CH673069A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine statische Erregervorrichtung einer dynamoelektrischen Maschine, welche Maschine eine drehbare Feldwicklung zum Erzeugen eines umlaufenden Magnetfeldes, ein Ständerblechpaket mit Nuten, in denen ein mehrphasiger Satz von Hauptankerwicklungen angeordnet ist, s und eine Kühleinrichtung zum Liefern eines Kühlmittels zum Kühlen wenigstens des Satzes von Hauptankerwicklungen und/ oder der Feldwicklung und des Ständerblechpakets aufweist.

Bei Erregervorrichtungen für grosse dynamoelektrische Maschinen, wie beispielsweise Turbogeneratorsätze, die durch io Stromversorgungsunternehmen benutzt werden, ist die Nennleistung ebenso wie die Nennleistung der Generatoren selbst gewachsen. (Der hier verwendete Ausdruck «grosse dynamoelektrische Maschine» bezieht sich auf eine Maschine, die eine Nennleistung von mehr als etwa 50 Megawatt hat.) Ältere Erre-i5 gervorrichtungen enthielten umlaufende Stromquellen, wie beispielsweise einen gesonderten Gleichstromgenerator, der durch die Turbogeneratorwelle angetrieben wurde und umlaufende Feldwicklungen über Schleifringe und Bürsten mit Erregerstrom versorgte. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Wech-20 selstromerreger zu benutzen, der durch den Turbogenerator angetrieben wird, wobei die Gleichrichtung und die Steuerung der Erregerspannung im äusseren stationären Gleichrichtergruppen erfolgen. Noch eine weitere Möglichkeit besteht darin, Diodengleichrichter zu benutzen, die auf dem Läufer befestigt sind, 25 wobei sich die gesamte Gleichrichtungsstromquelle dreht und die Steuerung über elektromagnetische Flusskopplungen mit den umlaufenden Komponenten erfolgt. Ein Beispiel einer Erregervorrichtung mit umlaufender Gleichrichtereinrichtung ist in der US-PS 3 768 002 beschrieben.

3o Erregervorrichtungen, die einen weniger grossen Kühlbedarf haben, sind möglich, insbesondere wenn kein hohes Ansprechverhältnis erforderlich ist. Eine einfache Erregervorrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 132 296 beschrieben. Die Erregervorrichtung gemäss der US-PS 3 132 296 ist jedoch lediglich 35 auf die Ausnutzung der dritten und der höheren Oberwellen der Grundfrequenz des Läufermagnetflusses gerichtet. Solche Vorrichtungen, wie sie dort beschrieben sind, sind für grosse dynamoelektrische Maschinen nicht praktisch. Die dritte oder andere höhere Oberwellen sind nicht in der Lage, der Erregervor-40 richtung einer grossen dynamoelektrischen Maschine ausreichend Energie zum Erzeugen der verlangten hohen Generatorausgangsleistung zu liefern.

Eine gesonderte Kategorie von Erregervorrichtungen wird als «statisch» bezeichnet, weil sich die Erregerstromquelle nicht 45 dreht, sondern stationär oder statisch ist. Eine Verbunderregervorrichtung statischer Bauart ist beispielsweise in den US-PS 3 702 964 und 3 702 965 beschrieben. Die US-PS 3 702 964 und 3 702 965 beschreiben eine statische Erregervorrichtung für eine grosse dynamoelektrische Maschine, bei der der Erregertransso formator in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet sein kann, das gesondert von, aber räumlich nahe bei dem Generatorgehäuse angeordnet ist. Aus der Beschreibung der Kühlvorrichtung für den Erregertransformator und aus den Bezugnahmen auf die US-PS 2 695 368 geht klar hervor, dass die Spulen 55 des Erregertransformators gemäss den US-PS 3 702 964 und 3 702 965 durch innere Kühlflüssigkeit gekühlt werden, die aus dem Generator verfügbar ist, wobei die Kernbleche und der Hauptkörper des Erregertransformators durch dasselbe Gas, typisch Wasserstoff, gekühlt werden, das zum Kühlen des Gene-60 rators benutzt wird.

