Ротор синхронной явнополюсной электрической машины с газовым охлаждением

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в конструкциях крупных синхронных компенсаторов и других явнополюсных электрических машин с л / ., газовым охлаждением. Целью изобретения является повышение надежности. Это достигается путем исключения нарушения изоляции, расслоения обращенных к полюсным наконечникам крайних частей катушек и термомеханической остаточной деформации меди витков этих частей катушек. Ротор содержит полюса 2, на сердечниках 3 которых насажены катушки 4. выполненные из намотанной на ребро в один ряд шинной меди 5. Между крайними витками катушек 4 и полюсными наконечниками 7 размещены электроизолирующие шайбы 8. Между внутренними сторонами катушек 4 и сердечниками 3 по периметру установлены дистанционные электроизолирующие прокладки 12. Между катушками 4 соседних / ., fe VJ о ел о о фиг.

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИС!ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 4 2

g 17Ю (21) 4375978/63 (22) 16,12.87 (46) 15,01.92, Бюл, йв 2 (71) Производственное объединение "Уралэлектротяжмаш" им. В.И.Ленина (72) B.3.Пекне, Л.П.Краев и Г.Е.Русаков (53) 621.313.32.044.3.046(088,8) (56) Пекне В.3. Синхронные компенсаторы, M.: Энергия, 1980, с. 50-65, 86-102, (54) РОТОР СИНХРОННОЙ ЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ГАЗОВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в конструкциях крупных синхронных компвнсаторов и других явнополюсных электрических машин с.. Ж „1705961 А1 газовым охлаждением. I (елью изобретения является повышение надежности. Это достигается путем исключения нарушения изоляции, расслоения обращенных к полюсным наконечникам крайних частей катушек и термомеханической остаточной деформации меди витков этих частей катушек. Ротор содержит полюса 2, на сердечниках 3 которых насажены катушки 4, выполненные из намотанной на ребро в один ряд шинной меди 5. Между крайними витками катушек 4 и полюсными наконечниками 7 размещены электроизолирующие шайбы 8. Между внутренними сторонами катушек 4 и сердечниками 3 по периметру установлены дистанционные электроизолирующие прокладки 12. Между катушками 4 соседних по1705961

45 люсов 2 в зонах размещения прокладок 12 установлены распорки 14, подпирающие катушки 4 через электроизолирующие накладки 15. На внутренних и внешних боковых поверхностях катушек 4 в зонах размещения прокладок 12 и накладок 15 выполнены продольные пазы, полностью заполненные электроизолированными вставками 17, прикрепленными к катушкам 4. При термичеИзобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в конструкциях крупных явнополюсных синхронных компенсаторов и других явнополюсных электрических машин с газовым охлаждением, Известен ротор синхронной явнополюсной электрической машины с газовым охлаждением, содержащий остов с вентиляционными каналами и закрепленными на нем полюсами. На сердечниках полюсов насажены выполненные из намотанной на ребро шинной меди однорядные кагушки обмотки возбуждения. Витки катушек электроизолированы друг от друга и склеены между собой термореактивным электроизолирующим гвяэующим материалом. Между внутренними сторонами катушек и сердечниками полюсов размещены дистанционные электроизолирующие прокладки, образующие вентиляционные каналы, которые сообщаются с каналами остова. Между крайними витками катушек и полюснь,ми наконечниками размещены электроизолирующие шайбы. Такие же шайбы установлены между крайними витками катушек и остовом. В зоне размещения дистанционных электроизолирующих прокладок между катушками смонтированы межполюсные распорки, подпирающие катушки через электроизолирующие накладки.

Недостатками известного ротора являются нарушение в рабочих режимах (с частотой вращения 750-1000 об/мин) монолитности катушек обмотки возбуждения в торцовых частях, прилегающих к электроизолирующим шайбам, размещенным со стороны полюсных наконечников, возникновение в этих частях катушек(чаще всего в первом или двух крайних витках) остаточных термомеханических деформаций, являющихся следствием удлинения крайних витков относительно общей длины катушек. Термомеханические деформации возникают при нагреве катушек в рабочих

30 ских перемещениях элементов витков катушек 4 вставки 17 перемещаются относительно взаимодействующих с ними прокладок 12 и накладок 15, Эти перемещения происходят в зоне действия распорок

14, Наличие вставок 17 предохраняет крайние витки катушек 4 от остаточных удлинений и расслоения электроиэоляции катушек

