ОБМОТКА СТАТОРА Российский патент 1995 года по МПК H02K3/12 

Изобретение относится к вращающимся электрическим машинам, в частности к узлам электрических машин переменного тока обмоткам статоров.

Известна стержневая обмотка статора крупной электрической машины переменного тока, содержащая проводящую электрический ток часть - стержень из элементарных проводников, изолированных друг от друга собственной изоляцией, причем проводники собраны в один столбик по ширине паза и покрыты витковой или корпусной изоляцией, создающей диэлектрический барьер от магнитопровода статора, в пазах которого закреплена обмотка статора. В лобовых частях обмотка статора по схеме соединена в головках пайкой элементарных проводников один к другому соответственно конструкции стержней, проводник внутреннего радиуса верхнего стержня припаивается к внешнему проводнику нижнего стержня.

К недостаткам рассмотренной конструкции обмотки относятся следующие: Из-за одностолбиковой конструкции стержня стержень выполняется не транспортированным по длине и поэтому вытеснение тока сказывается на добавочных потерях в большей степени, что несколько ухудшает КПД электрической машины. Из-за нетранспонированной и одностолбиковой конструкции стержня при головках лобовых частей с короткозамкнутыми элементарными проводниками из-за их неизолированности в местах спаек по стержням обмотки протекают значительные циркуляционные токи, обусловленные разнопотенциальностью вдоль длины стержней и практически нулевым потенциалом в месте короткого замыкания в головках. Короткозамкнутый массив в головках лобовых частей в местах спайки элементарных проводников создает высокие добавочные потери в обмотке статора на вытеснение тока, практически равные добавочным потерям в сплошной шине, равного сечения, а также способствуют возникновению добавочных потерь от циркуляционных токов в стержнях обмотки статора, что повышает нагревы лобовых частей обмотки статора, особенно в головках и ухудшает КПД электрической машины.

Рассмотренная конструкция обмотки статора является прототипом изобретения.

Целью изобретения являются следующие конструкторские решения. Снижение циркуляционных потерь в обмотке статора, обусловленных притеканием к головке лобовых частей токов, путем изолирования друг от друга мест соединения элементарных проводников верхнего и нижнего стержней в головках лобовых частей с помощью диэлектрических втулок, одеваемых через одну пару соединенных элементарных проводников, что снижает температуру нагрева пазовых и лобовых частей обмотки и их головок, а также уменьшает циркуляционные добавочные потери в стержнях обмотки и потери на вытеснение тока в головках лобовых частей, что в целом повышает КПД электрической машины. Повышение КПД электрической машины путем уменьшения потерь на вытеснение в обмотке с одностолбиковой конструкцией стержня и циркуляционных потерь от разнопотенциальности пазовых и лобовых частей стержней за счет выполнения электрических соединений стержней друг с другом с помощью перемычек, которые осуществляют соединение элементарных проводников с фазовым сдвигом, позволяющим частично компенсировать циркуляционные токи и вытеснение токов.

На фиг.1 представлена конструкция обмотки статора 1, состоящей из проводящего стержня 2, собранного из элементарных проводников 3 в собственной изоляции 4 в один столбик 5, который покрыт корпусной изоляцией 6, причем стержень 2 закреплен в пазу 7 магнитопровода 8 с помощью клина 9.

На фиг.2 представлена лобовая часть 10 обмотки статора 1, состоящая из лобовой части верхнего стержня 11 и лобовой части нижнего стержня 12, соединяемых в головке 13, причем каждый элементарный проводник 3, зачищенный от собственной изоляции 4 на участке длиной А выполнен с пазом 14, в который вставлен наконечник 15 перемычки 16, впаянной в наконечник 15, а перемычка 16 изолирована диэлектриком 17, а место электрического соединения 18 изолировано диэлектрической втулкой 19, одеваемой через один элемент соединений 18. На фиг.3 представлена схема электрических соединений элементарных проводников 3а, 3б, 3в, 3г, 3д верхнего стержня 2а с соответствующими элементарными проводниками 3е, 3ж, 3з, 3и, 3к нижнего стержня 2б, причем соединение осуществляется перемычками 16 с фазовым сдвигом, равным: P= Σ(180^°/n·N_i), где р - результирующий фазовый сдвиг, градусы электрические; n - число элементарных проводников в стержне 2, N_i - номер элементарного проводника для верхнего стержня, первый проводник от расточки для нижнего стержня, первый проводник от дна паза. Результирующий фазовый сдвиг должен быть близким к 0^о электрическим, то есть к углу, создающему в каждой головке 13 в местах электрического соединения 18 стержней 2а и 2б соответственно электродвижущую силу Е₁ = Е₂ = 0, где Е₁ и Е₂ - электродвижущие силы элементарных проводников, соединяемых электрически, соответственно верхнего и нижнего стержней.

