專利名稱：具有頻率適應單元的多相發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電機。更具體而言，本發明涉及具有三相或多相的 氫冷式發電機，其連接到基于大功率半導體的靜態頻率轉換器類型的 頻率適應單元上。
背景技術：
在普通的發電機裝置中，電流從繞組端傳送至容納在氣冷式外殼 中的相位環，該相位環之后進一步連接到用于穿過外殼壁傳送電流的 套管上。為了將發電機多個相位的頻率轉換為電網頻率，套管還連接 到形成單獨的頻率適應單元的半導體裝置上。
期望最大限度地減小發電機的整個軸向長度，且因此將套管布置 成以便徑向向外地穿過外殼延伸。然而，該結果是一種徑向空間低效 的設計，其需要復雜的總線管道在行進至用于連接到頻率適應單元上 的共用點之前還進一步從外殼向外延伸。
EP 0707372中所述針對該問題的部分解決方案涉及將頻率適應 單元的至少一部分定位在端外殼內，以便顯著地減少所需套管的凄t 量，從而提供徑向空間更為高效的設計。然而，該布置的缺點在于， 外殼中的可用空間有限，且因此不便接近，使得檢查和更換構件變得 困難。當發電機為氫冷時，給予了更多的接近限制，使得該缺點更為 嚴重。雖然外殼中的頻率適應零件可以連同其它發電機構件一起冷 卻，但對于氬冷式發電機而言，期望根據由這些零件所產生的熱量而 利用例如去離子水來分別對其冷卻。然而，在充有氫的外殼內這樣偶L 增加了復雜性和成本。此外，如果例如因短路而使得頻率適應單元的 零件失效，則它們或會爆炸。如果這發生在外殼內，則可能產生嚴重的機器損傷。
發明內容
本發明旨在提供一種用于具有頻率適應單元的氫冷式發電機的 空間高效的布局，該布局解決了本領域已知的其中至少 一些缺點。
該難題通過獨立權利要求的主題內容而得以解決。從屬權利要求 給出了有利的實施例。
本發明所基于的總體構思在于，使套管朝向發電機軸線傾斜，使 得套管端接在形成于發電機外殼上的環形管道內，在該發電機外殼 中，設有頻率適應單元的整流部。
一個方面，本發明提供了具有三相或多相的氫冷式發電機。該發 電機包括裝入定子的外殼主區以及用于容納繞組端的外殼端區，所述 發電機的特征在于
環形管道，其形成在端外殼和/或主外殼上，具有底壁和側壁，其
中至少一個壁與外殼端區共用；
套管，其穿透其中的一個共用壁，朝向發電機軸線傾斜并具有連 接到繞組端上的第一端和端接在管道內的第二端；以及
頻率適應單元的整流部，其位于管道內，具有連接到各套管的第 二端上的輸入端；
正極收集環和負極收集環，其分別連接到各整流部的輸出端上，
其中，頻率適應單元的整流部形成位于多個發電機相位和收集環 之間的整流橋裝置。該裝置的優點在于，很容易接近整個的頻率適應 單元且仍具有徑向空間效率的屬性，因為該裝置不需要因安裝而特別 要求在套管之間的冗長的多相電纜，具有整個在外部的頻率適應單 元。
在本發明的一個方面，套管朝向主外殼區傾斜，因而降低了發電 機的總體長度且在徑向上仍然緊湊。該長度還在提供與主外殼共用的 管道底壁方面得到進一 步優化。在又一方面，位于管道內的整流部是水冷的。通過將整流部單元 放置在端外殼外，可能使得該冷卻方式更為有效。
本發明的另 一方面提供帶有一個或多個開口的^皮覆蓋的管道，穿 過該開口迫使冷卻空氣用以在與充有氫的環境不具有相同設計要求 的環境中對于收集環提供空氣冷卻。
本發明的其它方面提供位于管道內以其空間效率為特征的各種
布置。這些包括套管的第二端布置成兩個或多個在周向上不同的排 列(row);收集環布置成多于一個的層；以及收集環布置成一個或多個 平行的堆組(stack)。
本發明的另 一 目的是為了克服或至少改善現有技術的缺點和不 足或提供有用的備選方案。
本發明的其它目的和優點通過以下描述并結合附圖將變得清楚， 其中，通過圖示和示例，公開了本發明的實施例。
在下文中，結合附圖，通過示例來更全面地描述本發明的實施例， 其中