4, Зз и, флы,4ил, режимах и их охлаждении после снятия нагрузки, а также при частых колебаниях нагрузки от холостого хода до номинальной. В рабочем режиме при номинальной нагрузке происходит термическое удлинение катушек и их прижатие за счет центробежных сил к полюсным наконечникам, в результате чего крайние витки катушек испытывают значительное давление со стороны электроизолирующих шайб. Вследствие этого. а также давления на катушки со стороны межполюсных распорок и удлинения крайних со стороны полюсных наконечников витков имеет место напряжение сдвига между слоями изоляции витков. Те же явления возникают после снятия нагрузки, когда катушки начинают остывать, и при этом сокращается их длина. Однако в этом случае напряжение сдвига направлено в противоположную сторону, В тех случаях, когда силы трения между крайними витками катушки и размещенными у полюсных наконечников электроизолирующими шайбами больше сил сцепления склейки изоляции витков, происходит расслоение межвитковой изоляции, сдвиг одного или двух крайних, обращенных к полюсным наконечникам, витков относительно остальных витков катушек и электроизолирующих дистанционных прокладок, их пластическая деформация, которая после многократных циклов нагрузки приводит к значительным остаточным удлинениям этих крайних витков, Цель изобретения — повышение надежности путем исключения нарушения изоляции, расслоения обращенных к полюсным наконечникам крайних частей катушек и термомеханической остаточной деформации меди витков этих частей катушек, На фиг.1 изображен ротор синхронной явнополюсной электрической машины с газовым охлаждением, поперечный разрез: на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3— узел на фиг,1; на фиг.4 — разрез Б- Б на фиг.3, 1 05961

Предлагаемый ротор содержит остов 1 с закрепленными на нем полюсами 2, нэ сердечниках 3 которых насажены катушки 4 обмотки возбуждения. Катушки 4 выполнены иэ намотанной в один ряд на ребро шинной меди 5 с межвитковой электроиэоляцией 6 и образуют с помощью термореактивного электроизолирующего связующего материала монолитную конструкцию. Между крайними витками катушек

4 и полюсными наконечниками 7 с одной стороны и между крайними витками катушек 4 и остовом 1 с другой стороны размещены электроизолирующие шайбы 8 и 9 соответственно, выполненные, например, из стеклотекстолита. Шайбы 9 со стороны остова 1 поджаты к катушкам 4 спиральными пружинами 10, что предохраняет катушки 4 с шайбами 8 и 9 от свободно, перемещения вдоль осей полюсов 2. Между электроизолирующими шайбами 9 и поверхностью остова 1 выполнены зазоры 11, наличие которых исключает черезмерное сжатие катушек 4 по высоте при отклонениях высотных размеров катушек 4 и сердечников 3 в пределах допусков.

Между внутренними сторонами катушек 4 и сердечниками 3 полюсов? установлены дистанционные электроизолирующие прокладки 12, образующие вентиляционные каналы 13 для прохождения охлаждающего газа, например водорода, обтекающего поверхности нагретых катушек 4 и сердечников 3.

Для исключения деформации катушек 4 возникающей в результате дейс;вия HB них в тангенциальном направлении значительных изгибающих усилий, между катушками

4 соседних полюсов 2 в зонах размещения дистанционных электроизолирующих прокладок 12 установлены межполюсные распорки 14, Распорки 14 подпирают катушки

4 через электэоизолирующие накладки 15, выполненные, например. из стеклотекстолита.

На внутренних и внешних боковых поверхностях катушек 4 в зонах размещения дистанционных прокладок 12 и электроизолирующих накладок 15 выполнены пазы 16, параллельные продольным радиальным плоскостям симметрии полюсов 2. Б пазах

16 расположены скрепленные с витками катушек 4 посредством связующего термореактивного материала вставки 17. Полностью заполняющие пазг 16 вставки 17 могут быть выполнены металлическими, при этом их поверхность электроизолируется Закрепленные в катушках 4 вставки 17 установлены с возможностью перемещения относительно взаимодействующих с ними прокла, ок 12 и накладок 15 при термических перемещениях элементов витков катушек 4. Ширину пазов 16, вставок 17, прокладок 12 и накладок 15 выбирают такой, чтобы при всех возможных термических переме.цениях элементов витков катушек 4 вставки 17 всегда взаиморействовали с прокладками 12 и накладками 15 и были при этом в зоне действия межполюсных распорок 14.

Предпочтительно размещение пазов 16 нэ внутренней поверхности катушек 4 со смещением в аксиальном направлении относительно пазов 16 на внешней поверхности катушек на величину не менее ширины паза.

Оптимальной длиной пазов 16 является длина, равная толщине 6-8 витков катушек, при этом пазы 16 расположены со стороны попюсных наконечников 7.

Предпочтительно глубину пазов 16 выбрать равной 10-15 Д ширины проводника катушек 4 из шинной меди 5.

Предлагаемый ротор работает следующим образом.

При включении электрической машины с обмоткой в холостом состоянии. например, на номинальную на. рузку возникает термическое удлинение насажен. ых на сердечники 3 катушек 4, а также их прижатие от воздеиствия на них центробежных сил к полюсным наконечникам 7.

