МНОГОФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2001 года по МПК H02K19/36 H02K19/16 H02K9/02 

Настоящее изобретение относится к ротационным машинам, а именно к электрическим генераторам.

Изобретение относится, в частности, к ротационным машинам, а именно электрическим генераторам питания электрической системы с приводом непосредственно от газовой и/или паровой турбины и с подачей питания в электрическую систему через устройство согласования частоты генератора с частотой системы /сети/. Обычно используемые согласующие устройства при работе подвергаются значительному нагреву, что делает необходимым наличие системы охлаждения. Такие согласующие устройства размещаются в специальных шкафах, расположенных вне машины, вместе с системой охлаждения. Это увеличивает общие габариты установки ротационная машина/шкаф устройства согласования частоты.

Одной из целей настоящего изобретения является уменьшение общих размеров установки ротационная машина/шкаф устройства согласования частоты.

Другой целью настоящего изобретения является использование по крайней мере части средств охлаждения машины для охлаждения части элементов согласующего устройства, размещенных внутри статора ротационной машины.

Это достигается тем, что в соответствии с изобретением внутри машины размещается по крайней мере часть преобразовательных элементов таким образом, чтобы улучшить режим охлаждения машины.

Устройства согласования частот содержат, в основном, диодно-тиристорные мосты, каждое такое устройство образовано известным соединением фазового выпрямительного моста или машинного моста, индуктивности и преобразовательного или сетевого моста.

Предметом изобретения является многофазный электрический генератор, содержащий ротор и статор, ориентированные относительно оси вращения ротора и охлаждаемые посредством по крайней мере одной системы с циркуляцией охлаждающей среды, такая машина питает сеть по крайней мере через одно устройство согласования частоты машины с частотой сети и отличается тем, что внутри статора размещена по крайней мере часть элементов, входящих в состав устройства согласования частоты.

Другой существенный признак изобретения заключается в том, что элементы согласующего устройства, размещенные внутри статора, распределены таким образом, чтобы обеспечить улучшенный режим циркуляции охлаждающей среды для охлаждения машины.

В одном из вариантов реализации изобретения часть элементов устройства согласования, размещенных внутри статора, представлена совокупностью машинных выпрямительных мостов с положительным и отрицательным полюсами и средней точкой, при этом каждая фаза подключена к средней точке одного из машинных выпрямительных мостов.

В первом варианте реализации машина относится к типу электрических машин со статорной обмоткой в форме многоугольника, она имеет по крайней мере одну многоугольную статорную обмотку с N вершинами, причем каждая вершина соответствует одной фазе, а все положительные и отрицательные полюса машинных выпрямительных мостов соединены соответственно с общим кольцом "плюс" и общим кольцом "минус", центрированными на оси ротора и окружающими лобовые части многоугольной обмотки статора.

Преимущественно, выпрямительные мосты размещены вокруг лобовых частей многоугольной обмотки статора.

Каждый выпрямительный мост размещен напротив и соединен с лобовой частью, образующей одну из вершин многоугольной обмотки статора.

Машина в соответствии с изобретением имеет две клеммы, соответственно, "плюс" и "минус", связанные с соответствующими кольцами "плюс" и "минус" и соединенные с сетевым преобразовательным /инверторным/ мостом через индуктивность.

Преобразовательный сетевой мост, так же как индуктивность, размещен таким образом, чтобы улучшить режим циркуляции охлаждающей среды.

Выпрямительные мосты размещены на лопаточных радиаторах, установленных на изолирующих опорах вокруг лобовых частей обмотки.

Во втором варианте реализации машина относится к типу машин с трехфазной обмоткой статора и содержит 2N трехфазных обмоток статора, при этом каждая фаза каждой из обмоток соединена со средней точкой выпрямительного машинного моста, а положительные и отрицательные полюса выпрямительных мостов одной обмотки соответственно объединены и подсоединены к клеммам "плюс" и "минус".

Преимущественно, три выпрямительных моста каждой обмотки составляют блок, подсоединенный к инверторному сетевому мосту через индуктивность.

Сгруппированные таким образом в блоки выпрямительные мосты расположены в корпусе машины, заменяя отсутствующие элементы, не используемые в рассматриваемом агрегате производства энергии с непосредственным приводом генераторной установки от турбины без блока редуктора.

Расположение выпрямительных мостов способствует улучшению режима циркуляции охлаждающей среды.

Преимущественно, выпрямительные мосты установлены на лопаточных радиаторах.

Первым преимуществом изобретения является существенное уменьшение общих габаритов установки ротационная машина/аппаратурные шкафы устройства согласования частот вследствие того, что элементы этого устройства введены в пространство статора машины. Таким образом размеры аппаратных шкафов и системы охлаждения существенно уменьшены.

Другим преимуществом изобретения является существенное уменьшение себестоимости установки ротационная машина/аппаратурные шкафы устройства согласования частот.

