DE102010001437A1 - Dynamo electric machine for use as e.g. generator, has secondary cooler for cooling cooling media of primary cooling circuit of machine and primary cooling circuit of slip ring arrangement, where secondary cooler is formed as upper cooler - Google Patents

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Abstract

The machine (1) has a slip-ring rotor whose slip ring arrangement (8) is arranged on a B-side of the machine. A fan (9) i.e. radial fan, is arranged between the arrangement and the B-side of the machine. A common secondary cooler (11) cools cooling media of a primary cooling circuit (15) of the machine and a primary cooling circuit (12) of the arrangement. The secondary cooler is formed as an upper cooler e.g. air-water cooler. An external fan (10) is arranged in an axial extension of the secondary cooler.

Description

Die Erfindung betrifft eine geschlossene dynamoelektrische Maschine mit einem Schleifringläufer und einer Schleifringanordnung, wobei ein Sekundärkühler zur Kühlung vorgesehen ist.The invention relates to a closed dynamoelectric machine with a slip ring rotor and a slip ring assembly, wherein a secondary cooler is provided for cooling.

Bei dynamoelektrischen Maschinen mit Schleifringläufer sind die Wicklungen des Läufers über eine Schleifringringanordnung nach außen geführt. Dabei kann die Läuferwicklung durch Beschaltung mit Widerständen oder durch eine Hilfsspannung veränderlicher Frequenz beaufschlagt werden.In dynamoelectric machines with slip ring rotor, the windings of the rotor are guided via a slip ring ring assembly to the outside. In this case, the rotor winding can be acted upon by wiring with resistors or by an auxiliary voltage variable frequency.

Dies gestattet das Hochfahren und Drehzahlstellen der dynamoelektrischen Maschine mit einfachen Mitteln. Um nun insbesondere eine geschlossene Bauart (IP54) zu realisieren, sind die Schleifringanordnung also im Wesentlichen die Schleifringe mit dem Bürstenapparat im Inneren der dynamoelektrischen Maschine angeordnet und durch eine Trennwand von Ständer und Läuferwicklung getrennt. Schleifringe und Bürsten werden durch Einbindung in den Kühlkreislauf des jeweiligen Kühlers der dynamoelektrischen Maschine mitgekühlt. Dadurch gelingt eine gute und ausreichende Kühlung der Schleifringe und Bürsten.This allows the start-up and speeding of the dynamoelectric machine with simple means. In order to realize in particular a closed type (IP54), the slip ring assembly are thus arranged essentially the slip rings with the brush apparatus inside the dynamoelectric machine and separated by a partition wall of the stator and rotor winding. Slip rings and brushes are co-cooled by integration into the cooling circuit of the respective radiator of the dynamoelectric machine. This ensures good and sufficient cooling of the slip rings and brushes.

Nachteilig dabei ist, dass eine erhebliche Reduzierung der Motorleistung bezogen auf eine Baugröße und Motorlänge eintritt, da der für die Schleifringe benötigte axiale Bauraum direkt zu Lasten der Eisenlänge und somit zu Lasten der Leistung des Motors einhergeht.The disadvantage here is that a significant reduction of the engine power based on a size and engine length occurs because the space required for the slip rings axial space is directly related to the expense of iron length and thus at the expense of the performance of the engine.

Des Weiteren besteht die Gefahr, dass der unvermeidliche Bürstenabrieb, der elektrisch leitend ist, sich an Teilen der Ständer- bzw. Läuferwicklung absetzt und so im Laufe der Zeit zu Überschlägen und Zerstörung der jeweiligen Wicklung führt.Furthermore, there is the danger that the inevitable brush abrasion, which is electrically conductive, settles on parts of the stator or rotor winding and thus over time leads to flashovers and destruction of the respective winding.

