Статор электрической машины

 

О П И.С А Н И E

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистическим

Республик

psj983899(gq) g+ 3 (61) Дополнительное к авт. свид-вуВ 930497

У (22) Заявлено 02.0781 (2т) 3311002/24-07 с присоединением заявки Йо

Н 02 К 1/12

Н 02 К 3/42

Государствеииый комитет

СССР по делам, изобретений и открытий

- (23) Приоритет

Опубликовано 2М2.82. Бюллетень М 47 (33) УДК 621,313. .322(088.8) Дата опубликования описания 231282

Г.Г. Счастливый, А.И. Титко, И.Я. Черемисов, Б.В. Спивак и В.Г. Ракогон

/ . - - "" /

C

Институт электродинамики AH Украинской ССР,-. - =т / (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение. относится к электрическим машинам переменного тока, в частности к мощным турбогенераторам,характериэующимся значительными электромагнитными и тепловыми нагрузками торцовых элементов статора.

По основному авт. св. Р 930497 известен статор электрической машины, содержащий шихтованньтй магнитопровод, тп обмотку, нажимную плиту и электропроводный экран, расположенный на боковых поверхностях плиты, обращенных к магнитопроводу и лобовой части обмотки, и на ее внутренней цилиндричес- . кой поверхности (1).

Эта конструкция обеспечивает удаление тангенциальных токов, концентрирующихся на цилиндрической поверхности экрана, от зубцовой зоны крайних пакетов магнитопровода статора в область спинки магнитопровода,где электромагнитное поле является ос.лабленным. Это уменьшает магнитный поток, понизывающий зубцовую зону пакетов магнитопровода. Однако вследствие большой площади поверхности экрана, обращенной к лобовой части обмотки, индуктируются вихревые токи весьма больших значений в этом участке экрана, которые беспрепятственно затекают на цилиндрическую поверхность

,экрана, т.е. в область экрана, близко расположенную к зубцовой зоне крайних пакетов. Эти токи, хотя. и рассредотачиваются в массив участка. экрана, расположенного между магнитопроводом и плитой, на цилиндрической поверху ности еще будут значительны. Они asляются мощными вторичными источника.мн поля, которое неблагоприятно влияет на крайние пакеты, вызывая дополнительные потери и нагрев -и тем самым ограничивая допустимую нагруз ку турбогенераторов и снижая надеж-ность их работы.

Целью изобретения является улучше ние эксплуатационных характеристик путем увеличения эффективности экранирования от магнитных потоков рассеяния и уменьшения нагрева зубцовой эоны крайних пакетов статора.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции статора электрической .машины. переменного тока е шихтованнам магнитопроводом, обмоткой, нажимной плитой и электропроводным экраном, расположенным на боковых поверхностях плиты и на ее внутренней цилиндрической поверхности, участок экрана, расположенный между плитой

983899 и лобовой частью обмотки, выполнен, по меньшей мере, из двух отдельных частей, сопряженных одна с другой, по поверхностям вращения, и места сопряжения на внешней обращенной к лобовой части обмотки поверхности экрана расположены на участке, ограниченном половиной радиального размера экрана и измеряемым от поверхности раздела двух слоев обмотки размером

0 С () - -) s in@, где С вЂ” длина отогнутого участка лобовой части oeiотки статора, р — угол.отгиба этого участка, до половины радиального размера Н участка экрана, расположенного перед плитой. Размер соответствует местоположению на поверхности экрана проекции "центра; тяжести" аксиально-радиальных токов лобовой части обмоТки, которые оказываются близко расположенными к экрану. В зоне местоположения на поверхности экрана проекции "центра тяжести" вихревые токи, а их линии меняют направления, если исключить влияние краевых явлений. Этим и определяется выбор мест сочленения отдельных частей экрана.

Если образующая поверхностей вращения изменяется по линейному закону

r = F(z), то в системе координат ог гz, в которой координатная поверхность ог Ч совмещен с боковой поверхностью эФрана, обращенной к лоббвой части обмотки, образующая кривая выражена так

r ьй9К+ A + 8, где О

3 Ji

0<В< —

Н

2 (A — радиус цилиндрической поверхности раздела двух слоев обмогки;

В " место сочленения на внешней поверхности. частей экрана.

При этом между отдельными частями экрана, экраном и плитой размещена электроизоляционная прослойка.