Ein Erregertransformator, bei dem eine Wicklungs- und Kernkühlvorrichtung benutzt wird, die von dem Generatorkühlsystem isoliert ist, könnte leicht von dem Generator getrennt und bequem repariert und/oder ausgetauscht werden, während 65 eine Hilfserregerquelle mit dem Generator verbunden ist, wodurch die erwartete Stillstandszeit für den Generator reduziert wird. Darüber hinaus befindet sich ein Transformator, der sich die Kühlgasversorgung mit dem Generator teilt, im allgemeinen

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entweder in einem Kühldom des Generatorgehäuses oder in einem gasdichten Druckgehäuse, das von dem Generatorgehäuse getrennt ist. In jedem Fall muss der Kühldom oder das Druckgehäuse nach denselben Spezifikationen, wie beispielsweise dem Kesselcode, wie das Generatorgehäuse selbst hergestellt werden, um die inneren Kräfte aushalten zu können, ohne dass eine äussere Beschädigung hervorgerufen wird. Es wäre erwünscht, einen flüssigkeitsgekühlten Erregertransformator zu schaffen, da durch Kühlen des gesamten Transformators einschliesslich der-Wicklungen, des Kerns und der elektrischen Anschlüsse mit einer Flüssigkeit der Transformator ausserhalb der Druckgasumgebung angeordnet werden und ein grosser Teil der Kosten für Materialien, Arbeitsvorgänge und Zeit, die zum Herstellen der Sicherheitshülle des Transformators erforderlich sind, eliminiert werden können, was insgesamt zu einer Einsparung für den Endabnehmer führt. Darüber hinaus würde das Ersetzen eines Kühlgases durch eine Kühlflüssigkeit allgemein gestatten, einen kleineren Transformator für dieselbe äquivalente Nennleistung herzustellen oder, bei Bedarf, mehr Kernbleche in einem Gehäuse gleicher Grösse unterzubringen und dadurch die Nennleistung des Transformators und schliesslich die verfügbare Generatorausgangsleistung zu erhöhen.

Es kann möglich sein, eine Kühlmitteltrennung zwischen dem Erregertransformator und dem Generator vorzusehen, indem der Erregertransformator relativ entfernt von dem Generator angeordnet wird und separate Kühlmittelquellen benutzt werden. Diese Orientierung wird typisch benutzt, wenn ein mit Öl gefüllter Transformator benutzt wird, der ein Öl, wie beispielsweise Pyranol, zur Innenkühlung hat. Es wird angenommen, dass diese ölgefüllten Transformatoren im allgemeinen nicht in demselben Raum wie der Generator angeordnet sind, zum Teil wegen der möglichen schädlichen Auswirkungen auf das Betriebspersonal. Zum Minimieren der Länge der erforderlichen Kühlmittelanschlüsse und weiter zum Minimieren der Länge der elektrischen Leiter, die von dem Generator zu den Primärwicklungen des Erregertransformators führen, und der Länge der elektrischen Leiter, die von den Sekundärwicklungen des Erregertransformators zu der Gleichrichtereinrichtung und schliesslich zu den Feldwicklungen des Generators führen, ist es jedoch erwünscht, den Erregertransformator in unmittelbarer Nähe des Generators und wenigstens gewissermassen in demselben Raum eines Gebäudes wie den Generator anzuordnen.

Die statische Erregervorrichtung, die in der US-PS 4 477 767 beschrieben ist, ist vorzugsweise innerhalb des Generatorgehäuses in einem Kühldom direkt in dem Strömungsweg für und gekühlt durch dasselbe Kühlmittel, das zum Kühlen des Hauptteils des Generators benutzt wird, angeordnet. Die elektrische Konfiguration des Erregerkreises gemäss der US-PS 4 477 767 gestattet zwar die Verwendung eines kleineren Erregertransformators gegenüber früheren Transformatoren, es ist jedoch trotzdem erwünscht, die Grösse des Erregertransformators weiter zu reduzieren und den Kühlmittelstrom innerhalb des Erregertransformators von dem primären Generatorkühlmittelstrom zu isolieren.

