Устройство для моделирования электромагнитного поля

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В крайних пакетах сердечника статора турбогенератора , содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами я систему возбуждения радиального и аксиального магнитных полей, магнитные цепи которых состоят из централь-, ных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками, источники питания обмоток, о т л и ч a ю щ е е с я тем, что, с целью повыиения точности моделирова- . ния допустимых значений электромагнитных нагружений крайних пакетов сердечника статора, устройство снабжего дополнительными намагничивакнци . ми обмотками, установленными на боковых стержнях магнитопровоДов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода а:ссййльнозто поля, управляющие обмотки установлены в воздушном зазоре между торцами активной части и центральным стержнем магнитопровода аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этом активная часть выполнена в виде сегментов статора моделирубмого турбогенератора , центральный стержень магнитопровода радиального поля -° с высту-S пами за торец активной части,a цент- ® ральный стержень магнитопровода акin сиального поля снабжен зубцами. 2.Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что центральный стержень магнитопровода радиального поля установлен с возможностью смеще-Я ния в радиальном и аксиальном направлениях . 3.Устройство по П.1, о т ли ч аю щ е е с я тем, что число зубцов {центрального стержня магнитопровода аксиального поля выбрано равным числу зубцов активной части. 4.Устройство пр П.1, отлию чающееся тем, что управляюсо щие обмотки на торце зубцов активной части и на центральном стержне магнитопровода ги сиального поля выполнены распределенными, однослойными . 5.Устройство по П.1, о т л и ч а . ю щ е в с я тем, что источники питания намагничивающих обмоток боковых и центрального стержней магнитопровода радиального поля снабжены регуляторами фазы выходного напряжения.

,SU„„1007029 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21) 3304206/24-07 (22) 22.06.81 (46) 23.03.83. Бюл. Р 11 (72) Г.Г.Счастливый, Г.М.Федоренко, И.A.Åâòóøåíêî, О.М.Мишин и A.A.Bàáÿê. (71) Институт электродинамики

AH Украинской CCP и Специальное конструкторско-технологическое бюро при

Институте электродинамики AH Украинской CCP . (53) 621.313(088.8) (56) 1. Изучение причин и признаков повреждения крайних пакетов сердечников статора турбо- и гидрогенераторов. Научно-технический отчет ВНИИ.

Шифр.1 -17-0147/65. М., 1977.

2. Tumotin A1., Oprison P,, Visen Fl. Исследование на физической модели аксиального потока и потерь

s торцовой части зубцов статора турбогенераторов большой мощности.

Revue Roumeine des Sciences Techпique, Ser. Еlectrotechnique et enevgetigue (Bucurestl) 1976, 21, Р 3,,р. 377-391. (54)(57) 1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ в крайних пакетах сердечника статора турбогэнератора, содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами и систему возбуждения радиального и аксиального магнитных полей, магнитные цепи которых состоят иэ центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками, источники питания обмоток, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности моделирования допустимых значений электромагнитных нагружений крайних пакетов сердечника статора, устройство анабжего дополнительными намагничивающи,ми обмотками, установленными иа боковых стержнях магнитопроводов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода а;сси ельного ноля, управляющие обмотки установлены в воздушном зазоре между торцами активной части и центральным стержнем магнитопровода аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этом активная часть выполнена в виде сегментов статора моделируЕмэго турбогенератора, центральный стержень магнитопровода радиального поля - с высту-Ф пами эа торец активной части,а цент- Е ральный стержень магнитопровода аксиального поля снабжен зубцами.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- Ф"" ю щ е е с я тем, что центраяьный стержень магнитопровода радиального поля установлен с возможностью смещения в радиальном и аксиальном направ- laaiW лениях.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а- «® ю щ е е с я тем, что число зубцов «,)

1центрального стержня магнитопровода ъ аксиального поля выбрано равным числу зубцов активной части.

4. Устройство по п.1, о т л и - Ф ч а ю щ е е с я тем, что управляющие обмотки на торце зубцов актив- - CO ной части и на центральном стержне магнитопровода аксиального поля выполнены распределенными, однослойнымие

5. Устройство по п.1, о т л и ч а- Ь ю щ е е с я тем, что источники пита- . ния намагничивающих обмоток боковых и центрального стержней магнитопровода радиального поля снабжены регуляторами фазы выходного напряжения.

1007029

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для, исследования электрических машин, и может найти применение при моделировании. электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора мощ- 5 ного турбогенератора.

Известно устройство для моделирования статора турбогенератора, которое представляет собой сектор натурного статора турбогенератора с цент- )0 ральным углом 120О и состоит из шихтованного сердечника, обмотки, наяммных фланцев и пальцев, стяжных призм (1"J.