Такая конструкция не допускает возможности перетекания токов с боковой поверхности, где они максимальны, на цилиндрическую поверхность, которая близко расположена к зубцовой зоне крайних пакетов. Вихревые токи замыкаются в отдельных частях эк-: рана и более раВномерно распределяются в радиальном направлении. Сочленение двух частей экрана через изоляционную прослойку по поверхности, например конической (eLrr0), обеспечивает уменьшение проникновения магнитного потока в плиту в местах сочленения.

Предлагаемая конструкция статора электрической машины переменного тока более надежна, а ее нагрузочная способность увеличится вследствие уменьшения тангенциальных токов на цилиндрической поверхности экрана, ( расположенных вблизи зубцовой зоны крайних пакетов, уменьшения локаль-, ных потерь, радиальных градиентов температур и местных перегревов крайних пакетов статора и экрана.

На фиг. 1 изображен предлагаемый

10 статор электрической машины переменного тока, торцовая часть; на фиг.2то же, продольный разрез на фиг.3— экран, пример конкретного выполненияр на фиг. 4 — составной экран; на

)5 фиг. 5 — монолитный экран; на фиг.б8 — кривые, показывающие эффективность составного экрана.

Статор электрической машины содержит щихтованный магнитопровод 1, обмотку 2, нажимную плиту 3, электропроводньтй экран 4 (фиг. 1). Экран 4 состоит из трех участков 5-7, покрывающих боковые поверхности плиты и ее цилиндрическую поверхность ° Учас25 ток 5, расположенный между плитой 3 и лобовой частью обмотки 2, радиальный размер которого равен Й, выполнен из двух и более частей. В местах сочленения отдельных частей участка

ЗО 7 экрана, между экраном 4 и плитой 3 размещена электроизоляционная прослойка 8. Поверхностью раздела двух частей экрана является поверхность вращения с огибающей, имеющей вид произвольной кривой (фиг. 3).

В системе координат orVz, в которой координатная поверхность ог г совмещена с боковой поверхностью экрана, обращенной к лобовой части обмотки

2, образующая может быть выражена, 4О например, г = ztgo(+ A + 8 (фиг.1).

Угол а(изменяется от - до - - (фиг. 2), A - радиус йоверхности раэ2 дела двух слоев обмотки (фиг. 1).Размер В изменяется в интервале от зна45 2 чения выражения С(1- †) ыпр, где

С вЂ” длина отогнутого участка лобовой части обмотки 2; р- угол отгиба

Н этого участка, до — — половины ра2 диального размера участка 5 экрана.

Поверхности раздела двух частей экрана 4 конические при gag О, а при о = 0 .- цилиндрические. В последнем случае части участка 5 экрана имеют вид цилиндрических колец (дисков).

При о(40 диски имеют скошенные торцы.

На участках экрана и плиты, на которых они электроизолированы, для улучшения охлаждения может быть предусмотрено канальное охлаждение, если изоляция выполнена в виде прокладок. Эти участки могут быть электроизолированы и с помощью дистанционб5 ных прокладок между экраном и плитой

983899 б

-для образования вентиляционных кана-" лов.

При работе электрической машины переменного тока магнитный поток рассеяния обмотки 2 индуктирует вихревые токи в экране 4, плите 3 и крайних пакетах магнитопровода 1. Так как лобовая часть обмотки 2 с током близко расположена к экрану 4 и площадь боковой поверхности экрана 4, обращенной к боковой части обмотки 2, .весьма значительна, то значительный и переменный магнитный поток, пронизывающий эту поверхность. В результате по массиву участка 5 экрана протекают вихревые токи, достигающие больших значений. Вихревые токи в случае монолитного экрана перетекают из части экрана 4, расположенной на внешней боковой поверхности плиты 3, в. массив участка 6 экрана и концентриI руются у края экрана 4 на внутренней цилиндрической поверхности, близко расположенного к зубцовой зоне. Если участок 5 экрана составной, отдельные части которого сочленены через электроизолирующую прослойку 8, то укаэанное перетекание токов из массива участка 5 в массив участка 6 не имеет места, как нет перетекания токов и через массив плиты Hs-за наличия прослойки 8. Такое же электромагнитное взаимодействие имеет место при применении экранов с несколькими составными частямк. Так как отдельные части экрана 4 сочленяются через поверхности вр щения с произвольной образующей кривой, например, через конические поверхности, то магнитный поток не може беспрепятственно проникать в массив плиты 3. Уменьшение тангенциальных токов в массиве участка 6 экрана, удаление основных контуров тока ат зубцовой зоны приводят к уменьшению магнитного потока, пронизывающего поверхность этой зоны, потерь и нагрева в ней. Кроме того, происходит выравнивание температуры крайних пакетов статора и экрана.Все это выгодно отличает. предлагаемую конструкцию от известной.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции в генераторах переменного тока мощностью 500 МВт и выше достигается. за счет увеличения нагруэочной способности (расширение диапазона нагрузок, повыаение мощности) и повышения надежности работы машин. Так как применение составного экрана в предлагаемой конструкции статора уменьшит аксиальную составляющую магнитной индукции- в зубцовой зоне крайних пакетов, то тем савым уменьшится местный нагрев укаэанных элементов.Известно, что нагрев зоны дна паза крайних пакетов ограничивает допустимую нагрузку генераторов в режимах недовозбуждения и асинхронного хода. Поэтому применение предлагаемой конструкции статора повысит нагрузочную способность и надежность работы машин. йействительно это подтверждается опытными данными плотности тока 6 в

