ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, В ЧАСТНОСТИ АСИНХРОННАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ РАБОТЫ В ДИАПАЗОНЕ МОЩНОСТИ ОТ 20 МВА ДО 500 МВА И ВЫШЕ Российский патент 2015 года по МПК H02K1/28 

Настоящее изобретение относится к сфере производства электрической энергии. Оно относится к вращающейся электрической машине, в частности к асинхронной машине двойного питания, предназначенной для работы в диапазоне мощности от 20 МВА до 500 МВА или более, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретении.

Асинхронные машины двойного питания, предназначенные для работы в диапазоне мощности от 20 МВА до 500 МВА или более, могут использоваться для производства электроэнергии с переменной частотой вращения. Эти машины характеризуются наличием распределенной трехфазной обмотки на роторе. Обмотка ротора состоит из отдельных стержней, которые утоплены в пазах пакета ротора из металлических листов. В лобовой части обмотки отдельные стержни подключаются в обмотку. Питание электрическим током осуществляется через, по меньшей мере, три контактных кольца, которые закреплены на валу на конце машины. Фрагмент такой машины в упрощенном виде представлен на фиг.1. Показанная на фиг.1 асинхронная машина 10 имеет ось 13 машины. Вокруг этой оси 13 с возможностью вращения расположен центральный корпус 11 с валом, на котором размещены контактные кольца 12. Вокруг центрального корпуса 11 расположен выполненный из металлических листов корпус 14 ротора, к которому ниже лобовой части 16 обмотки ротора примыкает вспомогательный обод 20. Выполненный из металлических листов корпус 14 ротора концентрично окружен состоящим из металлических листов корпусом 15 статора, в который помещена обмотка статора, которая на конце корпусе выступает наружу лобовой частью 17 статора. Выполненный из металлических листов корпус 14 ротора на фиг.2 представлен в разрезе в увеличенном масштабе.

Так как роторы асинхронных машин двойного питания имеют обмотку 18, то эта обмотка должна быть защищена от возникающих центробежных сил. Выполненный из металлических листов пакет ротора служит, во-первых, для восприятия усилий и одновременно определяет путь магнитного потока. Вспомогательный обод 20 служит для восприятия центробежных сил, которые воздействуют на лобовую часть 16 обмотки ротора. Вспомогательный обод 20, так же как и выполненный из металлических листов корпус 14 ротора, состоит из уложенных слоями металлических листов, которые в аксиальном направлении формуются в пакет. Известно о возможности использования в данном случае прижимной пластины 19, которая распределяет переданное через болты 21, 22 нажимное усилие между металлическими листами пакета ротора (см., например, DE-А1-19513457 или DE-A1-10 2007000668).

К выполненному из металлических листов корпусу 14 ротора предъявляются различного рода требования. На фиг.2 представлен принципиальный вариант разделения на электрическую зону 14а и механическую зону 14b. С одной стороны, в зубьях должно присутствовать достаточное аксиальное давление между слоями металлических листов для обеспечения однородности корпуса. Для предотвращения колебаний слои не должны расшатываться, так как относительные смещения между зубьями и обмоткой 18 ротора могли бы повредить изоляцию. С другой стороны, давление не должно быть слишком высоким, чтобы предотвратить повреждения в изоляционных слоях между отдельными металлическими листами, так как такого рода повреждения могли бы привести к повышенным потерям. Для поддержания определенной силы трения между металлическими листами аксиальное давление в механической зоне 14b обода должно быть выше, чем в электрической зоне 14а.

Задачей изобретения является усовершенствование электрической машины ранее указанного типа таким образом, чтобы различного рода требования к напряжению выполненного из металлических листов корпуса ротора в различных зонах могли быть выполнены существенно лучшим образом.

Задача решена посредством признаков пункта 1 формулы изобретения. Важным для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением является то, что прижимная пластина в соответствии с радиальным разделением выполненного из металлических листов корпуса ротора радиально разделена на отдельную внутреннюю прижимную пластину и отдельную наружную прижимную пластину. За счет разделения прижимной пластины в соответствии с различными зонами выполненного из металлических листов корпуса ротора воздействующие на выполненный из металлических листов корпус ротора силы могут быть оптимизированы раздельным образом.

Первый вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что внутренняя и наружная прижимные пластины соединены друг с другом разъемным образом. За счет этого воздействующие на наружную прижимную пластину центробежные силы могут быть действенным образом восприняты.

Другой вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что внутренняя и наружная прижимные пластины граничат друг с другом и соединены друг с другом таким образом, что наружная прижимная пластина может поворачиваться относительно внутренней прижимной пластины.