Zum noch weiteren Reduzieren der Grösse des Erregertransformators wäre es erwünscht, den Transformator mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, kühlen zu können, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als Gase, die gegenwärtig zur Kühlung benutzt werden. Wenn Wasser direkt zum Kühlen des Kerns eines Transformators benutzt wird, ist es im allgemeinen notwendig, dass das Wasser vollentsalzt wird, um seine elektrische Leitfähigkeit zu reduzieren. Es wäre vorzuziehen, eine vorhandene Quelle vollentsalzten Wassers zu benutzen, statt eine gesonderte Anlage zum Vollentsalzen des Wassers vorzusehen, da die Anfangskapitalkosten zum Erstellen der gesonderten Anlage vermutlich die durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung zu erzielenden Vorteile aufwiegen würden, wenn sie durch die erwarteten anspruchsvollen Benutzer, wie beispielsweise kommerzielle Stromversorgungsunternehmen, bei einer Finanz- oder Kosten/Nutzen-Analyse zum Bestimmen der Möglichkeit des Installierens einer Erregervorrichtung und eines flüssigkeitsgekühlten Transformators gemäss der Erfindung be-s rücksichtigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine statische Erregervorrichtung einer grossen dynamoelektrischen Maschine zu schaffen, der kleiner als bislang benutzte Transformatoren ist, die in unmittelbarer Nähe der dynamoelektrischen Maschine angeordnet io werden kann und bei der die Kühlmittelströmung innerhalb der Komponenten der Erregervorrichtung von dem Kühlsystem der grossen dynamoelektrischen Maschine isoliert ist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Erregervorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet 15 ist durch einen mehrphasigen Erregertransformator, mit einem Kern und einem Satz Primärwicklungen, die mit zugeordneten Ankererregerwicklungen elektrisch verbunden sind, und mit einem Satz Sekundärwicklungen, die elektromagnetisch mit den Primärwicklungen gekoppelt sind; und durch eine Gleichrich-20 tereinrichtung, die mit dem Satz Sekundärwicklungen elektrisch verbunden ist, um die Feldwicklung mit elektrischer Energie zu versorgen; wobei der Erregertransformator einen ersten Wärmetauscher aufweist, der eine Kühlflüssigkeit enthält und in Wärmeflussverbindung mit den Primär- und Sekundärwicklun-25 gen und mit dem Kern und die Gleichrichtereinrichtung einen zweiten Wärmetauscher zum Kühlen enthält, dessen Kühlflüs-sigkeitsleitungen an die des ersten Wärmetauschers in Serie angeschlossen sind.

Die erfindungsgemässe Erregervorrichtung ermöglicht, die 30 gleiche Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Kerns und der Wicklungen des Transformators der Erregervorrichtung zu verwenden und eine vorhandene Quelle vollentsalzten Wassers zum Liefern von Kühlflüssigkeit für den Erregertransformator zu nutzen.

Die Erfindung ermöglicht weiter, die Nennleistung eines Er-35 regertransformators zu erhöhen, ohne die Aussenabmessungen gegenüber bislang benutzten Erregertransformatoren zu ver-grössern und unerwünschte Merkmale einer Druckgefässhülle, die erforderlich ist, wenn ein gasgekühlter Transformator benutzt wird, zu eliminieren und damit auch die Zugänglichkeit 40 des Transformators für Inspektion und Wartung zu verbessern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schema des elektrischen und des mechanischen 45 Teils einer Erregervorrichtung nach der Erfindung mit einem flüssigkeitsgekühlten Erregertransformator,

Fig. 2 ein Schema, das insbesondere ein Kühlsystem für die Erregervorrichtung nach Fig. 1 veranschaulicht, und

Fig. 3 ein Schema, das insbesondere eine weitere Ausfüh-50 rungsform eines Kühlsystems für die Erregervorrichtung nach Fig. 1 veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer typischen statischen Erregervorrichtung (die ausführlich in der US-PS 4 477 767 beschrieben ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen 55 wird) mit einer zugeordneten Flüssigkeitskühlung gemäss der Erfindung in Kombination mit einer grossen dynamoelektrischen Maschine oder einem grossen Generator, wie sie typisch durch ein Stromversorgungsunternehmen zum Erzeugen von elektrischer Energie benutzt werden. Die Erfindung ist für jede 60 statische Erregervorrichtung für eine grosse dynamoelektrische Maschine verwendbar (beispielsweise für Systeme, wie sie in den oben angegebenen Patentschriften beschrieben sind), bei der ein Erregertransformator benutzt wird, welcher eine Kühlung erfordert, bei welcher es sich nicht um die umgebende At-65 mosphäre handelt. Die Erfindung befasst sich allgemein nicht mit den Einzelheiten der elektrischen Verbindung und/oder Konfiguration der besonderen benutzten statischen Erregervorrichtung, mit der Ausnahme, dass es wie erwähnt erwünscht ist,

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den Erregertransformator in unmittelbarer Nähe des Generators anzuordnen, um die Länge der elektrischen Verbindungen zwischen den Primärwicklungen des Transformators und dem Generator sowie die elektrischen Verbindungen zwischen den Sekundärwicklungen des Transformators und der Gleichrichtereinrichtung zu minimieren.

