Электрическая машина с устройством для контроля температуры активной стали статора

 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при контроле и определении максимальных температур сердечника статора электрической машины, в частности турбогенератора . Цель изобретения - повышение точности и достоверности определения максимальных температур. Датчики 3 температуры установлены на одном из сегментов сердечника 1 статора в зоне стыка фазных зон нижнего слоя стержневой обмотки. Путем размеш,ения датчиков 3 температуры на половине зубца вдоль линии, смешенной от его оси симметрии в сторону направления врашения ротора и проходяшей в радиальном направлении в непосредственной близости от границы зубецпаз, с их помошью измеряют дискретное множество экспериментальных значений температур и определяют максимальную температуру стали статора из полученного множества . 2 з.п. ф-лы, 9 ил. S (Л

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 К 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ 14I ОТКРЫТИЙ (2! ) 4095147/24-07 (22) 29.07.86 (46) 15.08.88. Бюл. № 30 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Г. Г. Счастливый, Г. 34. Хуторецкий, А. И. Титко, Г. М. Федоренко, А. А. Бабяк и А. Д. Игнатьев (53) 621.313 (088.8) (56) Бедн а р ч ук Ю. В. и др. Исследов ание режимов и усовершенствование конструкций мощных турбогенераторов. Киев:

Наукова думка, 1972, с. 178.

Авторское свидетельство СССР № 1169085, кл. Н 02 К 11/00, 1984. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С

УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ АКТИВНОЙ СТАЛИ СТАТОРА (57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использо„.SU,» 1417112 А1 вано при контроле и определении максимальных температур сердечника статора электрической машины, в частности турбогенератора. Цель изобретения — повышение точности и достоверности определения максимальных температур. Датчики 3 температуры установлены на одном из сегментов сердечника 1 статора в зоне стыка фазных зон нижнего слоя стержневой обмотки. Путем размещения датчиков 3 температуры на половине зубца вдоль линии, смещенной от его оси симметрии в сторону направления вращения ротора и проходящей в радиальном направлении в непосредственной близости от границы зубец— паз, с их помощью измеряют дискретное множество экспериментальных значений температур и определяют максимальную темпе- Я ратуру стали статора из полученного множества. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1417112

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при определении и контроле максимальных температур сердечника статора электрической машины, в частности турбогенератора, синхронного компенсатора и др.

Оснащение сердечника статора датчиками температуры вызвано практической необходимостью определения нагрузочных возможностей генераторов в таких эксплуатационных режимах как недовозбуждение, асинхронный режим перегрузки и др.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности контроля максимальных температур активной стали электрической машины.

На фиг. 1 изображена концевая зона сердечника статора электрической машины с датчиками температуры, установленными в активной стали; на фиг. 2 — сегмент активной стали статора с датчиками температуры; на фиг. 3 — развертка сердечника по расточке статора с указанием мест установки датчиков; на фиг. 4 — установка датчиков температуры в зубце на постоянном расстоянии от оси вращения ротора; на фиг. 5 — расчетно-экспериментальное распределение потерь по ширине зубца (координата ry) в области дна паза при токе, равном 0,6 номинального; на фиг. 6 — зависимость температуры в области .:пга паза при токе, равном 0,6 номинального; на фиг. 7 — зависимость потерь в области коронок при номинальном токе; на фиг. 8 — зависимость температуры в области коронок при номинальном токе; на фиг. 9 — магнитопровод со шлицами.

Электрическая машины с устройством для контроля температуры активной стали статора содержит сердечник 1 статора, многофазную стержневую обмотку 2, датчики 3 температуры, установленные по сечениям 4 на сегментах 5 сердечника 1 статора. Датчики 3 температуры устанавливают в зубцах

6 (фиг. 2) и ярме 7 вдоль линии 8, смещенной от оси 9 симметрии зубца 6 в сторону направления 10 вращения ротора.

Линии 8, вдоль которых устанавливают датчики 3 температуры, проходят на одной половине зубцов 6 и находятся между пазами 11, в которых расположены стержни обмотки 2 статора, принадлежащие разным фазам, например, для случая трехфазной обмотки с фазами А, В, С (фиг. 3) линии 8 находятся между стержнями  — С, С вЂ” А, А — В,  — С, С вЂ” А, А — В, т. е. количество оснащенных датчиками 3 температуры сегментов 5 по тангенциальной координате в данном случае равно 6 — удвоенному значению числа фаз стержневой обмотки 2 статора.

В случае выполнения шлицев 12 в зубцах 6 и шлицев 13 над дном пазов

11 датчики 3 температуры устанавливают также и у вершин этих шлицев 12 и 13.

Для более точного определения температуры на границе зубец †п датчики 3 температуры устанавливают на постоянном расстоянии R=A от оси вращения (фиг. 4).

