Статор электрической машины переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 200781 (21) 3322498/24-07 (51) М. Кл.з с присоединением заявки Мо

Н 02 К 3/42

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2312S2- Бюллетень Мо 47 м

Дата. опубликования описания 2 1282 (S3) УДК б 21. 313. .713(088.8) (72) Авторы изобретения

Г.Г. Счастливый и А. И. Титко

Институт электродинамики AH Украинской ССР; (71) Заявитель (54) СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИАШИНЫ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам переменного тока, в частности к мощным турбогенераторам, характеризующимся значительными электромагнитными и тепловыми нагрузками торцовых элементов сердечника статора-, и может быть использовано в мощных турбо- и гидрогенераторах, электрических машинах автономного назначе« ния.

Известны конструкции статора электрической машины переменного тока, например турбогенератора, содержащие шихтованный сердечник (магнитопровод) с обмоткой, массивную нажимную плиту и электромагнитный экран, Электромагнитный экран Представляет собой медное кольцо, распопагаемое на поверхности плиты, обращенной к лобовой части обмотки или к сердечнику, и устанавливается для защиты крайних пакетов статора от переменных потоков рассеяния лобовых частей обмоток машин (1 ).

Однако токи в экране, концентрируясь на внутренней кромке его, приводят к большой неравномерности потерь и нагрева и усложняют его охлаждение, в особенности трудно решаемое для турбогеиераторов предельных мощностей (v 1000 ИВт). Кроме того, токи, проходящие в тангенциальном направлении по внутренней кромке экрана и достигающие в мощных турбогенераторах больших значений (20-30 кА и более);. являются мощными вторичными источниками поля, которое неблаго1п приятно влияет на крайние пакеты сердечника, вызывая в них дополнительные местные потери, усложняя охлаждение и ограничивая допустимую нагрузку турбогенераторов.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является конструкция статора электрической машины переменного тока, содержащая шихтованный -сердечник с обмоткой и массивную нажимную плиту, изготовленную иэ стальной поковки с высокими механическими и слабыми экранирующими свойствами. Экранирование крайних пакетов статора и плиты от переменных магнитных потоков рассеяния ббмотки статора осуществляет замкнутая много.Фазная экранирующая обмотка, покрывающая внутреннюю кромку плиты н ее боковую поверхность, обращенную к лобовой части обмотки. Выполнение такого экрана в конструкции статора

983904 обеспечивает более равномерное экранирование концевой эоны (,2 ).

Однако магнитные потоки лобовой части обмотки статора и экранирующей обмотки в различных режимах эксплуатации, например в режимах недовозбуждения и перевозбуждения, имеют одинаковый характер взаимодействия в об.— ласти зубцов крайних пакетов с силь,ным магнитным потоком, вытесненным из воздушного зазора (поток "выпучивания"). Поэтому, если намотка экрани- рующей обмотки имеет одно направление, то в режиме потребления реактивной мощности (режим недовозбуждеиия) магнитные потоки "выпучивания" лобовой части обмотки и экранирующей обмотки в области зубцовой зоны крайних пакетов суммируются. Вследствие этого увеличиваются потери на вихревые токи и нагрев зубцов крайних пакетов, ограничивается диапазон нагрузок электрических машин и вырабатываемая нми в этих режимах активная мощность, уменьшается надежность работы машин. Кроме того, при переходе от одного. режима к другому наблюдается существенный температурный перепад в крайних пакетах вследствие одинакового характера.экранирования одной замкнутой обмоткой.

Целью изобретения является увеличение наг рузочной способности и повь1шение надежности работы и маневренных режимах. !

Поставленная цель достигается тем, что в статоре электрической машины переменного тока, coäåðæàùeì шихтованный магнитопровод с обмоткой, нажимную плиту и расположенный на боковой поверхности плиты, обращенной к лобовой части обмотки, и на ее внутренней цилиндрической поверхности экран в виде многофазной обмотки, статор снабжен блоком регулирования с переключателем, каждая фаза экранирующей обмотки на ее полюсном делении выпслнена в виде двух отдельных катушечных групп, размещенных одна внутри другой так, что нижние стороны внешних катушек укладываются на внутренней цилиндрической поверхности нажимной плиты, между катушечными группами включен переключатель, соединенный с блоком регулирования.