Des Weiteren ist die eingeschränkte Zugänglichkeit für Servicearbeiten, wie z. B. Bürstenwechsel innerhalb der dynamoelektrischen Maschine nur äußerst umständlich und aufwändig zu bewerkstelligen. Bei einem Austausch der Schleifringe selbst muss sogar in aufwändiger Art und Weise das BS-Lager vorher entfernt werden.Furthermore, the limited accessibility for service work, such. B. brush change within the dynamoelectric machine only extremely cumbersome and complex to accomplish. When replacing the slip rings themselves, the BS bearing must be removed beforehand even in a complex manner.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine dynamoelektrische Maschine mit Schleifringläufer und Schleifringanordnung zu schaffen, die auch bei einer geschlossenen Bauart eine gute Zugänglichkeit für Servicearbeiten und ausreichende Kühlung der Schleifringanordnung erlaubt.Based on this, the present invention seeks to provide a dynamoelectric machine with slip ring rotor and slip ring assembly, which allows good accessibility for service work and sufficient cooling of the slip ring assembly even in a closed design.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine dynamoelektrische Maschine mit

  • – einem Schleifringläufer, dessen Schleifringanordnung auf der B-Seite der dynamoelektrischen Maschine angeordnet ist,
  • – jeweils einem geschlossenen Primärluftkühlkreislauf für die dynamoelektrische Maschine als auch die Schleifringanordnung,
  • – einem Lüfter, insbesondere Radiallüfter, der zwischen Schleifringanordnung und der B-Seite des Gehäuses der dynamoelektrischen Maschine angeordnet ist,
  • – einem gemeinsamen Sekundärkühler, der die Kühlmedien von Primärkühlkreislauf der dynamoelektrischen Maschine und Primärkühlkreislauf der Schleifringanordnung kühlt, wobei der Sekundärkühler vorzugsweise als Aufsatzkühler ausgebildet ist.
The solution of the problem is achieved by a dynamoelectric machine with
  • A slip ring rotor whose slip ring arrangement is arranged on the B side of the dynamoelectric machine,
  • In each case a closed primary air cooling circuit for the dynamoelectric machine and the slip ring arrangement,
  • A fan, in particular a radial fan, which is arranged between the slip ring arrangement and the B side of the housing of the dynamoelectric machine,
  • - A common secondary cooler, which cools the cooling media of the primary cooling circuit of the dynamoelectric machine and primary cooling circuit of the slip ring assembly, wherein the secondary cooler is preferably designed as a top cooler.

Der nunmehr separate Primärkühlkreislauf für Schleifringe und Bürsten bei gleichzeitiger Abschottung dieses Kühlkreislaufs vom Primärkühlkreislauf der dynamoelektrische Maschine, die vorzugsweise die Aktivteile der dynamoelektrischen Maschine, wie Ständer- und Läuferwicklung kühlt, kann nunmehr kein Bürstenabrieb ins Innere der dynamoelektrischen Maschine und damit an die Wicklungen gelangen. Damit werden leitfähige Beläge auf den Wicklungen vermieden, was letztendlich die Durchschlagsfestigkeit des Isolationssystems erhöht.The now separate primary cooling circuit for slip rings and brushes with simultaneous foreclosure of this cooling circuit from the primary cooling circuit of the dynamoelectric machine, which preferably cools the active parts of the dynamoelectric machine, such as stator and rotor winding can now get no brush abrasion into the interior of the dynamoelectric machine and thus to the windings. This avoids conductive deposits on the windings, ultimately increasing the dielectric strength of the insulation system.

Das Lager an der B-Seite wird zusätzlich von außen durch die separate Kühlung der Schleifringanordnung gekühlt. Aufgrund der Anordnung der Schleifringanordnung außerhalb der dynamoelektrischen Maschine und damit des BS-Lagers ist für Servicearbeiten die einfache Zugänglichkeit der gesamten Schleifringsanordnung gegeben. Dies ist insbesondere für dann von Vorteil wenn eine derartige Maschine als Windkraftgenerator eingesetzt wird, wo in Gondeln sehr beengte Platzverhältnisse vorliegen, die eine einfache Zugänglichkeit notwenig machen.The bearing on the B side is additionally cooled from the outside by the separate cooling of the slip ring assembly. Due to the arrangement of the slip ring assembly outside of the dynamoelectric machine and thus the BS-bearing the easy accessibility of the entire slip ring assembly is given for service work. This is particularly advantageous when such a machine is used as a wind power generator, where in gondolas very cramped space available that make easy accessibility necessary.