圖1是顯示本發明的實施例的氫冷式發電機的一端的側截面圖2是穿過圖1的II-II區的端截面圖3至圖5是本發明的各種頻率適應單元的電路結構；
圖6是穿過圖1的VI-VI區的管道的放大截面圖；以及
圖7是圖1的管道的截面圖，顯示了該管道的空氣冷卻。
零件清單
10定子芯 11繞組端 20外殼主區 21外殼端區30套管
34收集環絕緣隔離件
35收集環
36收集環管道
37收集環管道側壁
38收集環管道頂壁
39收集環管道底壁
40頻率適應單元的整流部
45冷卻水導管
45a冷卻水供應導管
45b冷卻水回流導管
46冷卻水管
46a冷卻水供應管
46b冷卻水回流管
47冷卻水歧管
50管道冷卻扇
51管道開口
具體實施例方式
現參照附圖，描述本發明的優選實施例，其中，在所有的附圖中， 使用相似的參考標號指代相似的要件。在以下的描述中，出于解釋的 目的，闡述了大量的具體細節，以便于徹底理解本發明。然而顯然的 是，不需要這些具體細節也可以實施本發明。
圖1顯示了應用到氫冷式發電機上的本發明的優選實施例，該發 電機具有裝在外殼20、 21的端區21內的繞組端11。套管30穿透外 殼20、 21，提供了從繞組端穿過外殼20、 21壁的電流傳導方式。該 穿透穿過壁區37、 39，使得套管端端接在管道36內，該壁區37、 39 在外殼和形成在外殼端區21上的環狀管道36之間所共有以限定共用的壁區。如圖1所示，這通過使套管30傾斜以便平行于發電機的縱
向軸線而以徑向空間高效的方式實現。該傾殺牛可以為偏離垂直的任何
顯著角度，即遠離徑向方向成一定角度，優選大于30°,更優選大于 45°(包括90°),其中，最佳角度是在減小徑向尺寸和考慮對機器縱向 尺寸的影響之間的平衡。
在另一個實施例中，保持相同徑向空間效率的傾斜，但套管端朝 向外殼主區20傾斜，而不是如圖1所示的那樣朝向外殼21的一端傾 斜。
優選而言，形成外殼20、 21的一部分的環形管道36保持、容納、 保護以及提供了一種冷卻收集環35的方式，以便從管道向例如端子 板和頻率適應單元的整流部40傳導電流，該整流部40連接到套管30 和收集環35的各自的端上。優選而言，該管道被覆蓋，帶有至少一 個開口端51,在該開口端設置有冷卻管道扇50，以提供一種吹動冷 卻空氣穿過開口 51進入管道36的方式。管道36在外殼20、 21上的 位置包括這樣的布置，即管道36如圖1所示位于形成在外殼20、 21 中的腔室內，使得至少底部39和/或側壁37與外殼20、 21共用。
在另一個實施例中，管道36至少部分地設置在外殼主區20上， 以便與該外殼區20共有其底壁39的至少一部分。也可以構思出與端 外殼共有至少一個壁以允許套管30穿透的其它布置。
頻率適應單元的整流部40包括任意多個合適的半導體裝置，該 半導體裝置在輸入端連接到各套管的端接端上，而在輸出端連接到正 極收集環35和負極收集環35上，該收集環安裝在位于絕緣隔離件34 上的管道內。這樣，整流單元40提供了位于發電機的多個相位和該 對收集環35之間的整流橋。在圖3至圖5中示出了一些合適裝置的 示例，其中圖3所示的實施例通過包括一個連接到正的收集環35 上的二極管和另一個二極管連接到負的收集環35上，提供了簡單的 整流而不需控制；圖4所示的實施例利用純粹的晶閘管代替二極管， 從而能夠在嚴重干擾的情形下快速切斷；以及圖5顯示了極性的晶閘
7管-二極管布置，當不提供圖4中所示實施例的切斷性能時，這是一個 較為廉價的備選方案。代替晶閘管，可以使用諸如閘控斷開的晶閘管 或絕緣柵雙極晶體管的其它合適的半導體元件。任何這樣合適的半導 體裝置可以進一步或備選地由串聯連接的半導體組成，通過例如如圖 6所示地進行堆疊，從而提供了串聯冗余性。
