旋转电机定子中的一种装置 本发明涉及旋转电机，例如同步电机，但也涉及双路馈电电机，在异步静态换流器诸级、外极电机和同步流动电机(flow machine)中的应用。本发明涉及一种用来避免旋转电机中定子上线圈端部包装中电缆之间磨损的装置。根据本发明的装置设计成用于高压，所谓高压是指超过10kV的电压。根据本发明的装置的典型工作范围可以是36-800kV。
由本发明提出的问题出现在与高压交流电机的连接中，主要打算把该电机作为电站中的发电机，用来产生电力。对于在范围15-30kV内的电压，常规已经设计了这样的电机，并且30kV通常被认为是上限。这一般意味着发电机必须经变压器连接到电力网上，变压器把电压升压到电力网等级，即在约130-400kV的范围内。
由本发明提出的问题能作为在与高压交流电机连接中的例子。这样的电机可能是电站中用来产生电力的发电机。对于在范围15-30kV内地电压，常规设计了这样的电机，并且30kV通常被认为是上限。这一般意味着发电机必须经变压器连接到电力网上，变压器把电压升压到电力网级。
为了设计用于较高电压的旋转电机，定子的ac绕组必须形成具有逐渐增大半径的几层，因而允许较高电压的建立，而没有层对层电压的过度增大。这意味着定子上的端部绕组必须容纳用于每个绕组的几层，并且至少大于两层。有多个伴随端部绕组中层数增加的问题。围绕端部绕组的电场引起问题，因为当层处于端部绕组中时，电场将从其绕定子中导体的径向延伸部分偏离到轴向延伸部分。围绕端部绕组的电场引起问题，因为当在定子外部时，电场将从其绕定子中导体的径向延伸部分偏离到轴向延伸部分。这些问题通常由所谓的场控制装置来减小。在增加层数时，场控制装置变得过分复杂。
尤其在J.Elektrotechnika标题为“水和油冷涡轮发电机TVM-300”，1970年11月1日，第6-8页的文章中，在US-4,429,244的“发电机的定子”中，及在苏联专利文件CCCP Patent 955369中，描述了关于同步发电机设计的一种新方法的一些尝试。
J.Elektrotechnika描述的水和油冷同步发电机打算用于高达20kV的电压。文章描述了一种由油/纸绝缘物组成的新绝缘系统，使得有可能把定子完全浸入油中。油然后可以用作冷却剂，并同时用它作绝缘。为了防止定子中的油向转子外漏，一个介电油隔离环提供在铁心的内表面处。定子绕组由具有椭圆空心形状的、装有油和纸绝缘物的导体制造。带有其绝缘的线圈侧借助于楔固定在制成矩形横截面的槽中。油既在空心导体中又在定子壁的孔中用作冷却剂。然而，这样的冷却系统在线圈端部处需要大量油和电的连接。厚绝缘还带来导体的弯曲半径增大，这又使线圈突出部分的尺寸增大。
上述的US专利涉及一种同步电机的定子部分，该同步电机包括带有用于定子绕组的梯形槽的叠片磁心。由于定子绕组所需的绝缘朝转子内部减弱，转子处设置有最靠近中性点布置的绕组部分，所以诸槽是锥形的。此外，定子部分包括一个最靠近铁心内表面的介电油隔离筒，相对于没有这个环的电机，这可以增大磁化要求。定子绕组由对于每个线圈层具有相同直径的油浸透的电缆制造。诸层借助于槽中的垫片彼此隔开，并且用楔固定。绕组的特征在于，它包括串联连接的两个所谓半绕组。两个半绕组之一安置、对中在绝缘套内部。定子绕组的导体由周围的油冷却。有这么多油在系统中的缺点是，有泄漏的危险，并且由故障状态可能造成大量的清理工作。绝缘套位于槽外部的部分带有一个圆柱部分和一个用载流层加强的锥形终端，锥形终端的任务是控制电缆进入端部绕组处区域中的电场强度。
由CCCP 955369显见，在升高同步电机的额定电压的另一种尝试中，油冷却的定子绕组包括一种对于所有层具有相同尺寸的常规高压电缆。电缆置于形成为国形的、对应于电缆的横截面面积及固定和冷却剂所需空隙而径向设置开口的定子槽中。绕组的不同径向布置层由绝缘管包围，并且固定在其中。绝缘垫片把管固定在定子槽中。因为油冷却，这里还需要一个内部介电环，以把冷却剂同内部气隙封离开。
