TW443024B - Rotating electrical machine plants - Google Patents

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經濟部中央標準局員工"费合作社印製 B7_五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種無變壓器下產生高壓直流電的設備， 其中該設備包括有一旋轉高壓單繞組或多繞組機械及一變 流器。本發明亦包括有在可變速度下用於操作高壓電機械 的裝置。在實際操作時，該設備在不需要中間變壓器之下 將機械扭力轉變成直流電流及直流電壓，且該設備在不需 要中間變壓器之下將直流電流及直流電壓轉變成機械扭力。 該單繞組成多繞組機械包括一種具有一片以上廣合垂直 或取向片狀物或其他（例如以無定形或以粉末爲主的材料， 以供能產生交流磁通量）的磁路，一個以上繞組系統、冷卻 系統等，其可置放於該機器的定子或轉子或兩者内。 單繞組或多繞組機械亦可被製做成爲用在空氣間隙内形 成繞組機械，其不具有磁性物料，或只在後視部份具有磁 性物料® 本發明亦包括一種旋轉式高電壓單繞組/多繞组機械的磁 路的製法》 如上述"技術領域"所述，本發明的裝置主要係關於一種 無變壓器下產生高壓直流電的設備部份或關於高電壓電機 機械的設備。本發明所主要使用的設備通常其功率在1 MW 至15 GW之間，且其包括一或數個旋轉式機械。 在電子電力工程之領域内，目前有一技術領域被稱爲電 力電子。此名詞相等於德文"Leistungselektronik"，且有時 被稱做"Stromrichtertechnik"。此領域包括有在不同型式將 電氣電力轉換之，如直流變交流，變換器操作；交流變直 流，整流器操作，交流變交流中對應於交流變換/交流變換 ^43024 A7 ----Μ--；----^.—— (請先閱讀背面之注$項再θ本頁

1T 本紙張尺度逍用中國國家梯率（CNS > A4规格（2丨0X297公釐） 443024 經濟部中央棣準局貝工消費合作杜印製 A7 £7_____五、發明説明（2 ) ，其變換後電壓之頻率、振幅、相位位置及相數目具有任 意比率，直流變直流中對應於直流變換/直流變換。 不幸地，此領域中之專有名詞並未統一，然而，在”國際 電子技術辭典"中及公告IEC 60050-551 IEV，··電力電子'•中 發現有IEC摘要。 目前已存有極多種類不同的半導體元件，其包含於本專 利申請的使用領域内，關於此方面，先前技術之一實例係 揭露於"現代電力電子"，由波絲等人著' IEEE工業電子協 會，ISBN:0-87942-282-3，其中所述的電力電子元件爲：半 導體閘流管、二極體、三端雙向可控制矽開關元件、門電 路斷開半導體閘流管（GTO)、雙極晶體管（BJT)、脈衝寬 度調製晶體管、金屬氧化物場效電晶體、絕緣柵雙極電晶 體（IGBT)、靜電感應電晶嫌（SIT)、靜電感應半導體閘流 管（SITH)、金屬氧化物半導體控制閘流管（MCT)、等等。 利用半導體用於反用換流器操作及整流作用之連接通常 稱爲變流器》瑞典文中無對應的模糊名稱。因爲本發明之 一部份係處理高壓直流電流的電力轉換，其包括有反用換 流器操作及整流器操作，本文中所討論之半導體連接在下 文中稱之爲變流器。 處理高壓電機機械的本發明之此部份是以可變速度驅動 ，使用上述交流/交流電力轉換。下文中會針對先前技術及 針對本發明描述此種電機機械之驅動。 爲能使用本發明之裝置後，同時描述技術經濟優點及利 益，會説明該產生高壓直流之設備如何被設計及用可變速 (請先聞讀背面之注意事項再...本頁} -裝_ -線- 本紙張尺度適用令•國家揉率（CNS > A4规格（210X297公釐〉 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裳 443 0 2 4 A7 _B7__ 五、發明説明（3 ) 度驅動的高壓電機機械如何依據先前技術被設計。 自第1圖中可明顯看出傳統高壓直流發射台之設計，其主 要包括許多交流發電機Gl...Gn，其依據先前技術所具有的 電壓爲25-30 kV。經由變壓器Α1·..Αη(以D/γ連接式爲 較佳）發電機電壓被升壓至適當交流傳輸位準，且經由高壓 交流網路的交流傳輸線向外傳輸長距離中一小短矩離，整 流的主要方法是使用所謂12脈波整流。在交流網路中正弦 波形狀用靠近變流器的交流濾波器加以獲得，該12脈波整 流作用中，自交流系統（其相位彼此相對位移30電氣度）連 接有連續串接變流器橋ΒΙ.,.Βη，連接至高壓交流網路 Υ/Υ-連接變流器變壓器ΥΙ.,.Υη及對應的Y/D-連接變流器 變壓器Dl...Dn而達到此功能，其能將電能饋入變流器。 如此，此種傳統的高壓直流電流發射站包括有兩變壓器 階段、交流濾波器、交流電路新路器及交流匯流條系統。 由於正常下變壓器用於傳輸高功率電力，它們正常下用油 冷卻用油絕緣。由於串接的變流器，變流器的變壓器的繞 组及套管會具有上升的直流電壓（其自地面算起），故其極爲 需求此些變壓器的絕緣物及套管》此描述於由E. Uhlmann所 著'1直流電力傳輸·’，Springer Verlag 1975年，第327頁至328 頁，及在ELECTRA第141册、1992年4月、第34至39頁，及在 ELECTRA第155册，1994年8月，第6頁至30頁。 依據上述已描述一種高壓直流傳輸，其記載在篇名 "Skagerack傳輸"之文章，世界上最長的高壓直流海面下電 纜連接，Asea期刊，1980年第53册第1至第2篇第3至12頁 -6- 本紙張尺度適用中國國家糇率《CNS ) A4«Ufr( 2丨0 X 297公兼） ---:1------裝I. (請先閲讀背面之注意事項再"V本頁 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印簟 r 443024 A7 B7 五、發明説明（4 ) ，及下篇文獻"將發電機直接連接至高壓直流變流器"，在 ELECTRA第 149册，1 993 年8 月。 最近，已討論過一實例的高壓直流發射站，其係自每一 發電機直接連接至Y/Y-連接及Y/D-連接變流器變壓器，此 種設備已描述於上述ELECTRA文獻，而被稱爲"直接連接<。 此種直接連接可自第2圖明瞭其結構。自發電機Gl...Gri 的電壓分別直接饋入至變流器變壓器Υ,.,Υη及Dl...Dn， 此種直接連接極需要變流器變壓器，因爲該變壓器必需能 將發電機電壓升壓變壓成該對應於理想直流電壓位準之位 準》 在使用此種直接連接所遭遇的問題爲變流器諧波會造成 發電機定子繞组的損耗提高了》 爲區別本發明與先前技術，會特別強調指出，在上述文 獻ELECTRA 149號中直接連接至發電機的"高壓直流變流器 "分別包括有兩種Y/Y連接及Y/D連接變流器變壓器、及變 流器。 在其中具有特殊相間變壓器變流器的連接，其顯示於第3 圖，與第1圈及第2圈一致之情況下，變流器S1及S2是藉由 兩種三相電壓（其彼此之間相位移相差30電氣度）經由變壓 器T1及T2以發生電力之供應。若直接連接包括電抗R1及 R2，在饋入電壓器或發電機之時並無直流電壓應力之產生 。用普通芯片及繞組以及中央支管來設計R1及R2。 