Der Sekundärkühler ist vorzugsweise als Luft-Luftkühler ausgebildet, kann aber auch als Luft-Wasserkühler ausgebildet sein. Dabei sind die Primärkühlkreisläufe von dynamoelektrischer Maschine und Schleifringanordnung als Luftkühlung ausgeführt, während der gemeinsame Sekundärkühler als Wasserkühler ausgeführt ist.The secondary cooler is preferably designed as an air-air cooler, but may also be designed as an air-water cooler. The primary cooling circuits of dynamoelectric machine and slip ring assembly are designed as air cooling, while the common secondary cooler is designed as a water cooler.

Bei einem Luft-Luftkühler wird der Primärkühlkreislauf der dynamoelektrischen Maschine und der Primärkühlkreislauf der Schleifringanordnung, die durch einen geschlossenen Umlauf eines Gases, vorzugsweise Luft durch den Sekundärkühler rückgekühlt. Der Sekundärkühler ist vorzugsweise als Röhrenkühler ausgebildet und bewirkt durch seinen in den Röhren vorhandenen Luftstrom eine Rückkühlung des Kühlmediums der Primärkühlkreisläufe, das zwischen den Röhren umgewälzt wird. Der Luftdurchsatz des Röhrenkühlers kann insbesondere einen Fremdlüfter axial vor oder nach dem Röhrenkühler gesteigert werden.In an air-to-air cooler, the primary cooling circuit of the dynamoelectric machine and the primary cooling circuit of the slip ring assembly are recooled by a closed circulation of a gas, preferably air, through the secondary cooler. The secondary cooler is preferably designed as a tube cooler and causes by its present in the tubes air flow recooling of the cooling medium of the primary cooling circuits, which is circulated between the tubes. The air flow of the tube cooler can in particular a External fan can be increased axially before or after the tube cooler.

Damit vom Primärkühlkreislauf der Schleifringanordnung in den Primärkühlkreislauf der dynamoelektrischen Maschine kein Bürstenabrieb gelangt, sind auch im Bereich des Sekundärkühlers diese beiden Kühlkreisläufe durch eine Trennwand streng zu trennen.So that no brush abrasion passes from the primary cooling circuit of the slip ring assembly in the primary cooling circuit of the dynamoelectric machine, these two cooling circuits are strictly separated by a partition in the area of the secondary cooler.

Um eine vorgegebene Schutzart beispielsweise IP54 auszuführen, ist eine dementsprechende Kapselung der Schleifringanordnung vorzusehen. Dabei kann, um die Vorgänge im Inneren zumindest zeitweise überwachen zu können, ein Schauglas vorzugsweise auf Höhe der Schleifringe vorgesehen werden.In order to carry out a predetermined degree of protection, for example IP54, a corresponding encapsulation of the slip ring arrangement is to be provided. In this case, to be able to monitor the processes in the interior at least temporarily, a sight glass are preferably provided at the level of the slip rings.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand folgender Figuren näher beschrieben; darin zeigen:The invention and further advantageous embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the following figures; show in it:

1 einen Längsschnitt einer dynamoelektrischen Maschine mit Schleifringanordnung, 1 a longitudinal section of a dynamoelectric machine with slip ring assembly,

2 eine Seitenansicht eines Röhrenkühlers. 2 a side view of a tube cooler.

