DE3629044A1 - Statische erregervorrichtung fuer eine dynamoelektrische maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf statische Erregervorrichtun­ gen für große fluidgekühlte dynamoelektrische Maschinen oder elektrische Generatoren und betrifft insbesondere sta­ tische Erregervorrichtungen, bei denen flüssigkeitsgekühlte Komponenten, insbesondere ein flüssigkeitsgekühlter Erre­ gertransformator, verwendet werden.

Bei Erregervorrichtungen für große dynamoelektrische Ma­ schinen, wie beispielsweise Turbogeneratorsätze, die durch Stromversorgungsunternehmen benutzt werden, ist die Nenn­ leistung ebenso wie die Nennleistung der Generatoren selbst gewachsen. (Der hier verwendete Ausdruck "große dynamoelek­ trische Maschine" bezieht sich auf eine Maschine, die eine Nennleistung von mehr als etwa 50 Megawatt hat.) Ältere Erregervorrichtungen enthielten umlaufende Stromquellen, wie beispielsweise einen gesonderten Gleichstromgenerator, der durch die Turbogeneratorwelle angetrieben wurde und um­ laufende Feldwicklungen über Schleifringe und Bürsten mit Erregerstrom versorgte. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Wechselstromerreger zu benutzen, der durch den Turbogenerator angetrieben wird, wobei die Gleichrichtung und die Steuerung der Erregerspannung in äußeren stationä­ ren Gleichrichtergruppen erfolgen. Noch eine weitere Mög­ lichkeit besteht darin, Diodengleichrichter zu benutzen, die auf dem Läufer befestigt sind, wobei sich die gesamte Gleichrichtungsstromquelle dreht und die Steuerung über elektromagnetische Flußkopplungen mit den umlaufenden Kom­ ponenten erfolgt. Ein Beispiel einer Erregervorrichtung mit umlaufender Gleichrichtereinrichtung ist in der US-PS 37 68 002 beschrieben.

Erregervorrichtungen, die einen weniger großen Kühlbedarf haben, sind möglich, insbesondere wenn kein hohes Ansprech­ verhältnis erforderlich ist. Eine einfache Erregervorrich­ tung ist beispielsweise in der US-PS 31 32 296 beschrieben. Die Erregervorrichtung gemäß der US-PS 31 32 296 ist jedoch lediglich auf die Ausnutzung der dritten und der höheren Oberwel­ len der Grundfrequenz des Läufermagnetflusses gerichtet. Sol­ che Vorrichtungen, wie sie dort beschrieben sind, sind für große dynamoelektische Maschinen nicht praktisch. Die drit­ te oder andere höhere Oberwellen sind nicht in der Lage, der Erregervorrichtung einer großen dynamoelektrischen Ma­ schine ausreichend Energie zum Erzeugen der verlangten ho­ hen Generatorausgangsleistung zu liefern.

Eine gesonderte Kategorie von Erregervorrichtungen wird als "statisch" bezeichnet, weil sich die Erregerstromquelle nicht dreht, sondern stationär oder statisch ist. Eine Ver­ bunderregervorrichtung statischer Bauart ist beispielsweise in den US-PS 37 02 964 und 37 02 965 beschrieben. Die US- PS 37 02 964 und 37 02 965 beschreiben eine statische Er­ regervorrichtung für eine große dynamoelektrische Maschine, bei der der Erregertransformator in einem abgedichteten Ge­ häuse angeordnet sein kann, das gesondert von, aber räum­ lich nahe bei dem Generatorgehäuse angeordnet ist. Aus der Beschreibung der Kühlvorrichtung für den Erregertransforma­ tor und aus den Bezugnahmen auf die US-PS 26 95 368 geht klar hervor, daß die Spulen des Erregertransformators ge­ mäß den US-PS 37 02 964 und 37 02 965 durch innere Kühl­ flüssigkeit gekühlt werden, die aus dem Generator verfügbar ist, wogegen die Kernbleche und der Hauptkörper des Erre­ gertransformators durch dasselbe Gas, typisch Wasserstoff, gekühlt werden, das zum Kühlen des Generators benutzt wird.

