MXPA01009914A

MXPA01009914A - Mejoras en maquinas electricas.

Info

Publication number: MXPA01009914A
Application number: MXPA01009914A
Authority: MX
Inventors: Charles Neville Glew
Original assignee: Alstom Uk Ltd
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2002-08-20
Also published as: NO20014766L; GB0007946D0; AU3565000A; GB2351851A; GB9907527D0; EP1171941A1; ZA200108545B; CA2368557A1; WO2000060721A1; NO20014766D0

Abstract

Un conductor compuesto (30) que comprende hilos (31) de un material que forma un haz conductor (32) de forma generalmente rectangular, estando aislados los hilos unos de los otros dentro del haz. Un manguito aislante (36) de un material polimerico homogeneo rodea el haz del conductor (32), teniendo tambien el manguito aislante una forma rectangular. El material polimerico del manguito es rellenado con por lo menos un material de relleno aislante, el cual conduce el calor de una manera mas eficiente que el polimero solo, y un recubrimiento de material conductor (38) forma una capa protectora de corona en la superficies interior y exterior del manguito aislante. En virtud de su construccion y los materiales que utiliza, el conductor compuesto (30) proporciona un devanado de alta eficiencia (46) para el estator (40) de una maquina electrica. La invencion incluye tambien un estator que tiene un devanado que comprende un conductor compuesto y 20 metodos de manufactura del conductor compuesto y el estator.

Description

MEJORAS EN MAQUINAS ELÉCTRICAS Campo del Invento La presente invención se refiere a máquinas eléctricas y en particular a conductores eléctricos aislados adecuados para usarse como devanados de excitación en los estatores de las máquinas eléctricas de alto voltaje como por ejemplo, las máquinas que operan en voltajes superiores a 3KV.

Antecedentes del Invento Los tipos conocidos de embobinado de excitación para los estatores de dichas máquinas, generalmente comprenden conductores de cobre rectangulares sólidos los cuales son aislados eléctricamente uno del otro y de un núcleo de acero laminado conectado a tierra en el cual, están devanados. Los materiales utilizados para aislar los conductores son seleccionados para que tengan propiedades, tales como espesor, conductividad térmica, resistencia dioeléctrica, y permisividad - los cuales son apropiados para el tamaño de la máquina, el voltaje aplicado y el aumento de temperatura. La salida de energía de una máquina eléctrica rotatoria (ya sea un motor o un generador) es una función de las propiedades del núcleo de acero magnético laminado, los devanados de excitación, y sus temperaturas de operación, "un coefi ci ente de salidas " o "coefi ci en te de torsión especi fi cas " de dichas máquinas generalmente se enfatizan como medios útiles para comparar las salidas de energía de las máquinas de diseños diferentes. Las unidades son torsiones de volumen por unidad y pueden estar derivados, dividiendo la salida de energía de la máquina por el volumen del estator dentro de la periferia de separación. Habiendo sido la materia de la fabricación industrial por más de 100 años, las máquinas eléctricas rotatorias, son consideradas como un producto maduro que utilizan tecnologías maduras. Durante el siglo de producción, los materiales y procesos utilizados en su construcción han evolucionado lentamente dando como resultado un aumento estable en el coeficiente de salida (aproximadamente 3.0% por año) para las máquinas más populares. Recientemente, su progreso evolutivo ha disminuido y ha alcanzado un máximo, sugiriendo que los desarrollos adicionales son ya sea improbables o serían muy lentos. Es necesario aislar externamente los devanados del extractor de dichas máquinas uno del otro y el núcleo del estator. También es necesario aislar internamente los devanados, aislando los conductores de cada uno de dentro del devanado. Los materiales aislantes zados en la actualidad, realizan la función de aislamiento y tienen solamente una capacidad limitada para resistir temperaturas altas, con propiedades 5 modestas de resistencia eléctrica y generalmente una conductividad térmica deficiente. Además, durante la operación de las máquinas, el calor generado debido a las pérdidas eléctricas en los conductores del devanado, pero la conductividad térmica deficiente de los I 10 materiales de aislamiento da como resultado una transferencia deficiente de calor, y esto a la vez inhibe los coeficientes de producción de las máquinas en los cuales son utilizados los materiales aislantes. Como existen solamente pequeñas diferencias entre los sistemas de aislamiento del devanado del estator utilizados actualmente por los fabricantes principales de las máquinas, el funcionamiento térmico y dioeléctrico de dicho sistema es similar. Generalmente, todos utilizan combinaciones de mica, película de poliéster y materiales de vidrio tejido e impregnados con resina sintética. La mica es usada en la forma de un "papel" el cual es soportado ya sea por la película de poliéster, o el vidrio tejido y es enrollado al rededor de los conductores para aislarlos de contacto externo.

Para completar el proceso de aislamiento, ellos son •» ** impregnados por presión al vacío, con la resina sintética (por ejemplo, una resina epóxica) como el último proceso después de colocar el devanado dentro del estator .