在本案説明書前言中曾提及，本發明的裝置包括有一單 繞組/多繞組機械，先前技術的多繞组機械之一實例已描述 本紙張尺度適用中國國家樑牵（CNS > A4规格（210X297公釐} ----)--1----裝-- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 、?τ 線 • / · in 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 气·Ί . 4 U 匕‘+ A7 _B7_ 五、發明説明（5 ) 於美國專利第4,132,914號，發明名稱"電機機械定子的六相 繞組"。在繞組被特殊形成，以在外部連接之間盡可能獲得 低的電壓，在此及相似的機械之内的六相繞組係爲以兩個 三相繞组形成，繞組之間彼此正常電氣相位移相差30電氣 度。此有可能用Y連接變壓器及D連接變壓器之協助下達成 單一三相電恩。 上述先前技術的電機機械及相似電機機械其設計的電壓 可高達約25 kV，在不需要中間變壓器以用變流器進行12 脈波整流之下使用該具有兩個三相繞组的電機機械，該三 相繞组之間彼此電氣相位移相差30電氣度，然而，其因在 目前電機機械中具有最高的電壓，整流後的電壓値可高達 約30 kV，對稱地分佈以+/-15 kV在接地電壓之上下》 自數個發電機串接變流器以獲得稱爲高壓直流者，即直 流電壓100 kV以上者，在使用現今技術的發電機及以雲母 爲主的絕緣物爲不可能達成，因爲其不能承受直流電部份 ，而在大多數所使用的變流器連接的發電機繞組將會流通 該直流電部份》 本發明的旋轉式高壓單繞組/多繞組電機機械（包含在一設 備）能如可變速馬達及如發電機操作，馬達操作時經由半導 體連接自高壓直流網路饋入，如發電機操作時能經由半導 體連接及變壓器產生交流網路。 依據先前技術交流電機機械中用可變速度的電機機械驅 動機制假設（基於各種實除原因），該種電機機械裝設有兩個 三相繞组，該三相繞组彼此相位差相差30電氣度《就速度 -8- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' ~~ -----..----裝 I (請先閱讀背面之注Jk-$項再J·"!!·本頁)

'ST 線 0 In —^1 443024 A7 經濟部中央樣準局頁工消費合作社印製 B7五、發明説明（6 ) 控制而言，該電機機械必須提供有可變頻率，依據先前技 術所供應的電壓位準只有5 kV的等級大小。 上述種類的馬達驅動機制已發表於許多型錄及文獻中， 如"高速同步馬達·-速度可調整的堪動"，Asea pamphlet OG 135-101 E，"Freqsyn-高功率應用的新堪動系統·’，Asea期刊 第 59 册（1986):4，第 16 至 19 頁。依據 ABB Review 9/1995 ，p.3 8美國航空及太空總署已訂購一種供驅動風隧道風扇的 10 0-mW速度可調整馬達。 驅動此馬達的供應電力可用不同方式供應，例如，單純 的交流/交流電力轉換，或經由可控制變流器來自直流電壓 網路，建構此種設備已描述在一文獻，篇名"用12脈波負載 交換變流器饋入的具有單一或雙3相星式連接繞組的同步機 械”，公佈在ICEM 94，電機機械的國際會議，第〗册，第 267至第272頁。 可變速的電機機械制亦可用繞组系統的機械加以達成， 只要供應電力發生時，使用最近發展技術（即所謂PWM技 術），也就是，用脈波寬度調變及自我整流變流器，其中可 使用六脈波連接。 關於較小旋轉式電機機械，亦提及所謂磁阻機械 (reluctance machine)，目前其已設計至數百千瓦之功率，其 中，定子及轉子提供有凸極，此種馬達已描述於"可變速開 關磁阻馬達"，IEE Proc. B，第127册，1980年11月，第 253頁至265頁。目前，該機械爲低電賡機械，且繞組園繞 定子的凸極許多層，此種磁阻機械爲後來發展成爲經由變 -9- (請先閲讀背面之注意事項再本頁 -裝. 訂 -In 本紙張Λ度適用中國国家揉準（CNS ) 210X297公釐） 1 443024 A7 __B7 五、發明説明（7 ) 流器連接至高直流電壓用之機械。 如上可清楚明瞭，本發明包括有一種電壓位準明顯超過 先前技術機械的旋轉式高墨單繞組/多繞組電機機械，此需 要在相當較高電機位準下以可變速度的電機機械驅動機制 ，且具有與電機功率有關的優點。 爲能描述本發明的優點及進步性，首先，描述先前技術 的機械的組件。本發明的單繞組/多繞組機械關於一種能產 生電恩系統或數個電壓系統（在空間中用一對應繞組系統進 行相位移）的機械，本質上，本發明的旋轉式高壓單繞組/多 繞組機械的组件係與該機械是否製成爲單繞組機械或多繞 組機械無關，且亦與其可用於高壓直流產生或高壓可變速 馬達之驅動。 因此，先前技術中先説明電壓位準約25至30 kV的傳統 單繞组機械，其例子爲同步機，該説明大致上關於此種機 械的磁路，及如何依據傳統技術構成。因爲在大多數情況 下的磁路是置於定子内，下文中的磁路正常被描述爲一具 有層合芯片的定子，其之繞組被稱爲定子繞組，且繞組層 合芯片中的溝搰將被稱爲定子溝槽或簡單溝槽。 在轉予中具有場繞组及在定子中具有交流繞組的同步機 中，主要的磁通量是由直流電流所產生，同步機通常爲三 相設計。有時，同步機設計有凸極，後者具有在轉子内的 交流繞組，該機械被設計成在定子及轉子内有多相繞組而 成爲所謂同步磁通機械，以能在不同步速度下操作。 通常，大型同步機的定子髏是由具有焊接結構的鋼片所 -10- 本纸張尺度適用中國•家榣牵（CNS ) A4^格（21〇X297公羞） ----Μ------裝—— 請先閱讀背面之注意事項具本頁 訂 經濟部中央揉率局負工消費合作社印製 -II -- 443024 A7 B7 五、發明説明（8 ) ----；---^----裝 |_ 請先閱讀背面之注意事項再"Ik本頁 製成，層合芯片通常由塗上絕緣漆的0,35或0.5毫米電片所 製成。對於較大型機械而言，鋼片被沖打成段片，用模子 或燕尾連接至定子本Μ。層合芯片用壓手指或壓力板固持 著。 將同步機的繞組冷卻時，可使用三種不同的冷卻系統。 在空氣冷卻之情況下，用流經的冷卻空氣將定子繞組及 轉子繞组冷卻，在定子層合物内及在轉子内可發現到冷卻 空氣通道。在用空氣進行通氣及冷卻時，中型及大型機械 的層合芯片被區分成堆疊，該堆疊具有置放在芯片中的徑 向及軸向通氣導管。冷卻空氣可由周遣空氣所組成，然功 率超過1 MW，實質使用一種具有熱交換器的封閉冷卻系統 ，空氣爲水力發電機（hydrogenerator)的基本介質。 線. 在高至約400 MW之渦輪發電機及在大型同步冷凝器中 使用氫冷卻作用，此冷卻方法是用空氣冷卻的熱交換器相 同方式作用，然不使用空氣而是使用氫氣當做冷卻劑，氫 氣較空氣具有較好的冷卻能力，然在密封及監控漏氣方面 遭遇到難解決問題。 經濟部中央橾準局貝工消費合作杜印装 對於500至1000 MW功率範团的渦輪發電機而言，將定 子繞組及轉子繞组用水加以冷卻，此爲習知技術；冷卻通 道爲許多置放在定子繞組之導體内的管。 大型電機機械所遭遇的問題爲冷卻作用會變成不均勻， 而因此在橫越電機機械之上產生溫度差。 