ИНДУКТОР НЕЯВНОПОЛЮСНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ Российский патент 1994 года по МПК H02K9/04 

Изобретение относится к электромашиностроению и, в частности к неявнополюсным синхронным электрическим машинам, к их узлам-индукторам.

Известна конструкция индуктора неявнополюсной синхронной машины, состоящего из магнитопровода, изготовленного из массивной поковки, в цилиндрической части которой, называемой бочкой, выфрезеровываются пазы вдоль ее длины таким образом, что в тангенциальном направлении образуются 2р групп, состоящих из "большого зубца" и нескольких "малых зубцов", где 2р - число полюсов. В пазы уложены изолированные от ротора и друг от друга проводники обмотки возбуждения, поверх которых уложены проводники демпферной обмотки в собственной изоляции и пазы заклинены клиньями. По внешней поверхности бочки ротора протачивается рифление, снижающее поверхностные потери. Лобовые части обмотки возбуждения закрепляются бандажными кольцами, изготовленными из высокопрочного немагнитного материала, посаженные носиком на заточки бочки ротора, а дисками на вал. С торцов бандажных колец насаживаются вентиляторы для аксиального обдува бочки ротора. В валу выполняются шейки под вкладыши подшипников и хвостовики, на которые насаживаются полумуфты сопряжения с приводным двигателем и возбудителем.

К недостаткам описанной конструкции при непредельных мощностях относятся следующие: 1. Цельнокованный ротор по заготовке является дорогостоящим элементом, значительно увеличивающим стоимость машины. 2. Большая механическая обработка трудоемка и дорогостояща. 3. Недостаточно эффективно косвенное газовое охлаждение обмотки возбуждения, ограничивающее мощность машины 150-165 МВт. 4. Высоки изгибные колебания от неравножесткости из-за наличия "больших зубцов" и пазовой зоны с двойной оборотной частотой. 5. Велико значение поверхностных потерь, снижающих КПД. Рассмотренная конструкция индуктора является прототипом предполагаемому изобретению.

Целями изобретения является следующее: 1. Разработка конструкции индуктора синхронной неявнополюсной машины средней мощности до 250-300 МВт с шихтованным ротором 2. Разработка конструкции индуктора синхронной неявнополюсной машины для средних мощностей 250-300 МВт с шихтованным ротором, собранным из предварительно скрепленных, например заклепками, пакетов. 3. Разработка конструкции шихтованного индуктора для средних мощностей 250-300 МВт с обдувом обмотки возбуждения через вентиляционные каналы между пакетами магнитопровода с распорками - вентиляционными лопастями. 4. Разработка конструкции шихтованного индуктора для мощностей 300-400 МВт, в которых увеличение нагрузки получено за счет снижения изгибных колебаний ротора от неравножесткости путем выполнения пазов обмотки возбуждения равномерно распределенными по окружности ротора при двухслойной обмотке возбуждения.

На фиг. 1 изображен индуктор в разрезе; на фиг. 2 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 3 - вид I фиг. 1; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1.

Индуктор неявнополюсной синхронной машины 1, состоящий из вала 2, магнитопровода 3, насаженного на вал 2 и распертого на нем клиньями 4. Магнитопровод 3 набран из кольцевых вырубок 5, которые собраны в пакеты 6 и скреплены предварительно заклепками 7 между которыми установлены дистанционные пакеты 8, скрепленные заклепками 9 и которые имеют крайние листы 10, к которым прикреплены дистанционные распорки 11, выполняющие роль вентиляционных лопастей. Кольцевые вырубки 5 имеют отверстия 12 под стяжные шпильки 13 и вентиляционные аксиальные отверстия 14, расположенные под каждым пазом 15, в которых уложены проводники 16 в собственной изоляции 17 и корпусной изоляции 18 обмотки возбуждения 19. Проводники 16 закреплены в пазах 5 с помощью клиньев 20 из материала с высокой электропроводностью с диэлектрической изоляцией 21. В каждом зубце 22 выполнены выемки 23 под клинья 20. Пазы 15 расположены равномерно по окружности индуктора 1. Обмотка возбуждения 19 уложена в пазах 15, например слоями, число которых не менее двух 24 и 25, причем шаг по пазам может быть как диаметральным, так и сокращенным, близким к 0,833 от полюсного деления для улучшения гармонического состава кривой поля возбуждения. С торцов 26 и 27 индуктор 1 сжат нажимными фланцами 28 и 29 с помощью шпилек 13 и гаек 30. Нажимные фланцы 28 и 29 имеют заточки 31 в нажимных пальцах 32, на которые опираются бандажные кольца 33 своими носиками 34, причем нажимные пальцы 32 выполнены немагнитными при магнитных плитах 35 нажимных фланцев 28 и 29. Лобовые части 36 и 37 выполнены двухслойными и отогнутыми к валу 2. Вентиляционные отверстия 14 с обоих торцов 26 и 27 выведены за бандажи 33 трубами 38, к которым присоединены выходы вентиляторов 39 и 40 радиально осевого типа. Трубы 45 подают газ в лобовые части 36 и 37, охлаждая их.