Ein Erregertransformator, bei dem eine Wicklungs- und Kern­ kühlvorrichtung benutzt wird, die von dem Generatorkühl­ system isoliert ist, könnte leicht von dem Generator ge­ trennt und bequem repariert und/oder ausgetauscht werden, während eine Hilfserregerquelle mit dem Generator verbun­ den ist, wodurch die erwartete Stillstandszeit für den Ge­ nerator reduziert wird. Darüber hinaus befindet sich ein Transformator, der sich die Kühlgasversorgung mit dem Ge­ nerator teilt, im allgemeinen 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 Spezi­ fikationen, wie beispielsweise dem Kesselcode, wie das Ge­ neratorgehäuse selbst hergestellt werden, um die inneren Kräfte aushalten zu können, ohne daß eine äußere Beschädi­ gung hervorgerufen wird. Es wäre erwünscht, einen flüssig­ keitsgekühlten Erregertransformator zu schaffen, da durch Kühlen des gesamten Transformators einschließlich der Wick­ lungen, des Kerns und der elektrischen Anschlüsse mit einer Flüssigkeit der Transformator außerhalb der Druckgasumge­ bung 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 gestat­ ten, 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 ver­ fügbare 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 wer­ den. Diese Orientierung wird typisch benutzt, wenn ein mit Öl gefüllter Transformator benutzt wird, der ein Öl, wie beispielswiese Pyranol, zur Innenkühlung hat. Es wird ange­ nommen, daß diese ölgefüllten Transformatoren im allgemei­ nen nicht in demselben Raum wie der Generator angeordnet sind, zum Teil wegen der möglichen schädlichen Auswirkungen auf das Betriebspersonal. Zum Minimieren der Länge der er­ forderlichen 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 Sekundär­ wicklungen des Erregertransformators zu der Gleichrichter­ einrichtung und schließlich zu den Feldwicklungen des Gene­ rators führen, ist es jedoch erwünscht, den Erregertrans­ formator in unmittelbarer Nähe des Generators und wenigstens gewissermaßen in demselben Raum eines Gebäudes wie den Ge­ nerator anzuordnen.

Die statische Erregervorrichtung, die in der US-PS 44 77 767 beschrieben ist, ist vorzugsweise innerhalb des Generatorge­ häuses in einem Kühldom direkt in dem Strömungsweg für und gekühlt durch dasselbe Kühlmittel, das zum Kühlen des Haupt­ teils des Generators benutzt wird, angeordnet. Die elektri­ sche Konfiguration des Erregerkreises gemäß der US-PS 44 77 767 gestattet zwar die Verwendung eines kleineren Er­ regertransformators gegenüber früheren Transformatoren, es ist jedoch trotzdem erwünscht, die Größe des Erregertrans­ formators weiter zu reduzieren und den Kühlmittelstrom in­ nerhalb des Erregertransformators von dem primären Genera­ torkühlmittelstrom zu isolieren.

Zum noch weiteren Reduzieren der Größe des Erregertransfor­ mators wäre es erwünscht, den Transformator mit einer Flüs­ sigkeit, wie beispielsweise Wasser, kühlen zu können, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als Gase, die gegenwär­ tig zur Kühlung benutzt werden. Wenn Wasser direkt zum Küh­ len des Kerns eines Transformators benutzt wird, ist es im allgemeinen notwendig, daß das Wasser vollentsalzt wird, um seine elektrische Leitfähigkeit zu reduzieren. Es wäre vor­ zuziehen, eine vorhandene Quelle vollentsalzten Wassers zu benutzen, statt eine gesonderte Anlage zum Vollentsalzen des Wassers vorzusehen, da die Anfangskapitalkosten zum Er­ stellen der gesonderten Anlage vermutlich die durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung zu erzielenden Vor­ teile aufwiegen würden, wenn sie durch die erwarteten an­ spruchsvollen Benutzer, wie beispielsweise kommerzielle Stromversorgungsunternehmen, bei einer Finanz- oder Kosten/ Nutzen-Analyse zum Bestimmen der Möglichkeit des Installie­ rens einer Erregervorrichtung und eines flüssigkeitsgekühl­ ten Transformators gemäß der Erfindung berücksichtigt wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erregertransformator für eine statische Erregervorrichtung einer großen dynamo­ elektrischen Maschine zu schaffen, der kleiner als bislang benutzte Transformatoren ist.