Sumario del Invento Es un objeto de la presente invención, mejorar los coeficientes de producción de máquinas eléctricas y por lo tanto, reducir sus costos de capital por producción 10 en KW de energía eléctrica aumentando la capacidad de • transferencia de calor de sus devanados conductores del estator. Esto se logra en la presente invención por medio de un tipo novedosos de conductor compuesto. De acuerdo con la presente invención, un conductor 15 compuesto para usarse como un devanado de una máquina eléctrica de alto voltaje comprende: una pluralidad de hilos de material conductor que ^J? forman un haz conductor el cual en su sección transversal, es de una forma generalmente rectangular, 20 estando aislados los hilos uno del otro dentro del haz. un manguito aislante de un material polimérico substancialmente homogéneo rodea el haz del conductor; teniendo también el manguito elástico una forma generalmente rectangular en sus sección transversal, y estando rellenado el material polimérico con al menos un « material rellenador eléctricamente aislante, el cual conduce el calor de una manera más eficiente que el polímero solo, y un material conductor que forma un recubrimiento de protección de corona en las superficies interior y exterior del manguito aislante. El haz conductor es impregnado con un material aislante que se puede curar, resistente a las altas temperaturas, tal como una resina sintética o un f 10 material de polímero, por medio del cual el conductor compuesto curado se hace lo suficientemente fuerte y rígido para hacer posible su uso en los devanados de las máquinas eléctricas . Deberá quedar entendido que el término "rectangular" como se usa en la presente descripción incluye formas las cuales son cuadradas (que tienen cuatro lados y todos ellos de dimensiones substancialmente iguales) y rectángulos y cuadros que tienen esquinas redondeadas. 20 Un conductor compuesto de acuerdo con la presente invención, en virtud de su construcción y los materiales que utiliza, proporciona un devanado de alta eficiencia para el estator de una máquina eléctrica. Debido a sus materiales de relleno, el manguito aislante no solamente tiene propiedades de resistencia dioeléctricas Superiores las cuales permiten la operación en µ? -^-^ * espesor reducido de la pared del manguito, y/o esfuerzo eléctrico aumentado, sino que también tienen una conductividad térmica mucho más alta y capacidad térmica Tff (resistencia a la temperatura) que los devanados conocidos. La conductividad térmica más alta permite un aumento considerable en la capacidad de transferencia de calor del conductor compuesto dentro del núcleo del estator, el cual puede ser enfriado por un intercambiador de calor con chorros de aire entubados. Además, en el aislamiento de los hilos del conductor, uno de los otros reduce de manera substancial, las pérdidas de corrientes parásitas de alta frecuencia en el devanado del estator, y el recubrimiento de la superficie conductora en el manguito aislante contribuye a hacer posible una operación segura en esfuerzos eléctricos más altos en la superficie del manguito. Un resultado neto de lo anterior, es que el coeficiente de producción es aumentado substancialmente y de ahí el costo de capital de la energía suministrada, es disminuido de una manera substancial . De preferencia, las esquinas de la forma rectangular del haz tienen forma de curva para minimizar las concentraciones de esfuerzo eléctrico. La dimensión de la curva puede ser de hasta de 5mm, preferentemente ""•íßr entre 2-3mm, pero aún más se prefiere que las esquinas del manguito aislante sean substancialmente rectilíneas, que tienen una curva que no sea mayor de aproximadamente Im . 9F 5 Preferentemente, los hilos del material conductor están retorcidos colectivamente alrededor de la línea central longitudinal del haz conductor de una manera similar en la que son torcidos los hilos de un manto alrededor de la línea central longitudinal del manto.