1 zeigt eine dynamoelektrische Maschine 1 mit einem Aufsatzkühler 2 und einem vor diesem Aufsatzkühler 2 angeordneten Fremdlüfter 10. Der Fremdlüfter 10 verursacht eine Luftströmung, die einen Sekundärkühlerkreislauf 11 durchstreicht. Diese Luftströmung wird durch Rohre 14 des Aufsatzkühlers 2 geführt und führt so zu einer Kühlung der Primärkühlkreisläufe 12, 15 der dynamoelektrischen Maschine 1 selbst und der Schleifringanordnung 8. 1 shows a dynamoelectric machine 1 with a top-cooler 2 and one in front of this tower chiller 2 arranged external fan 10 , The external fan 10 causes an air flow, which is a secondary cooler circuit 11 rules out. This air flow is through pipes 14 of the tower cooler 2 led and leads to a cooling of the primary cooling circuits 12 . 15 the dynamoelectric machine 1 itself and the slip ring assembly 8th ,

Diese Primärkreisläufe 12, 15 sind vorzugsweise geschlossen, d. h. es ist im Normalfall kein Luftaustritt oder Lufteintritt vorgesehen.These primary circuits 12 . 15 are preferably closed, ie it is normally provided no air outlet or air inlet.

Die dynamoelektrische Maschine 1 selbst wird durch einen nicht näher dargestellten Primärkühlkreislauf insbesondere durch eine X- oder Z-Belüftung gekühlt. Bei einer X-Belüftung tritt an den axialen Enden der dynamoelektrischen Maschine 1 Kaltluft aus dem Sekundärkühler in die dynamoelektrische Maschine 1 ein und tritt radial mittig nach oben aus und erfährt dort eine Rückkühlung seines Kühlmediums um danach wiederum an den axialen Enden in die dynamoelektrische Maschine 1 wieder einzutreten.The dynamoelectric machine 1 itself is cooled by a not shown primary cooling circuit in particular by an X or Z ventilation. When X-ventilation occurs at the axial ends of the dynamoelectric machine 1 Cold air from the secondary cooler into the dynamoelectric machine 1 and exits radially centrally upwards and experiences a re-cooling of its cooling medium to thereafter again at the axial ends in the dynamoelectric machine 1 to reenter.

Als Z-Belüftung wird bezeichnet, wenn ein Kühlluftstrom auf einer Seite der dynamoelektrischen Maschine 1 eintritt und im Laufe seines Durchtritts durch die dynamoelektrische Maschine 1 erwärmt wird und bei seinem Austritt am anderen axialen Ende auf seinem Weg durch den Sekundärkühler abgekühlt wird.Z-ventilation is when a flow of cooling air is on one side of the dynamoelectric machine 1 and during its passage through the dynamo-electric machine 1 is heated and is cooled at its exit at the other axial end on its way through the secondary cooler.

Eine Welle 5, die mit einem Rotor 4 drehfest verbunden ist, und auf der B-Seite der dynamoelektrischen Maschine 1 in die Schleifringanordnung ragt, ist sowohl an A- und B-Seite über Lager 7 gelagert. Zwischen der Schleifringanordnung 8 und dem Gehäuse, respektive dem Lagerschild 6 auf der B-Seite befindet sich ein Radiallüfter 9, der einen Kühlluftstrom entlang dem Lagerschild 6 in einen Abschnitt des Aufsatzkühlers 2 lenkt, der dort zurückgekühlt wird und durch Luftführungselemente 13 als rückgekühlter Luftstrom wieder in die Schleifringanordnung 8 eintritt. Die Rohre 14 des Aufsatzkühlers 2 verlaufen durchgängig durch den Aufsatzkühler 2. D. h., lediglich Trennelemente 18 sind zwischen dem Abschnitt des Primärkühlkreislaufs von Schleifringanordnung und Primärkühlkreislaufs der dynamoelektrischen Maschine 1 im Bereich des Aufsatzkühlers 2 vorhanden, um deren Luftströme weiterhin zu trennen.A wave 5 that with a rotor 4 rotatably connected, and on the B side of the dynamoelectric machine 1 protrudes into the slip ring assembly is on both A- and B-side via bearings 7 stored. Between the slip ring assembly 8th and the housing, respectively the bearing plate 6 on the B side there is a radial fan 9 , which is a cooling air flow along the bearing plate 6 into a section of the top chiller 2 which is cooled down there and by air guide elements 13 as a recooled air flow back into the slip ring assembly 8th entry. The pipes 14 of the tower cooler 2 run consistently through the attachment cooler 2 , That is, only separating elements 18 are between the section of the primary cooling circuit of slip ring assembly and primary cooling circuit of the dynamoelectric machine 1 in the area of the top cooler 2 available to continue to separate their air streams.