Der Generator weist ein äusseres, unter Druck setzbares Gehäuse 15 auf, durch dessen gesamtes Inneres ein Kühlfluid 28, wie beispielsweise Wasserstoffgas, geleitet wird, um die Maschine zu kühlen. Innerhalb des unter Druck setzbaren Gehäuses 15 ist ein Ständer 11 herkömmlichen Aufbaus, wie er beispielsweise in der oben erwähnten US-PS 3 702 965 beschrieben ist, angeordnet. Der Ständer 11 ist typisch aus einer grossen Anzahl von sektorförmigen Blechlamellen aufgebaut, die zu einem hohlen zylindrischen Gebilde übereinandergestapelt sind, dessen Innenumfang mehrere Längsnuten besitzt, in denen Hauptwicklungen 12 angeordnet sind. Von diesen Hauptwicklungen 12 wird die elektrische Ausgangsleistung des Generators über Hochspannungsdurchführungen 22 abgegeben. Innerhalb des hohlzylindrischen Teils des Ständers 11 ist ein Läufer 10 angeordnet, der typisch mit einer Dampfturbine oder einer anderen Antriebsquelle gekuppelt ist. Zum Einschliessen des Kühlfluids 28 in dem Generator sind Dichtungen 27 vorgesehen, die mit der Welle des Läufers 10 zusammenwirken.

Der Läufer 10 ist ein grosses zylindrisches Schmiedeteil aus Metall, in das Längsnuten geschnitten worden sind. In diesen Nuten sind typisch zwei oder mehr als zwei Feldwicklungen 13 angeordnet. Diese Feldwicklungen 13 werden durch die Erregervorrichtung nach der Erfindung erregt. Die Feldwicklungen 13 erzeugen ein radial gerichtetes Magnetflussfeld, welches die Hauptwicklungen 12 des Ständers 11 während der Drehung des Läufers 10 schneidet, wodurch die gewünschte elektrische Ausgangsleistung erzeugt wird, die an den Durchführungen 22 verfügbar ist.

Wegen der grossen Mengen an elektrischer Energie, die durch grosse dynamoelektrische Maschinen erzeugt werden, können sogar geringfügige Unzulänglichkeiten im Maschinenbetrieb sehr kostspielig sein und grosse Mengen an thermischer Energie erzeugen, die sich innerhalb der Maschine als Wärme äussert, welche abgeführt werden muss, um einen langfristigen zuverlässigen Betrieb zu erzielen, den der beabsichtigte Verwendungszweck verlangt. Aus diesen Gründen werden die Hauptwicklungen 12 typisch mit einer Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, gekühlt. Das lässt sich relativ einfach realisieren, weil die Hauptwicklungen stationär sind. Es ist jedoch auch notwendig, den Läufer 10 zu kühlen. Das erfolgt typisch, indem ein Kühlfluid 28 durch ihn hindurchgeleitet wird, beispielsweise Wasserstoffgas, das bevorzugt wird, weil es in der Lage ist, im Vergleich zu anderen verfügbaren Gasen relativ grosse Mengen an Wärmeenergie aufzunehmen und zu transportieren, und weil dessen geringe Dichte Lüftungsverluste in dem Generator reduziert. Mit Hilfe von läufermontierten Lüftern (nicht dargestellt) und anderen herkömmlichen Fluidumwälzeinrich-tungen wird das Kühlfluid 28 an Kühlern 19 vorbeigeleitet, die in Domen 16 und 17 angeordnet sind, welche sich im allgemeinen oben auf dem Generator befinden. Diese Kühler 19 leiten die Wärme aus dem Kühlfluid 28 ab, bevor es zurück in das Innere des Hauptgeneratorgehäuses 15 und insbesondere bevor es zurück in den Spalt zwischen dem Läufer 10 und dem Ständer 11 geleitet wird.

