СТАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК H02K3/40 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к высоковольтным электрическим машинам большой мощности, в частности к статорам турбогенераторов с изоляцией обмоток, изготавливаемых способом вакуумно-нагнетательной пропитки.

Известны статоры турбогенераторов, включающие сердечник магнитопровода, в пазах которого расположена обмотка, состоящая из стержней (катушек), на которые нанесен слой изолирующего материала, пропитываемый специальным составом и запекаемый после укладки обмотки в статор. [1]

Такое исполнение статора обеспечивает прочную склейку поверхностного слоя стержня (катушки) обмотки со стенками паза сердечника, что препятствует свободному перемещению обмотки относительно сердечника при изменении ее температуры в процессе работы электрической машины.

Известно устройство из ферромагнитного и электрически проводящего каркаса и элементов обмотки, направленное на устранение указанного недостатка, которое является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения. [2]

В указанном устройстве, состоящем из ферромагнитного и электрически проводящего каркаса (сердечника магнитопровода) и элементов обмотки, элементы обмотки вложены в соответствующие пазы каркаса, причем каждый элемент обмотки представляет собой стержень или катушку, которые окружены импрегнируемой (пропитываемой) изолирующей гильзой (корпусной изоляцией), которая, в свою очередь, покрыта электрически слабо проводящим импрегнируемым защитным слоем (полупроводящим слоем), между каждым элементом обмотки и, по меньшей мере, одной стенкой каждого соответствующего паза расположен импрегнируемый разделительный слой, выполненный из листов щипаной слюды, при этом разделительный слой пронизан лентами, выполненными из слабо проводящего текстильного материала, которые, например, намотаны вдоль элемента обмотки попеременно сверху и снизу разделительного слоя, за счет чего создаются мостики, которые электрически соединяют защитный слой со стенкой паза каркаса. Указанные мостики обеспечивают электрический контакт между защитным слоем и каркасом и предотвращают пазовые разряды. Паз с уложенной в него обмоткой зафиксирован пазовым затвором (клином).

После установки обмотки в каркас ее пропитывают заливочным материалом и отверждают при высокой температуре.

Пропитываемая изоляция с нанесенным на нее также пропитывающимся слабо проводящим защитным слоем отделяется от сердечника за счет того, что разделительный слой выполнен состоящим из плоских легко расщепляющихся пластин слюды. Однако при этом пронизывающие его мостики из лент слабо проводящего текстильного материала могут подвергаться разрыву, поскольку после пропитки импрегнирующим материалом изоляции защитного и разделительного слоев и лент, образующих мостики, указанные мостики склеиваются с защитным слоем и стенкой паза, что может привести к нарушению контакта между сердечником и защитным слоем при охлаждении обмотки после отверждения изоляции.

К разрывам лент и нарушению контактов с защитным слоем могут привести тепловые перемещения обмотки относительно паза, что может вызвать последующее появление электрических разрядов в местах разрыва, а также при этом возможно ослабление закрепления секции обмотки в пазу.

Склейка изоляции с сердечником через мостики из лент из слабо проводящего текстильного материала затрудняет выемку обмотки при необходимости ее ремонта или замены.

Кроме того, размещение в пазу всех указанных слоев требует увеличения пространства паза, что снижает технико-экономические показатели электрической машины, при этом изготовление указанных слоев усложняет и удорожает технологию изготовления обмотки.

Задачами, решаемыми изобретением, являются:

- повышение надежности и долговечности крупных электрических машин с изоляцией, изготовленной способом вакуумно-нагнетательной пропитки, за счет обеспечения надежного контакта сердечника с защитным слоем;

- улучшение технико-экономических показателей машины за счет уменьшения пространства, занимаемого защитным и разделительным слоями;

- упрощение и удешевление процесса изготовления изоляции обмотки статора;

- улучшение ремонтопригодности машины за счет облегчения выемки секций обмотки из пазов сердечника.

Поставленная задача решается за счет того, что в статоре высоковольтной электрической машины, содержащей сердечник магнитопровода, в пазах которого расположены секции обмотки, состоящие из проводников, покрытых корпусной изоляцией, выполненной, например, из сухих стеклослюдинитовых лент, поверх корпусной изоляции нанесено полупроводящее покрытие, состоящее из двух частей: обертки и накладки.

Обертка выполнена из материала, который имеет низкий коэффициент трения к стали сердечника, этот материал непроницаем для пропиточного состава (неимпрегнированный материал), а также обладает антиадгезионными свойствами, за счет чего обертка не склеивается с сердечником. В качестве такого материала можно использовать стеклоткань, покрытую с одной или с обеих сторон компаундом силиконового состава с проводящим наполнителем. Обертка охватывает удаленную от расточки грань и боковые грани секции обмотки.