本发明的目的在于提供一种旋转电机，该电机能直接连接到电力网上而不用中间变压器，并且该旋转电机能包括以这样方式布置的几层绕组，从而电机将不会变得过分大和复杂。
以上目的能通过按照权利要求1的一种电机实现。
通过使用高压绝缘导电体，在定子绕组中，就永久绝缘而论，包括一个围绕着导体的内层，具有半导体性能，并且绝缘物还提供有至少一个另外的外层，围绕着绝缘物，具有半导体性能。内半导体层将以这样一种方式起作用，以便使内层外部电场的电位均匀，而外层将以这样一种方式起作用，以便一方面通过把电位连接到选择电位上，而另一方面通过把绕导体的电场封闭在外层内，使电位均匀。在本文中半导体性能是一种具有远比导电体的导电性低、但没有绝缘体那么低的导电性的材料。例如，内和外半导体层可以具有在区间10-6Wcm-100kWcm内的电阻率。通过仅使用以最少缺陷制造的绝缘层，并且此外提供带有内和外半导体层的绝缘，能保证减小热和电负载。电机的电压能增大到这样的级，从而电机能直接连接到电力网上而不用中问变压器。因而省去升压变压器。另一个优点在于，绝缘系统的结构将有可能更自由地布置绕组层。在端部绕组处，有可能让诸层彼此交叉，并且混合具有不同电压的绕组层。这有可能使电机更紧凑，即使包括几个绕组层时也是如此。
在这些高压电机中产生的问题是，电缆有振动的趋势，由此使大部分端部绕组以电网电压频率的两倍、和约0.1mm的幅值彼此相对地振动，即在具有50Hz标称电网频率的供电系统中，振动频率是100Hz，而在具有60Hz标称电网频率的供电系统中，振动频率是120Hz。这意味着，外部提供有一个半导体层的、借助于该层将限定其相对于环境电位的电缆，由于在端部绕组中相对于相邻电缆的磨损，可能容易受到损坏。为了减小电缆彼此相对的磨损，通过定位装置把电缆保持在端部绕组处的固定位置中，以便防止在电缆交叉位置处电缆之间的磨损接触。
参照附图，现在将更详细地描述本发明，在附图中：
图1表示在一种交流发电机中在定子的一个端部处的线圈端部包装一部分的立体图；
图2表示定子绕组中所用类型电缆的横截面；
图3表示在带有根据本发明的一种装置的端部线圈叠中的电缆的横截面；及
图4表示在线圈端部包装中两根电缆之间的接触区域。
图1表明一种交流发电机中的线圈端部包装的一部分。就其内部纵表面2而论，定子1以一个气隙围绕着发电机的转子。形成绕组的电缆4从定子1的上表面3中的槽中伸出，以限定一条弧线并且进入定子内的另一个槽中。这些电缆弧线或线圈形成彼此接触的线圈端部。在图1中一个这样的接触点指示为5。
弧形线圈端部变得较松和光滑，并且在运行期间以约100Hz频率传到电缆的振动，在接触区域引起电缆之间的相对运动，一种具有约0.1mm的幅值的相对运动。这样的运动会引起在这种情况下没有护套的电缆之间的损坏磨损。
图2表示本发明中所用电缆4的横截面。电缆4包括一个具有圆形横截面的、由多股组成的、及例如由铜制成的导体6。这个导体6布置在电缆4的中央。绕导体6是一个第一半导体层7。绕第一半导体层7是一个例如XLPE绝缘物的绝缘层8。绕绝缘层8是一个第二半导体层9。在本文中，电缆不包括通常包围着用于配电的电缆的外保护套。
图3表示带有根据本发明的一种装置的这样一种电缆的横截面。为了避免在接触区域中电缆之间的磨损，电缆这里必须彼此固定，同时允许不带来电缆彼此相对滑动并因而被磨损的相对运动。为此目的，电缆4在接触区域提供有一个橡胶层10，一个适当的管或护套在11处开口使它能够装到电缆上。橡胶材料不限于任何特定材料，而是包括具有橡胶弹性的所有任何种类的材料。图4表示如何借助于捆扎带形式的一种固定装置12，在接触点5处把电缆彼此固定。适当的还有，甚至在定子上的外部、固定点处类似地固定电缆4并且用弹性物包住。
护套10中橡胶层的厚度将足以通过弹性材料的扭曲，而允许电缆之间的相对运动，但表面之间没有滑动。因而防止电缆的磨损，这种磨损将很快损坏XLPE绝缘物上的外半导体。橡胶层的厚度可以在0.5与5mm之间变化，这取决于电缆的直径，电缆的直径可以在10与150mm之间变化。