-экране 4 (фиг. 6-8), и полученными на физической модели концевой зоны турбогенератора мощностью 500 МВт для двух вариантов экранов 4: монолитного (фиг. 5) на,поверхности плиты, обращенной к лобовой части, !

5 и составного (фиг. 4) в котором .части 5 и 6 не соприкасаются друг с другом. Плотность тока (фиг. 6-8) представлена в зависимости от тОчки . на экране, находящейся на расстоянии .I;(l; 1, 2, 3) от конца экрана, Начало отсчета каждого I показано (фиг. 4 и 5). Если .экран 4 монолитный, то токи в экране свободно перетекают из электропроводкой части 5 на часть 6 и плотность тока концентрируется на краю части 6 (фиг. 7) вблизи зубцовой зоны крайних пакетов статоров. Если экран 4 составной,то в части 6 экрана плотность тока уменьшается и равномерно распределя-30 ется (фиг. 6) в результате действия эффекта близости двух частей 5 и 6 экрана. Суммарный ток в части 6 составного экрана уменьшится в 2,2 раза по сравнению с вариантом монолит35 ного экрана. Магнитный поток, пронизывающий зубцовую зону крайних пакетов, Уменьшается. В данном случае аксиальная составляющая у поверхности зубцовой зоны уменьшится на 30%.

gp Если место расчленения экрана 4 отодвинуть в направлении о),з, либо таких расчленений выполнить несколько, то максимум плотности тока в части 5 уменьшится (фиг. 8) и она распреде- .

45 лится равномернее. Если.аксиальная составляющая индукции магнитного поля, обусловленного рассеянием лобовой части обмотки статора, уменьшится на 30%, то в различных нагрузочных

О режимах работы турбогенератора с учетом потока выпучивания из зазора максимальные потери и нагрев умень,шится не менее, чем на 103. Это обеспечивает экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции на турбогенераторе мощностью 500 МВт только вследствие расширения диаграммы нагрузок не менее 150 тыс. руб. в год на один турбогенератор, если принять,.что турбогенератор работает

60 в ре ме пиковых нагрузок Зоо.ч в год. Уменьшение радиальной составляющей градиентов температуры в крайних пакетах и экране приводит к уменьшению их вибрации и шумов, что обеспе65 чивает социальный эффект.

983899

Формула изобретения

1. Статор электрической машины по авт. св. 9 930497, о т л и ч а ющ и й.с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, .участок экрана, расположенный между плитой и лобовой частью обмотки, выполнен, по меньшей мере, из двух отдельных частей, сопряженных одна с другой по поверхностям вращения, и места сопряжения на внешней обра щенной к лобовой части обмотки поверхности экрана расположены на участке, ограниченном половиной радиального размера экрана и измеряемым от поверхности раздела двух слоевобмотки размером D С(1- )siп ф, где С вЂ” длина отогнутого участка лобовой части обмотки статора, р— угол отгиба этого участка, 2. Статор по . 1, о т л и ч а юшийся тем, что между плитой, экраном и его отдельными частями размещена электроизоляционная прослойка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 930497, кл. Н 02 К 1/12, 15 Н 02 К 3/42, 1980.

983899 t Уру4

Я

9 М

4 f2

ФиО

Составитель Н.Сухоярская

Редактор Н.Бобкова ТехредИ.Надь . КорректорВ ° Прохненко

Эаказ 9946/68 TMpRK 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35» Рау аская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Уигород, ул. Проектная, 4