Weiter soll durch die Erfindung ein Erregertransformator geschaffen werden, der in unmittelbarer Nähe der dynamo­ elektrischen Maschine angeordnet werden kann.

Ferner soll durch die Erfindung eine statische Erregervor­ richtung geschaffen werden, bei der die Kühlmittelströmung innerhalb der Komponenten der Erregervorrichtung von dem Kühlsystem der großen dynamoelektrischen Maschine isoliert ist.

Außerdem soll durch die Erfindung eine statische Erreger­ vorrichtung geschaffen werden, in der eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Kerns und der Wicklungen eines Transforma­ tors der Erregervorrichtung benutzt wird.

Weiter soll durch die Erfindung eine vorhandene Quelle voll­ entsalzten Wassers zum Liefern eines Typs von Kühlflüssig­ keit für den Erregertransformator benutzt werden.

Schließlich soll durch die Erfindung die Nennleistung eines Erregertransformators erhöht werden, der dieselben Außenab­ messungen wie ein bislang benutzter Erregertransformator hat.

Weitere Ziele der Erfindung sind das Eliminieren von uner­ wünschten Merkmalen einer Druckgefäßhülle, die erforderlich ist, wenn ein gasgekühlter Transformator benutzt wird, und das Verbessern der Zugänglichkeit des Transformators für Inspektion und Wartung.

Eine statische Erregervorrichtung für eine dynamoelektrische Maschine, wobei die Maschine eine drehbare Feldwicklung zum Erzeugen eines umlaufenden Magnetfeldes, ein Ständerblech­ paket mit einem mehrphasigen Satz von Ankerwicklungen, die in Nuten in dem Ständerblechpaket angeordnet sind, und eine Kühleinrichtung zum Liefern eines ersten Kühlmittels zum Kühlen wenigstens des Satzes von Hauptankerwicklungen hat, weist gemäß der Erfindung einen mehrphasigen Erregertrans­ formator auf, der einen Kern und einen Satz Primärwicklungen sowie einen entsprechenden Satz Sekundärwicklungen hat. Die Primärwicklungen sind mit den Hauptankerwicklungen elektro­ magnetisch gekoppelt, und die Sekundärwicklungen sind mit einer Gleichrichtereinrichtung verbunden, die die Feld­ wicklung der Maschine für die Erzeugung des Magnetfeldes mit elektrischer Energie versorgt. Der Erregertransformator weist eine Wärmeaustauscheinrichtung in Wärmeflußverbindung mit dem Kern des Transformators auf, wobei die Wärmeaus­ tauscheinrichtung eine Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise einen Teil des ersten Kühlmittels, zum Kühlen des Kerns des Transformators enthält.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema des elektrischen und des mechanischen Teils einer Erreger­ vorrichtung nach der Erfindung mit einem flüssigkeitsgekühlten Erre­ gertransformator,

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

Fig. 3 ein Schema, das insbesondere eine weitere Ausführungsform eines Kühl­ systems für die Erregervorrichtung nach Fig. 1 veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer typischen statischen Erregervorrichtung (die ausführlich in der US-PS 44 77 767 beschrieben ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird) mit einer zugeordneten Flüssigkeitskühlung gemäß der Erfindung in Kombination mit einer großen dynamo­ elektrischen Maschine oder einem großen Generator, wie sie typisch durch ein Stromversorgungsunternehmen zum Erzeugen von elektrischer Energie benutzt werden. Die Erfindung ist für jede statische Erregervorrichtung für eine große dyna­ moelektrische Maschine verwendbar (beispielsweise für Sy­ steme, wie sie in den oben angegebenen Patentschriften be­ schrieben sind), bei der ein Erregertransformator benutzt wird, welcher eine Kühlung erfordert, bei welcher es sich nicht um die umgebende Atmosphäre handelt. Die Erfindung befaßt sich allgemein nicht mit den Einzelheiten der elek­ trischen Verbindung und/oder Konfiguration der besonderen benutzten statischen Erregervorrichtung, mit der Ausnahme, daß es wie erwähnt erwünscht ist, den Erregertransformator in unmittelbarer Nähe des Generators anzuordnen, um die Länge der elektrischen Verbindungen zwischen den Primär­ wicklungen des Transformators und dem Generator sowie die elektrischen Verbindungen zwischen den Sekundärwicklungen des Transformators und der Gleichrichtereinrichtung zu mi­ nimieren.

