[发明专利]改进的发电机磁通屏蔽设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将发电机定子铁心从定子端部绕组所产生的 磁场屏蔽开的磁通屏蔽，还涉及配有这种磁通屏蔽的发电机。

背景技术

涡轮发电机的尺寸和功率输出的增加已经使得叠片式定子铁心端 部的损耗更高。除非将恰当的设计创新组合到这个区域中，这些更高 的损耗将使得温度增加。在定子线圈附近的这种温度增加使得定子线 圈绝缘的寿命减小。如果不能进行正确的设计控制，这将限制大型发 电机的超前功率因数(1eading power factor)运行。

历史上，端部的铁发热已经通过分开铁心最后的几英寸并且使得 齿端部组件分级而在定子齿部区中解决。假定已经将轴向通孔定子铁 心端部中的径向冷却管改进成满足现有等级以及机器尺寸。然而，定 子的端部组件区中的几个裂缝以及径向管组合具有机械弱化铁心端部 结构的负面效应。

其它方案利用了定子铁心齿部的磁通屏蔽。这些涡流屏蔽典型的 是直接位于定子齿部前侧的铜板或回路。它们是设置成提供环流的低 导磁率导电部件，其中这些环流将杂散磁通从齿部区传送开。对于高 等级机器，这种屏蔽中感应出的电流产生非常高的损耗，比定子端部 铁心中正常见到的要高出许多倍。在大多数情况下，需要对屏蔽进行 液体冷却。

定子铁心端部组件中的其它损耗由转子和定子端部绕组电流所导 致的轴向磁通产生。在正常的机器运行下，由径向穿过气隙并且在铁 心的长度上均匀分布的磁通来产生端电压。在端部区中，所述磁通沿 着从转子本体的端部到定子端部组件的边缘分布。所述边缘的磁通与 铁心叠成平面呈直角进入到端部组件中。随之产生的涡流所产生的损 耗比由于平行进入到所述叠成的相同磁通密度所产生的损耗高很多。 净边缘磁通(net fringing flux)是转子和电枢部分的矢量和，其幅值 随着负载和功率因数变化。这种磁通继续轴向穿过端部组件，直到它 变为径向并且加入到外围行进的主同步磁通系统中。

例如在US 4152615和US 4281266中公开了不同形状的磁通屏蔽， 这些磁通屏蔽由其材料位于发电机的指板和端板之间以减小冲击发电 机铁心端部区的轴向磁通的几种叠成板构成。在US 3731127和US 3886387中公开了不同类型的屏蔽，其用于叠片式动力电机定子铁心 的端部，以减小杂散端部区磁通穿透到定子铁心的齿部中。

磁通屏蔽的其它设计在DE 2638908中公开。这里，磁通屏蔽安装 在发电机中，在磁通屏蔽后侧留有空隙，使得冷却空气可以在所述气 隙中循环。为了增加从磁通屏蔽到冷却空气的热传导，提供了专门的 辅助设备。在所述文献中示出的一种可行方案是在冷却空气流过其周 围的磁通屏蔽后侧上设置有突起。

发明内容

因此本发明的目的是为发电机，尤其是范围在1000MW之上，即， 特别是1100或者甚至是1800MW的高功率输出发电机提供改进的磁 通屏蔽设计。

特别是，本发明涉及一种改进的磁通屏蔽，用于将发电机定子铁 心从定子的端部绕组所产生的磁场屏蔽开。所述磁通屏蔽包括至少间 接面对发电机端部绕组的前侧以及至少间接面对发电机定子铁芯的后 侧，其特征在于所述后侧具有通道和/或凹槽和/或凹陷，尤其是在暴露 于高磁通并且其中由于所述磁通所导致的损耗以及在所述磁通屏蔽中 产生的相应的热特别高的那些区域中，和/或能由如空气，氢气，或者 水之类的液体的冷却介质进行有效冷却的那些区域中。

事实上，令人意料不到的发现，如果这些凹槽设置在磁通屏蔽的 后侧，优选的是仅设置在磁通屏蔽的后侧，那么磁通屏蔽的屏蔽效果 几乎没有受这些凹槽影响(如果不是完全不受影响的话)，然而有效增 加了将磁通屏蔽中的损耗所产生的热带走的冷却介质的热传导。因此， 所述方案对应地不仅因为本领域技术人员预料通过凹槽而局部减小磁 通屏蔽的厚度会减小屏蔽效果而令人吃惊，而且比上述现有技术DE 2638908中所提供的方案更加简单，这是因为这种凹槽例如可以作为 最后的生产步骤简单地加工到磁通屏蔽中。如果凹槽位置的磁通屏蔽 的剩余厚度仍然在5-15毫米的范围内，优选地在8-14毫米的范围内， 那么可以实现这种热传导效果的增加而尤其未减小屏蔽效果。