定子繞組是置於層合芯片的溝槽，溝槽正常所具有之截 面形狀爲矩形或梯形，每一繞組相包括有許多串接芯片組 • 11- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐> 古 443024 經濟部中央橾準局頁工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（9 ) ，且每一芯片組包括有許多串接線圈。線圈之不同部份被 命名爲該部份之線圈逢（其是置放在定子内）及該部份的線圈 末端，線圈末端是置放在定子之外側。一線圈包括一個以 上在高度及或寬度上繞在一起的導體，在每一導體之間具 有一薄絕緣物，例如環氧樹脂/玻璃織維。用線圈絕緣物將 線圈與溝槽之間加以絕緣，也就是，能承受電機機械至接 地之間加高電壓的絕緣物〇至於絕緣材料，可使用各種塑 膠，絕緣漆及玻璃纖維材料，通常使用所謂雲母帶，其是 雲母及硬質塑膠的混合物，特別被製成，以能抵抗部份放 電，部份放電能快速地損壞絕緣物，將雲母帶纏繞在線圈 上數層，而將絕緣物施用在線圈上，該絕緣物先浸油，然 後線圈邊再用以媒爲主的油漆加以塗漆，以改良其及周圍 定子之接觸，定子是連接至接地電壓。 繞組的導體區域是被相關的電流強度及所使用冷卻方法 所決定。通常所形成的導tt及線圏的形狀爲矩形，以使得 溝槽中導體材料的數量達到最大値，一種典型的線圈是用 所謂羅貝爾棒形成，在羅貝爾棒中，某些羅貝爾棒可製成 中空，以容納冷卻劑，羅貝爾棒包括有許多矩形、平行連 接的鋼導體，其在溝槽之方向上轉置360度。具有540度轉 置及其他轉置的環地棒，形成轉置，以避免循環電流之發 生自磁場方向視之，循環電流會在導髏材料的截面上產生。 在此文章中，應指出在與變流器操作有關之下，在電流 中產生諧波，此些諧波並不是在矩形截面上均勻分佈，而 導致皮膚效應（skin effect)及損耗之增加。 -12- 本紙張Λ度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公嫌） 請先閱讀背面之注意事項再"'V本頁 .裝·

II .線 ' #n rn 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印装 (S, 443 0 2 4 A7 _ B7 五、發明説明（10 ) 基於機械及電機上之原因，一個電機機械不能製成任何 大小，機械功率大致由三因素所決定：（八）繞組的導體面積 ’在正常操作溫度下’例如銅具有的最大値爲3至35安培/ 平方毫米’（B)在定子及轉子材料内最大磁通量密度（磁通 量），（C)在絕緣材料中最大的電場強度，所謂介電強度。 多相交流繞组被設計成單層或雙層繞組。在單層繞組的 情況下，每一溝槽只有一線圈邊，而在雙層繞組之情況下 ’每一溝槽只有兩線圈邊。兩層繞组通常設計成鑽石繞組 (diamond windings)，然而，與此有關的單層繞組可被設計 成鑽石繞組或同轴心繞組，在鑽石繞组，只產生單一線圈 輻度（或可能兩線圈輻度），然而平坦繞組被設計成同軸心繞 組，也就是具有大大變化的線圈寬度。線圈寬度的意義在 兩線圏邊（屬於相同線圏）之間的圓形測量距離，不論與相關 的凸極間距有關，或與中間溝槽間距的數目有關皆具有如 此意義。通常使用不同種類的弦部，例如部份間距，以使 繞組具有理想的性質，繞组的型式大致取決於在溝槽（也就 是線圈邊）内線圈如何連接在定子之外，也就是線圈末端。 在定子堆疊片之外，線圈並不具有以碳爲主絕緣漆的上 漆過半導體性接地電蜃層。線圈末端通常以所謂光暈保護 絕緣漆之型式的電場控制，以將徑向電場轉變成軸向電場 ，此意謂著在線圏末端之絕緣物在較高的相對於地面電壓 下存在著，此有時會導致在線圈末端區域產生光暈，其具 有破壞性，所謂在線圈末端之電場控制點會在設計旋轉式 電機機械發生問題。 -13- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐> ------------^-- 請先閲讀背面之注意事項再"一^本頁) 訂 443024 A7 A7 B7 經濟部中央橾率局貝工消費合作社印製 五、發明説明（11 ) 通常，用兩層繞組及相同的大線圈來設計所有大型電機 機械，在兩層之一層置放在一側且另一層置放在另一側之 下配置線圈，此意味著所有線圏在線圈末端彼此交越過。 若使用兩層以上繞組，交越過的線圈使得繞組工作變成困 難而會損壞線圈末端。 在過去數十載内，已漸漸需要一種高電壓旋轉式電機機 械，該高電壓是先前技術所能設計及製造，依據先前技術 ，就同步機而言，最高所能達到電壓位準爲25-30 kV且在 線圈生產時具有良好的良率》 關於同步機之設計，已有人嚐試新方法，如在篇名”水及 油冷卻式渦輪發電機TVM-300"，J. Elektrotechnika，第1 册，1970年第6頁至第8頁，及美國專利第4,429,244號"發電機 之定子M，及俄羅斯專利文件CCCP專利第955369號》 描述在J. Elektrotechnika内之水及油冷卻式同步機，其電 壓可高達25 kV，該文獻描述一種新絕緣系統，該絕緣系 統由油/紙絕緣物所组成，其可讓定子完全浸入絕緣油内， 該絕緣油既爲冷卻劑又是絕緣物。爲防止在定子内的絕緣 油漏出而到達轉子，在芯片的内表面上配置一介電油分離 環，該定子繞組是由卵形中空形狀的導體所製成，該導體 上配置有油及紙絕緣物。具有絕緣物的線圈邊藉由楔子被 固定至該溝槽（其具有矩形截面）；在中空導體内及定子壁的 孔洞内使用冷卻油，然而此種冷卻系統需要在線圈末端處 具備有油及電之連接機制。厚的絕緣物亦需要使得導體的 曲率半徑提高，此導致繞组外伸部之大小增大。 -14- 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS > A4规格（210X297公釐） -----------裝I. (請先閲讀背面之注意事項再本頁 -丁 _ 線

• I -1- I V 443024 A7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 B7 五、發明説明（12 ) 上述美國專利第4,429,244號係關於同步機的定予部份，該 定子包括有層合片（具有定子繞組的梯形溝槽）的磁芯片，該 溝槽具有漸成錐形之形狀，因爲在朝向轉子之内部之方向 上，較不需要定子繞組的絕緣物，在轉子之内部處，配置 有繞組（其位在中性點（neutral point)之最靠近位置處）之那 一部份，此外，定子部份包括有一最靠近芯片内表面之介 電油分離圓筒，此部份會在與無此環的電機機械相關之情 況下提高磁化規格之標準。定予繞組，定子繞組是由浸絕 緣油的電纜，每一線圈層的電纜具有相同直徑〇用在溝槽 内的間隔物將層彼此分離且用楔子加以固定。此種繞組的 特徵其包括有兩個串接的半繞组，兩半繞組之一者是置放 在絕緣襯套之内部，定子繞組的導體是用周園油所冷卻， 在此系統使用此大量絕緣油之缺點在於會發生漏油的危險 ，且在故陣情況下需要大費周章的清潔工作。位在溝槽之 外的絕緣襯套之此些部份具有圓筒部份及用載流層補強的 圓錐形末尾，其功能是用於控制該區域（在此處電纜進入末 端繞组）内的電場強度。 自俄羅斯專利CCCP第95 5 369號可清楚得知，在嚐試提 高同步機的升高電壓時，該油冷卻定子繞组包括有一傳統 高電壓電纜，該電纜對所有層皆具有相同之尺寸，該電纜 是置放在定子溝槽内，該溝槽爲對應於電纜截面區域的圓 形徑向配置開口，且對應於固定用及冷卻劑用的必備空間 。