相類似，不完全勒貝爾扭絞度取一級(jí)近似時(shí)也與繞組端部伸出部分有關(guān)。此伸出部分愈大，則在繞組端部中的端面場(chǎng)的影響也變得愈強(qiáng)。據(jù)此，在有源部分的不完全勒貝爾扭絞度也應(yīng)愈大。正如在設(shè)計(jì)空段長(zhǎng)度的情況一樣，這里，不完全勒貝爾扭絞度對(duì)于具體的機(jī)器也可以用現(xiàn)代計(jì)算方法比較準(zhǔn)確求出。作為參考值可以給出角度應(yīng)當(dāng)處于約10°到15°之間，以便在繞組端部實(shí)現(xiàn)實(shí)際上完全的擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償。
在以上的說(shuō)明中，始終假設(shè)端夾部分的扭絞角為90°。廣泛的計(jì)算表明即使具有±30°偏差，即在端夾段4，5以60°到120°的扭絞與有源部分的帶有空段長(zhǎng)度或不完全勒貝爾扭絞的組合，也可以在繞組端部實(shí)現(xiàn)實(shí)際上完全的場(chǎng)補(bǔ)償。
原則上講，在端夾段具有所列出的扭絞的情況下，除空段長(zhǎng)度之外，也具有不完全勒貝爾扭絞的導(dǎo)桿是可以制造的。然而這種導(dǎo)桿的制造是復(fù)雜的，但是在特殊情況下完全可予以考慮。
權(quán)利要求
1.一種具有擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)慕涣麟姍C(jī)用的兩端短路的繞組桿，所述繞組桿由許多彼此電絕緣的、并且按照勒貝爾原則扭絞的分導(dǎo)體(1)組成，其中所述分導(dǎo)體包括兩端夾段(4，5)和在兩端夾段之間的有源部分段(6)，其特征在于所述分導(dǎo)體(1)在兩端夾段扭絞角在60°和120°之間，而所述分導(dǎo)體在有源部分段(6)的中心(M)有一空段長(zhǎng)度(8)，即一不扭絞部分，而在此不扭絞部分之外的有源部分段的扭絞為均勻的180°勒貝爾扭絞，使得所述有源部分段為360°完全扭絞。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的繞組桿，其特征在于空段長(zhǎng)度(8)為繞組端部伸出段(1WK)的10％數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)度(1v)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的繞組桿，其特征在于所述分導(dǎo)體(1)在兩端夾段的扭絞角是90°。
專利摘要
交流電機(jī)的繞組桿由大量彼此電絕緣按勒貝爾原則扭絞的分導(dǎo)體構(gòu)成。為了達(dá)到在繞組端部近乎完善的場(chǎng)補(bǔ)償，本發(fā)明提供了一種具有擴(kuò)展場(chǎng)補(bǔ)償?shù)慕涣麟姍C(jī)用的兩端短路的繞組桿，其導(dǎo)桿由許多彼此電絕緣的、并且按照勒貝爾原則扭絞的分導(dǎo)體組成，其中所述分導(dǎo)體包括兩端夾段和在兩端夾段之間的有源部分段，其特征在于所述分導(dǎo)體在兩端夾段扭絞角在60°和120°之間，而所述分導(dǎo)體在有源部分段的中心有一空段長(zhǎng)度，即一不扭絞部分，而在此不扭絞部分之外的有源部分段的扭絞為均勻的180°勒貝爾扭絞，使得所述有源部分段為360°完全扭絞。
文檔編號(hào)H02K3/42GKCN1327596SQ03131466
公開(kāi)日2007年7月18日 申請(qǐng)日期1996年12月5日
發(fā)明者J·哈爾迪曼 申請(qǐng)人:阿爾斯通公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),