Der Generator weist ein äußeres, unter Druck setzbares Ge­ häuse 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 37 02 965 be­ schrieben ist, angeordnet. Der Ständer 11 ist typisch aus einer großen Anzahl von sektorförmigen Blechlamellen aufge­ baut, die zu einem hohlen zylindrischen Gebilde übereinan­ dergestapelt sind, dessen Innenumfang mehrere Längsnuten besitzt, in denen Hauptwicklungen 12 angeordnet sind. Von diesen Hauptwicklungen 12 wird die elektrische Ausgangs­ leistung des Generators über Hochspannungsdurchführungen 22 abgegeben. Innerhalb des hohlzylindrischen Teils des Stän­ ders 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 Läu­ fers 10 zusammenwirken.

Der Läufer 10 ist ein großes zylindrisches Schmiedeteil aus Metall, in das Längsnuten geschnitten worden sind. In die­ sen Nuten sind typisch zwei oder mehr als zwei Feldwicklun­ gen 13 angeordnet. Diese Feldwicklungen 13 werden durch die Erregervorrichtung nach der Erfindung erregt. Die Feldwick­ lungen 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 Durch­ führungen 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 Ener­ gie erzeugen, die sich innerhalb der Maschine als Wärme äußert, welche abgeführt werden muß, um einen langfristig 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 ein­ fach 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 hindurch­ geleitet wird, beispielsweise Wasserstoffgas, das bevorzugt wird, weil es in der Lage ist, im Vergleich zu anderen ver­ fügbaren Gasen relativ große Mengen an Wärmeenergie aufzu­ nehmen und zu transportieren, und weil dessen geringe Dich­ te Lüftungsverluste in dem Generator reduziert. Mit Hilfe von läufermontierten Lüftern (nicht dargestellt) und ande­ ren herkömmlichen Fluidumwälzeinrichtungen wird das Kühl­ fluid 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 Wärem 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 ge­ leitet wird.

Nun wird die Erregervorrichtung selbst sowie deren Bezie­ hung zu anderen Komponenten des Generators betrachtet. Der Wicklungssatz 14 umfaßt Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c. Die Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c können aus einem oder mehreren elektrisch leitenden Stäben bestehen, die in den Ständernu­ ten zusammen mit den Hauptwicklungen 12 angeordnet sind. Die Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c sind designierte Potential­ quellenwicklungen der Erregervorrichtung und werden allge­ meiner als "P-Stäbe" bezeichnet. Die P-Stabwicklungen 14 sind in den Ständernuten auf in der oben erwähnten US-PS 37 02 965 beschriebene Weise angeordnet. Die Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c stellen typisch einzelne Kupferstäbe dar, die in 120°-Intervallen am Innenumfang des Generatorstän­ ders 11 angeordnet sind. Vorzugsweise ist einer dieser drei P-Stäbe in der obersten Nut in einem horizontal ausgerich­ teten Generatorständer angeordnet, um die unteren 120° der Ständerbaugruppe offen und für das Einführen des Läuferkör­ pers während des Zusammenbaus 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 vor­ zugsweise dadurch erfüllt, daß die P-Stabwicklungsanschlüs­ se aus dem Dom 16 über die Durchführung 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 Kol­ lektorende sind die P-Stabwicklungen 14 direkt mit einem Erregertransformator 18 über die Durchführung 24 verbunden.