用絕緣管園繞著繞组的不同徑向配置層，且其固定於絕 緣管内。絕緣間隔物將絕緣管固定在定子溝槽内》由於用 • 15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再本頁 -装. 訂- 線 -In n 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 443 02 4 A7 _B7_ 五、發明説明（13〉 油冷卻，亦需設置一内部介電環，以使油冷卻劑密封在内 部空氣間隔之外。上述系統之絕緣油之缺點亦可應用在此 設計，此設計亦呈現有一在不同定子溝槽之間非常窄的徑 向腰部，此意謂著一種大的溝槽磁通量漏出，此會明顯地 影響同步機的磁化規格。 自1984年電力研究院（EPRI，EL-3391)的報告中描述一種 旋轉式電機機械能達到較高電恩之觀念，以能在不使用中 間變壓器之情況下將電機機械連接至電力網路，經過調查 後，判定此種解決方案能提供良好的效率及良好的經濟效 果，其主要原因在爲在1984年開始有人認爲能開發出直接 連接至電力網路的發電機，且在同時已生產出超導體性轉 子。超導性電場具有大的磁化能力，使得能用一空氣間隔 繞組（具有足夠的厚度）能承受電氣應力。 依據該計劃，將上述正確觀念才加以組合，即用繞組設 計出磁路（一種單石圓柱形電樞，一種導體之兩圓筒是包封 在三個絕緣物圓筒之内，且整個結構是固定在無齒部的鐵 芯片上），判斷出高電壓的旋轉式電機機械能直接連接至電 力網路，解決方案指示出，必需將主要絕緣物具有足夠的 厚度，以抵抗相至相及相至地的電壓，上述解決方案的明 颟缺點在於：除了需要超導體轉子外，其需要一非常厚的絕 緣物，其會增加電機機械的尺寸大小。線圈末端必須被絕 緣，i用絕緣油或弗利筇（freon)加以冷卻，以控制在末端 的大電場。整個機械必須密不透氣地封閉，以防止液體介 電質自大氣吸收水氣。 .16- 本紙張尺度遑用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -----------—— (請先閱讀背面之注意事項苒本頁) 訂 線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 ! 443024 Λ7 ___ B7五、發明説明（l4 ) 當依據先前技術製造旋轉式電機機械時，用導禮及絕緣 系統在數個步驟中製造出繞组，因此在安裝在磁路上之前 ，必須將繞組預成型β在將繞组安裝在磁路上之後，製造 絕緣系统用之浸油物必須預先形成。 本發明的目的是提供一種在無變壓器之下產生高壓直流 電的設備，且該設備包含有一旋轉式單繞組/多繞組機械， 其電暑高至可不使用第1圖及第2圖中所顯示的變壓器階段 ，即先將發電機電壓升壓變壓成爲交流傳輸高電壓，接著 分別傳輸至Υ/Υ連接及Y/D連接變壓器，以用變流器產生 12脈波整流作用，如此，該電機機械中，要用高電壓直接 供應至變流器，高電签是實施高電壓直流網路所需要的， 在本文中，應注意該描述在ELECTRA内"直接連接，'的差異 ，自上文中可清楚了解到，本發明的另一目的是提供一種 高電壓可變速電機機械驅動用的裝備。 事實上’上述兩目的意義在於：在沒有裝設中間變壓器之 情沉下該裝備將機械扭力經由變流器轉變成直流電流及直 流電恩，另一意義在於：在沒有裝設中間變恩器之情況下該 裝備將直流電流及直流電壓經由變流器轉變成機械扭力。 該變流器亦包括有一種以上的半導體裝置，其在"背景技 藝''中已提到。 如此，引用此種單繞组/多繞組電機機械只需要低廉投資 成本，在與先前技術的對應高電壓直流設備比較下空間使 用上亦降低規格，本發明之高電壓直流設備亦讓設備的整 體效率提高，此外，關於高電壓可變速電機機械之驅動機 -17- 請先閔讀背面之注意事項具本頁 -裝. -、-β -線_ 本紙張尺度適用中國国家揲率（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ：43 02 4 A7 _B7_ 五、發明説明（is ) 制，下文中描述的電機機械/變流器觀點較先前技術具有顯 著的優點。 本發明一整嫌部份的旋轉式高電壓單繞組/多繞組電機機 械在定子上會明顯降低熱應力，如此，電機機器的短暫過 載較不嚴重，且在過載—長時間後能驅動電機機械而不會 發生損壞機械之情事。此意味著電力公司的擁有者具有明 顯的利益，他在操作過程中受到干擾被迫快速切換至另一 機組，以確保電力傳輸符合政府規則。 當旋轉式高電壓單繞組/多繞組電機機械成爲本發明一整 體部份，維修费用可大幅降低，因變壓器、聯機抽頭變換 器、電路斷路器、濾波器、傳輸線、電抗器等並不需要裝 設在系統内。 爲提高旋轉式電機機械的功率，已知的方法是吃試將交 流線圈内的電流提高，此已因將導電材料的數量達到最佳 化而達成，也就是，將矩形導體緊密地裝入在矩形轉子溝 槽内，其目標一直是在提高絕緣材料的數量且使用更耐熱 及更筇贵絕緣材料之後所發生溫度上升之問題要能解決， 高溫及在絕緣物上大的電場負載亦會引起絕緣物壽命有關 之問題。在相當厚的壁狀絕緣層（其用於高電壓設備上，例 如雲母帶的浸油層）内，部份放電，PD會產生極爲嚴重的問 題。當製造此些絕緣層時，會輕易產生孔洞孔隙等，在孔 隙内，當絕緣物處在高電場強度之下會產生内部光暈放電 ，此光輦放電會逐漸地損壞該材料，而因此會導致該經過 絕緣物的電崩溃。 -18- 本紙張尺度逋用中國•家樣準< CNS > A4规格（2丨0X297公釐） -----------^ —— (請先閱讀背面之注意事項再本頁)

-、tT 443024 A7 B7 五、發明説明（丨6 ) 本發明與先前技術的旋轉式電機機械之間最重大基本差 異在於，旋轉式高電壓單繞组/多繞組機械的磁路包括一個 以上在空間上相移動的繞组’該繞組爲用一個以上固趙絕 緣導體（在導體及外皮處有半導體性層）的細絲纏繞電纜所構 成，在兩半導體性層之間爲一層固體絕緣物。半導雜性外 層可連接至接地電壓》 如使用第1圈及第2圖所示之變流器連接機械，該固體絕 緣層會處在交流及直流電壓下’另一方面，若使用第3圓之 變流器連接機制，該固髏層只會處在交流電壓之下，本發 明用來樓繞成電機機械内繞组的電规被選用時必須考慮到 上述問題電壓應力》 本發明是基於下列認知，爲能經濟技術上可行的方式提 高旋轉式電機機械的功率，爲了確定上述現象不會破壞絕 緣物才能做到’此可藉用本發明之下列手段達成：所使用的 絕緣層爲使得產生孔洞及孔隙的可能性達到最小，例如， 適當固髏絕緣材料（如熱塑性樹脂，或交聯材料，如XL pe 或橡膠，如EP橡膠或矽橡膠）的固體擠製絕緣層亦交替被交 聯，此外，重要的是，該絕緣物包括有一圍繞該導體的内 層（具有半導體性質）’且絕緣物上裝設有半導體性質圍繞固 體絕緣層的至少一其他外部份。藉使用僅僅一固體絕緣層（ 其製做成後只具有最小量的缺點），且除此外，將半導體性 内部份及外部份提供給固體層，可確信著爲熱負載及電負 載降低了。