Сущность изобретения поясняется ниже чертежами, на которых показано:
- на фиг. 1 приведена блок-схема в однопроводном представлении установки производства энергии, в состав которой входит машина в соответствии с изобретением,
- на фиг. 2 схематично изображена установка производства энергии, в состав которой входит машина в соответствии с первым вариантом реализации изобретения,
- на фиг. 3 частично изображен поперечный разрез установки в соответствии с первым вариантом реализации изобретения,
- на фиг. 4 частично изображено сечение по IV-IV изображения на фиг. 3,
- на фиг. 5 изображена часть схемы второго варианта устройства в соответствии с изобретением.

Ротационная машина 1, схематично изображенная на фиг. 1, представляет собой многофазный генератор электрической энергии и содержит ротор 2 и статор 3 с центральной осью 4, а также систему известного типа 5 с циркуляцией охлаждающего газа для охлаждения частей статора 3 и ротора 2. По известному принципу машина питает электрическую сеть 6 через устройство 7 согласования частоты машины 1 с частотой сети.

Роторная часть 2 машины приводится непосредственно, т.е. без редуктора, газовой или паровой турбиной 8.

В соответствии с существенным признаком изобретения статорная часть 3 включает по крайней мере часть 9 элементов устройства 7 согласования частоты.

Преимущественно, часть 9 устройства 7 согласования частоты размещается в пределах системы циркуляции 5 охлаждающей среды ротационной машины 1, такой средой может быть, например, воздух. Кроме того, элементы 9 устройства согласования частоты могут включать средства 10, например лопаточные радиаторы для улучшения теплообмена в системе циркуляции воздуха.

Таким образом в соответствии с изобретением элементы 9 устройства 7 согласования частоты встраиваются в статорную часть 3 машины 1 без увеличения общих габаритов машины.

В описанном варианте реализации устройство 7 согласования частоты содержит, как и в устройствах известного типа того же назначения, набор машинных выпрямительных мостов 9, каждый из которых имеет положительный полюс 12, отрицательный полюс 11 и среднюю точку 13, при этом каждая фаза 14 подключена к средней точке 13 одного из выпрямительных мостов 9. Выпрямительный мост 9 может содержать, например, два последовательно соединенных выпрямительных элемента 15, причем эти элементы могут быть управляемыми, полууправляемыми или неуправляемыми.

В первом варианте реализации, приведенном на фиг. 2, 3, ротационная машина 1 относится к типу машин с многоугольной обмоткой статора и имеет по крайней мере одну статорную обмотку с N вершинами, при этом лобовые части 18 обмотки размещены на продольных концах статорной части, как в известных устройствах. Каждая вершина 13 многоугольной обмотки статора определяет фазу 14, соответствующую лобовой части 18a обмотки. Все положительные 12 и отрицательные 11 полюса выпрямительных машинных мостов 9 присоединены соответственно к общему кольцу "плюс" 17 и общему кольцу "минус" 16, оба кольца центрированы на оси 4 машины 1 и окружают лобовые части 18 многоугольной обмотки статора.

Выпрямительные мосты 9 размещены по окружности с центром на оси 4 машины 1, охватывающей лобовые части 18 многоугольной обмотки статора.

Преимущественно, выпрямительные мосты 9 размещены на лопаточных радиаторах 10, которые закреплены на изолирующих опорах 22, окружающих лобовые части 18 обмотки. Таким образом охлаждающий воздух, циркулирующий в пространстве 25 между лобовыми частями обмотки, одновременно охлаждает выпрямительные мосты 9 и связанные с ними радиаторы 10.

Машина имеет две внешние клеммы, соответственно, "плюс" и "минус", соединенные, соответственно, с кольцом "плюс" 17 и кольцом "минус" 16 и предназначенные для соединения с сетевым инверторным мостом 20 через индуктивность обычного типа 21.

В модификациях /не представлены/ первого варианта реализации изобретения сетевой инверторный мост 20 также расположен в зоне, окружающей лобовые части обмоток, или в системе циркуляции охлаждающей среды машины.

Во втором варианте реализации изобретения, представленном на фиг. 5, 6, машина относится к типу машин с трехфазной обмоткой статора, имеющей 2 N трехфазных катушек 30 статора.

Каждая фаза каждой катушки 30 соединена со средней точкой 13 одного из машинных выпрямительных мостов 9, а отрицательные 11 и положительные 12 полюса выпрямительных мостов 9 одной катушки 30 соединены соответственно с клеммами "минус" 32 и "плюс" 31.

Таким образом, каждой трехфазной катушке 30 соответствует блок 33 трех машинных выпрямительных мостов 9, причем этот блок преимущественно монтируется на лопаточном радиаторе 10 для улучшения теплообмена. Блоки 33 выпрямительных мостов по схеме Греца могут быть подсоединены каждый к инверторному мосту, т. е. имеется 2N инверторных мостов, которые соединены между собой параллельно или последовательно-параллельно, образуя общую схему инверторного моста, который может быть расположен как внутри, так и снаружи машины.

Блоки 33 выпрямительных мостов 9 распределены внутри корпуса машины таким образом, что они заменяют в местах своего расположения изъятые из конструкции машины компоненты в виду того, что рассматриваемая установка производства энергии обеспечивает непосредственный привод генератора от турбины без промежуточного редукторного блока.