Gemäß der Erfindung ist der Erregertransformator 18 vor­ zugsweise außerhalb, jedoch in unmittelbarer Nähe des Ge­ häuses 15 angeordnet, um die Länge der elektrischen Verbin­ dungen ab der Durchführung 24 zu minimieren. Elektrische Ausgangsleitungen 31 a, 31 b und 31 c, die mit in Dreieck ge­ schalteten Sekundärwicklungen 30 (Fig. 2) des Erregertrans­ formators 18 verbunden sind, sind mit den Eingängen der Gleichrichterbrücke 20 verbunden. Die Gleichrichterbrücke 20 gibt Gleichstrom an feststehende Bürsten ab, die übli­ cherweise 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 den Erregertransformator 18 abgegeben, in diesem modifiziert, durch die Gleichrichter­ brücke 20 gleichgerichtet und schließlich an die Feldwick­ lungen 13 in Form von Gleichstrom als Quelle für den umlau­ fenden Magnetfluß des Läufers 10 abgegeben.

Darüber hinaus wird ein Kühlmittel wie vollentsalztes Wasser aus einer Kühlmittelquelle 50 so zugeführt, daß es wenig­ stens mit einem Teil der Länge der die Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c bildenden Leiter in Wärmeflußverbindung ist. Typisch sind die Leiter, welche die Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c bil­ den, aus Kupfer hergestellt und enthalten einen Kanal, durch den das Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann. Das Kühl­ mittel wird von der Kühlmittelquelle 50 über eine Leitung 52 zu einem Eingangsverteiler 51 geleitet, der es aufteilt und in die Leiter jeder Wicklung 14 a, 14 b und 14 c leitet. Das Kühlmittel wird aus den Leitern der Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c an einem Ausgangsverteiler 53 abgeleitet und über eine Leitung 54 zu der Kühlmittelquelle 50 zurückgeleitet. Der Kühlmitteldurchfluß wird in den Leitern der Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c blockiert, indem ein massiver Kupferleiterab­ schnitt vorzugsweise zwischen dem Verteiler 53 und der Durchführung 24 angeordnet oder hergestellt wird, so daß das Kühlmittel aus den Leitern der Wicklungen 14 a, 14 b und 14 c von dem Kühlmittel aus den Leitern der Primärwicklungen des Erregertransformators 18 getrennt ist. Die Kühlmittel­ quelle 50 kann auch Kühlmittel liefern (nicht dargestellt), mit dem die Leiter der Hauptwicklungen 12 analog den Lei­ tern 14 a, 14 b und 14 c gekühlt werden. Eine Kühlflüssig­ keitsquelle 40, beispielsweise ein Wasserreservoir und vor­ zugsweise ein Reservoir vollentsalzten Wassers, hat einen Ausgang, der mit einem Eingang der Gleichrichterbrücke 20 durch eine Leitung 41 verbunden ist. Die Kühlflüssigkeits­ quelle 40 und die Kühlmittelquelle 50 können eine Einheit bilden.

Ein Kühlmittelausgang der Gleichrichterbrücke 20 ist wie dargestellt mit einem Kühlmitteleingang des Erregertrans­ formators 18 durch eine Leitung 43 verbunden. Ein Kühlmit­ telausgang des Erregertransformators 18 ist mit einem Kühl­ mittelrückleiteingang der Kühlmittelquelle 40 durch eine Leitung 45 verbunden, wodurch ein Serienkühlflüssigkeits­ kreis von der Kühlflüssigkeitsquelle 40 über die Gleich­ richterbrücke 20 und den Erregertransformator 18 geschlos­ sen 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 Wärme­ tauschers 42 der Gleichrichterbrücke 20 verbunden, und der Kühlmittelausgang des Wärmetauschers 42 ist mit einem Ein­ gangsverteiler 56 des Erregertransformators 18 über eine Leitung 43 verbunden. Der Kühlmittelausgang eines Ausgangs­ verteilers 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 Sekundärwick­ lungen 30 und des Kerns 35. Daher umfaßt ein Serienkühlmit­ telströmungsweg von der Kühlmittelquelle 40 aus die Leitung 41, den Wärmetauscher 42, die Leitung 43, den Eingangsver­ teiler 56, den Ausgangsverteiler 58 und die Leitung 45. Der Wärmetauscher, der den Eingangsverteiler 56, den Ausgangs­ verteiler 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 Wärme­ menge, die durch die Gleichrichterbrücke 20 erzeugt und durch den Wärmetauscher 42 abgeleitet wird, relativ gering ist. Statt dessen können der Wärmetauscher 42 und der Ein­ gangsverteiler 56 auch unabhängig voneinander mit der Kühl­ flüssigkeitsquelle 40 verbunden sein.