在溫度梯度之下，具有半導體性層的絕緣部份 能構成一單石部份，且缺點（由固體層及周圍半導體性層内 -19- 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4规格< 210X297公釐） ---^--------f— 請先閲讀背面之注意事項真"Ik本頁 訂 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印裝 443024 A7 _B7___ 五、發明説明（丨7 ) 不同溫度膨脹所引起著）不會產生，而在材料上的電負載會 因下列事實降低’在固雅絕緣層的附近的半導嫌性部份會 構成等電壓表面，而且因此在固體絕緣層上的電場會平均 分佈在絕緣的厚度方向上，半導體性外層可連接至接地電 壓，此意謂著，對此種電规而言，在其整個長度上繞組的 外皮可保持在接地電壓。 在導體的長度方向上適當位置處，可將外層切除，且每 一切除過部份長度可直接連接至所選擇的電壓，接地電壓 ，在半導髏性外層的周圍亦可配置其他層、外皮等，如金 屬遮蔽物，及保護性外套》 與本發明有關之其他知識，即在線圈截面的角落處，因 電場集中，造成電流負載高而產生問題，且如此在該位置 處使得局部負載提高。相似地，在該角落處，轉子齒部的 磁場會集中，此意味著，在局部區域内磁飽和發生，且磁 芯片並未完全被使用，且所產生電壓/電流的波形會被變形 ，此外，由於與磁場有關的導體幾何所引起的渦流電流， 在導體内的感應渦流電流所引起的渦流損耗會對於提高的 電流密度產生不利的作用》 本發明之另一進步性在於：線圈及線圈所置入的溝槽的形 狀爲圓形而不是矩形，由於線圈的形狀爲圓形，線圈會被 一恒定磁場所圍繞，不會發生磁場集中現象，磁場集中會 造成磁場飽和，此外，在線圈内電場會均勻分佈在截面上 ，對絕緣物上的局部負載明顯減緩許多，此外，將圆形線 圈放置於溝槽内的方式爲使得每一線圈組内線圈側的數目 • 20· |_ 本紙張尺度逋用中a國家樣準（CNS ) A4规格（210X297公釐> .請先閲讀背面之注意事項乒本頁 .裝' -* 線 經济部中央棣率局貝工消费合作社印東

五、發明説明（18 ) 可增多，而電壓提高，在導體内的電流値不必一定提高， 此爲較容易達成。原因爲一方面，較低的電流密度，在絕 緣物上較小的溫度梯度，另一方面，由於溝槽的形狀爲圓 形，使得在截面上需要更均勻的溫度分佈，如此更利於導 體之冷卻降溫，其他的進步性在於：自較小元件（所謂線束） 組成導體而達成，線束彼此絕緣，而只有少數目的線束未 彼此絕緣且與半導體性内層接觸，以確定此與導體電壓一 樣具有相同電壓。 另一由線束組成導體的發展是可行的，因線束彼此可絕 緣，如此可降低導體内渦流損耗之損失量。一些線束可彼 此不絕緣，以確定該圍繞導體的半導體性層爲位於與導體 電壓一樣的相同電壓。 圓形導體形狀及分割成線束的另一好處爲諧波電流係極 良好地分佈，因此，當諧波電流會產生，在導體内可具有 較電流爲弦波時更多的線束》 習知的傳輸電能用高壓電纜是由具有擠製絕緣物的導體 所組成，該絕緣物具有半導體性内層及外層，在傳輸電能 時，啓始要件爲絕緣物上應沒有缺點。 本發明旋轉式單繞组/多繞組機械中，導體之絕緣物可不 使用擠製法而用其他方法塗製，例如，用喷霧法，然而， 重要的是，絕緣物在整個截面上應呈現相似的熱性質，絕 緣物可塗用在半導體性層上，相關地而絕緣物是塗用至導 雅上。 較佳地，使用圓截面的電纜，此外，爲獲得較好的填積 , -21-本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > A4规格（210X297公釐） .請先閱讀背面之注意事項再本頁 裝· 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 443024 A7 __B7_ 五、發明説明（19 ) 密度，可使用不同截面的電纜。 爲在旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械内累積電壓，在磁 芯片的溝槽内置放電纜數圏。 當旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械被設計成單繞組機械 ，正常是使用六脈波整流，目前，所提供使用的濾波器及 模組雖會在整流六脈波電壓上引發脈波，然其被保持可接 受之限制範圍内。 主要地，旋轉式高電壓多繞組機械可用随意數目的繞组 系統及随意數目的燒組及随意數目的相加以設計。一由2x3 相系統所组成的較佳具體實例爲彼此相位移相差30電氣度 ’此爲12脈波整流所需要的，其他可能的組合爲2x2相系 統，4 X 3相系統等。 本發明的旋轉式高電餍單繞组/多繞組機械可在很寬的頻 率範圍内操作，對大型機械而言，其可爲低功率範圍内的 數百赫茲之問題，頻率高至數仟赫茲亦可發生。 繞組可被設計成多層同軸心電纜繞组，以降低線圈末端 交越之數目。可用錐形絕緣物製做電纜，以用較佳之方式 使用磁芯片，在該情況下，溝槽的形狀可加以修改，以符 合繞組錐形絕緣物。 本發明旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械的一明顯優點爲 ，在線圈末端區域（在半導鳢外部之外）内的電場趨近於零， 且外皮爲處於接地電墨，不需要控制電場，此意味著，不 能在數片内，或不能在線圈末端區域内或不能在其間的過 渡區域内獲得電場集中。 I -22- 本紙張尺度適用中國«家橾準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） ----：-------^-- (請先閲讀背面之注意事項再本頁) -3 "443024 克、發明説明（2〇 ) 本發明之裝置能使得所用零件整合一體的可能性大幅提 高，如半導體裝置、冷卻系統、接地系統等，此會與具體 實例描述有關而加以詳細説明》 本發明亦關於一種製造磁路的方法，更特別是繞組，該 製法包括有：將電纜剝皮置入溝槽（在磁芯片内）内的開口， 以將繞組置入溝槽，因爲電纜爲可撓曲的，其可弩曲，此 可讓一線圈内的電纜長度内繞置數圈，線圈末端是由電境 的弩曲區域所组成，電纜亦可以如此方式聯接，而在其電 纜長度上其性質保持固定。 此方法與先前技術比較下需要加以簡單化，所謂羅貝爾 棒並不撓曲，然一定要預成型至欲想的形狀。 線圏的絕緣繞組及浸油亦爲極複雜昴貴技術，當日前製 造旋轉式電機機械。 本發明的旋轉式高電壓·單繞组/多繞組機械亦能設計成一 無磁性材料的空氣間隙繞組機械，或設計成只在後部份具 有磁性材料的機械。 總之，依據本發明，在旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械 中裝設一速度控制用之變流器意味著，對於相對應的先前 技術機器而言具有許多重要優點，高電壓意義爲電壓超過 10 kV，且高達電力網路上的電壓位準β —重要優點爲所 選定的電壓（例如接地電壓）已一致地沿著整個繞組導通，此 意味著線圈末端區域可製成很緊密，且在線圈末端區域的 拉緊裝置（bracing means)可在實際接地電塵或任何其他所選 定的電壓下使用，另一重要優點爲以油爲主絕緣物及冷卻 • 23· 本紙張度適用中國國家橾丰（CNS > A4規格（2丨0X297公釐） 請先閲讀背面之注意事項苒本頁 -裝. -a 經濟部中央標隼局月工消费合作社印裝 44302^ 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印轚 Α7 ___Β7_五、發明説明（21 ) 系統消失了，此意謂著不會有密封問題之發生，且不需要 前述介電環。一優點爲所有的強迫冷卻可在接地電壓下進 行。