Накладка выполнена из материала, проницаемого для пропиточного состава, и размещена на грани секции обмотки, обращенной к расточке, таким образом, что ее наружные края заходят за внутренние края обертки, образуя с оберткой замкнутый объем. В качестве материала для накладки можно использовать, например, графитизированную бумагу.

Поверх накладки установлена прокладка, имеющая размер в тангенциальном направлении меньше, чем ширина паза, которая выполнена из полупроводящего или изоляционного материала. Такая конструкция позволяет обеспечить доступ пропиточного состава к корпусной изоляции, при этом пропиточный состав не попадает в пространство между оберткой и стенкой паза.

Секция обмотки фиксируется в пазу клином, при этом дополнительно между клином и прокладкой, установленной на секции, установлена дополнительная прокладка, выполненная также из антиадгезионного материала, например, такого же, как материал, используемый для обертки.

Для удобства сборки-разборки устройства паз магнитопровода может быть выполнен с расширением в сторону расточки статора.

Процесс сборки устройства имеет следующую последовательность. Обертка и накладка наносятся на пазовую часть секции обмотки, покрытую сухой корпусной изоляцией, и соединяются в единый объем. Затем полученная конструкция укладывается в паз, при этом между каждой парой уложенных в паз секций, а также над верхней секцией устанавливаются прокладки, поверх верхней из прокладок устанавливается дополнительная прокладка из антиадгезионного материала, после чего обмотка фиксируется в пазу клином. После сборки обмотка подвергается пропитке. При этом пропиточный состав проникает к корпусной изоляции через участки накладок, выступающих за пределы прокладок. После завершения процесса пропитки конструкция подвергается запеканию в соответствии с технологией вакуумно-нагнетательной пропитки.

Выполнение обертки из материала, непроницаемого для пропиточного состава и обладающего антиадгезионными свойствами, обеспечивает возможность свободного перемещения секции обмотки относительно стенок паза при нагреве без повреждения изоляции и полупроводящего защитного слоя, без ослабления крепления стержня в пазу, а также обеспечивает возможность свободной выемки секций обмотки в случае проведения ремонтных работ.

Выполнение накладки из материала, проницаемого для пропиточного состава, и размещение поверх нее накладки, имеющей размер в тангенциальном направлении меньше, чем ширина паза магнитопровода, обеспечивают проникновение пропиточного состава в корпусную изоляцию в процессе пропитки.

Выполнение дополнительной прокладки из материала, не обладающего адгезией к пропиточному составу, позволяет отделять клин от секции обмотки после запечки изоляции, что обеспечивает свободное перемещение верхней секции относительно клина, склеенного с магнитопроводом пропиточным составом.

Предлагаемое полупроводящее покрытие имеет толщину существенно меньше, чем толщина аналогичного покрытия в [2], поскольку в предлагаемом устройстве устанавливается только один слой полупроводящего покрытия. Небольшая толщина полупроводящего покрытия позволяет уменьшить ширину паза, что улучшает технико-экономические показатели машины. Использование в качестве полупроводящего покрытия материала, обладающего низким коэффициентом трения к стали, облегчает установку секций обмотки в пазы. На решение этой же проблемы направлено применение паза магнитопровода с расширением в сторону расточки статора.

В результате использования предлагаемого устройства повышается надежность и долговечность крупных электрических машин с изоляцией, изготавливаемой способом вакуумно-нагнетательной пропитки, улучшаются технико-экономические показатели, упрощается процесс изготовления изоляции всего устройства в целом.

Новым в заявляемом изобретении является:

- выполнение полупроводящего покрытия состоящим из двух частей: обертки и накладки;

- выполнение обертки из материала, который имеет низкий коэффициент трения к стали сердечника, непроницаем для пропиточного состава (неимпрегнируемый материал) и обладает антиадгезионными свойствами (не склеивается с сердечником);

- конструктивное выполнение обертки, которая охватывает удаленную от расточки грань и боковые грани секции обмотки;

- выполнение накладки из материала, проницаемого для пропиточного состава;

- размещение накладки на грани секции обмотки, обращенной к расточке, таким образом, что ее наружные края заходят за внутренние края обертки, образуя замкнутую оболочку;

- установка поверх накладки прокладки, имеющей размер в тангенциальном направлении меньше, чем ширина паза секции магнитопровода;

- установка между прокладкой и клином дополнительной прокладки, выполненной из антиадгезионного материала к пропиточному составу;

- выполнение паза магнитопровода с расширением в сторону расточки статора.

