ГОЛОВКА ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ СТЕРЖНЕВОЙ ОБМОТКИ СТАТОРА Российский патент 1994 года по МПК H02K3/38 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к межстержневым соединениям обмоток машин переменного тока.

Известна конструкция головок обмоток статоров машин переменного тока, в которых осуществляется межстержневое соединение проводников различных слоев в одну последовательную электрическую цепь, причем элементарные проводники, очищенные от диэлектрической изоляции, на участке головки плотно соприкасаются друг с другом за счет надетого медного массивного хомутика и пропаиваются, образуя тем самым массивную шину, замыкающую накоротко каждый стержень с обоих концов.

Недостатки этой конструкции следующие. Массивнозамкнутые проводники соединяемых стержней вызывают на переменном токе высокие потери на вытеснение тока на этом короткозамкнутом участке и, следовательно, повышенные местные нагревы, что ухудшает КПД машины и снижает надежность ее работы. Короткозамыкающий стержень с двух концов соединения в головках создает точки нулевого потенциала на концах стержней, а поскольку вдоль стержня и особенно вдоль лобовых частей индуктированные потенциалы распределяются неравномерно, то создаются благоприятные условия для возникновения циркуляционных токов, протекающих по лобовым частям обмотки и неустраняемых никакой транспозицией в лобовых частях, это создает высокие потери на циркуляционные токи в обмотке, что снижает КПД машины и повышает нагревы ее стержней. В случае межпроводникового замыкания в пазовой части стержня к концам стержня с нулевым потенциалом и к точке пазового замыкания текут циркуляционные токи, которые повышают потери и нагревы в стержне (одно замыкание дает 10-15% увеличения потерь в стержне), что ухудшает КПД и снижает надежность обмотки статора. Головки обмоток статоров с короткозамкнутыми соединениями требуют высокотемпературных твердых, обычно серебряных припоев, что удорожает обмотку. Выполняемая в некоторых конструкциях обмоток статоров транспозиция лобовых частей стержней является непроизводительной тратой времени и сил, если межстержневые соединения выполнены короткозамкнутыми.

Целью изобретения является уменьшение потерь на вихревые токи в головках путем изолирования каждого элементарного проводника от соседнего с помощью диэлектрических элементов, уменьшение потерь на циркуляционные токи в лобовых частях обмотки статора путем изолирования элементарных проводников от соседних с помощью диэлектрических элементов, а также с помощью перемычек, соединяющих проводники стержней так, чтобы разность потенциалов между соединяемыми проводниками была как можно меньшей, удешевление паечных работ при соединении в головках за счет использования припоев с меньшей температурой нагрева и менее дорогостоящих.

На фиг.1 и 2 представлена головка 1 лобовых частей, имеющая верхний 2 и нижний 3 стержни, которые изготовлены из элементарных проводников 5 в собственной изоляции 6 на участках 7 и на участках 8 без собственной изоляции 6, на которых элементарные проводники друг от друга изолируются диэлектрическими элементами 9 и 10, изготовленными из термостойкого диэлектрика с высокой теплопроводностью, например фторопласта или полиимида, или лучших по свойствам диэлектриков. В ячейки 11 и 12 диэлектрических элементов 9 и 10 вставляются элементы припоя 13 и концы 14 и 15 гибких перемычек 16, изолированных диэлектриком 17. После нагрева головки 1 и расплавления припоя 13 перемычки 16 обоими концами 14 и 15 приводятся в соприкосновение с соответствующими элементарными проводниками 5 и удерживаются в таком состоянии до остывания припоя 13, после чего каждая ячейка 11 и 12 герметизируется термостойкой теплопроводящей мастикой 18. Имеется корпусная изоляция 4.

На фиг.3 изображен диэлектрический сотовый элемент 9 и 10, состоящий из вертикального элемента 19 и горизонтальных перегородок 20, которые образуют ячейки 11 и 12, в которых электрически припоем 13 соединяются элементарные проводники 5 и перемычки 16.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема соединения перемычками 16 элементарных проводников 5, обозначенных номерами от I до VI в стержнях 2 и 3, которая обеспечивает минимальные потери от циркуляционных токов в лобовых частях обмотки статора. Угол смещения фаз ЭДС соединяемых элементарных проводников 5 стержней 2 и 3 определяется: Φ₁ = 360/n₁, N, где n₁ - число элементарных проводников в стержне; N - номер элементарного проводника стержня, при этом Φ₁=Φ₂, где Φ₁иΦ₂ - фазы смещения соединяемых элементарных проводников 5 верхнего и нижнего стержней 2 и 3, для каждой пары соединяемых проводников.