In der vorliegenden 1 wird somit der Primärkühlkreis der Schleifringanordnung 8 durch einen ersten Abschnitt des Aufsatzkühlers 2 komplett rückgekühlt. Der axiale Abschnitt umfasst den gesamten Querschnitt des Aufsatzkühlers 2. Je nach Bedarf sind aber durchaus auch lediglich kleinere Abschnitte bzw. schmalere Abschnitte des Aufsatzkühlers 2 für die Kühlung der Schleifringanordnung 8 vorzusehen, so dass für die eigentliche Kühlung der dynamoelektrischen Maschine 1 eine höhere Kühlleistung verbleibt.In the present 1 thus becomes the primary cooling circuit of the slip ring assembly 8th through a first section of the top chiller 2 completely recooled. The axial section covers the entire cross section of the attachment cooler 2 , Depending on your needs but are also quite small sections or narrower sections of the attachment cooler 2 for cooling the slip ring assembly 8th provide, so for the actual cooling of the dynamoelectric machine 1 a higher cooling capacity remains.

In 2 wird in Seitenansicht ein Aufsatzkühler 2 gezeigt, in den, prinzipiell dargestellt, erwärmte Luft des Primärkühlkreis 15, z. B. der Aktivteile, wie Statur 3 und/oder Rotor 4 in den Aufsatzkühler 2 eintritt und dieser Primärkühlstrom durch einen in den Röhren 14 verlaufenden weiteren sekundären Luftstrom rückgekühlt wird. Diese gesamten Umwälzvorgänge von Primärkühlkreislauf und Sekundarkühlkreislauf unterstützen Lüfter, die auf der Welle angeordnet sind und/oder als Fremdlüfter ausgeführt sind.In 2 is a side view of an attachment cooler 2 shown, in the, shown in principle, heated air of the primary cooling circuit 15 , z. As the active parts, such as stature 3 and / or rotor 4 in the tower cooler 2 enters and this primary cooling flow through one in the tubes 14 recirculating further secondary air flow is recooled. These entire recirculation cycles of primary cooling circuit and secondary cooling circuit support fans which are arranged on the shaft and / or are designed as forced cooling fan.

Der Kühlabschnitt für die Schleifringanordnung 8 kann vorteilhafterweise als Zwischenstück axial an den Aufsatzkühler 2 angebracht werden. Damit wird auch gleichzeitig die Trennung zwischen den Primärkühlkreisläufen realisiert, so dass der standardmäßige Kühler der dynamoelektrischen Maschine 1 nicht verändert werden muss. Der Kühlabschnitt für die Schleifringsanordnung 8 kann somit in einfacher Art und Weise an die individuelle Kühlleistung der Schleifringanordnung 8 angepasst werden.The cooling section for the slip ring assembly 8th can advantageously as an intermediate piece axially to the attachment cooler 2 be attached. Thus, at the same time, the separation between the primary cooling circuits is realized, so that the standard cooler of the dynamoelectric machine 1 does not have to be changed. The cooling section for the slip ring assembly 8th Thus, in a simple manner to the individual cooling performance of the slip ring assembly 8th be adjusted.

Der wirksame Luftwiderstand, die erforderlichen Luftmengen des gesamten Luft-Luftkühlers werden dabei nahezu nicht verändert, was keine neuen Wärmeberechnungen der dynamoelektrischen Maschine 1 erfordert. Dieselben Überlegungen treffen selbstverständlich auch für einen Sekundärkühler Luft-Wasser zu.The effective air resistance, the required air volumes of the entire air-air cooler are almost unchanged, which is no new heat calculations of the dynamoelectric machine 1 requires. Of course, the same considerations apply to a secondary cooler air-water.