自安裝設備之觀點視之，使用本發明的旋轉式高電壓 單繞组/多繞組機械能節省空間及重量，因其取代先前兩變 壓器階段的設備設計’在本發明之機械設計觀念中，不需 要使用極大廣大的套管（bushing)，該套管在變流器變壓器 内需能承受高直流電壓，高直流電壓係被套管及繞組所承 受。本發明不需用超導體轉子，且不會發生因超導體轉子 所衍生之問題，諸如溫度之維持、包封等。 從本發明之發明名稱可清楚了解，本發明包括有一種高 電壓可變速電機機械之驅動機制，另一種方法，在交流及 交流之間上述電力轉換並未通當使用，此意味著，在電壓 之頻率’振幅’相位置，及相數目之間任意比率下的交流 轉換/交流轉換，此種配置的功能爲當做一種"交流變壓器" ，其能降低或提升電壓，改變頻率及/或改變相數目，連接 機制可爲單純的交流/交流轉換，例如，矩陣變流器，然亦 可設計成直流中間鏈路》 上述性質使得連接機制極適於安裝於高電壓可變速電機 機械操作及本發明旋轉式高電壓機械之設備内，自上述傳 統技術可清楚了解到，該機械可設計成兩繞組機械，經由 兩個三相系統用相位移電歷加以镇電，此種高電壓電機機 械操作之連接機制可從第4a圈看出。 第4a圈中所顯示之設備能當做馬達驅動以及當做發電機 驅動機制。基於經濟及其他技術/實際理由，目前機械繞组 -24- 1紙張尺度適用中國國家揉率（仁呢>八4规格（2丨0><297公釐> - 請先閱讀背面之注意事項弄"%^本頁) ，裝_ 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 443 02 4 A7 A7 B7 五、發明説明（22 ) 的最大適當電壓位準達到25-30 kV。當用做爲馬達驅動機 制時，可自交流網路（如132 kV網路）獲得電力。交流電流 所具有的固定主要頻率之電力轉換成可變化電壓及頻率， 其需要在實例中進行速度控制，其在25-30 kV之較高電展 之下用一直流中間鏈路經由交流/交流轉換。經由一變壓器 T3(具有兩個次級繞組）獲得主要頻率，以達成兩電壓系統 彼此相位移30電氣度，此兩系統將電力分別饋入一交流/直 流變流器AC1及AC2，然後來自此之直流電壓經由直流/交 流變流器AC3及AC4轉變成兩個三相電壓，彼此相位移30 電氣度，用於驅動馬達Μ及負載（如一幫浦）所需之電壓及頻 率具有理想的速度。 第4a圈之連接機制是用於描述發電機驅動，發電機GF是 用渦輪加以驅動，且經由交流/交流電力轉換，變壓器T3的 繞組具有此種電壓，以用理想的電壓將電力餚上交流網路。 第4a圖之連接機制具有4個平行直流導髏，其物理上平行 延伸一短暫距離。直流導體上載有等量電流然方向相反， 在長傳輸距離之情況下，較佳者爲第4b圖之連接機制，因 爲當變流器爲串連時省去兩直流連接機制。第41)圖之連接 機制使得單繞組/多繞组機械的繞组處於直流電壓之下。 第4 c圈之連接機制是第3圖連接機制之改良，且以並聯之 方式連接變流器，此意味著，單繞組/多繞組機械之繞組並 不承受直流電壓。 第1圖顯示一傳統高電壓直流發射站。 第2圈顯示一具有所謂"直接連接"的高電壓直流發射站。 • 25- 本紙张尺度適用中國國家揉率（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐} ----^^-----j.裝— * (請先閱讀背面之注意事項，y本頁) 訂 線 4 43 0 2 4 A? _B7__ 五、發明説明（23) 第3囷顯示一所謂相内變壓器連接機制。 第4a、4b及4c圈顯示本發明高電壓電機機械驅動之連接 機制。 第5圖顯示電流修正標準電纜内之零件。 第6圖顯示一本發明之一具體實例磁路之扇形/極間距之 軸向末端圖。 能製做本發明發明概要中之磁路的一重要條件是繞組用 之電纜中具有一圍繞導體的半導體性層，該層是被一層固 體電氣絕緣物及一半導體性層（圍繞該固體層）所圍繞，此種 電纜被提供爲標準電纜，可供其他電力工程領域使用，爲 了能描述一具體實例，應先簡短描述標準電纜。内部載流 導體包括有許多非絕緣線束，在線束附近有一半導體性外 皮，在此半導體性内皮之附近，有一固體絕緣物之絕緣層 ，此種固體絕緣物之例子是PEX，或所謂EP橡膠（如矽橡膠 ，熱塑性樹脂或交聯熱塑性樹脂）。此絕緣層是半導體性外 層，其被金屬遮蔽物及一外皮，此種電纜被稱爲電力電纜。 旋轉式高電壓單繞组/多繞组機械具有一電纜的繞組，一 較佳具體實例頰示在第5圖。在該圈中所描述之電纜1包括 有一載流導體2，其包括有轉置非絕緣及絕緣線束，亦可能 電機轉置固體絕緣線束，在導體附近，具有一半導體性内 皮3，其由一固體絕緣層4所团繞，此層是被一半導體性外 層5所圍繞，在較佳具體實例中，該電纜被用做爲繞組，其 不具有金屬遮蔽物且沒有外在外皮，爲避免在外半導體内 感應出電流及損耗，其可被切除，較佳在線圈末端，也就 -26· 本紙張尺度適用中國國家榡率（CNS > A姑1格（2丨0X297公釐） ~~~ 請先閲讀背面之注意Ϋ項本頁 裝- 訂 線 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裂 4 3 〇 2 4 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 Α7 _Β7_五、發明説明（24 ) 是，在片狀物堆至末端繞組的過渡區域之某處，然後，每 一切除部份連接至地面，然後，在整個電纜長度上外半導 體會維持在（或趨近）接地電壓，此意味著，在線圈末端的固 體絕緣繞組之附近，可接觸的表面（在使用某些時間之後， 表面弄髒後，只具有可忽略的電壓，且它們亦引起可忽略 的電場。 爲使旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械達到最佳化，磁路 之設計上，爲溝槽及齒部具有決定性重要性。線絲電境之 具體實例中，溝槽應盡可能連接至線圈邊的外皮，亦希望 在每一徑向位置的齒部爲盡可能寬，爲了使得渦流損耗（磁 化规定）降低至最小値，此點很重要。 爲了使得繞組的導體能用做爲上述電纜，自數個觀點視 之，有很大的可能性能將磁芯片達到最佳化，在下文中， 提及一種旋轉式高電壓單繞组/多繞組機械之定子的磁路， 第6圈中顯示一具體實例的本發明電機機械的扇形/極間隙6 的軸向端視圈。具有轉子極的轉子被编爲7，以傳統的方式 ，定子是由連續電片的層合芯片所组成，該電片是由扇形 片所组成，自心片的後部份8(位在徑向最外端），許多齒部 9徑向向内延伸而向著轉子。在齒部之間有一對應數目的溝 槽10，依據上述使用電纜〖丨時，能讓高電壓電機機械用之 溝槽深度較先前技術者更深，該溝槽具有向轉子形成錐形 的截面，因在向轉子的每一繞組層爲較不需要電纜絕緣物 。自圖中可清楚看出，該溝槽實質上由在每一層繞組附近 的圓截面所组成，而在層之間具有窄的腰部13。經審判之 -27- 請先閲讀背面之注意事項声本頁 -裝. 訂 線 本紙張^度適用+^^^_^2^(0阳）八4现格（2丨〇><297公簸） 443024 Αν _B7_ 五、發明説明（25 ) 後，此種溝槽截面可被稱爲"循環鏈溝槽"，因爲在此種高 電壓機械中，需要相當多的層，相關電纜大小尺寸及有關 於絕緣物及外半導體被限制，事實上，較困難之事是達到 電纜絕緣物及定子溝槽之理想連績錐形，在第6圖中所顯示 的具體實例中，可使用三種不同尺寸電纜絕緣物的電纜， 係配置在三種對應的尺寸段14、15及16，也就是説，事實 上可獲得一改良循環鏈溝槽，該圈中亦顯示，在整個溝槽 的深度方向上以實際上恆定徑向寬度將定子齒部加以成形。 