На фиг. 1 изображена концевая зона статора турбогенератора (при соединении катушечных групп одной фазы обмотки встречно), продольный разрез; на фиг. 2 — схема соединения катушечных групп экранирующей обмотки; на фиг. 3 - концевая эона статора турбогенератора (при соединении катушечных групп одной фазы обмотки согласно), продольный разрез) на фиг. 4 — сечение Д-Д на фиг. 3„на фиг. 5 - форма внешних катушек обмотки; на фиг. б и 7 — пример выполнения трехфазной зкранирующей обмотки; на фиг. 8 — экранирующая обмотка с переменным в радиальном направлении шагом намотки; на фиг.9 расчетно-экспериментальные данные.

Статор электрической машины со-. держит шихтованный магнитопровод 1 с обмоткой 2, нажимную плиту 3 и экра10 нирующую обмотку 4. шихтованные листы магнитопровода стягиваются нажимными плитами 3 посредством стяжных призм

5.Призмы 5 ребрами б жесткости соединяются с корпусом 7 машины. Каждая фаза

15 экранирующей обмотки 4 состоит иэ двух катушечных групп 8 и 9, между которыми включен переключатель 10, управляемый блоком регулирования электромагнитным экранированием 11.

2() Для примера намотки одной фазы однослойной двухполюсной обмотки .(фиг. 4) при соединении концов катушечных групп А8< с А9> и Ха с Х9„они I включаются встречно, а при соединеHBH КОНЦОВ Аэк C А9к.H Х вк с Хзксогласно. При этом фаза обмотки на полюсном делении соединяется обычным способом.

Многофаэная обмотка состоит из нескольких укаэанных обмоток и может укладываться @ля простоты технологии изготовления в несколько слоев, равных числу фаэ обмоток (фиг. б). Фазы обмотки укладываются в тангенциальном направлении на поверхностях плиты соответственно месторасположению и следованйю (фаз обмотки 2 статора, т.е. проекции осей фаз друг на друга экранирующей обмотки 4 и обмотки 2 статора совмещаются. Экранирующая обмотка может иметь переменный радиальный шаг намотки, увеличивающийся с увеличением радиуса (фиг. 8) °

Устройство работает следующим об45:Разом.

В режимах недовозбуждения катушечные группы 8 и 9 включены встречно.

В этих режимах поток "выпучивания"

Фо и поток ФЭ лобовой части обмотка

5О статора суммируются в области зубцо вой зоны крайних пакетов. При указан-ном включении поток Ф„ катушечной группы 9 направлен обратно потокам

Ф и Фз (фиг. 1) . Так как катушечная группа 9 расположена вблизи зубцовой эоны, то суммарный магнитный поток, пронизывающий зубцы крайних пакетов, существенно уменьшится. Уменьшатся в последних потери и нагрев. В режимах перевозбуждения катушечные группы 8 и 9 включены согласно, поток Ф у .зубцовой эоны вычитается из преобладающего здесь магнитного потока "выпучивания" Фо, и поток Ф„ обмотки вычитается иэ потока фо, вследствие 5 чего суммарный магнитный поток, про983904 низывающий зубцовую зону крайних пакетов статора, уменьшится.

Таким образом, в различных режимах эксплуатации экранирующее действие обмотки в зубцовой зоне крайних пакетов. имеет практически одинаковый характер, что обеспечивает как снижение нагрева крайних пакетов в режимах потребления реактивной мощности, так и термостабилизацкю магнитопрово - да статора при переходе от одного . 10 режима к другому.в маневренных режи мах работы, что увеличивает нагрузочную способность и повышает надежность машин. .Приведены (фиг. 9) эксперименталь- 15 ные данные аксиальной составляющей индукции магнитного поля (сплошная кривая) и перегрева крайних пакетов сердечника статора (штриховая кривая

1) в зоне коронок зубцов турбогенера-.29 тора 300 МВт при различных соз Ч .