Эти выпрямительные блоки расположены в пределах системы охлаждения машины.

Кроме рассмотренных двух вариантов реализации изобретения могут быть реализованы модифицированные или усовершенствованные технические решения, не выходящие за пределы сущности данного изобретения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к многофазному генератору электрической энергии (1), содержащему ротор (2) и статор (3), центрированные на оси вращения (4) ротора (2) и охлаждаемые при помощи по крайней мере одной цепи циркуляции (5) охлаждающей среды, генератор подает электрическое питание в сеть (6) через по крайней мере одно устройство согласования (7) рабочей частоты генератора (1) с частотой сети (6), в состав статора (3) входит, по крайней мере, часть 9 элементов устройства (7) согласования частоты. Согласно данному изобретению часть (9) элементов устройства (7) для согласования частоты, расположенная внутри статора (3), размещена в пределах системы циркуляции (5) охлаждающей среды генератора. Технический результат от использования данного изобретения состоит в уменьшении общих габаритов генератора и снижении его себестоимости. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Многофазный генератор электрической энергии, содержащий ротор (2) и статор (3), центрированные на оси вращения (4) ротора (2), охлаждаемые посредством, по меньшей мере, одной системы (5) с циркуляцией охлаждающей среды, питающий электрическую сеть (6), по меньшей мере, через одно устройство (7) согласования частоты генератора (1) с частотой сети (6), причем статор (3) содержит, по меньшей мере, часть элементов устройства (7) согласования частоты, отличающийся тем, что часть элементов устройства (7) согласования частоты, расположенная внутри статора (3), размещена в пределах системы циркуляции (5) охлаждающей среды генератора. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что часть элементов устройства согласования частоты, расположенная внутри статора (3), расположена с возможностью обеспечения улучшенного режима циркуляции охлаждающей среды машины. 3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что часть (9) элементов устройства согласования частоты содержит набор машинных выпрямительных мостов (9), имеющих каждый положительный полюс (12), отрицательный полюс (11) и среднюю точку (13), при этом каждая фаза (14) соединена со средней точкой (13) одного из машинных выпрямительных мостов (9). 4. Генератор по п.3, отличающийся тем, что снабжен по крайней мере одной многоугольной обмоткой статора с N вершинами, причем каждая вершина соответствует одной фазе (14), а все положительные (12) и отрицательные (11) полюса машинных выпрямительных мостов (9) соединены соответственно с общим кольцом "плюс" (17) и общим кольцом "минус" (16) центрированными на оси (4) ротора (2), эти кольца окружают лобовые части катушек (18, 18а) многоугольной обмотки статора. 5. Генератор по п.4, отличающийся тем, что выпрямительные мосты (9) расположены вокруг лобовых частей катушек (18, 18а) многоугольной обмотки возбуждения статора. 6. Генератор по п.5, отличающийся тем, что каждый выпрямительный мост (9) расположен напротив и соединен с одной из лобовых частей (18а), являющийся одной из вершин многоугольной обмотки возбуждения статора. 7. Генератор по одному из пп.4 - 6, отличающийся тем, что в ней имеются две клеммы, соответственно, "плюс" и "минус", соединенные с соответствующими кольцами "плюс" (17) и "минус" (16), предназначенные для подсоединения к ним сетевого инверторного моста (20) через индуктивность (21). 8. Генератор по одному из пп.4 - 7, отличающийся тем, что сетевой инверторный мост (20) и индуктивность (21) также расположены таким образом, чтобы обеспечить улучшенный режим циркуляции охлаждающей среды. 9. Генератор по одному из пп.4 - 8, отличающийся тем, что выпрямительные мосты (9) установлены на лопаточных радиаторах (10), причем последние установлены на изолирующих клиновых опорах (22) вокруг лобовых частей обмоток (18, 18а). 10. Генератор по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что он относится к типу машин с трехфазной обмоткой возбуждения статора, состоящей из 2N трехфазных статорных катушек (30), при этом каждая фаза (14) каждой из катушек (30) соединена со средней точкой (13) одного из машинных выпрямительных мостов (9), а отрицательные полюса (11) и положительные полюса (12) машинных выпрямительных мостов (9) одной и той же катушки (30) соответственно электрически соединены друг с другом и подсоединены к клемме "минус" (32) и клемме "плюс" (31). 11. Генератор по п.10, отличающийся тем, что три выпрямительных моста (9) каждой статорной катушки (30) образуют блок (33), соединенный с сетевым инверторным мостом через индуктивность. 12. Генератор по одному из п.10 или 11, отличающийся тем, что блоки (33) машинных выпрямительных мостов (9) расположены во внутренних полостях корпуса машины, заменяя отсутствующие узлы, неиспользуемые вследствие применения прямого привода генераторной ротационной машины (1) от турбины, без промежуточного редукторного блока, в предложенной установке производства энергии. 13. Генератор по одному из пп.10 - 12, отличающийся тем, что выпрямительные мосты (9) улучшают циркуляцию охлаждающей среды (5). 14. Генератор по п.13, отличающийся тем, что выпрямительные мосты (9) закреплены на лопаточных радиаторах (10).