Nun wird die Erregervorrichtung selbst sowie deren Beziehung zu anderen Komponenten des Generators betrachtet. Der Wicklungssatz 14 umfasst Wicklungen 14a, 14b und 14c. Die Wicklungen 14a, 14b und 14c können aus einem oder mehreren elektrisch leitenden Stäben bestehen, die in den Ständernuten zusammen mit den Hauptwicklungen 12 angeordnet sind. Die Wicklungen 14a, 14b und 14c sind designierte Potentialquellenwicklungen der Erregervorrichtung und werden allgemeiner als

«P-Stäbe» bezeichnet. Die P-Stabwicklungen 14 sind in den Ständernuten auf in der oben erwähnten US-PS 3 702 965 beschriebene Weise angeordnet. Die Wicklungen 14a, 14b und 14c stellen typisch einzelne Kupferstäbe dar, die in 120°-Intervallen s am Innenumfang des Generatorständers 11 angeordnet sind. Vorzugsweise ist einer dieser drei P-Stäbe in der obersten Nut in einem horizontal ausgerichteten Generatorständer angeordnet, um die unteren 120° der Ständerbaugruppe offen und für das Einführen des Läuferkörpers während des Zusammenbaus io des Generators zugänglicher zu lassen. An einem Ende sind sämtliche P-Stabwicklungen mit einer neutralen Erde verbunden, so dass sie elektrisch in Sternschaltung angeordnet sind. Diese Funktion wird vorzugsweise dadurch erfüllt, dass die P-Stabwicklungsanschlüsse aus dem Dom 16 über die Durchfüh-15 rung 23 hinaus- und zu der Schaltung 25 geführt werden. Die Schaltung 25 erfüllt die herkömmlichen Sicherungs- und Selbstschalterfunktionen für die Potentialwicklungen 14, und zwar sowohl einzeln als auch gemeinsam. Am anderen Ende des Generators, d.h. am Kollektorende sind die P-Stabwicklungen 14 20 direkt mit einem Erregertransformator 18 über die Durchführung 24 verbunden.

Gemäss der Erfindung ist der Erregertransformator 18 vorzugsweise ausserhalb, jedoch in unmittelbarer Nähe des Gehäuses 15 angeordnet, um die Länge der elektrischen Verbindungen 25 ab der Durchführung 24 zu minimieren. Elektrische Ausgangsleitungen 31a, 31b und 31c, die mit in Dreieck geschalteten Sekundärwicklungen 30 (Fig. 2) des Erregertransformators 18 verbunden sind, sind mit den Eingängen der Gleichrichterbrücke 20 verbunden. Die Gleichrichterbrücke 20 gibt Gleichstrom an 30 feststehende Bürsten ab, die üblicherweise aus Kohle bestehen, und diese geben den Strom an Schleifringe 21 ab, welche sich mit dem Läufer 10 drehen und mit den Feldwicklungen 13 elektrisch verbunden sind. Daher wird elektrische Energie in Form von Wechselstrom in den P-Stabwicklungen 14 induziert, an 35 den Erregertransformator 18 abgegeben, in diesem modifiziert, durch die Gleichrichterbrücke 20 gleichgerichtet und schliesslich an die Feldwicklungen 13 in Form von Gleichstrom als Quelle für den umlaufenden Magnetfluss des Läufers 10 abgegeben.

Darüber hinaus wird ein Kühlmittel wie vollentsalztes Was-40 ser aus einer Kühlkmittelquelle 50 so zugeführt, dass es wenigstens mit einem Teil der Länge der die Wicklungen 14a, 14b und 14c bildenden Leiter in Wärmeflussverbindung ist. Typisch sind die Leiter, welche die Wicklungen 14a, 14b und 14c bilden, aus Kupfer hergestellt und enthalten einen Kanal, durch den 45 das Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann. Das Kühlmittel wird von der Kühlmittelquelle 50 über eine Leitung 52 zu einem Eingangsverteiler 51 geleitet, der es aufteilt und in die Leiter jeder Wicklung 14a, 14b und 14c leitet. Das Kühlmittel wird aus den Leitern der Wicklungen 14a, 14b und 14c an einem Aus-50 gangsverteiler 53 abgeleitet und über eine Leitung 54 zu der Kühlmittelquelle 50 zurückgeleitet. Der Kühlmitteldurchfluss wird in den Leitern der Wicklungen 14a, 14b und 14c blockiert, indem ein massiver Kupferleiterabschnitt vorzugsweise zwischen dem Verteiler 53 und der Durchführung 24 angeordnet oder 55 hergestellt wird, so dass das Kühlmittel aus den Leitern der Wicklungen 14a, 14b und 14c von dem Kühlmittel aus den Leitern der Primärwicklungen des Erregertransformators 18 getrennt ist. Die Kühlmittelquelle 50 kann auch Kühlmittel liefern (nicht dargestellt), mit dem die Leiter der Hauptwicklungen 12 60 analog den Leitern 14a, 14b und 14c gekühlt werden. Eine Kühlflüssigkeitsquelle 40, beispielsweise ein Wasserreservoir und vorzugsweise ein Reservoir vollentsalzten Wassers, hat einen Ausgang, der mit einem Eingang der Gleichrichterbrücke 20 durch eine Leitung 41 verbunden ist. Die Kühlflüssigkeits-65 quelle 40 und die Kühlmittelquelle 50 können eine Einheit bilden.