Индуктор 11 (фиг. 1) работает следующим образом: фланец 42 передает вращающий момент от приводного двигателя, и ротор 41 вращается, вентиляторами 39 и 40 нагнетая газовый хладагент в трубы 38, из которых газ поступает в аксиальные отверстия 14 и распределяется между вентиляционными каналами 43 вдоль длины индуктора 1, охлаждая проводники 16 обмотки возбуждения 19, лежащие на пути прохождения газа, дополнительно нагнетаемый распорками - лопастями 11, и подогретый газ выходит в воздушный зазор. Центробежные силы растягивают обод - ярмо 44, которое удерживается на клиньях 4 до некоторой разъединительной скорости вращения, величина которой должна быть выше угонной скорости вращения. Равномерно распределенные по окружности ротора 41 пазы 15 изменяют критическую частоту колебаний ротора 41 при вращении его с номинальной скоростью, позволяя избежать резонанса вблизи рабочей частоты вращения. Обдув лобовых частей 36 и 37 производится через трубы 45 с выходом нагретого газа в зазор через выемки 46 в бандажах 33, которые изолированы диэлектриком 47 от нажимных пальцев 32. Короткозамыкающие кольца 48 изолированы от нажимных фланцев 28 и 29, что предотвращает подгары от токов утечки на ротор 41. Клинья 20, изолированные от индуктора 1 диэлектриком 21, не создают подгаров на контактных поверхностях.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: 1. Потери на поверхности ротора снижаются пропорционально отношению - о/8, где о - толщина стали, мм, что снижает нагрев ротора и увеличивает КПД генератора. 2. Осуществляется более интенсивное охлаждение обмотки возбуждения путем обдува ее участков через вентиляционные каналы, что снижает рабочую температуру обмотки и этим потери в ней, а это повышает КПД. 3. Удешевляется изготовление ротора за счет уменьшения массы поковки. 4. Снижается объем механической обработки ротора, что удешевляет его изготовление и снижает стоимость ротора. 5. За счет равномерного распределения по окружности ротора пазов обмотки возбуждения с проводниками, обмотки возбуждения в каждом пазу снижаются колебания ротора от его неравножесткости и прогиба, что повышает надежность ротора и предельную мощность машины с шихтованным магнитопроводом. 6. За счет выполнения двухслойной обмотки возбуждения ротора с сокращением шага, близким к 0,833 полюсного деления, снижается гармонический состав спектра магнитного поля воздушного зазора, что повышает КПД машины и снижает шумы и электромагнитные вибрации. 7. За счет выполнения ротора с равномернораспределенными пазами по окружности, заполненными проводниками обмотки возбуждения, повышается коэффициент использования ротора, что снижает расход активных материалов: поковки и меди ротора, стали ротора - приблизительно на 25-35%, а это позволяет удешевить машину и повысить ее КПД или повысить ее габаритную мощность.

Сущностью изобретения, позволяющей выполнить поставленные цели, является следующее: 1. Выполнение магнитопровода ротора шихтованным из предварительно спрессованных и скрепленных пакетов с вентиляционными подпазовыми каналами и с дистанционными пакетами с вентиляционными распорками - лопастями вентилятора. 2. Выполнение ротора с равномерно распределенными по его окружности пазами, в каждый из которых уложены проводники обмотки возбуждения в два слоя и соединяемые по электрической схеме с диаметральным или сокращенным шагом проводников одного слоя по отношению к проводникам другого слоя.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в турбогенераторах мощностью до 400 МВт при 3000 об/мин, в турбодвигателях с неявнополюсным ротором.

Сущность изобретения: индуктор неянополюсной синхронной машины содержит вал 2, на котором закреплен магнитопровод 3, состоящий из предварительно спрессованных и скрепленных пакетов 6 с помощью заклепок и дистанционных пакетов 8 с вентиляционными распорками 11, которые аксиально стянуты шпильками 13, проходящими через отверстия в ярме-ободе, и нажимными фланцами 28 и 29. В пазах магнитопровода 3 уложены проводники обмотки возбуждения и закреплены клиньями 20. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. ИНДУКТОР НЕЯВНОПОЛЮСНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, содержащий вал, на котором закреплен магнитопровод индуктора, на внешней поверхности которого расположены пазы, в которых клиньями закреплены проводники обмотки возбуждения, соединенные электрически в лобовых частях, которые закреплены с помощью бандажных колец, рядом с которыми на валу насажены вентиляторы, отличающийся тем, что магнитопровод индуктора собран из предварительно спрессованных пакетов из кольцевых вырубок тонколистовой стали, которые скреплены преимущественно заклепками и между которыми установлены дистанционные пакеты с вентиляционными промежутками с размещенными в них вентиляционными распорками, причем радиально магнитопровод на валу закреплен расклиновкой пазов встречными клиньями, а аксиально - с помощью нажимных фланцев и стяжных шпилек, проходящих сквозь отверстия в ярме-ободе магнитопровода. 2. Индуктор по п. 1, отличающийся тем, что в пакетах магнитопровода выполнены подпазовые каналы, по которым циркулирует охлаждающий газ, нагнетаемый вентиляторами, лопасти которых своими выходными отверстиями подключены к трубам, подсоединенным к аксиальным вентиляционным каналам, из которых газ вытягивается дистанционными распорками-лопастями. 3. Индуктор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен с равномерно распределенными по окружности пазами, в каждом из которых закреплены проводники обмотки возбуждения, уложенные не менее чем в два слоя по высоте паза, соединенные в двухслойных лобовых частях так, что сокращение шага по пазам близко к 5/6.