在另一具體實例中，被用做爲繞組的電纜可爲如上所述 的傳統電力電纜，然後，半導體性外遮蔽物之接地可將金 屬遮蔽物及適當位置電纜之外皮脱除。 本發明之範圍包括有許多不同的具體實例，取決於可提 供的電纜尺寸，關及絕緣物及半導體外層而言。具有所謂 循環鏈溝槽的具體實例能用超出以上範团者加以修改。 如上所述，磁路可位在旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械 的定子及/或轉子内，然而，磁路的設計大大地對應於上述 説明’而與磁路位在定子内及/或轉子内無關。如説明之引 言部份所述’電機機械可被設計爲不具有磁性材料的空氣 間隔纏繞機械，或只在後部份具有磁性材料。 至於繞組，較好使用的繞組可被描述爲多層同軸心電纜 繞組，此種繞組意指，在線圈末端的交越數目已達最小値 ，係將在相同组内的所有線圈放置於徑向--位置上，此 使得製法更簡單，且在不同溝槽内線束化成定子繞組，若 電機機械被製成爲具有凸極的機械，練組/許多繞組可在凸 -28- 本紙張尺度逍用中繭國家揉率（CNS )八4規)格（210X297公釐） 請先聞讀背面之注意事項声θ本頁 -裝. 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 443024 A7 ____B7 五、發明説明（26 ) 極附近纏繞。 在另一具體實例的旋轉式高電壓單繞組/多繞组電機機械 中，電纜可纏繞在凸極的附近’樓繞之方式極相似於瑞典 專利申請第970033 5-4號一具體實例的高電壓變壓器。 在本文中所説明的具體實例的單繞組/多繞組機械中，已 使用徑向磁通及軸向繞组電流的具體實例，亦可使用目前 技術以相似於低電赓機械之方式設計單繞組/多繞組機械（具 有轴向空氣間隔磁通量及徑向繞组電流）。 依據本發明一具體實例之設備中，半導體裝置可構成高 電壓單繞组/多繞組機械之整個部份。 單繞組/多繞組機械及半導體装置可具有共同的冷卻系統》 單繞組/多繞组機械及半導體装置應具有相同一般的接地 連接機構。 (請先聞讀背面之注項再本頁) 裝. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -29- 本紙垠尺度逋用中國國家揲率（> A4规格（21〇χ 297公簸^

Claims (1)

1. A8 B8

   443 0 2 4 第86107938 &專利申請案 中文申請專利範圍修正本(89年11月）骂 六、申請專利範圍 丨.一種功率範固為1MW至丨5GW之設備，包括有一旋轉式 高電壓單繞组/多繞組機械及一變流器，其特徵在於該 機械為一高電壓機械並包括有一具有1個以上磁芯片及 —個以空間相位移繞組的磁路，並且該繞組包括有—個 以上載流導體（2)，在每一導體附近設有一具有半率雜 性質的第一層（3)，在第一層的附近設有一固體絕緣層 (4)，在絕緣層的附近設有一具有半導體性質的第二居 (5 )’並且經由變流器在不需要中間變壓器及/或電抗器 之下，一機械扭力轉變成直流電流及直流電壓。 2. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該變流器包 括有半導體裝置，其被連接且用做為交流/直流變流器β 3. —種功率範圍為1MW至15GW之設備，包括有一旋轉式 高電壓單繞組/多繞組機械及一變流器，其特徵在於：該 機械為一高電壓機械並包括有一具有1個以上磁芯片及 —個以空間相位移繞組的磁路，並且該繞组包括有一個 以上載流導體（2)，在每一導體附近設有一具有半導禮 性質的第一層（3)，在第一層的附近設有—固體絕緣層 (4) ’在絕緣層的附近設有一具有半導髖性質的第二層 (5) ’並且在不需要中間變壓器及/或電抗器之下經由變 流器，直流電流及直流電壓被轉換成機械扭力。 4. 如申請專利範圍第3項之設備，其特徵在於：該變流器包 括有半導體裝置，其被連接且充做直流/交流變流器。 5. 如申請專利範園第1或2項之設備，其特徵在於：將直流/ 交流變流器連接至交流/直流整流器，而直接連接至交流 本紙ft疋度遴用令獼國家樣準（CNS ) A4规格（2ΪΟΧ297公釐} --------r裝------訂-----γ線 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部t央揉車局貝工消费合作杜印¾ ABCD 4 43 C ? 4 π、申請專利範圍 網路，不需要中間變壓器》 6. 如申請專利範圍第3或4項之設備，其特徵在於：直流/交 说整流器係連接至直流/交流反相換用器的直流側，不需 要中間變壓器之下直接連接至交流網路。 7. 如中請專利範圍第2或4項之設備，其特徵在於·該半導 體装置可由半導體閘流管' 二極體、三端雙向可控制矽 開關元件、門電路斷開半導體閘流管、雙極晶體管 (B J Τ )、脈衝寬度調製晶體管、金屬氧化物場效電晶體 、絕緣柵雙極電晶體（IGBT)、靜電感應電晶體（sit)、 靜電感應半導體閘流管（S IΤ Η )、金屬氧化物半導體控 制閘流管（MCT)及具有半導體性質相似元件所組成。 8. 如中請專利範圍第1、2、3或4項之設備，其特徵在於· 該變流器構成旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械之整體部 份3 9. 如中請專利範圍第丨或2項之設備，其特徵在於：變流器 構成旋轉式高電壓單繞组/多繞組機械之整體部份。 10. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其特徵在於·變流器 構成旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械之整體部份。 11·如申請專利範圍第1或2項之設備，其特徵在於：旋轉式 高電壓單繞組/多繞組機械及半導體裝置具有共同的冷卻 系統》 12.如申請專利範圍第！或2項之設備，其特徵在於：旋轉式 高電壓單繞組/多繞組機械及半導體裝置具有共同的冷卻 系統。 -2- 本紙永尺度適用t晒·家樣準（CNS > A4*t格（210X 297公釐） -------— 裝------訂-----)線 (請先《讀背由之注意事項#填寫本I) 經濟部中央橾準局員工消费合作社印氧 443024 經濟部中央標率局貝工消f合作杜印U Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 13. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其特徵在於：旋轉式 高電恩單繞組/多繞組機械及半導體裝置具有相同共同的 冷卻系統。 14. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其特徵在於：旋轉式 高電壓單繞組/多繞組機械及半導體裝置具有相同共同的 冷卻系統。 IX如申請專利範圍第1或3項之設備，其特徵在於·第一層 (3)具有與導體電壓大致相同的電壓。 16. 