Esta transposición angular/espacial de los hilos del ^ material conductor longitudinal del haz debido a su retorcido, cancelan de manera inherente las corrientes parásitas conforme ellas se originan, reduciendo o eliminando de una manera substancial las pérdidas asociadas. Preferentemente el uso de al menos un material rellenador aislante en el manguito aislante de polímero es un óxido metálico y/o un nitruro metálico. El material del manguito polimérico comprende de preferencia un polímero de alta temperatura, por ejemplo, un polímero seleccionado de los grupos que comprenden f luoropolímeros y polímeros aromáticos, y el material de recubrimiento conductor para reducir las variaciones del esfuerzo eléctrico en las superficies del conductor compuesto puede comprender, un material de ^ß» * grafito o basado en silicona, preferentemente un polímero resistente a las temperaturas o un material de pintura el cual tiene una cantidad suficiente del material conductor incorporado en el mismo para producir ^^ 5 su conductividad. De preferencia, los hilos del material conductor comprenden cobre, pero se pueden utilizar también otros materiales, tales como aluminio ó plata. En cualquier material que se hagan los hilos del conductor, se prefieren que estén aislados uno del otro por medio de un recubrimiento de una resina sintética o material de polímero de alta temperatura en cada hilo. Esto se puede lograr ya sea mediante impregnación del haz conductor, con una resina o un material polímero precursor en su condición no curada, o tal vez de una manera más conveniente y confiable, utilizando hilos del conductor que hayan sido fabricados anteriormente con un ^W|!F recubrimiento aislante antes de ser incorporados en el haz conductor. Ambas de estas técnicas de recubrimiento del conductor son bien conocidas en la materia. La presente invención además prevee un proceso para hacer el conductor compuesto anterior, el cual comprende los pasos de : reunir una pluralidad de hilos del material conductor para formar un haz conductor. *e impregnar el haz conductor con un material aislante que se puede curar resistente a altas temperaturas, ocurriendo la impregnación de una manera • simultánea con el proceso para reunir los hilos y 5 subsecuente a la misma, aplicar un recubrimiento del material conductor al exterior del haz conductor retorcido para formar un primer protector interior de corona , extruir el manguito aislante de material 10 polimérico homogéneo sobre el recubrimiento del material conductor en el haz conductor, habiendo sido el material conductor rellenado anteriormente con al menos un material de relleno aislante el cual conduce el calor de una manera más eficiente que el polímero solo, y 15 aplicar un recubrimiento del material conductor a la superficie exterior del manguito aislante para formar una segunda protección exterior de corona, en donde cada uno de los hilos del material conductor está provisto con un recubrimiento aislante mediante por lo menos un recubrimiento de los hilos antes de la formación del haz conductor, y recubriendo de los hilos durante el paso de impregnación. Se prefiere que el haz conductor sea formado de una forma generalmente rectangular durante el proceso de la formación del haz o subsecuente al mismo. Además se ;#*"• prefiere después del proceso de la formación del haz conductor, los hilos del mismo sean retorcidos al rededor de una línea central longitudinal del haz para formar un haz conductor retorcido. ^f^ 5 Como es conocido, impregnar las envolturas de aislamiento de los devanados de la barra conductora con una resina sintética después de que han sido ensamblados en el estator, y luego curar la resina parcial o totalmente, se prevee que en la presente invención, la impregnación ocurra antes de que el material compuesto es devanado en el estator, siendo devanado entonces el material compuesto en el estator mientras que la resina o el material de polímero precursor todavía no está curado o está solamente curado parcialmente. Esto hace más fácil el proceso de impregnación y permite la manipulación fácil del conductor compuesto durante el proceso del devanado del estator antes de que la resina sea curada completamente. La presente invención incluye también un estator para una máquina eléctrica rotatoria que comprende un núcleo de acero laminado provisto con una pluralidad de ranuras orientada radicalmente que se extienden de manera longitudinal del estator, comprendiendo un devanado cada alojamiento de ranura ya sea una pluralidad de vueltas de una sola longitud del conductor compuesto anterior, o una pluralidad de vueltas que comprende una pluralidad de longitudes del conductor compuesto anterior, estando en contacto las vueltas sucesivas del conductor compuesto, y un registro radial, unas con las otras . El devanado es retenido en su ranura, preferentemente por medio de conductividad térmica alta que retienen el aislamiento eléctricamente fijados, al extremo exterior de la ranura de una manera radial. De preferencia, los medios de retención son la composición del polímero rellenado que tiene una conductividad térmica relativamente alta comparada con el polímero en su estado sin rellenar. Los medios de retención pueden comprender, una extrusión la cual es forzada dentro del extremo de la ranura. Deberá quedar entendido que los materiales aquí mencionados, en relación con los conductores compuestos de acuerdo con la presente invención, son estimados los mejores de cualquier material probablemente adecuado.

Breve Descripción de los Dibujos Las modalidades de ejemplo de la presente invención se describirán a continuación haciendo referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales : f¡5# La figura 1, es una vista en perspectiva de una parte del interior de un estator de una máquina eléctrica rotatoria provista con un devanado convencional ; La figura 2, es una sección transversal de un conductor compuesto de acuerdo con la presente invención; La figura 3, es una sección transversal de un conductor compuesto alternativo de acuerdo con la presente invención; La figura 4, es una sección radial a través de la parte de un estator de acuerdo con la presente invención, que muestra una ranura del estator que contiene un devanado que comprende seis vueltas del conductor compuesto ilustrado en la figura 2; La figura 5, es una representación en diagrama de un proceso para la fabricación de un conductor compuesto de acuerdo con la presente invención.

