Торцовый бесконтактный двухпакетный синхронный генератор

 

ОПИСАНИЕ 528668

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ

Саюэ Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.08.74 (21) 2052203 21 с присоединением заявки № (51) М. Кл. - Н 02К 19/22

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313.17 (088.8) Опубликовано 15.09,76. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 01.10.76 (72) Авторы изобретения

Л. М. Паластин, Н. А. Гвоздырев и В. В. Анненков (71) Заявитель (54) ТОРЦОВЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ДВУХПАКЕТНЫЙ

СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к двух пакетным торцовым синхронным машинам с магнитным подвесом ротора, работающим в условиях воздействия внешних динамических нагрузок.

Для быстродействующей компенсации влияния внешних динамических возмущений, которые, вызывая быстрые и относительно большие перемещения ротора, могут приводитьь к возникновению и росту величи ны односторонней результирующей силы магнитного притяжения, целесообразна такая конструкция, в которой данная компенсация, осуществляемая электромагнитными путем в одной магнитной цепи с одной зоной магнитной стабилизации, не оказывала бы влияния,на другую магнитную цепь с другой зоной магнитной стабилизации машины

Известно устройство (например муфта), в котором с помощью зубцовых зон радиальной магнитной стабилизации обеспечивается магнитный подвес только в плоскости (1).

Однако известное устройство обеспечивает магнитную стабилизацию положения ротора с помощью зубцовых зон лишь в радиальной плоскости, а для осуществления пространственного подвеса дополнительно используется газовый подпятник. Применение двух различных систем опор для пространственного подвеса ротора обусловливает большие габариты и вес и низкую надежность таких устройств.

Извести а синхронная машина с а втономно регулируемыми якорями, в которой односторонние силы магнитного притяжения и взаимное влияние магнитных цепей машины практически отсутствуют (2). Недостатком таких машин является низкая надежность, особенно при ударных нагрузках, и мальш срок службы, определяемый ресурсом работы подшипннковых узлов.

1о С целью повышения надежности машины и ее работоспособности при воздействии значительных внешних ударных нагрузок в предлагаемой машине суммарная величина двойного основного н торцового до полнительного зазо15 ров не менсе чем в четыре раза, превышает величину радиального дополнительного зазора.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого генератора.

Генератор содержит торцовые пакеты стали якорей 1, обмотки 2 якорей, осевую втулку 3, полюсные системы с внутренними и внешними звездочками полюсов 4, 5; сердечник трехэлементного магнитного шунта 6, развилки 7, 8, трехэлементного магнитного шунта, корпуc

25 9, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 10 и 11 внутренних полюсов и развилок шунта во внутреннем добавочном торцовом зазоре Лтв соответсгвенно, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 12

30 и 13 наружных полюсов и корпуса в наруж

528668 ном добавочном торцовом зазоре 5TH соответственно, аксиально стабилизирующие коакснальные зубцы 14 и 15 осевой втулки и ра3вилок магнитного шунта в добавочном внутреннем радиальном зазоре Лв соответственно; обмотки возбуждения 1б и 17, работающие с регуляторами напряжения левого H правого Ilàкетов якорей соответственно; обмотку возбуждения 18, размещенную между развилками шунта, датчики 19, 20 положения ротора, регистрирующие возможные аксиальные перемещения полюсных систем, cTабилизирую1цпс обмотки возбуждения 21 и 22. реагирующие на сигналы датчиков положения ротора.

Предлагаемый генератор является торповой двухпакетной синхронной машиной с магпитопроводом, имеющим те же основные элементы, что и в генераторе с двумя автономно регулируемыми якорями. Данный гснератор имеет в каждом пакете два торцовых добавочных зазора Лтн и Лтв и один добаво IHIIH радиальный Лв. В каждом наружном добавочном торцовом зазоре Лтн в ярме.звсздо IHH наружных полюсов 5 и корпусе 9 выполнены концентрические зубцы 12 и 13 радиальной магнитной ста бил11зации ротора, а в ка1кдом внутреннем добавочном торцовом зазоре Лтв в ярме звездочки внутренних полюсов 4 и радиальной части развилки 7 шунта выполнены аналогичные концентрические зубцы 10 и 11. В каждом внутреннем добавочном радиальном зазоре Лв на оссвой втулке 3 и аксиальной части развилки 7 шунта выполнены зубцы 14 и 15 аксиальной магнитной стабилизации ротора. На боковых поверхностях сердечника шунта б размещены основные обмотки возбуждения 1G и 17, с помощью которых осуществляется независимое регулирование выходных напряжений пакетов якорей, Рядом с этими обмотками возбуждения размещены стабилизирующие обмотки возбуждения 21 и

22, с помощью которых в зависимости от сигналоB датчико в 19 и 20 аксиального положения ротора компенсируются осевые усилия магнитного притяжения, возникающие от аксиальных перемещений ротора под действием внешних динамических возмущающих сил.

Третья обмопка возбуждения 18 размещена между развилками 7 магнитного шунта.

При питании обмоток возбуждения и нагрузке якорей обмотки возбуждения 1б, 17 н

18 создают соответствующие магнитные потоки Ф1, Ф и Фз с потоком рассеяния Ф.-уз (потоки Ф2 и Фз на чертеже не показаны). Так как в элементах магнитного,шунта потоки Ф1, Ф2 и Ф.уз попарно направлены встречно, то вызываемые ими соответствующие падения магнитного напряжения имеют весьма малые величины, что обеспечивает независимую работу двух якорей и регулирование их выходных на пряжений.

