КЛИН НЕЯВНОПОЛЮСНОГО РОТОРА Российский патент 1995 года по МПК H02K3/48 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к узлам крепления обмоток роторов клиньям.

Известна конструкция клина неявнополюсного ротора, представляющего собой специальный прокат из сплава Д 16 Т, имеющий верхнюю, нижнюю и боковые грани, у которых выполнены скошенными под некоторым углом заплечики, которыми клин опирается на выемки паза. Для длинных роторов клин выполняется составным из отрезков, которые будучи установленными в пазы соприкасаются торцами друг с другом.

К недостаткам этой конструкции относятся следующие: дюралюминиевый клин имеет низкое электросопротивление 0,027 (Ом^. м/мм²), и находится в контактной паре со сталью бочки ротора, имеющей высокое удельное электрическое сопротивление 0,8 Ом ^. м/мм², что обуславливает различные электродвижущие силы, индуктируемые в один и тот же момент зубцовыми пульсациями магнитного поля в зазоре от раскрытия пазов статора и созданную за счет этого разность электродвижущих сил на контактном переходе зубец клин, что при высоком давлении в контакте создает малое контактное сопротивление и, как следствие, циркуляционные токи под действием этой разности потенциалов, протекающие через места контакта. Это приводит к росту потерь в зубцах ротора, дополнительным перегревам зубцов и клиньев, что ухудшает КПД и снижает надежность за счет образования подгаров и температурного снижения прочности клиньев. Отрезки клиньев в стыках торцов имеют высокое электрическое контактное сопротивление за счет окисной поверхностной пленки на дюрале, что не позволяет протекать продольным токам по клиньям и этим образовать демпферный продольный контур и избежать подгаров на торцах клиньев, особенно при скосе пазов статора. Клинья неэффективно участвуют в повышении динамической стойкости в переходных режимах и асинхронных выбегах, а также неэффективны в несимметричных режимах.

Целью изобретения является повышение надежности работы клиньев при высоких механических нагрузках путем исключения местных перегревов в местах контакта клиньев с зубцами ротора за счет изолировки клиньев от зубцов, снижение потерь на циркуляционные токи в контактных зонах клинья-зубцы за счет изолировки клиньев от зубцов по боковым граням, повышение эффективности клиньев как продольной демпферной обмотки путем улучшения контакта между соседними отрезками клиньев по торцам за счет ввинчивания в соседние отрезки клиньев медных вставок, повышение коэффициента заполнения паза ротора проводниковой медью обмотки возбуждения путем повышения эффективности клиньев с высокой электропроводностью как продольной демпферной обмотки за счет снижения контактного сопротивления между отрезками клиньев с помощью ввинчивания медных вставок.

На фиг.1 и 2 показаны предлагаемый клин и сопряжение двух отрезков клиньев соответственно.

Клин неявнополюсного ротора 1 имеет верхнюю 2, нижнюю 3, боковые 4 грани с заплечиками 5 и массивное тело 6 клина 1. По боковым граням 4 наложена тем или иным способом, например опрессовкой, диэлектрическая изоляция.

Сопряжение двух отрезков клиньев 1а и 1б друг с другом по длине осуществляется с помощью медной вставки 8, которая резьбовыми выступами 9 и 10 ввинчивается в отверстия 11 и 12 в торцах 13 и 14 отрезков клиньев 1а и 1б. Через отверстие 15 по внешней грани 2 в кольцевую канавку 16 заливается припой 17, обеспечивающий надежный контакт выступов 9 и 10 с массивом 6 клиньев 1а и 1б.

Диэлектрик 7, наложенный на боковые грани 4, предотвращает циркуляционные токи через контактные зоны клинья 1 зубцы 18, что снижает потери на поверхности ротора и повышает надежность исключением подгаров и перегревов в местах контактов, снижающих механическую прочность клина. Вставки 8, облуженые и прижатые резьбой к торцам 13 и 14, повышают электрическую продольную проводимость клиньев 1а и 1б, чем улучшается их эффективность как демпферной обмотки, которая может заменить демпферные проводники, укладываемые в пазы. Припой 17, соединяющий вставки 8 с клиньями 1а и 1б снижает контактное сопротивление, что повышает эффективность клиньев 1а и 1б как демпферной обмотки.

Изобретение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества. Изолировкой клиньев исключается переток циркуляционных токов через место контакта клина с зубцом, что уменьшает потери, исключает подгары и электроэрозионные явления на боковых гранях клина, снижает температуру клина и этим повышает его механическую прочность. Применение медных вставок, вворачиваемых в отрезки клиньев по торцам и соединяющих отрезки клиньев в одну продольную электрическую цепь, позволяет повысить эффективность клиньев с высокой электропроводностью как демпферной обмотки, что повышает динамическую устойчивость в переходных и асинхронных режимах, а также термическую стойкость в этих режимах при несимметричных режимах. Вставки между отрезками клиньев позволяют повысить использование объема паза обмотки возбуждения неявнополюсного ротора укладкой вместо витков демпферной обмотки проводников обмотки возбуждения, что снижает потери и мощность возбуждения и повышает КПД электрической машины. Вставки между отрезками клиньев с улучшенным с помощью припоя контактом исключают подгары по торцам клиньев и дополнительные перегревы, что повышает надежность и механическую прочность клиньев.

Клинья изолируются от зубцов ротора диэлектриком по боковым граням. Клинья соединяются из отрезков в продольный электрический контур с высокой электрической проводимостью с помощью медных вставок, вворачиваемых в торцы клиньев. Улучшение контакта между вставками и клиньями достигается с помощью заливки через отверстия в верхней грани клина в кольцевые канавки припоя.

Изобретение может быть использовано в роторах турбогенераторов и турбодвигателей синхронных неявнополюсных машин и асинхронных электродвигателях с фазным ротором.

Сущность изобретения: клин неявнополюсного ротора изготовлен из металла с высокой электропроводностью и по боковым граням изолирован диэлектриком, а отрезки клина электрически соединяются с помощью вставок. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. КЛИН НЕЯВНОПОЛЮСНОГО РОТОРА, содержащий массив, изготовленный из металла с высокой электропроводностью, который имеет нижнюю и верхнюю грани, торцы, соприкасающиеся с соседними отрезками клина, и боковые грани, заплечиками которых клин опирается на зубцы ротора, отличающийся тем, что боковые грани клина электрически изолированы от зубцов диэлектриком. 2. Клин по п.1, отличающийся тем, что отрезки клина по торцам выполнены с резьбовыми аксиальными отверстиями, в которых размещена медная луженая вставка, вворачиваемая своими резьбовыми концами в отверстия с резьбой соседних отрезков клиньев. 3. Клин по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вблизи торцов выполнены радиальные отверстия, проходящие насквозь в кольцевые канавки резьбовых отверстий клина, в которые после вворачивания вставок заливается припой.