Descripción Detallada del Invento Haciendo referencia a la figura 1, se muestra la circunferencia interior de un extremo de un estator 10 de una máquina eléctrica de C.A. Se pretende que el estator rodee el rotor (no mostrado) de la máquina eléctrica. Como es convencional, el cuerpo del estator < está compuesto de un gran número de laminaciones de acero y está formado con un gran número de ranuras orientadas radialmente 12 las cuales se extienden # longitudinalmente del cuerpo del estator. 5 Cada una de las ranuras 12 aloja un devanado de excitación 14, las "vueltas" sucesivas 14A, 14B las cuales hacen contacto una con la otra y están en registro radial dentro de su ranura. Los devanados son retenidos en sus ranuras por medio de las cuñas 16 J^ 10 hechas de un material aislante de polímero adecuado tal como resina epóxica rellenada. Durante la fabricación del estator, las cuñas 16 son forzadas a su posición dentro de las bocas de las ranuras 12. Los lazos o "vueltas" de los devanados comprende 15 cada uno barras conductoras de cobre rectangulares sólidas 14A, 14B las cuales son formadas previamente a la forma correcta para ser posible su instalación dentro de las ranuras del estator. Las barras conductoras son aisladas eléctricamente una de la otra y del núcleo de 20 acero conectado a tierra mediante envolturas de papel mica sobre un soporte de película de polímero, siendo las envolturas impregnadas por presión con resina epóxica y curadas posteriormente. Para ser posible la construcción del devanado del 25 estator 14 a partir de longitudes previamente formadas '1f& de la barra conductora, cada una de las vueltas del devanado consiste de una pluralidad de longitudes de la barra conductora cuyos extremos 15 que se proyectan desde el núcleo del estator son dobladas en ángulos ^^^ 5 compuestos tal y como se ilustra, siendo soldados, o unidos de manera segura de otro modo en contacto eléctrico (no mostrado) para terminar la vuelta. Los extremos de las barras conductoras adyacentes radialmente 14A, 14B están dobladas en direcciones opuestas. Tal y como lo ilustra la figura 1, en donde los extremos de las barras conductoras 14A, 14B, etc., se proyectan desde los extremos de las ranuras 12, los bloques de empaque 18, 20 son insertados entre las barras conductoras adyacentes, estando adyacentes los bloques de empaque 18 al extremo del núcleo del estator y los bloques de empaque 20 estando separados del núcleo del estator. Varios de los bloques de empaque 18, 20 y las porciones dobladas de algunas de las barras conductoras 14A, 14B han sido removidas en la parte izquierda inferior de la figura 1 para mostrar la construcción de una manera más clara. Los bloques de empaques están moldeados para formarlos, estando hechos de bolsas de material de vidrio que contienen piezas de relleno laminado de material de vidrio e impregnadas con resina epóxica. Los bloques de empaque 20 están enlazados a las barras conductoras adyacentes por medio de una tira de fibra de vidrio 22. Después del ensamble del devanado del estator y la inserción de los bloques de empaque, se termina el ensamble del estator, atando las pociones dobladas 15 de las barras conductoras 14A, 14B a los anillos de soporte 24, 26 utilizando una cuerda de fibra de vidrio 28. Los bloques de empaque y los anillos de soporte proporcionan el apoyo a los extremos de las barras del conductor y evitan la vibración durante el servicio. Finalmente, el ensamble del estator, es sometido a tratamiento térmico, en una temperatura de cura apropiada para sus porciones impregnadas por resina, siendo esta temperatura inferior a una que causará un deterioro del componente de la película del polímero de las envolturas del conductor. Con referencia a la figura 2, el conductor compuesto 30 se ilustra en sección transversal y se pretende que sea usado como devanado del estator de una máquina eléctrica de alto voltaje substituyendo de este modo, las barras de conductor sólidas envueltas, 14A, 14B de figura 1. Sin embargo, a diferencia de las barras conductoras sólidas, el núcleo del conductor compuesto 30 comprende un número grande de hilos 31 del material conductor que forman el haz conductor 32. De preferencia, los hilos 31 ** :•-* del material conductor comprenden cobre, pero también se pueden utilizar otros materiales, tales como aluminio (que es más económico, pero no un material eléctrico ' conductor tan bueno como el cobre) o plata (costoso, 5 pero que es un conductor eléctrico mejor) . Una dimensión típica para un hilo individual de un material conductor es probable que sea del orden de O.lmm, de modo que se podrá apreciar que el número de hilos 31 necesario para formar un haz conductor 32 es probablemente mucho más grande que el número indicado en el diagrama de la • figura 2, y sus secciones transversales por consecuencia parecerán más pequeñas en relación con la sección transversal total del conductor, compuesto 30. El haz conductor 32, aunque generalmente es de forma rectangular, tiene esquinas redondeadas 34 para minimizar las concentraciones de esfuerzo eléctrico durante la operación de la máquina eléctrica. Las dimensiones de los radios R de las esquinas del haz conductor se encuentran en un rango de 0.5 a 5mm; siendo el óptimo de 2-3mm. Para reducir las pérdidas de corrientes parásitas de alta frecuencia en el devanado del estator, el haz de hilos de cobre 32, es enrollado corporalmente alrededor de la línea central longitudinal C del material del conductor compuesto 30 de una manera similar en la cual ^ * ^ son enrolladas las fibras en un manto alrededor de una línea central longitudinal del manto. Deberá quedar entendido, que la transposición del espacio de los