Die Kühlflüssigkeit wird von dem Eingangsverteiler 56 zu dem Ausgangsverteiler 58 durch die parallelen Kühlmittel­ strömungswege der hohlen Leiter geleitet, die die Primär­ wicklungen 29 und die Sekundärwicklungen 30 bilden, und durch die Strömungskanäle in dem Kern 35, so daß die Kühl­ flüssigkeit 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 ange­ ordnet ist (Fig. 1), kann der Erregertransformator 18 eben­ falls in unmittelbarer Nähe, jedoch außerhalb des unter Druck setzbaren Gehäuses 15 des Generators (Fig. 1) ange­ ordnet 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 Erregertransforma­ tor 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 ei­ nem Strömungsteiler, der in der Leitung 41 angeordnet ist, und durch Vorsehen eines Kühlmittelrückweges von dem Aus­ gang des Verteilers 58 zu einem zweiten Kühlmittelrückleit­ eingang der Kühlflüssigkeitsquelle 40, oder zu einer Durch­ flußvereinigungseinrichtung, die in der Leitung 45 angeord­ net 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 ge­ zeigt ist, den Betrieb des Erregertransformators 18 nicht beeinträchtigen.

Fig. 3 zeigt ein Schema einer weiteren Ausführungsform ei­ nes Kühlsystems für die Erregervorrichtung nach Fig. 1. Die elektrischen Ausgangsleitungen 31 a, 31 b, und 31 c des Erre­ gertransformators 18 sind hohl, so daß die Kühlflüssigkeit durch sie hindurchfließen kann. Der Kühlmittelausgang des Wärmetauschers 42 ist mit der Ausgangsleitung 31 c des Erre­ gertransformators 18 verbunden, wodurch die Notwendigkeit der Leitung 43 beseitigt wird. Die Ausgangsleitung 31 c 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 sind mit dem Ausgangsverteiler 65 verbunden, der mit der Rückleitung 45 über die Leitungen 31 a und 31 b verbunden ist. In dieser Konfiguration kann der Innenkanal der Ausgangs­ leitung 31 c größer sein als die Innenkanäle der Ausgangs­ leitungen 31 a und 31 b. Statt dessen können zwei Ausgangs­ leitungen, beispielsweise 31 b und 31 c, benutzt werden, um dem Erregertransformator 18 Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 42 zu liefern, und eine Ausgangsleitung, beispielsweise 31 a, kann benutzt werden, um einen Teil des Kühlmitteldurchfluß­ weges von dem Erregertransformator 18 zu der Kühlflüssig­ keitsquelle 40 zu bilden.

Die Verwendung von Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Komponen­ ten der Erregervorrichtung gemäß der Erfindung gestattet die Verwendung eines kleineren Transformators 18 gegenüber den bislang benutzten und/oder gestattet das Vergrößern der Nennleistung eines Transformators 18, der dieselbe Größe oder dieselben Außenabmessungen wie bislang benutzte Trans­ formatoren mit gasförmigem Kühlmittel hat, wodurch die den Feldwicklungen 13 (Fig. 1) zugeführte Leistung und schließ­ lich die potentielle maximale Ausgangsleistung des Genera­ tors erhöht wird. Die Größe des Transformators 18 kann wei­ ter verringert und/oder dessen Nennleistung vergrößert wer­ den, wenn eine Kühlflüssigkeit gemäß der Erfindung benutzt wird, indem der Raum innerhalb des Transformators 18 vor­ teilhaft ausgenutzt wird, der bislang für Kühlkanäle erfor­ derlich ist, die gasförmiges Kühlmittel durch den Kern lei­ ten 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 tung von dem Kühlsystem der Maschine getrennt ist. Weiter ist eine statische Erregervorrichtung gezeigt und beschrie­ ben worden, bei der Kühlflüssigkeit, beispielsweise aus ei­ ner vorhandenen Quelle vollentsalzten Wassers, zum Kühlen des Kerns und der Wicklungen eines Transformators der Erre­ gervorrichtung benutzt wird und dadurch die Verwendung ei­ nes Erregertransformators gestattet, der kleiner ist als die bislang benutzten Transformatoren, und/oder das Erhöhen der Ausgangsnennleistung eines Erregertransformators ge­ stattet, der dieselben Außenabmessungen wie bislang benutz­ te Erregertransformatoren hat, wobei der Transformator außerhalb und in unmittelbarer Nähe der dynamoelektrischen Maschine angeordnet werden und unerwünschte Merkmale eines Druckgefäßgehäuses, die erforderlich sind, wenn ein gasge­ kühlter Transformator benutzt wird, beseitigt werden kön­ nen.