Модель позволяет оценить величину 15 тепломеханических нагружений крайних пакетов сердечника статора турбогенератора при наличии распушовки крайних пакетов, но не дает возможности воспроизвести реальный уровень электромагнитного нагружения крайних пакетов".

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами, и систему возбуждения радиального и аксиального магнитного полей, магнитные цепи которых состоят из центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками, источники питания обмоток. 35

Магнитная цепь основного потока содержит активную часть (одно зубцовое деление сердечника статора), два боковых, центральный и нижний стержни магнитопроводов, На центральном 40 стержне магнитопровода расположена обмотка возбуждения основного потока, а на боковых магнитопроводах установлены две вспомогательные (управляющие) обмотки, Система магнитопрово- 4 дов основного потока расположена в радиально-тангенциальной плоскости.

Магнитная цепь аксиального потока содержит магнитопроводы, которые по существу не отличаются от магнитопро- 50 водов основного потока, но они расположены в аксиально-тангенциальной плоскости. Центральный магнитопровод аксиального потока расположен над торцовой поверхностью зубца, а его профиль подобран таким образом, чтобы обеспечить расчетное распределе.ние аксиальной составляющей индукции по высоте зубца активной части. Зубец статора активной части устройства прямоугольный f2 ). . 60

Недостатком известного устройства является то, что величину аксиального магнитного поля на торце активной части модели задают на основании расчета поля в этой области, 65 так как известно, что математическое описание всей совокупности факторов, определяющих электромагнитный процесс на торце зубца, и точное аналитическое решение представляет большие математические трудности. В настоящее время известны. приближенные решения указанной задачи с учетом принятых допущений, правомерность которых требует обоснования и проверки.

Недостатком устройства является также выполнение активной части в виде одного. зубцового деления прямоугольной формы, что не соответствует конструкции сердечников статоров турбогенераторов, которые изготовляются из отдельных сегментов, содержащих несколько зубцовых делений (обычно

3-4), площадь которых определяет область существования вихревого потока, параметры его, а следовательно, и поле реакции от вихревого потока на падающий аксиальный поток. Кроме того, для решения задачи по определению результирующего поля в активной части модели необходимо задавать дополнительные. условия на границе зубцового деления, что также вносит погрешность в расчет.

Таким образом, для расчетного оп- ределения магнитного поля на торце зубца активной части необходимо правильно учесть всю совокупность определяющих факторов, что в силу указанного выше для аналитического решения не представляется возможным, а неполный учет тех или иных факторов снижает достоверность получаемых .на модели результатов и не позволяет распространить их в полной мере на турбогенератор.

Целью изобретения является повышение точности моделирования допустиьих значений электромагнитных нагружений крайних пакетов сердечника статора.

Цель достигается тем, что в уст- . ройство для моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами и систему возбуждения радиального и аксиального магнитных полей, магнитные цепи которых состоят из центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками,источники питания обмоток, введены дополнительные намагничивмощие обмотки,.установленные на боковых стержнях магнитопроводов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода аксиального поля.

Управляющие обмотки установлены в воздушном зазоре между торцами актив1007029 ной части и центральным стержнем магнитопровода аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этом активная часть выполнена в виде сегментов статора -моделируемого турбогенератора, центральный стержень магнитопровода радиального потока— с выступом за торец активной части, а центральный стержень магнитопрово- . да аксиального поля снабжен зубцами. 10

Центральный стержень магнитопровода радиального поля установлен с воэможностью смещения в радиальном и аксиальном направлениях.

Число зубцов центрального .стержня магнитопровода аксиального поля выбрано равным числу зубцов активной части. . Управляющие обмотки на торцах зубцов активной части и на центральном 20 стержне магнитопровода аксиального поля выполнены распределенными, однослойными.

Источники питания намагничивающих обмоток боковых и центрального стержней магнитопровода радиального поля

25 снабжены регуляторами фазы выходного напряжения.

На фиг.1 изображено устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора .З0 турбогенератора, общий вид; на фиг.2сечение A-.A на фиг.1; на фиг.3 — вид

Б на фиг.2; на фиг.4 — центральные магнитопроводы аксиального поля, вид сверху. 35

Устройство содержит активную частЪ

1, состоящую из сегментов статора

2 турбогенератора в натуральную величину с вентиляционными каналами 3.