hilos 4B del material conductor de manera longitudinal dentro del 5 haz debido a su retorcido cancela de manera inherente las corrientes parásitas conforme ellas se originan. Un manguito aislante 36 de un material de polímero de alta temperatura (por ejemplo, un fluoropolímero o polímero aromático) rodea el haz conductor. De acuerdo con la invención, el polímero es rellenado de manera homogénea dentro de un material aislante el cual conduce calor de una manera más eficiente que el polímero solo. Esto se aplicará con mayor detalle a continuación. El manguito aislante tiene una forma rectangular en su sección transversal, pero a diferencia de la forma adoptada por el haz conductor, se prefiere que las esquinas del manguito aislante no estén redondeadas de manera substancial, por ejemplo, con lados largos y cortos del manguito aislante que se encuentra substancialmente en ángulos rectos. Sin embargo, puede haber una pequeña curva presente, digamos de hasta aproximadamente lmm, debido al proceso de manufactura y la necesidad de aplicar un recubrimiento de protección de corona de una manera uniforme a la superficie del manguito aislante. El ancho total W y la altura H del manguito aislante 36 es substancialmente uniforme en las direcciones lateral y longitudinal del conductor compuesto. El espesor de la pared del manguito TI es fln también uniforme, excepto en el curso de las regiones 5 adyacentes de las esquinas redondeadas 34 del haz conductor 32. El espesor TI sería de una manera ideal tan pequeño como fuera posible, consistente con las propiedades de aislamiento eléctrico adecuadas, debido a 10 que una pared delgada para el manguito 36, hace posible una conducción más rápida del calor lejos de los hilos conductores 32 y también permite que se incluya un haz conductor más grande en el conductor compuesto para el mismo tamaño general del conductor compuesto. este último punto está ilustrado haciendo referencia a la figura 3, la cual muestra una modalidad alternativa de la invención en la cual el espesor T2 del manguito es ^H aproximadamente el doble del espesor TI de la figura 1. Se deberá notar que el número de hilos conductores 31 que pueden ser incluidos en el conductor compuesto es mucho menor en la figura 3 que en la figura 2. Los manguitos de polímero normales para los cables eléctricos, son extruidos sobre el conductor o el haz conductor por medio de una cabeza de extrusión a través del centro de la cual corre el conductor para el cual el manguito es aplicado. Esto es un proceso bien conocido y entendido. Un manguito de polímero que tiene un espesor de la pared de aproximadamente 0. lmm puede ser producido mediante procesos de extursión conocidos y se prefiere que el espesor del manguito de polímero de la invención (excluyendo las regiones de las esquinas) debe de estar en un rango de entre 0.4 a 2.00mm. Por ejemplo, un valor típico para TI podría ser de aproximadamente 0.5mm, preferentemente de 0.65mm y un valor típico para T2 podría ser de aproximadamente lmm. Con el objeto de permitir la operación del conductor compuesto 30 con un valor TI tan pequeño como sea posible, la presente invención prevee que el material polimérico del cual está hecho el manguito 36, este compuesto de manera homogénea con uno o más materiales pulverizados, los cuales conducen el calor de una manera más eficiente que el polímero solo. Estos materiales pueden ser óxido metálico, o rellenos de nitruro metálico tales como óxido de aluminio o nitruro de aluminio. Como resultado, el manguito aislante 33 no solamente tiene propiedades de resistencia dioeléctricas superiores las cuales permite la operación en espesores reducidos, sino que también tiene una conductividad térmica mucho más alta y resistencia a la temperatura que los devanados conocidos. La proporción de volumen ***"* aproximado de polímero a material rellenador puede ser de 10% a 75%. Para obtener pérdidas de corriente parásitas ;fH bajas, y de ahí una buena eficiencia eléctrica del conductor compuesto 30, en su rol como un devanado de estator portador de corriente en una máquina eléctrica, los hilos individuales del conductor 31 en el haz conductor 32 son aislados uno del otro de acuerdo con la presente invención. Tal y como se explicará con mayor ^. 10 detalle a continuación, esto se puede lograr mediante la impregnación del haz conductor con un material de resina sintética tal como una resina epóxica, y/o utilizando hilos del conductor que estén provistos anteriormente con un recubrimiento aislante. Dichos cables previamente recubiertos son utilizados de manera rutinaria en- la producción de los devanados para las máquinas eléctricas pequeñas, estando devanados de una manera recta sobre el • rotor o el estator. Antes o durante la aplicación de un recubrimiento 20 delgado a un haz conductor del manguito aislante el recubrimiento delgado del material conductor al haz conductor del manguito aislante, por ejemplo, un material de grafito o basado en silicona, tal como un polímero de carbón rellenado en altas temperaturas, se 25 aplica para formar un protector de corona en la „ *•" y'f _ superficie interior del polímero extruido, por ejemplo, en la interfase entre el manguito aislante, y el haz conductor. Durante o después de la aplicación de un recubrimiento delgado del mismo material conductor o un material similar al haz conductor del manguito aislante, este se aplica a la superficie exterior del manguito aislante de modo que se forma un protector de corona en el mismo. El recubrimiento externo está indicado por la línea punteada 38 que rodea el manguito 36 en la figura 2 (el protector de corona interior no se muestra) . El propósito del material del recubrimiento