Обращенные к полюсным наконечникам 7 крайние ви1ки катушек 4, испытывая значительное давление со стороны электроизолирующих шайб 8, в свою очередь„, также удлиняются из-за нагрева. При этом закреп— ленные в пазах 16 катушек 4 злектроизоляционные вставки 17 перемещаются вмссте с элементами витков относительно взаимодействующих с ними дистанционных прокладок 12 и электроизолирующих накладок

15. Это перемещение происходит в зоне действия межполюсных распорок 14.

При отключении обмотки возбуждения в электрической машине происходит уменьшение длины катушек 4. При этом на крайние со стороны полюсных наконечников 7 витки действуют аналогичные указанным силы, но противоположного знака. Эти силы также воспринимаются вставками 17. При колебаниях нагрузки электрической машины работа вставок 17 аналогична описанной.

Наличие закрепленных в катушках 4 вставок 17 предохраняет обращенные к полюсным наконечникам 7 крайние витки катушек 4 от сдвига относительно остальных витков катушек 4. В результате этого не возникает остаточных удлинений крайних вит1705961

50 ков и расслоения межвитковой и витковой изоляции, Таким образом, повышается надежность устройства.

Смещение пазов на внутренней поверхности катушек относительно пазов на внешней поверхности катушек на величину не меньше ширины паза выбирают с целью исключения значительного уменьшения поперечного сечения проводника витков с пазами, и, следовательно, повышения надежности конструкции в целом.

Длину пазов и, следовательно, вставок достаточно выполнить равной толщине 6-8 витков катушек, расположив пазы при этом со стороны полюсных наконечников. Длина пазов зависит от толщины проводников иэ шинной меди. Так, длину пазов, равную 8 виткам, выбирают при толщине проводника

5-6 мм, а при более толстом проводнике достаточна длина паза, равная 6 виткам, Выполнение пазов лишь на крайних витках катушек со стороны полюсных наконечников повышает прочность катушек и надежность устройства. Нижний предел глубины пазов (10 ширины проводника катушек из шинной меди) определяется условием обес4 печения допустимого механического напряжения смя гия между боковой поверхностью электроизолпровэнных вставок и стенками пазов г ри от оситепьно небольшом суммарном ro",è åñòâå пазов (не больше числа межполюсных оаспорок).

Верхний предел (15 ширины проводника катушек из шинной меди) глубины пазов выбирают исходя из максимально допустимого увеличения плотности тока в уменьшенном пазами поперечном сечении проводника, при котором эа счет теплоотдачи по длине витков происходит выравнивание температуры.

Блэ года ря использованию предлагаемойой конструкции ротора практически отсутствуют аварийные отключения электрической машины от возникновения витковых замыканий, являющихся результатом удлинения крайних со стороны полюсных наконечников витков катушек, Это позволяет повысить надежность устройства без снижения мощности электрической машины, необходимого для исключения ее перегрева.

Формула изобретения

1.Ротор синхронной явнополюсной машины с газовым охлаждением, содержащий осгов с закрепленными на нем полюсами, на сердечниках которых насажены выполненные из намотанной на ребро шинной меди однорядные катушки обмотки возбуждения с электроизолированными друг от друга витками, склеенными между собой тер лореактивным электроизолирующим связующим материалом, при этом между внутренними сторонами катушек и сердечниками полюсов размещены дистанционные электроизолирующие прокладки, образующие вентиляционные каналы, между крайними витками катушек и полюсными наконечниками с одной стороны, а также остовом с другой стороны размещены электроизолирующие шайбы, причем между катушками соседних полюсов в зоне размещения дистанционных электроизолирующих прокладок установлены межполюсные распорки, подпирающие катушки через электроизолирующие накладки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности, на внутренних и внешних боковых поверхностях катушек в зонах размещения дистанционных прокладок и электроизолирующих накладок выполнены параллельные продольным радиальным плоскостям симметрии полюсов пазы, в которых расположены скрепленные с витками катушек посредством термореактивного связующего материала электроизолированные вставки, причем последние установлены с возможностью перемещения относительно взаимодействующих с ними прокладок и накладок при термических перемещениях элементов витков катушек, 2. Ротор по и 1. отличающийся тем, что пазы на внутренней поверхности катушек смещены в аксиальном направлении относительно пазов на внешней поверхности катушек на величину не менее ширины паза.

3. Ротор по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щи йс я тем, что длина пазов выполнена равной толщине 6-8 витков катушек, при этом пазы расположены со стороны полюсных наконечников.

4. Ротор попп1 — 3,отл ичэ ющийся тем, что глубина пазов составляет 10-15 ширины проводника катушек из шинной меди, 1705961

1705961 б -б иг.

Составитель Ф.Мизиано

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-З5, Раушская нэб., 4/5