Увеличение перегрева крайних пакетов при изменении cos Ч турбогенератора от — 0,85 (перевозбуждение) до

0,85 (недовозбуждение) составляет около 450, что соответствует удлинению только крайних пакетов.сердечника статора на 0,5 мм. При работе тур богеиератора в маневренных режимах . удлинения сердечника статора является одним из факторов распрессовки железа сердечника статора и приводит в дальнейшем к значительному уменьшению ресурса элементов конструкции статора и надежности работы машины.

Как показывают опыты на физической модели с различными типами экранов, даже удаление концентрированных токов одного направления с направлением токов обмотки статора уменьша- 40 ет аксиальную составляющую поля у зубцовой зоны на 25-30%. При этом уменьшается нагрев крайних пакетов (кривая 2). Уменьшится и перепад температуры при работе турбогенера-. 45 тора в режимах недовозбуждения и перевозбуждения. удлинение сердечника при нагреве уменьшится до 0;3 мм.

Уменьшение перепада температуры только концевых зон при изменении соз Ч, 5О если не столь существенно снизит термамеханические напряжения во всем сердечнике ввиду их малого относительного вклада, то значительно уве«. личит прочность крайних зубцов и изо- 55 ляцию в этих местах, что повысит эксплуатационную надежность всего генератора. Для предлагаемой конст.рукции изменение длины сердечника статора в маневренных режимах можно свести до минимума.

Так как напряженность магнитного поля лобовой части обмотки 2 уменьшается с увеличением радиуса, то намотка витков с переменным радиальным шагом увеличивает эффективность экранирования.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции в отечественных генераторах переменного тока мощностью 500 МВт и выае достигается за счет увеличения нагрузочной способности (расширение диаграммы нагрузок, повыаение мощности) и повышения надежности электрических машин переменного тока. Так как прииенение регулируемой экранирующей .обмотки в предлагаемой конструкции статора электрической машины переменного тока нри ее работе в маневренных режимах уменьшает аксиальную составляющую магнитной индукции в зубцовой зоне крайних пакетов сердечника в различных режимах эксплуатации, то тем самым уменьшится нагрев указанных элементов и значительно выравняется температура в крайних пакетах в радиальном направлении. Как извест-: но, нагрев эоны дна пазы крайних пакетах ограничивает допустимую нагрузку турбогенератора в режимах недовозбуждения и при асинхронном ходе, Поэтому применение предлагаемой констI рукции B электромашиностроении за счет повышения эффективности экранирования зубцовой зоны крайних пакетов статора, а также за счет равномерного распределения поля в концевой зоне .машины, существенно улучшит эксплуатационные характеристики элементов концевой зоны машины, повысит нагрузочную способность и надежность работы машин переменного тока.

Формула изобретения

Статор электрической машины переменного тока, например турбогенератора, содержащий шихтованный магнитопровод с обмоткой, нажимную плиту и установленный на боковой поверхности нажимной плиты, обращенной к лобовой части обмотки, и на ее внутренней цилиндрической поверхности экран в виде многофазной обмотки, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности и повышения надежности работы в маневренных режимах, статор снабжен блоком регулиройания с переключателем, каждая фаза экранирующей обмотки на ее полюсном делении выполнена в виде двух отдельных катушечных групп, размещенных одна внутри другой так, что нижние стороны внешних катушек укладываются на внутренней цилиндрической поверхности нажимной плиты, между катушечными группами включен переключатель, соединенный с блоком регулирования.

983904

Я а 1

Фиг.3

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Постников И.М., Станиславский Л.Я., Счастливый Г.Г. и др. Электромаг нитные и тепловые процессы в концевых частях мощных турбогенераторов. киев, "Наукова думка", 1971, с. 23, фиг. 12; с. 24, фиг. 13;, с. 256, фиг. 105> с. 261:, фиг. 110; с. 275, фиг. 119, с. 298, фиг. 134.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2897837/ 4-07,кл.Н 02 К 3/42,, 1980.