Магнитный подвес в установившихся режимах электрической нагрузки с постоянной скоростью вращения при отсутствии значитель15

23

Зо

HI Ix внешних динамических нагрузок осуществлен зубцоььгми зонами радиальной и аКсНальной магнитной стаоилизацин 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15, расположенными в добавочных зазорах вне рабочих торцовых зазоров ма шины.

Рассмотрим особашостп предлагаемого магннтнодинамического ротора.

Генератор выполнен всего лишь с одной цилиндрической расточкой с добавочными воздушными зазорами, что позволяет свссти к минимуму те области магннтопровода, где могуr возникать радиальные силы магнитного

I1PHl ßÆÑHÈH.

Для повышения эффективности радиальной магнитной стабилизации ротора применены в кахкдом пакете два добавочных торцовых зазора наружный Лтн и внутренний Лгв с двумя зубцовыми зонами радиальной стабилизации.

При этом .в плоскостях радиального магнитного подвсса исключена возможность возникновсния радиальных сил магнитного притяжения, что обеспечивается отсутствием в этих плоскостях цилиндрических расточек с радиальными добавочными зазорами.

Для компенсации разностной осевой силы магнитного притяжения при аксиальных пере vicIliCIIHH ротора применены два датчика 19 и 20 поло>кения ротора, устанавливаемые на поверхностях неподвижных зубцов 10 и 12 радиальной магнитной стабилизации в торцовых добавочных зазорах.

По усиленным .сигналам этих датчиков соответственно изменяются токи в стабилизирующих обмотках возбуждения 21 и 22, которые изменяют соответствующие потоки возбуждения пакетов таким образом, что в том пакете, где торцовый зазор увеличился и усилие магнитного притяжения уменьшилось, стабилизирующая обмотка другого пакета уменьшает соответственно его поток возбуждения и усилие магнитного притяжения, и наоборот, в том пакете, где торцовый зазор уменьшился, стабилизирующая обмотка другого пакета увеличивает соответственно его поток и усилие магнитного притяжения. Благодаря таким обратным связям, вызываемым соответствующими датчиками положения и стабилизирующими обмотками, осуществляется эффективная аксиальная стабилизация положения ротора и устраняются усилия магнитного притяжения, вызываемые вынужденными перемещениями ротора.

В динамических переходных процессах радиальные силы магнитного .притяжения между зубцовыми зонами аксиальной стабилизации (между развилками шунта и осевой втулкой в цилиндрической расточке внутреннего добавочного зазора Лв), вызываемые радиальньгми перемещениями ротора от воздействия внешних динамических нагрузок, устраняются благодаря,применению дифференциального саморегулирования устойчивого равновесия ротора в плоскостях, перпендикулярных оси вращения.

528668 изобрстения

Формула г 0

17

Это дифференциальное саморегулирование радиального равновесного состояния ротора осуществляется путем выбора таких соотношений активных размеров якорей, трехэлементного магнитного шунта, главных и добавочных воздушных зазоров, 11!рН которых в кольцевых добавочных зазорах создаются необходимые перераспределенця разностей магнитных потоков Ф1 — Ф.-уа и Ф> — Ф.-р в функции эксцептриситета, компенсирующие изменения радиальных сил vaT!I»THoTo притяжения, вызываемые вынужденными радиальными перемещениями ротора.

Так как в магнитной цепи потока Ф1, помимо магнитного сопротивления РЛв, имеются достаточно большие последовательно включенные магнитные сопротивления 2Кбт и

Кати, где

Лв — внутренний добавочный зазор; бт — рабочий торцовый зазор;

Лтн — добавочный торцовый наружный зазор, то при появлении эксцентриситета е влияние последнего существенно сказывается на изменении,потока рассеяния Ф.1з (B магнитную цепь которого магнитные сопротивления 2Ют и КЛтн не входят) и практически нс отражается на величинах потоков Ф1 и Ф:.

Поэтому влиянием в на величину Ф1 можно пренебречь и признать, что уз»у1, у1-0 и

Ф l макс Ф l мак.

Дифференциальное саморегулирование устойчивого равновесия ротора (при автоматической динамической радиальной магнитной стабилизации) получается путем выбора необходимых соотношении актиьных размеров;1 соотношения величин главных и добаво III!»i зазоров машины.

При этом суммарная вели!Híà двойного о 5 новного и торцового дополнитсль:1ого зазоров должна превышать не менее чем в 4 раза величину радиального дополн 1тельного зазора

Торцовый бесконтактный двухпакетны11 c!IHхронный генератор, содержащии статоры с обмотками, вращающиеся полюсные системы, 15 трехэлементный магнитный шунт с обмотками возбуждения, осевую втулку, мап1итная цепь которого включает в себя основной воздушный зазор между статором и полосами, торцоьый дополнительный зазор между полюсами и

2О трехэлсментным шунтом, и радиальный дополнительный зазор между,шунтом и осевой втулкой, а также зуоцовые зоны радиальной и аксиальиой магнитной стабилизации ротора, о тл и ч а ю щи и с я тем, 1то, с целью обеспе25 чснпя радиальной магнитной стабилизации при ударных нагрузках и повышения надежности, суммаpная Bcличииа дзош!ОГО ОснОвиого и торцового дополнительного зазоров не менее чем в четыре раза превышает величину

30 радиального дополнительного зазора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Франции ¹ 1271654, кл. Г 16d, 1961.

35 2. AHT. гн. ¹ 302790, .Ч. к,l. 11 02К 19/22, 1971.