conductor es equilibrar los esfuerzos eléctricos en la superficie del conductor compuesto durante la operación de la máquina eléctrica, y evitar de este modo las roturas localizadas del aislamiento que soporta el manguito aislante 36. Hemos descubierto que tanto la superficie interior como la superficie exterior del manguito aislante, deberán estar provistos con un recubrimiento de protector de corona conductor para proporcionar un buen equilibrio de los esfuerzos eléctricos en la superficie del conductor compuesto . Un espesor adecuado para los recubrimientos de corona interior y exterior se encuentran el rango de aproximadamente 0.1 a 0.3mm, preferentemente en el extremo inferior de este rango. Como se mencionó X anteriormente, la película de polímero de este espesor es sabido que se puede extruir y por lo tanto los protectores de corona interior y exterior pueden ser aplicados por medio de extrusión, tal y como se 5 describirá a continuación. Alternativamente, el protector de corona interior puede ser aplicado, devanando una cinta delgada del material conductor sobre el haz conductor antes de que el manguito aislante sea aplicado al mismo, y el protector de corona exterior •* 10 puede ser aplicado devanando una cinta delgada sobre la parte exterior del manguito aislante después de que el manguito aislante a sido aplicado al haz conductor. Todavía como una alternativa adicional, los protecciones de corona pueden ser aplicadas a manera de una capa de pintura, por ejemplo, antes de la aplicación del manguito aislante al haz conductor, y este último puede pasar a través de un baño de material de protección de corona sostenido en la forma de una suspensión o solución en un líquido adecuado y después de que el manguito aislante haya sido aplicado puede ser pasado de una manera similar a través de dicho baño. Sin embargo, en dicho proceso será necesario asegurar que el protector de corona interior haya sido secado o curado de una manera adecuada para formar un recubrimiento flexible resistente a las altas temperaturas antes de "* ^ue ocurra la aplicación del manguito aislante al haz conductor. De un modo similar, el recubrimiento de protección exterior de corona debe haber sido secado o H> curado para formar un recubrimiento flexible resistente 5 a las altas temperaturas antes de que ocurra el manejo adicional del conductor compuesto, tal como el devanado dentro de las ranuras de la máquina eléctrica. Para facilitar el proceso de impregnación aunque se permite la manipulación fácil del conductor compuesto # 10 durante el proceso para producir el devanado en el núcleo del estator, el conductor compuesto es impregnado antes que el mismo sea devanado en el estator y curado completamente sólo después de que haya sido devanado en el estator. Como se explicará a continuación, la impregnación puede ocurrir en el momento en que los hilos individuales del material conductor son reunidos y consolidados en un haz conductor, antes de la aplicación • del manguito aislante. Entonces se prefiere curar la resina de una manera parcial de modo que el conductor compuesto sea todavía lo suficientemente flexible para ser devanado directamente en el estator, interviniendo el almacenaje opcional en un tambor para su uso posterior. El estator acabado es sometido a tratamiento térmico a una temperatura inferior a la temperatura en la cual se pueda deteriorar el manguito de polímero * " rellenado y el protector de corona, curando por lo tanto completamente la resina para hacer rígido el devanado final del estator. -HK Con referencia a la figura 4, se muestra la forma que el conductor compuesto 30 de la figura 2 puede ser utilizado para formar un devanado de estator completo. El estator 40, de la máquina eléctrica rotatoria comprende un núcleo de acero laminado 42 provisto con ranuras orientadas radialmente que se extienden de :; fc? 10 manera longitudinal del estator. En una vista seccional separada, solamente se ilustra una de las ranuras 44. Esta aloja un devanado 46 que comprende una pluralidad de vueltas o lazos del conductor compuesto 30. Cada una de las vueltas comprende de manera conveniente una sola longitud del conductor compuesto, o alternativamente, dos o más longitudes más cortas del conductor compuesto • pueden ser divididas para terminar una vuelta. Como se puede apreciar, las vueltas sucesivas 30A, 30B, etc. del conductor compuesto están en contacto y registro radial una con la otra. Deberá observarse que la forma rectangular del conductor compuesto minimiza los huecos de aire en el devanado acabado, haciendo posible una producción geométricamente exacta del devanado sin una formación previa de conductores de barra rígida, como era necesario en la técnica anterior. El devanado es #? retenido en su ranura 44 por una conductividad térmica alta, aislando eléctricamente la cuña de retención 46 fijada en el extremo exterior de la ranura de manera radial . La cuña puede ser una extrusión que comprende un material de polímero rellenado, tal como una resina epóxica, y puede ser conducido dentro de la ranura desde la cara del extremo del estator. A En relación con la forma rectangular del haz conductor y el manguito conductor, deberá observarse de manera particular que además de las características de empaques mejores del conductor compuesto y las ranuras de la máquina, el espesor extra T3 -TI (figura 2) del aislamiento en la esquina del haz conductor reduce de manera efectiva el esfuerzo eléctrico en la esquina a aproximadamente el mismo valor que el de los lados planos del haz conductor. Dicha reducción en las fuerzas eléctricas pico en los devanados contribuyen a una capacidad de la máquina para operar en cargas más altas.