Es sind zwar nur gewisse bevorzugte Merkmale der Erfindung zur Veranschaulichung gezeigt worden, viele Modifizierungen und Änderungen liegen jedoch im Rahmen fachmännischen Kön­ nens. Die beigefügten Patentansprüche decken alle diese Mo­ difizierungen und Änderungen, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Claims (19)

1. Statische Erregervorrichtung für eine dynamoelektrische Maschine, wobei die Maschine eine drehbare Feldwicklung zum Erzeugen eines umlaufenden Magnetfeldes, ein Ständer­ blechpaket mit einem mehrphasigen Satz von Hauptankerwick­ lungen, die in Nuten in dem Ständerblechpaket angeordnet sind, und eine erste Kühleinrichtung aufweist zum Liefern eines er­ sten Kühlmittels zum Kühlen wenigstens des Satzes von Haupt­ ankerwicklungen, gekennzeichnet durch:
einen mehrphasigen Erregertransformator (18), der einen Kern (35) und einen Satz Primärwicklungen (29) hat, die mit vorbestimmten Hauptankerwicklungen des Satzes von Hauptankerwicklungen (12) elektromagnetisch gekoppelt sind, und einen Satz Sekundärwicklungen (30), die den Wicklungen des Satzes von Primärwicklungen (29) entsprechen und mit diesen in Elektromagnetflußströmungsverbindung sind; und eine Gleichrichtereinrichtung (20), die mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) elektrisch verbunden sind, um die Feldwicklung (13) zum Erzeugen des Magnetfeldes mit elektrischer Energie zu versorgen; wobei der Erregertransformator (18) einen ersten Wärme­ tauscher in Wärmeflußverbindung mit den Primär- und Se­ kundärwicklungen (29, 30) und mit dem Kern (35) des Er­ regertransformators (18) aufweist und wobei der erste Wär­ metauscher eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Kerns (35) des Transformators (18) enthält.

2. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlflüssigkeit von dem ersten Kühlmittel ge­ trennt ist.

3. Erregervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit ein Teil des ersten Kühlmittels ist.

4. Erregervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit vollentsalztes Wasser ist.

5. Erregervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung (13) und das Ständerblechpaket (11) in einem Gehäuse (15) angeordnet sind und daß der Erregertransformator (18) außerhalb und in un­ mittelbarer Nähe des Gehäuses (15) angeordnet ist.

6. Erregervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) einen zweiten Wärmetauscher (42) zum Kühlen der Gleichrich­ tereinrichtung (20) enthält, wobei der zweite Wärmetauscher (42) in Serienkühlflüssigkeitsströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist.

7. Erregervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Kühlmittelquelle (40) zum Liefern der Kühlflüssigkeit, wobei der erste und der zweite Wärmetauscher (42) mit der Kühlmittelquelle (40) verbunden sind, so daß die Kühlflüs­ sigkeit von der Kühlmittelquelle (40) zu dem zweiten Wärme­ tauscher (42) und dann zu dem ersten Wärmetauscher strömt.

8. Erregervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) wenigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit durch den wenigstens einen hoh­ len elektrischen Leiter zu dem ersten Wärmetauscher strömt.

9. Erregervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) wenigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem zweiten Wärmetauscher (42) zu dem ersten Wärmetauscher durch den wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter strömt.

10. Erregervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) weiter wenigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenig­ stens einen weiteren hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem ersten Wärmetauscher zu einer Kühlflüssigkeitsquelle wenigstens zum Teil durch den weiteren hohlen elektrischen Leiter strömen kann.

11. Erregervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) weiter wenigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenig­ stens einen weiteren hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem ersten Wärmetauscher zu einer Kühlflüssigkeitsquelle (40) wenig­ stens zum Teil durch den weiteren hohlen elektrischen Leiter strömen kann.

12. Statische Erregervorrichtung für eine dynamoelektrische Maschine, wobei die Maschine ein Gehäuse, eine drehbare Feldwicklung zum Erzeugen eines umlaufenden Magnetfeldes, ein Ständerblechpaket mit einem mehrphasigen Satz Hauptan­ kerwicklungen, die in Nuten in dem Ständerblechpaket ange­ ordnet sind und eine Kühleinrichtung aufweist, die in Wär­ meflußverbindung mit der Feldwicklung und dem Ständerblech­ paket angeordnet ist, zum Kühlen der Feldwicklung und des Ständerblechpakets, wobei die Feldwicklung, das Ständer­ blechpaket und die Kühleinrichtung in dem Gehäuse angeord­ net sind, gekennzeichnet durch:
einen mehrphasigen Transformator (18) mit einem Kern (35), einem Satz Primärwicklungen (29),die mit entspre­ chenden Hauptankerwicklungen (19) des Satzes Hauptankerwicklungen elektromagnetisch gekoppelt sind, und einem Satz Sekun­ därwicklungen (30), wobei die Sekundärwicklungen (30) Wicklungen des Satzes Primärwicklungen (29) entsprechen und mit diesen in Elektromagnetflußströmungsverbindung sind, und wobei der Transformator (18) einen ersten Wärmetauscher (56, 58) in Wärmeflußverbindung mit den Primär- und Sekundärwicklungen (29, 30) und mit dem Kern (35) und in Kühlflüssigkeitsströmungsverbindung mit einer Kühlflüssigkeitsquelle (40) zum Empfangen ei­ ner ersten Kühlflüssigkeit aufweist; und eine Gleichrichtereinrichtung (20), die mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) elektrisch verbunden ist, um die Feldwicklungen (13) zum Erzeugen des Magnetfeldes mit elektrischer Energie zu versorgen.

13. Erregervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Transformator (18) außerhalb, aber in un­ mittelbarer Nähe des Gehäuses (15) angeordnet ist.

14. Erregervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) einen zweiten Wärmetauscher (42) zum Kühlen der Gleichrichterein­ richtung (20) aufweist und daß der erste und der zweite Wärmetauscher (42, 56, 58) miteinander in Serienkühlflüssig­ keitströmungsverbindung sind, so daß Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitsquelle (40) zu dem zweiten Wärmetauscher (42) und dann zu dem ersten Wärmetauscher (56, 58) strömt.

15. Erregervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) wenig­ stens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem zweiten Wäremtauscher (42) zu dem ersten Wärmetauscher (56, 58) durch den wenig­ stens einen hohlen elektrischen Leiter strömt.

16. Erregervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) weiter we­ nigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenigstens einen weiteren hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem ersten Wärmetauscher (56, 58) zu der Kühlflüssigkeits­ quelle (40) wenigstens zum Teil durch den weiteren hohlen elektrischen Leiter strömt.

17. Erregervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühleinrichtung (50) eine zweite Kühl­ flüssigkeit liefert zum Kühlen wenigstens des Ständerblech­ pakets (11), daß die Kühlflüssigkeitsquelle (40) einen Teil der Kühleinrichtung darstellt und daß die erste Kühlflüssig­ keit und die zweite Kühlflüssigkeit voneinander getrennt sind.

18. Erregervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) wenigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenig­ stens einen hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem zweiten Wärmetau­ scher (42) zu dem ersten Wärmetauscher (56, 58) durch den wenigstens einen hohlen elektrischen Leiter strömt.

19. Erregervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (20) weiter we­ nigstens zum Teil mit dem Satz Sekundärwicklungen (30) durch wenigstens einen weiteren hohlen elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist, so daß die Kühlflüssigkeit von dem ersten Wärmetauscher (56, 58) zu der Kühlflüssigkeits­ quelle (40) wenigstens zum Teil durch den weiteren hohlen elektrischen Leiter strömt.