Сегменты статора 2 установлены на 40 стяжных призмах 4, сжатых нажимной плитой 5 и нажимными пальцами 6. Обмотки 7 распределены на поверхности, обращенной к нажимной плите 5 сегмента 2 по контуру паза. Магнитопровод

8 содержит боковые стержни 9 с намагничивающими обмотками 10 и центральный стержень 11 с намагничивающей обмоткой 12 и с выступом 13 за торец активной части, а также вентиляционные каналы 14. Магнитопровод 15 акси50 ального поля содержит боковые 16 и центральные 17 стержни в виде зубцов, закрепленных при помощи эпоксидной смолы на поверхности нажимной плиты

5, число которых равно числу зубцов . активной части, и намагничивающие обмотки 18. Управляющие обмотки 19 установлены по периметру боковых поверхностей каждого стержня магнитопроводов 17 по плотной посадке. Уст- 60 ройство содержит также источник 20 питания обмотки 7, источник 21 питания обмоток 10, источник 22 питания обмотки 12, источник 23 питания обмоток 18, источник 24 питания обмотки i 65

19, основание 2 5. Це нтр аль ный стержень 11 магнитопровода 8 радиального поля выполнен подвижным в радиаль ном и аксиальном направлениях и имеет выступ 12 за пределы торца активной части 1, размещение которого относительно активной части 1 регулиру)ется путем перемещения в радиальном и аксиальном направлениях, что позволяет выбирать экспериментально требуемый уровень магнитного поля на торце активной части 1. Центральный стержень 17 магнитопровода 15 аксисльного поля выполнен зубчатым, число зубцов которого равно числу зубцов активной части 1, т.е. над каждым зубцом активной части 1 установлен отдельный зубец стержня магнитопровода 15. На каждом зубце стержня

17 установлены по периметру боковых поверхностей управляющие обмотки 19.

Магнитопроводы 8 и 15 с обмотками

7, 10, 12, 18, 19 создают требуемый уровень распределения аксиального поля по радиальной координате на поверхности каждого зубца активной части 1. Кроме того, на поверхности каждого зубца активной части 1, обращенной к нажимной плите 5, по контуру паза установлены однослойные управляющие обмотки 7, которые создают поток пазового рассеяния.

Соединение боковых стержней 9 .магнитопровода 8 с сегментами статора 2 производят встык одного ко второму.

Центральные стержни 17 магнитопроводов 15 аксиального поля не имеют непосредственного контакта с сегментами статора 2, а контактируют всей поверхностью с нажимными пальцами 6.

На фиг.4 для большей наглядности показан вид сверху по стрелке Б на центральные стержни 17 магнитопровода 15 аксиального поля с установленными на них управляющими обмотками

19, а также показаны обмотки 7 для имитации пазового рассеяния, установленные на поверхности каждого зубца, обращенной к нажимной плите 5 сегмента статора 2 по контуру паза.

Устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора работает следующим образом.

От источников 20-24 питания во все обмотки 7, 10, 12, 18 и 19 подаются токи, величины и качальные фазы которых выбираются в зависимости от соотношения магнитных полей в крайнем пакете статора в моделируемом режиме работы турбогенератора.

Ток в обмотке 12 на 0,5У по фазе опережает токи в обмотках 10, при этом обеспечивается процесс вращательного перемагничивания ярма активной части 1.

Настройка модели, а также задание аксиальной составляющей индукции

1007029 магнитного поля от остальных источников магнитного поля на торце зубцов активной части производят по имеющимся экспериментальным данным испытаний натурных турбогенераторов, теоретическим исследованиям, при этом распределение аксиальной составляющей индукции от основного потока задают соответствующим выбором величины вылета центрального стержня 11 магнитопровода 8 радиального поля и его конфигурации.

Совместное воздействие всех источников магнитного поля создает адекватное оригиналу магнитное поле в активной части устройства. При включении каждого источника магнитного поля в отдельности или при включении некоторых из них s различных комбинациях позволяет исследовать существенность и весомость составляющих магнитного поля на электромагнитные процессы в крайних пакетах сердечника статора мощного турбогенератора.

rlo сравнению с известными моделями предлагаемое устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах, сердечника: статора турбогенератора позволяет: определить существенность и весомость каждого источника магнитйого поля на процесс нагружения крайних пакетов; — моделировать различные комбииации электромагнитного воздействия на крайний пакет, обусловленные различными режимами эксплуатации, — определить вклад электромагнитных факторов в процесс разрушения крайних пакетов при эксплуатации турбогенератора в переменном графике, - разработать более достоверные рекомендации по предельному электромагнитному нагружению крайних пакетов при работе турбогенератора, а также в режиме частых пусков и остановок, приняв в качестве основного критерия величину аксиальной составляющей магнитного поля на торце зубцов крайних пакетов..

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства определяется сокращением материальных затрат и сроков получения информации для разработки указанных рекомендаций.

Результаты исследований и рекомендаций могут быть реализованы при создании новых и реконструкций эксплуатирующихся турбогенераторов.

1007029

1007029

А-А

Ал.2

f7

7 2

Ь.л

Составитель В. Никаноров

Редактор Г. Волкова Техред Ж. Кастелевич Корректор 7 Повн

Заказ 2130/68 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного кОмитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5.Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4