Durante la producción del estator, la flexibilidad inherente provista por el manguito aislante de polímero, los recubrimientos delgados de protector de corona, los hilos del conductor delgados y la resina curada de manera parcial o sin curar de los hilos del conductor permiten la colocación fácil del conductor en las ranuras del núcleo del estator para formar un devanado.

Sin embargo, después del tratamiento térmico para curar la resina (siendo el curado a una temperatura inferior a la temperatura en la que el polímero de relleno de manguito de aislamiento y los recubrimientos de 5 protección de corona comienzan a deteriorarse), la rigidez provista por la resina completamente curada en los hilos del conductor 31 hace posible que el devanado acabado del estator resista las fuerzas de operación. Se puede observar que en donde el devanado del conductor compuesto 30 no está dentro de las ranuras 44, puede ser soportado por los anillos de soporte y los bloques de empaque tal y como se ilustran para las distribuciones conocidas en la figura 1. A continuación se describirá un proceso posible para hacer el conductor compuesto haciendo referencia a la figura 5. En el lado izquierdo de la figura 5, se toman juntos muchos hilos de alambre previamente aislado 31 del material de cobre otro material conductor de los carretes de almacenamiento (no mostrados) y son pasados a través de una cabeza formadora del haz I para producir un haz conductor 32. Dentro de la cabeza I se encuentran medios bien conocidos en la técnica de la fabricación de cables, por medio de los cuales los hilos 31 se juntan, y forman un haz y el haz es retorcido corporalmente alrededor de la línea central del haz. Al mismo tiempo a.» it1 que conforme los hilos 31 están formando un haz, el haz es impregnado con una resina epóxica, o un enlace similar y un agente de reforzamiento resistente a las T¡m temperaturas altas; alternativamente, este proceso de 5 impregnación puede ser un proceso de impregnación por presión, como es conocido, siendo realizada la impregnación por presión inmediatamente después de que el haz conductor ha sido formado ya sea dentro de la cabeza I ó después de ella. El proceso final dentro de la cabeza I (el cual se puede realizar en la práctica en una cabeza separada, no mostrada) es formar finalmente y consolidar el haz conductor en la forma rectangular requerida de la presente invención, pasándolo a través de un troquel con una forma adecuada. 15 La cabeza I es calentada de modo que cura parcialmente la resina conforme el haz conductor pasa a través de la misma, produciendo de este modo un haz conductor el cual, tiene una cohesión buena, y todavía lo suficientemente flexible para ser devanado en un tambor de almacenamiento de diámetro grande SI, para su uso posterior. Alternativamente, el haz parcialmente curado pasa directo, como se ha indicado a través de un centro de un troquel anular en la extrusión, de la cabeza II, por medio del cual, la película de polímero conductora rellenada es extruida en el exterior del haz conductor 32, para formar una primera protección interior de corona. Posteriormente, el haz conductor recubierto pasa a través del centro de otro troquel anular en la cabeza de extrusión III, por medio de la cual el manguito aislante rellenado de polímero es extruido en el exterior del primer recubrimiento de corona. De una manera efectiva, este primer recubrimiento de corona forma de este modo un recubrimiento conductor en la superficie interior del manguito aislante. Finalmente, por un proceso similar al que se describe para la cabeza II, se aplica una segunda protección exterior de corona al manguito aislante en la cabeza de extrusión IV, terminando de este modo la formación de un conductor compuesto 30. El conductor compuesto 30 entonces es devanado en un tambor de almacenamiento de diámetro grande S2 para su uso posterior. Alternativamente, tal y como lo indica la línea de la flecha punteada, este pasa directo al proceso de manufactura adicional para producir los devanados para las máquinas eléctricas. Tal y como se mencionó anteriormente, la cura final de los haces conductores es realizada mediante calentamiento, después de que el conductor compuesto ha sido fijado dentro de las ranuras del devanado de una máquina eléctrica, tal y como se ilustra en la figura 4.