管道優選除了開口 51之外幾乎封閉，在開口51中，通過例如扇 50迫使空氣穿過，以便提供用于整流部40和收集環35的冷卻空氣， 如圖6所示。為了進一步補充對整流部40的冷卻，如圖6所示，優 選提供包括冷卻水導管45的冷卻水系統，優選地包括穿過管道35的 供給導管45a和回流導管45b。在一個實施例中，冷卻裝置具有供給 管46a,其連接到冷卻水供給管線45a上，以將冷卻水引導至連接到 各整流部40上的歧管47。從歧管47,引導冷卻水經過整流部40的 元件以冷卻整流部，然后經由》支管47和回流管46b而回到冷卻水回 流管線45b。冷卻水系統還可以適當地構造成用以額外地對壁進行冷 卻，以及如果存在的話通過例如冷卻水管線45的設計和放置而在管 道36內得到防護。
為了能夠更緊湊地設計管道36,管道36的壁37、 38、 39優選由 非磁性鋼制成和/或具有對施加到管道36的內壁上的鋁或銅進行另外 的導電屏蔽。這P爭低了壁37、 38、 39中的渦電流損耗。
雖然在本文中，以-阮作為最實用和最優選的實施例來顯示和描述 了本發明，但承認的是能夠在本發明的范圍內進行變化，本發明的范 圍不限于文中所述的細節，而是與所附權利要求的全部范圍一致，以 便包括任何以及所有的等同裝置和設備。
權利要求
1.一種具有三相或多相的氫冷式發電機，所述發電機包括裝入帶有繞組(11)的定子(10)的外殼主區(20)；外殼端區(21)；以及容納在所述外殼端區(21)內的繞組端(11)，所述發電機其特征在于環形管道(36)，其形成在所述外殼端區(21)和/或所述外殼主區(20)上，具有底壁(39)和側壁(37)，其中，至少一個所述壁與所述外殼端區(21)的壁是共用的；套管(30)，其穿透所述共用壁，朝向發電機的軸線傾斜并具有連接到所述繞組端(11)上的第一端和端接在所述管道(36)內的第二端；頻率適應單元的整流部(40)，其位于所述管道(36)內，分別具有連接到各套管的所述第二端上的輸入端；以及正極收集環(35)和負極收集環(35)，其分別連接到各所述整流部(40)的輸出端上，其中，所述整流部(40)在所述多個發電機相位和所述收集環(35)之間形成整流橋。
2. 根據權利要求1所述的發電機，其特征在于，所述傾斜使得 所述套管(30)朝向所述外殼主區(20)傾斜。
3. 根據權利要求1所述的發電機，其特征在于，所述管道(36) 的所述底壁(39)的至少一部分與所述外殼主區(20)是共用的。
4. 根據權利要求1所述的發電機，其特征在于，所述頻率適應 單元的整流部(40)包括一 系列連接的半導體。
5. 根據權利要求1所述的發電機，其特征在于，所述頻率適應 單元的整流部(40)在所述管道(36)內是水冷的。
6. 根據權利要求1所述的發電機，其特征在于，所述管道(36) 具有帶有至少一個開口(51)的蓋，通過該開口迫使冷卻空氣經由其穿 過，以便在所述管道(36)內提供空氣冷卻。
全文摘要
本發明涉及具有頻率適應單元的多相發電機。提供了一種具有三相或多相且布局改善的氫冷式發電機。該發電機包括裝入帶有繞組(11)的定子(10)的外殼主區(20)；用于容納繞組端(11)的外殼端區(21)。發電機的特征在于環形管道(36)，其形成在外殼端區(21)和/或外殼主區(20)上，具有與外殼端區(21)的壁共用的底壁(39)和側壁(37)。套管(30)，其穿透共用壁，朝向發電機的軸線傾斜并在連接到繞組端(11)上的第一端處被連接，且在第二端端接在管道(36)內。位于所述管道(36)內的頻率適應單元整流部(40)將第二套管端連接到收集環上，因而在發電機的多個相位和收集環(35)之間形成整流橋。
文檔編號H02K9/02GK101604883SQ200910147580
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月12日 優先權日2008年6月13日
發明者A·阿恩特, R·約霍 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司