Claims (9)

Dynamoelektrische Maschine (1) mit – einem Schleifringläufer, dessen Schleifringanordnung (8) auf der B-Seite der dynamoelektrischen Maschine (1) angeordnet ist, – jeweils einem geschlossenen Primärluftkühlkreislauf (12, 15) für die dynamoelektrische Maschine (1) als auch die Schleifringanordnung (8), – einem Lüfter (9), insbesondere Radiallüfter, der zwischen Schleifringanordnung (8) und der B-Seite des Gehäuses der dynamoelektrischen Maschine (1) angeordnet ist, – einem gemeinsamen Sekundärkühler, der die Kühlmedien von Primärkühlkreislauf (15) der dynamoelektrischen Maschine (1) und Primärkühlkreislauf (12) der Schleifringanordnung (8) kühlt, wobei der Sekundärkühler vorzugsweise als Aufsatzkühler (2) ausgebildet ist.Dynamoelectric machine ( 1 ) with a slip ring rotor whose slip ring arrangement ( 8th ) on the B side of the dynamoelectric machine ( 1 ), - in each case a closed primary air cooling circuit ( 12 . 15 ) for the dynamoelectric machine ( 1 ) as well as the slip ring arrangement ( 8th ), - a fan ( 9 ), in particular radial fan, between slip ring arrangement ( 8th ) and the B-side of the housing of the dynamoelectric machine ( 1 ) is arranged, - a common secondary cooler, the cooling media of primary cooling circuit ( 15 ) of the dynamoelectric machine ( 1 ) and primary cooling circuit ( 12 ) of the slip ring arrangement ( 8th ), wherein the secondary cooler is preferably used as an attachment cooler ( 2 ) is trained. Dynamoelektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkühler (11) als Luft-Luftkühler oder Luft-Wasserkühler ausgebildet ist.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the secondary cooler ( 11 ) is designed as an air-air cooler or air-water cooler. Dynamoelektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkühlkreislauf (12) der Schleifringanordnung (8) geschlossen ausgebildet ist und zumindest die Schleifringanordnung (8), den Radiallüfter und Luftführungselemente (13) umfasst und sich in einer Kapsel befindet.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the primary cooling circuit ( 12 ) of the slip ring arrangement ( 8th ) is formed closed and at least the slip ring assembly ( 8th ), the radial fan and air guide elements ( 13 ) and is in a capsule. Dynamoelektrische Maschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel zumindest ein Schauglas vorzugsweise auf Höhe der Schleifringanordnung (8) aufweist.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the capsule at least one sight glass preferably at the height of the slip ring assembly ( 8th ) having. Dynamoelektrische Maschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kapsel unmittelbar an der B-Seite des Gehäuses der dynamoelektrischen Maschine (1) befindet und somit der Sekundärkühlkreislauf (11) insbesondere über den Primärkühlkreislauf der Schleifringanordnung (8) zusätzlich die dort befindlichen Lager (7) kühlt.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the capsule is located directly on the B side of the housing of the dynamoelectric machine ( 1 ) and thus the secondary cooling circuit ( 11 ) in particular via the primary cooling circuit of the slip ring assembly ( 8th ) additionally the bearings ( 7 ) cools. Dynamoelektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Luftkühler durch einen Fremdlüfter (10) unterstützt wird.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the air-air cooler by a forced cooling fan ( 10 ) is supported. Dynamoelektrische Maschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremdlüfter (10) in axialer Verlängerung des Sekundärkühlers angeordnet ist.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the forced cooling fan ( 10 ) is arranged in the axial extension of the secondary cooler. Dynamoelektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkühlkreislauf (15) der dynamoelektrischen Maschine (1) als X- oder Z-Belüftung ausgeführt ist.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the primary cooling circuit ( 15 ) of the dynamoelectric machine ( 1 ) is designed as X or Z ventilation. Dynamoelektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamoelektrische Maschine (1) als Motor oder Generator betrieben wird.Dynamoelectric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the dynamoelectric machine ( 1 ) is operated as a motor or generator.
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