如申請專利範圍第丨或3項之設備其特徵在於第二層 (5)<配置法為其在導體/許多導體的附近構成等電位表 面& 17. 如申清專利範圍第丨或3項之設備，其特徵在於第二層 (5 )是連接至接地電壓。 18. 如_請專利範圍第丨或3項之設備，其特徵在於就繞組 而言，所有的半導體層及絕緣層呈現相似的熱性質，以 使得在繞组内發生熱移動時’在絕緣部份不發生缺點或 裂縫。 19. 如申請專利範圍第丨或3項之設備，其特徵在於載流導鱧 包括有許多線束，因而只有少數目的線束彼此不絕緣。 20. —種旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械，具有一磁性電路 ，其中該磁性電路包括有一磁芯片及一個以上在空間相 位移的縫組，其特徵在於：該繞組包括有一電纜，該電境 包含有一個以上載流導體（2),每一導體包括有許多線 束’在每一導體之周圍設有一半導體内層（3)，在其附 本紙狀Ait财圈_家鮮（CNS ) Α4ΛΛ ( 210 X 297公羡） --------r裝------訂-----》線 (请先《讀背面之注意事項再填寫本页) 1* 443 Ο 2 Λ ABCD 經濟部中央檫準局貝工消t合作社印装 π、申請專利範圍 近配置有-固體絕緣物的絕緣層（4)，在其附近配置有一 半導體性外層（5)。 2Κ如申請專利範圍第20項之旋轉式高電壓單繞組/多繞組 機械，其特徵在於：該電纜亦包括有一金屬遮蔽物及一護 層。 22. 如申請專利範圍第20項之旋轉式高電壓單繞組/多繞組 機械，其特徵在於：該磁性電路是配置在旋轉式電機機械 的定子及/或轉子。 23. 如申請專利範圍第2 0項之旋轉式高電壓單繞组/多繞組 機械，其特徵在於：半導體性外層（5 )被切割成許多部份 ，其分別連接至接地電壓。 24. 如申請專利範圍第20、21、22或23項之旋轉式高電| 單繞組/多繞組機械’其特徵在於：將半導體性外層連接 至接地電壓’在半導體性層之外在溝槽内線圏末端區域 内機械之電場會趨近零。 25. 如申請專利範圍第2 0或2 1項之旋轉式高電壓單繞組/多 繞組機械，其特徵在於：當電纜包括有數個導體，其被置 換.3 26. 如申請專利範圍第2 0項之旋轉式高電壓單繞組/多繞組 機械’其特徵在於：載流導體/許多導髏（2)包括有非絕緣 及絕緣線，整束成線束，而成為許多層。 27. 如申請專利範圍第2 0項之旋轉式高電壓單繞組/多繞组 機械，其特徵在於：載流導體/許多導體（2)包括有非絕緣 及絕緣線束，轉置成許多層。 ‘ · 本紙張尺度適用中國·家樣準（CNS ) A4*t格（2丨Ο X 29了公* ) --------y裝------訂----tr (請先聞讀背面之注意事項再填寫表I) A8 B8 C8 D8 4<3〇24 申請專利範圍 一8·如申請專利範圆第2 0項之旋轉式高電壓單繞組/多繞組 機械’其特徵在於：該溝槽（丨〇 )由許多圓柱形開口（ 1 2) 所形成’徑向及軸向--配置延伸’在圓柱形開口之間 具有一大致圓形截面，該圓形截面被一窄的腰部（13)所 分離。 29.如令請專利範圍第2 0或2 8項之旋轉式高電壓單繞組/多 繞组機械’其特徵在於：自層合芯片之後部（8 )計算之， 溝槽的圓柱形開口（ 1 2 )的大致圓截面被設計成具有連續 端小的半徑。 〇〇.如_請專利範圍第2 0或2 8項之旋轉式高電壓單繞組/多 繞組機械’其特徵在於：自層合芯片之後部（8 )計算之， 溝槽的圓柱形開口（丨2 )的大致画截面被設計成具有一非 連續縮小的半徑α 31. —種旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械，其特徵在於：該 機械為_鬲電壓機械並包括有一具有1個以上磁芯片及 一個以空間相位移繞組的磁路，並且該繞組包括有一個 以上載流導體（2)，在每一導體附近設有一具有半導體 性質的第一層（3 )，在第一層的附近設有一固體絕緣層 (4 )’在絕緣層的附近設有一具有半導體性質的第二層 (5)，並且磁芯片是用凸極形成β 32. —種旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械，其特徵在於：該 機械為一高電壓機械並包括有一具有1個以上磁芯片及 一個以空間相位移繞組的磁路，並且該繞組包括有一個 以上載流導體（2)，在每一導體附近設有一具有半導體 -5- 夂紙洙尺度邋用家撑率（CNS > A4規•格（2丨0X297公漦） --------y 裝------訂------r (請先Η讀背*之注意事項再填寫本頁) 經濟部t央榛车局負工消费合作杜印製 ^ 4 3 0 p .1 A8 B8 C8 D8______ 六、申請專利範圍 性質的第一層（3 >，在第一層的附近設有一固體絕緣層 (4 )’在絕緣層的附近設有一具有半導體性質的第二層 (5 )’並且該機械是空氣問隙纏繞。 33. 如申請專利範園第3 2項之旋轉式高電壓單繞組/多繞組 機械’其特徵在於：該空氣間隙磁通量是徑向。 34. 如申請專利範園第3 2項之旋轉式高電壓單繞組/多繞組 機械’其特徵在於：該空氣間隙磁通量是抽向。 35. ~種旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械之製法，該機械包 括一磁路，該磁路包括有一磁芯片，該磁芯片包括有溝 螬、管道等，因而此些溝槽等具有至少一開口，其可自 磁芯片之外接近，及一繞組，其特徵在於：該繞組包括有 —個以上載流導體（2 )，在每一導體附近設有一具有半 導體性質的第一層（3 )，在第一層的附近設有一固體絕 緣層（4 )，在絕緣層的附近設有一具有半導體性質的第 二層（5 )，並且繞組具有可撓曲性，且被整束送入開口 〇 36. —種旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械用磁路之製法，其 中，磁路是配置在旋轉式電機機械之定子及/或轉子内， 其磁路包括有一具溝槽（t〇)的磁芯片（8)，該溝槽供兩 個以上繞組（I )之用，該繞組在空間相位移，且其中， 溝槽形成為圓柱形開口（ 1 2 )’自徑向及轴向向外延伸， 具有大致圓形截面，該製法的特徵在於：該繞組包括有— 電纜，該電纜具有有一個以上載流導體（2 )，在每—導 體附近設有一具有半導體性質的第一層（3)，在第一層 --------r裝— (请先«讀背面之注意事項具填寫本頁) 訂 經濟部中央標隼局貝工消t合作.社印裂 -6-

   44 〇 A8 B8 C8 D8 7、申請專利範圍 的附近設有一固體絕緣層（4) ’在絕緣層的附近設有一 具有丰導體性質的第二層（5 )，並且該電纜被穿線而進 八圓柱形開口， —種旋轉式高電壓單繞組/多繞組機械的磁路之製法，其 中’磁路係配置在旋轉式電機機械之定子及/或轉子内， 且被形成為凸極’該方法的特徵在於：繞組包括有—電境 ，該電纜具有有一個以上載流導體（2)，在每一等禮附 近設有一具有半導體性質的第一層（3)，在第—層的附 近設有一固體絕緣層（4 )’在絕緣層的附近設有—具有 半導體性質的第二層（5)’並且該電纜是圍繞在凸極之 附近。 --------r------ir------.r (請先《讀背面之注意事項弄填寫本頁) 經濟部中央橾率局負工消费合作社印«. 本纸乐尺度適用中國獼家轘率（CNS ) A4洗格（2丨0X297公釐）