Указанная совокупность новых признаков не выявлена в существующем уровне техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен вид паза магнитопровода в разрезе с размещенными в нем секциями обмоток.

В пазу магнитопровода 1 размещены секции обмоток 2, покрытые корпусной изоляцией 3. Поверх корпусной изоляции 3, проницаемой к пропиточному составу, на каждой секции обмотки установлено полупроводящее покрытие, состоящее из обертки 4, непроницаемой к пропиточному составу, и накладки 5, проницаемой к пропиточному составу. Над каждой накладкой 5 установлены прокладки из полупроводящего или изоляционного материала 6. Секции обмоток 2 зафиксированы в пазу 1 клином 7, при этом между клином 7 и прокладкой 6 установлена дополнительная прокладка 8, непроницаемая к пропиточному составу.

Устройство собирается следующим образом. Секции обмоток 2 покрываются корпусной изоляцией 3, далее на обмотку 2 наносятся обертка 4 и накладка 5 и соединяются в единый объем за счет того, что наружные края накладки 5 заводят за внутренние края обертки 4. Затем полученная конструкция укладывается в паз 1.

При этом между частями обмотки 2 поверх накладки 5 устанавливаются прокладки 6, а поверх верхней прокладки 6 устанавливается дополнительная прокладка 8 из антиадгезионного материала, после чего обмотка фиксируется в пазу клином 7. После сборки устройство подвергается пропитке. При этом пропиточный состав проникает к корпусной изоляции 3 через участки накладок 5, выступающих за края прокладок 6. После завершения процесса пропитки конструкция подвергается запеканию в соответствии с технологией вакуумно-нагнетательной пропитки.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности “промышленная применимость”.

Источники информации:

1. Патент РФ №2072115, 1991 г.

2. Патент РФ №2105404, 1992 г.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к высоковольтным электрическим машинам большой мощности, в частности к статорам турбогенераторов с изоляцией обмоток, изготавливаемых способом вакуумно-нагнетательной пропитки. Техническими задачами, решаемыми изобретением, являются: повышение надежности и долговечности крупных электрических машин с изоляцией, изготовленной способом вакуумно-нагнетательной пропитки; улучшение пространства, занимаемого защитным и разделительным слоями; упрощение и удешевление процесса изготовления изоляции обмотки статора; улучшение ремонтопригодности машины за счет облегчения выемки секций обмотки из пазов сердечника. Сущность изобретения состоит в следующем. В статоре высоковольтной электрической машины, содержащем сердечник магнитопровода, в пазах которого расположены секции обмотки, состоящие из проводников, покрытых корпусной изоляцией, поверх корпусной изоляции нанесено полупроводящее покрытие, состоящее из двух частей: обертки и накладки. Согласно изобретению, обертка выполнена из материала с низким коэффициентом трения к стали сердечника, непроницаемого для пропиточного состава и обладающего антиадгезионными свойствами. Обертка охватывает удаленную от расточки грань и боковые грани секции обмотки. Накладка выполнена из материала, проницаемого для пропиточного состава, и размещена на грани секции обмотки, обращенной к расточке, так что ее наружные края заходят за внутренние края обертки. Поверх накладки установлена прокладка, имеющая размер в тангенциальном направлении меньше, чем ширина паза, выполненная из полупроводящего или изоляционного материала. Секция обмотки фиксируется в пазу клином. Дополнительно между клином и прокладкой установлена дополнительная прокладка из антиадгезионного материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Статор высоковольтной электрической машины, содержащий сердечник магнитопровода, в пазах которого расположены секции обмотки, состоящие из проводников, покрытых корпусной изоляцией, подвергающейся пропитке, поверх которой нанесено полупроводящее покрытие, причем обмотки зафиксированы в пазу клином, отличающийся тем, что полупроводящее покрытие выполнено состоящим из двух частей: обертки и накладки, при этом обертка выполнена из материала, который имеет низкий коэффициент трения к стали сердечника, не проницаем для пропиточного состава и обладает антиадгезионными свойствами, обертка охватывает удаленную от расточки грань и боковые грани секции обмотки, а накладка выполнена из материала, проницаемого для пропиточного состава, и размещена на грани секции обмотки, обращенной к расточке, таким образом, что ее наружные края заходят за внутренние края обертки, поверх накладки установлена прокладка, имеющая размер в тангенциальном направлении меньше, чем ширина паза секции обмотки, а между прокладкой и клином установлена дополнительная прокладка, выполненная из антиадгезионного материала.2. Статор по п.1, отличающийся тем, что паз магнитопровода выполнен с расширением в сторону расточки статора.