Ein Kühlmittelausgang der Gleichrichterbrücke 20 ist wie dargestellt mit einem Kühlmitteleingang des Erregertransforma-

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tors 18 durch eine Leitung 43 verbunden. Ein Kühlmittelausgang des Erregertransformators 18 ist mit einem Kühlmittel-rückleiteingang der Kühlmittelquelle 40 durch eine Leitung 45 verbunden, wodurch ein Serienkühlflüssigkeitskreis von der Kühlflüssigkeitsquelle 40 über die Gleichrichterbrücke 20 und den Erregertransformator 18 geschlossen ist. Kühlflüssigkeit, die zu der Kühlflüssigkeitsquelle 40 über die Leitung 45 zurückgeleitet wird, kann geeignet gekühlt werden, bevor sie wieder in die Gleichrichterbrücke 20 eingeleitet wird.

Fig. 2 zeigt ein Schema eines Erregertransformators 18 mit zugeordneter Kühlflüssigkeitsquelle 40 gemäss der Erfindung. Die Leitung 41 ist mit dem Kühlmitteleingang eines Wärmetauschers 42 der Gleichrichterbrücke 20 verbunden, und der Kühlmittelausgang des Wärmetauschers 42 ist mit einem Eingangsverteiler 56 des Erregertransformators 18 über eine Leitung 43 verbunden. Der Kühlmittelausgang eines Ausgangsverteilers 58 ist mit dem Kühlmittelrückleiteingang der Kühlflüssigkeitsquelle 40 über die Leitung 45 verbunden. Parallele Kühlwege sind zwischen dem Eingangsverteiler 56 und dem Ausgangsverteiler 58 vorgesehen, um Kühlmittel zum Kühlen der Komponenten des Transformators 18 zu liefern, beispielsweise der Primärwicklungen 29, der Sekundärwicklungen 30 und des Kerns 35. Daher umfasst ein Serienkühlmittelströmungsweg von der Kühlmittelquelle 40 aus die Leitung 41, den Wärmetauscher 42, die Leitung 43, den Eingangsverteiler 56, den Ausgangsverteiler 58 und die Leitung 45. Der Wärmetauscher, der den Eingangsverteiler 56, den Ausgangsverteiler 58 und die zugeordneten parallelen Kühlmittelwege des Transformators 18 umfasst, kann vorteilhafterweise mit dem Wärmetauscher 42 in Serie geschaltet sein, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ohne die Kühlleistung nennenswert zu beeinträchtigen, da erwartet werden kann, dass die Wärmemenge, die durch die Gleichrichterbrücke 20 erzeugt und durch den Wärmetauscher 42 abgeleitet wird, relativ gering ist. Statt dessen können der Wärmetauscher 42 und der Eingangsverteiler 56 auch unabhängig voneinander mit der Kühlflüssigkeitsquelle 40 verbunden sein.