Головка лобовых частей работает следующим образом.

Электрический ток из элементарного проводника 5 протекает в головке 1 в припой 13, в конец 14 перемычки 16, по перемычке 16 к ее концу 15 и через припой 13 в соответствующий элементарный проводник 5 нижнего стержня 3 и в пазовую часть обмотки статора. Диэлектрические элементы 9 и 10 предотвращают массивное короткое замыкание в головке 1, изоляция 17 перемычки предотвращает их замыкание и в результате электрические цепи элементарных проводников 5, соединенных автономно у верхнего и нижнего стержней 2 и 3, образуют изолированные цепи со сниженными добавочными потерями и нагревами от них. Контроль паек припоем 13 осуществляется с боковых открытых сторон визуально или ультразвуком. Для пайки может применяться припой оловянисто-свинцовый вместо серебряного, например ПОС - 90 вместо ПСР - 45, что удешевляет пайку. За счет выполнения равенства Φ₁=Φ₂ снижаются циркуляционные потери, обусловленные разным по высоте стержня положением проводников 5.

Изобретениее имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества. Снижаются потери на вихревые токи в головках лобовых частей, что уменьшает их нагрев и повышает реальный КПД машины. Снижаются циркуляционные потери в лобовых частях обмотки статора, что уменьшает их нагрев и повышает КПД и надежность обмотки статора. Уменьшаются потери от циркуляционных токов в обмотке при замыкании между проводниками за счет выравнивания потенциалов вдоль стержня и за счет удлинения контура циркуляции, что снижает нагревы стержней, повышает КПД машины и надежность обмотки статора. Появляется возможность проверки паяного соединения каждой пары элементарных проводников визуально или ультразвуком. Появляется возможность контроля сопротивления электрического контура каждой пары элементарных проводников и сопротивления изоляции каждого контура элементарных проводников. Для машин до средней мощности появляется возможность снизить стоимость припоя применением припоев типа ПОС - 90.

Сущностью изобретения является следующее: Электрическая связь между стержнями обмотки статора осуществляется по парам элементарных проводников с помощью электропроводящих гибких перемычек, причем в местах спаев перемычек с элементарными проводниками осуществлена изоляция соседних элементарных проводников друг от друга с помощью диэлектрических ячеистых элементов, в ячейках которых размещены спаи перемычек и элементарных проводников, загерметизированные термостойкой диэлектрической мастикой, причем перемычки изолированы друг от друга покровной диэлектрической изоляцией. Элементарные проводники верхнего и нижнего стержней соединяются гибкими перемычками так, что фазовые углы сдвига ЭДС на концах соединяемых проводников равны.

Изобретение может быть использовано в стержневых обмотках машин переменного тока средней, большой и высокой мощности для турбогенераторов, гидрогенераторов, компенсаторов, асинхронных и синхронных двигателей.

Использование: в электромашиностроении. Сущность изобретения: головка 1 лобовых частей стержневой обмотки статора содержит верхний 2 и нижний 3 стержни, состоящие из элементарных проводников 5, к каждому из которых припаяна электропроводящая перемычка 16, соединяющая автономно элементарный проводник 5 верхнего стержня 2 с элементарным проводником 5 нижнего стержня 3 и покрытая по внешней поверхности диэлектриком. Все элементарные проводники 5 верхнего 2 и нижнего 3 стержней изолированы друг от друга с помощью ячеистого диэлектрического элемента 9, 10, содержащего вертикальную стенку 19 и горизонтальные полки 20, которые образуют ячейки, в каждой из которых размещено одно паяное соединение перемычки 16 с элементарным проводником 5, причем с целью снижения добавочных потерь на циркуляционные токи элементарный проводник 5 верхнего стержня 2 соединен с соответствующим элементарным проводником 5 нижнего стержня 3 так, что фазовые углы их ЭДС равны. 4 ил.

ГОЛОВКА ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ СТЕРЖНЕВОЙ ОБМОТКИ СТАТОРА, содержащая верхний и нижний стержни, которые соединены электрически с помощью зачищенных на концах стержней элементарных проводников и припоя, отличающаяся тем, что элементарные проводники соединены попарно и автономно с помощью электропроводящих перемычек, которые имеют на внешней поверхности диэлектрическую изоляцию и припаяны к соответствующим элементарным проводникам верхнего и нижнего стержней, и элементарные проводники верхнего и нижнего стержней в зачищенных частях разделены изготовленными из термостойкого диэлектрика стойками и полками, образующими герметизированные термостойким диэлектрическим компаундом ячейки, в каждой из которых размещено одно соединение перемычки с элементарным проводником.