Обмотка статора 1 (фиг.1-3) работает следующим образом.

Электрический переменный ток, протекающий по стержню 2 распределяется не равномерно по высоте паза Н, при этом верхние проводники 3а, 3б и 3в обтекаются большим током, чем элементарные нижние проводники 3г и 3д и элементарные проводники 3е, 3ж, 3з обтекаются большим током, чем проводники 3и и 3е. Этим создается разница электродвижущих сил в элементарных проводниках, называемая высотной. Для того, чтобы выровнять эту разницу в электродвижущих силах проводников 3 их концы с помощью перемычек 16 соединяются следующим образом. Проводник 3а соединяется с проводником 3е, проводник 3б с проводником 3ж, проводник 3в с проводником 3з, проводник 3г с проводником 3и, а проводник 3д соединяется перемычкой 16 с проводником 3к. Диэлектрические трубки 19 и диэлектрик перемычек 17 изолируют элементарные проводники 3а-3е от замыканий между соседними проводниками и этим снижают добавочные потери на циркуляционные токи в стержнях 2а и 2б.

К преимуществам изобретения по сравнению с прототипом относятся следующие. За счет установки диэлектрических барьеров в виде втулок 19 и диэлектрика 17, препятствующих межпроводниковым замыканиям, что уменьшает потери и нагревы в самих головках лобовых частей и этим увеличивает надежность и КПД машины за счет исключения потерь массива на переменном токе, то есть добавочных потерь на вытеснение тока, которые, например для 100 МВт (генератора) при 10 кВ могут быть равны 5,5 кВт вместо 13,5 кВт при массивной головке, и снижает потери на циркуляционные токи, перетекающие к нулевому потенциалу массивных головок от пазовых частей стержней за счет выравнивания продольного потенциала по лобовым частям, что снижает нагревы пазовых и лобовых частей стержней, головок и уменьшает потери в обмотке статора, что повышает КПД электрической машины. Электрические соединения элементарных проводников верхнего и нижнего стержней, выполненные перемычками, с нулевым фазовым сдвигом между проводниками в головках уменьшает циркуляционные потери в пазовых и лобовых частях обмотки статора, что приводит к снижению нагревов и повышению КПД электрической машины.

Сущностью изобретения является следующее. Выполнение диэлектрических барьеров между элементарными проводниками в головках лобовых частей в виде диэлектрических втулок, одеваемых на электрические соединения перемычек с элементарными проводниками и диэлектрических элементов перемычек, причем диэлектрические втулки одеваются для уменьшения трудозатрат через одно электрическое соединение перемычки с элементарными проводниками. Выполнение одностолбикового стержня с уменьшенными циркуляционными потерями за счет электрического соединения верхнего и нижнего стержней в головках перемычками, которое осуществляется с нулевым фазовым сдвигом между элементарными проводниками верхних и нижних стержней.

Изобретение может быть использовано в обмотках статоров машин переменного тока: синхронных и асинхронных, особенно крупных тихоходных с узкими пазами.

Сущность изобретения: обмотка статора, содержащая верхний и нижний стержни, состоящие из элементарных проводников 3, изолированных друг от друга собственной изоляцией 4 и в головках 13 лобовых частей, соединенных с помощью паяных электрических соединений 18, выполненных с помощью перемычек 16, изолированных диэлектриком 17 и изолированных друг от друга диэлектрическими втулками 19. Благодаря тому, что электрические соединения 18 с помощью перемычек 16 выполнены с нулевым фазовым сдвигом в головках 13 между элементарными проводниками 3 верхнего и нижнего стержней, обмотка статора имеет пониженные добавочные потери в головках и стержнях от циркуляционных и вихревых токов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ОБМОТКА СТАТОРА, содержащая проводники, выполненные из элементарных проводников, уложенных по ширине паза в один столбик, причем элементарные проводники изолированы друг от друга на всем протяжении проводника, а проводник изолирован от магнитопровода внешней изоляцией и в головках лобовых частей выполнены разъемные паяные межпроводниковые соединения, отличающаяся тем, что межпроводниковые электрические соединения выполнены с помощью изолированных по внешней поверхности перемычек, припаянных в местах электрических соединений к проводникам верхнего и нижнего стержней, причем места электрических соединений проводников с перемычками изолированы диэлектрическими втулками, надетыми по высоте головки через одно электрическое соединение. 2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что перемычками соединены элементарные проводники внешнего слоя верхнего стержня с элементарными проводниками внутреннего слоя нижнего стержня с последующим переходом к соединению элементарных проводников внутреннего слоя верхнего стержня с элементарными проводниками внешнего слоя нижнего стержня с обеспечением фазового сдвига между элементарными проводниками верхнего и нижнего стержней, близким к нулю.