Die Kühlflüssigkeit wird von dem Eingangsverteiler 56 zu dem Ausgangsverteiler 58 durch die parallelen Kühlmittelströmungswege der hohlen Leiter geleitet, die die Primärwicklungen 29 und die Sekundärwicklungen 30 bilden, und durch die Strömungskanäle in dem Kern 35, so dass die Kühlflüssigkeit in WärmeflussVerbindung mit den Primärwicklungen 29, den Sekundärwicklungen 30 und dem Kern 35 ist. Da die Gleichrichterbrücke 20 im allgemeinen in unmittelbarer Nähe des unter Druck setzbaren Gehäuses 15 des Generators angeordnet ist (Fig. 1), kann der Erregertransformator 18 ebenfalls in unmittelbarer Nähe, jedoch ausserhalb des unter Druck setzbaren Gehäuses 15 des Generators (Fig. 1) angeordnet sein, um die Kühlflüssigkeit auszunutzen, die aus der Kühlflüssigkeitsquelle (40) verfügbar ist, wenn der Kühlmitteldurchfluss die Konfiguration nach der Erfindung hat. Der Kühlmitteldurchfluss durch den Erregertransformator 18 ist zwar in Serienschaltung mit dem Wärmetauscher 42 angeordnet, es ist jedoch möglich, den Erregertransformator 18 direkt aus der Kühlflüssigkeitsquelle 40 zu versorgen, beispielsweise durch Verbinden des Verteilers 56 mit einem zweiten Ausgang der Kühlflüssigkeitsquelle 40 oder mit einem Strömungsteiler, der in der Leitung 41 angeordnet ist, und durch Vorsehen eines Kühlmittelrückweges von dem Ausgang des Verteilers 58 zu einem zweiten Kühlmittelrückleiteingang der Kühlflüssigkeitsquelle 40, oder zu einer Durchflussver-einigungseinrichtung, die in der Leitung 45 angeordnet ist. Da jedoch die Wärmemenge, die durch das Kühlmittel aufgenommen und wegtransportiert werden muss, das durch den Wärmetauscher 42 strömt, erwartungsgemäss relativ klein ist, wird der Serienkühlmitteldurchfluss durch den Wärmetauscher 42 und den Erregertransformator 18, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, den Betrieb des Erregertransformators 18 nicht beeinträchtigen.

Fig. 3 zeigt ein Schema einer weiteren Ausführungsform eines Kühlsystems für die Erregervorrichtung nach Fig. 1. Die 5 elektrischen Ausgangsleitungen 31a, 31b und 31c des Erregertransformator 18 sind hohl, so dass die Kühlflüssigkeit durch sie hindurchfliessen kann. Der Kühlmittelausgang des Wärmetauschers 42 ist mit der Ausgangsleitung 31c des Erregertransformators 18 verbunden, wodurch die Notwendigkeit der Lei-lo tung 43 beseitigt wird. Die Ausgangsleitung 31c ist in Strömungsverbindung mit dem Eingangsverteiler 60, der dem Kern 35, den Primärwicklungen 29 und den Sekundärwicklungen 30 des Erregertransformators 18 Kühlflüssigkeit liefert. Die Kühlmittelausgänge der Wicklungen 29 und 30 und des Kerns 35 15 sind mit dem Ausgangsverteiler 65 verbunden, der mit der Rückleitung 45 über die Leitungen 31a und 31b verbunden ist. In dieser Konfiguration kann der Innenkanal der Ausgangsleitung 31c grösser sein als die Innenkanäle der Ausgangsleitungen 31a und 31b. Statt dessen können zwei Ausgangsleitungen, bei-20 spielsweise 31b und 31c, benutzt werden, um dem Erregertransformator 18 Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 42 zu liefern, und eine Ausgangsleitung, beispielsweise 31a, kann benutzt werden, um einen Teil des Kühlmitteldurchflussweges von dem Erregertransformator 18 zu der Kühlflüssigkeitsquelle 40 zu bil-25 den.

Die Verwendung von Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Komponenten der Erregervorrichtung gemäss der Erfindung gestattet die Verwendung eines kleineren Transformators 18 gegenüber den bislang benutzten und/oder gestattet das Vergrössern 30 der Nennleistung eines Transformators 18, der dieselbe Grösse oder dieselben Aussenabmessungen wie bislang benutzte Transformatoren mit gasförmigem Kühlmittel hat, wodurch die den Feldwicklungen 13 (Fig. 1) zugeführte Leistung und schliesslich die potentielle maximale Ausgangsleistung des Generators er-35 höht wird. Die Grösse des Transformators 18 kann weiter verringert und/oder dessen Nennleistung vergrössert werden, wenn eine Kühlflüssigkeit gemäss der Erfindung benutzt wird, indem der Raum innerhalb des Transformators 18 vorteilhaft ausgenutzt wird, der bislang für Kühlkanäle erforderlich ist, die gas-40 förmiges Kühlmittel durch den Kern leiten und mit diesem in Berührung halten.