Anteriormente se ha dicho, que los hilos de alambre 31 están previamente aislados, significando esto que dentro de su manufactura han sido provistos con un v recubrimiento delgado de una resina epóxida adecuada, o 5 un polímero resistente a las temperaturas altas, tal y como es sabido. Sin embargo, como una alternativa al uso de los hilos de alambre previamente aislados, puede ser posible confiar en el proceso de impregnación de la resina el cual ocurre en la cabeza I para aislar los 10 hilos 31 uno del otro dentro del haz conductor terminado. Esto será un asunto de determinación por medio de la experimentación de rutina. Aunque en la figura 5 se ilustran los hilos eunidos en un haz en un proceso de un paso, en la práctica, debido al gran número de hilos requeridos para orinar un haz conductor, la primera parte del proceso uede requerir un número de pasos paralelos en los uales se producen un número de sub-haces en las cabezas e producción de haces correspondientes, habiendo sido impregnado cada uno de los haces con la resina en el mismo tal y como se describió anteriormente, los sub- aces que se están juntando para formar el haz conductor ectangular retorcido final 32. Resultará evidente que 1 proceso anterior puede ser utilizado para producir conductores compuestos que tienen formas transversales diferentes a la rectangular, por ejemplo circulares. ^B

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN. Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en la siguiente: 5 REIVINDICACIONES. 1. - Un conductor compuesto para usarse como un devanado de una máquina eléctrica de alto voltaje, el cual comprende: una pluralidad de hilos de material conductor que 10 forman un haz conductor el cual en su sección transversal es de una forma generalmente rectangular, siendo aislados los hilos uno del otro del haz, un manguito aislante de un material polimérico substancialmente homogéneo que rodea el haz conductor; 15 teniendo también el manguito aislante una forma generalmente rectangular en su sección transversal, y siendo rellenado el material polimérico con al menos un material rellenador aislante eléctricamente el cual conduce el calor de una manera más eficiente que el 0 polímero solo, y un material conductor que forma un recubrimiento de protección de corona en la superficie interior y exterior del manguito aislante X 2 . - Un conductor compuesto de conformidad con la 5 reivindicación 1, en el cual la forma de las esquinas V del haz conductor son substancialmente rectangulares, teniendo una forma curva para minimizar las concentraciones de esfuerzo eléctrico.
^^WF^
3. - Un conductor compuesto de conformidad con la 5 reivindicación 2, en el cual las dimensiones de la curva de las esquinas del haz conductor son de hasta aproximadamente 5 mm.
4. - Un conductor compuesto de conformidad con la reivindicación 3, en el cual las dimensiones de las 10 curvas son de 2 a 3mm.
5. - Un conductor compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual las esquinas del manguito aislante son substancialmente rectilíneas. 15
6.- Un conductor compuesto de conformidad con la reivindicación 5, en el cual las esquinas del manguito aislante tienen una curva no mayor de aproximadamente ^flW?r lmm.
7. - Un conductor compuesto de conformidad con 20 cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual los hilos del haz del material conductor están siendo retorcidos colectivamente alrededor de una línea central longitudinal del haz conductor, para reducir de este modo las pérdidas de corrientes parásitas del 25 bobinado.
8. - Un conductor compuesto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un material rellenador aislante en el manguito
^HB aislante polimérico es un óxido metálico y/o un nitruro 5 metálico. 9.- Un conductor compuesto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material polimérico del magüito comprende un polímero resistente a temperaturas altas. 10
10.- Un conductor compuesto de conformidad con la reivindicación 9, en donde el material polimérico del manguito comprende un fluoropolímero o un polímero aromático .
11.- Un conductor compuesto de conformidad con 15 cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de recubrimiento conductor comprende un material de grafito o basado en silicona. ^B^
12. - Un conductor compuesto de conformidad con la reivindicación 12, en donde el material de 20 recubrimiento conductor comprende un polímero resistente a altas temperaturas o material de pintura el cual tiene una cantidad suficiente de material conductor incorporado en el mismo para producir su conductividad.
13. - Un conductor compuesto de conformidad con 25 la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en donde el material de recubrimiento conductor es una película extruida .
14. - Un conductor compuesto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde 5 los hilos conductores son aislados uno del otro por medio de un recubrimiento aislante resistente a las altas temperaturas aplicado a cada hilo durante la fabricación de los hilos antes de su incorporación en el haz conductor. 10 15.- Un conductor compuesto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde los hilos conductores son aislados uno del otro por medio de impregnación del haz conductor con un material aislante que se puede curar resistente a altas temperaturas
15 durante la incorporación de los hilos dentro del haz conductor .
16.- Un proceso para fabricar un conductor ^W compuesto, el cual comprende los pasos de: reunir una pluralidad de hilos de material 20 conductor en un haz conductor, y retorcer los hilos reunidos corporalmente alrededor de una línea central longitudinal del haz para formar un haz conductor retorcido, impregnar el haz conductor, con un material 25 aislante que se puede curar resistente a altas temperaturas, ocurriendo la impregnación de manera simultánea con el proceso de unión y retorcido y subsecuente a la misma, aplicar un recubrimiento de material conductor al **". exterior del haz conductor retorcido para formar una primera protección interior de corona, extruir un manguito aislante de un material polimérico homogéneo en el recubrimiento del material del haz conductor, que habiendo sido rellenado el material polimérico con al menos un material rellenador aislante el cual conduce el calor de una manera más eficiente que el polímero solo, y aplicar un recubrimiento de material conductor a la superficie exterior del manguito aislante para formar una segunda protección exterior de corona, en donde cada hilo de material conductor está provisto con un recubrimiento aislante recubriendo por lo menos los hilos antes de la formación del haz conductor, y recubriendo los hilos durante el paso de impregnación.
17.- Un proceso de conformidad con la reivindicación 16, en donde después de retorcer el haz, el haz es formado en una forma de sección transversal previamente determinada.
18.- Un proceso de conformidad con la reivindicación 17, en el cual la forma de sección transversal previamente determinada es rectangular. flp
19.- Un proceso de conformidad con cualquiera 5 de las reivindicaciones 16 a 18, en el cual el haz conductor impregnado es curado parcialmente antes de que sea aplicado el recubrimiento de material conductor al exterior del haz conductor.
20.- Un estator para una máquina eléctrica 10 rotatoria, que comprende un núcleo de acero laminado provisto con una pluralidad de ranuras orientadas radialmente que se extiende de manera longitudinal a partir del estator, alojando cada una de las ranuras un devanado que comprende una pluralidad de vueltas de una 15 sola longitud del conductor compuesto constituido de conformidad con la reivindicación 1, estando en contacto y en registro radial las vueltas sucesivas de material ß " compuesto unos con las otras.
21.- Un estator para una máquina eléctrica 20 rotatoria, la cual comprende un núcleo de acero laminado provisto con una pluralidad de ranuras orientadas radialmente que se extienden de manera longitudinal a partir del estator, alojando cada ranura un devanado que comprende una pluralidad de vueltas que comprenden una 25 pluralidad de longitudes del conductor compuesto *•- constituido de conformidad con la reivindicación 1, y en donde las vueltas sucesivas del conductor compuesto que están en contacto y en registro radial uno con el otro.
22. - Un estator de conformidad con la 5 reivindicación 20 y la reivindicación 21, en donde el devanado es retenido en su ranura mediante la conductividad térmica alta, y medios de retención aislantes eléctricamente fijados en el extremo exterior de la ranura de una manera radial . 10
23.- Un método para fabricar un estator constituido de conformidad con la reivindicación 21 o la reivindicación 22, en el cual el haz conductor ha sido impregnado con un material aislante que se puede curar a alta temperatura, y es devanado en el núcleo del estator 15 mientras que el material aislante se puede curar a alta temperatura es curado solo parcialmente, adhiriendo medios de soporte al conductor compuesto en donde este es soportado por las ranuras del estator, y sometiendo a tratamiento térmico el estator terminado para curar el 20 material aislante que se puede curar a alta temperatura y producir un bobinado de estator rígida.