Результаты математического моделирования представлены на фиг. 5 — 8. На фиг. 5 и 7 дано расределение потерь q и температуры& на торце сердечника 1 статора по ширине зубца 6 в области дна паза 11 (радиус

r ). На фиг. 6 и 8 дано распределение по углу ср потерь q и температуры 9 зубца в области коронки (радиус гщ ).

Графики представлены для режима короткого замыкания при токе статора, равном

0,6 1.-: потери — зависимости 14 и 15; температуры — зависимости 16 и 17, и при номинальном токе статора: потери — зависимости 18 и 19; температуры — зависимости 20 и 21.

При работе электрической машины в сердечнике 1 статора генерируются потери, которые приводят его к нагреву. Благодаря предлагаемой схеме установки датчиков 3 температуры обеспечивается измерение и контроль максимальных температур активной стали сердечника.

Для подтверждения работоспособности и оценки эффективности предлагаемого решения в турбогенераторе мощностью 500 МВт проведено экспериментальное определение удельных потерь в пакете стали концевой зоны сердечника статора. В вентиляционных каналах пакета были определены коэффициенты теплоотдачи. Методами математического моделирования с использованием экспериментальных данных по потерям и теплоотдаче определено температурное поле сегмента 5 пакета статора на участке, равном одному зубцовому делению, дана оценка неравномерности нагрева по тангенциальной координате ср (фиг. 5).

Из представленных результатов (фиг. 5—

8) следует: датчики 3 температуры, установленные на осевой линии 9 зубца 6 сегмента 5 (т. е. установленные согласно известному решению) фиксируют минимальные значения температуры в плоскости зубца 6 на линии постоянного радиуса; максимальные температуры наблюдаются на границе зубцы — стержни статора, причем половина зубца 6, расположенная со стороны набегающего поля ротора, нагревается существенно меньше по сравнению с той, которая расположена в противоположной стороне (направления 10 вращения); тангенциальная неравномерность нагрева стали статора (отношение максимальной к минимальной температуре) в концевой зоне сердечника 1 характеризуется следующими численными величинами: в зоне дна паза от 1,66 до 2,57, в зоне коронки зубцов от 1,3 до 1,8;

1417112 принципиальная ошибка в определении максимальных температур (в сторону занижения) по известному решению может достичь 30 — 60Я, а в отдельных случаях и больше.

Размещение датчиков 3 температуры на половине зубца 6 и в ярме 7 сердечника 1 вдоль линии 8, смещенной от оси 9 симметрии зубца 6 в сторону направления 10 вращения ротора, позволяет повысить точность фиксации максимальных нагревов.

Так как максимальная температура наблюдается на границе зубец — паз, а сама граница имеет толщину (ширину), существенно меньшую толщины (ширины) реального физического датчика температуры, то температуру на границе зубец — паз определяют методом экстрополяции по показаниям нескольких (3+4) датчиков 3 температуры, устанавливаемых на постоянном расстоянии от оси вращения машины со сдвигом по тангенциальной координате друг от друга.

Если датчики 3 температуры установить не на равном расстоянии от оси вращения машины, то экстраполяция не приводит к достижению поставленной цели. Датчики 3 температуры размещают также в зоне вершин шлицев 12 в зубцах 6 и шлицев 13 над дном пазов 11, где также наблюдается увеличение потерь температуры.

Использование предлагаемого решения по сравнению с известным позволяет определить и контролировать максимальную температуру сердечника 1 статора при установке в сердечник минимального количества датчиков 3 температуры, эффективно, достоверно и с достаточной для практики точностью контролировать и определять по максимальной температуре сердечника 1 допустимые нагрузки машины, в

5 особенности в режимах недовозбуждения, а также повысить надежность эксплуатации машины и увеличить ее ресурс.

Формула изобретения

1, Электрическая машина с устройством для контроля температуры активной стали статора, содержащая сердечник статора со шлицами, выполненными в зубцах и jl,íå пазов, многофазную уложенную в пазы

15 стержневую обмотку, датчики для контроля температуры активной стали, установленные в зубцах между пазами со стержнями, принадлежащими разным фазам обмоток, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения максимальных температур, датчики температуры устанавливают на половине зубца и в ярме сердечника вдоль линии, смещенной от оси симметрии зубца в сторону направления вращения ротора и проходя25 щей в радиальном направлении в непосредственной близости от границы зубец— паз.

2. Ма шина по п. 1, отличающаяся тем, что по крайней мере в одном месте зубца несколько датчиков темп ратуры

30 устанавливают на постоянном расстоянии от оси вращения ротора со сдвигом друг относительно друга по окружности.

3. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что датчики устанавливают у

35 вершин шлицев зубцов, а также у вершин шлицев, выполненных на дне пазов.

1417112

7 гр gr g

ЧР

1ЮР

1Ф00

1 2 3 4 5 — — I бббЗ сне, 5

1417112

Составитель В. Никанорова

Редактор А. Огар Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 4074 53 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4