Es ist also eine statische Erregervorrichtung für eine grosse dynamoelektrische Maschine beschrieben worden, bei der der Kühlmitteldurchfluss in den Komponenten der Erregervorrich-45 tung von dem Kühlsystem der Maschine getrennt ist. Weiter ist eine statische Erregervorrichtung gezeigt und beschrieben worden, bei der Kühlflüssigkeit, beispielsweise aus einer vorhandenen Quelle vollentsalzten Wassers, zum Kühlen des Kerns und der Wicklungen eines Transformators der Erregervorrichtung so benutzt wird und dadurch die Verwendung eines Erregertransformators gestattet, der kleiner ist als die bislang benutzten Transformatoren, und/oder das Erhöhen der Ausgangsnennleistung eines Erregertransformators gestattet, der dieselben Aussenabmessungen wie bislang benutzte Erregertransformatoren 55 hat, wobei der Transformator ausserhalb und in unmittelbarer Nähe der dynamoelektrischen Maschine angeordnet werden und unerwünschte Merkmale eines Druckgefässgehäuses, die erforderlich sind, wenn ein gasgekühlter Transformator benutzt wird, beseitig werden können.

60 Es sind zwar nur gewisse bevorzugte Merkmale der Erfindung zur Veranschaulichung gezeigt worrden, viele Modifizierungen und Änderungen liegen jedoch im Rahmen fachmännischen Könnens. Die vorstehenden Patentansprüche decken alle diese Modifizierungen und Änderungen, die im Rahmen der Erfindung liegen.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims (10)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Statische Erregervorrichtung einer dynamoelektrischen Maschine, welche Maschine eine drehbare Feldwicklung zum Erzeugen eines umlaufenden Magnetfeldes, ein Ständerblechpa-ket mit Nuten, in denen ein mehrphasiger Satz von Hauptankerwicklungen angeordnet ist, und eine Kühleinrichtung zum Liefern eines Kühlmittels zum Kühlen wenigstens des Satzes von Hauptankerwicklungen und/oder der Feldwicklung und des Ständerblechpakets aufweist, gekennzeichnet durch: einen mehrphasigen Erregertransformator (18), mit einem Kern (35) und einem Satz Primärwicklungen (29), die mit zugeordneten Ankererregerwicklungen (14) elektrisch verbunden sind, und mit einem Satz Sekundärwicklungen (30), die elektromagnetisch mit den Primärwicklungen (29) gekoppelt sind; und durch eine Gleichrichtereinrichtung (20), die mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) elektrisch verbunden ist, um die Feldwicklung (13) mit elektrischer Energie zu versorgen; wobei der Erregertransformator (18) einen ersten Wärmetauscher (56, 58) aufweist, der eine Kühlflüssigkeit enthält und in Wärmeflussverbindung mit den Primär- und Sekundärwicklungen (29, 30) und mit dem Kern (35) steht und die Gleichrichtereinrichtung (20) einen zweiten Wärmetauscher (42) zum Kühlen enthält, dessen Kühlflüs-sigkeitsleitungen an die des ersten Wärmetauschers in Serie angeschlossen sind.
2. 2. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf (41, 43, 45) für die Kühlflüssigkeit von dem Kreislauf (52, 54) für das Kühlmittel getrennt ist.
3. 3. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf (41, 43, 45) für die Kühlflüssigkeit mit dem Kreislauf (52, 54) für das Kühlmittel verbunden ist.
4. 4. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit vollentsalztes Wasser ist.
5. 5. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldwicklung (13) und das Ständerblechpaket (11) in einem Gehäuse (15) angeordnet sind und dass der Erregertransformator (18) ausserhalb des Gehäuses (15) angeordnet ist.
6. 6. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Quelle (40) zum Liefern der Kühlflüssigkeit, mit dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher (42) derart verbunden ist, dass die Kühlflüssigkeit von der Kühlmittelquelle (40) zuerst zu dem zweiten Wärmetauscher (42) und danach zu dem ersten Wärmetauscher strömt.
7. 7. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtereinrichtung (20) wenigstens zum Teil und durch wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) elektrisch verbunden ist, so dass die Kühlflüssigkeit durch den wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter zu dem ersten Wärmetauscher (56, 58) strömt.
8. 8. Erregervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit von dem zweiten Wärmetauscher (42) zu dem ersten Wärmetauscher (56, 58) durch wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter (43) strömt.
9. 9. Erregervorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit von dem ersten Wärmetauscher (56, 58) zu einer Kühlflüssigkeitsquelle (40) wenigstens zum Teil durch einen hohlen elektrischen Leiter (45) strömt.
10. 10. Erregervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit von dem ersten Wärmetauscher (56, 58) zur Kühlflüssigkeitsquelle (40) wenigstens zum Teil durch einen hohlen elektrischen Leiter (45) strömt.