В частности, при этом преимуществом является то, что наружная прижимная пластина вдоль периферии разделена на отдельные однотипные элементы периферии, так что элементы периферии наружной прижимной пластины соответственно посредством прямой поворотной кромки граничат с внутренней прижимной пластиной, при этом элементы периферии наружной прижимной пластины соответственно подвешены на внутренней прижимной пластине.

В предпочтительном варианте выполнения элементы периферии наружной прижимной пластины соответственно посредством молоточкообразных зубьев могут быть подвешены на внутренней прижимной пластине.

Следующий вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что внутренняя прижимная пластина имеет первые отверстия, через которые первые болты для формования выполненного из металлических листов корпуса ротора проходят сквозь механическую зону, причем в наружной прижимной пластине выполнены вторые отверстия, через которые вторые болты для формования выполненного из металлических листов корпуса ротора проходят сквозь электрическую зону.

Предпочтительным является то, что первые болты выполнены в виде срезных болтов, а вторые болты в виде стяжных болтов.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - фрагмент асинхронной машины, которая пригодна для использования изобретения;

фиг.2 - конструкция выполненного из металлических листов корпуса ротора машины по фиг.1, включая используемую для зажима выполненного из металлических листов корпуса ротора прижимную пластину в увеличенном масштабе;

фиг.3 - вид сверху сектора прижимной пластины для зажима выполненного из металлических листов корпуса ротора в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

Как уже упоминалось ранее, с одной стороны, в зубьях должно иметься достаточное аксиальное давление между слоями металлических листов для обеспечения однородности корпуса. Для предотвращения вибраций слои не должны расшатываться, так как относительные смещения между зубьями и обмоткой ротора могли бы повредить изоляцию. С другой стороны, давление не должно быть слишком высоким для предотвращения повреждений в слоях изоляции между отдельными металлическими листами, так как такие повреждения привели бы к повышенным потерям. Для поддержания определенной силы трения между металлическими листами аксиальное давление в механической зоне обода должно быть выше, чем в электрической зоне.

Такие противоречивые требования, предъявляемые к электрической и механической частям выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора, могут быть удовлетворены посредством радиально разделенной прижимной пластины 19. Фиг.3 демонстрирует схематичное изображение примера выполнения прижимной пластины 19 на виде сверху в аксиальном направлении. Прижимная пластина 19 как в радиальном направлении, так и частично по периферии разделена на отдельную внутреннюю прижимную пластину 23 и отдельную наружную прижимную пластину 24.

Внутренняя прижимная пластина 23 может быть выполнена как цельной, так и, в соответствии с дополнительным вариантом выполнения, может быть составлена из множества тонких металлических листов. При этом особо предпочтительным вариантом выполнения является вариант с расположением тонких металлических листов по отдельности или группами, по периферии, на расстоянии друг от друга. Такой вариант послойного формирования внутренней прижимной пластины 23 образует самонесущее кольцо, в результате чего усилия на срезной болт могут быть в значительной степени уменьшены.

Наружная прижимная пластина 24, со своей стороны, по периферии разделена на отдельные элементы 24a-d периферии, которые в предпочтительном варианте выполнены из антимагнитной стали. За счет такого повторяющего разделение выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора на механическую зону 14b и электрическую зону 14а разделения нажимной пластины 19 на внутренний и несколько наружных элементов 23 или 24a-d для различных зон выполненного из металлических листов корпуса ротора тип и способ аксиального зажима может быть оптимизирован раздельным образом.

Чтобы добиться целенаправленного наклона наружной прижимной пластины 24, раздел между наружной и внутренней прижимными пластинами 23 и соответственно 24 должен иметь прямую поворотную кромку 29. За счет радиального разделения прижимной пластины 19 возможно получить различные значения давления в электрической и механической зонах 14а и соответственно 14b выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора. Для защиты прижимной пластины 24 от центробежных сил она в соответствии с фиг.3 подвешена на молоточкообразных зубьях 26 на внутренней нажимной пластине 23.

Чтобы создать желаемое аксиальное давление в выполненном из металлических листов корпусе 14 ротора, используются срезные или стяжные болты 22 или 21. Стяжные болты 21 проходят через отверстия 27 в прижимной пластине 19 насквозь по всей аксиальной длине выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора. Так как стяжные болты 21 находятся в магнитно-активной части (с высокой магнитной индукцией) выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора, они должны быть электрически изолированы. Для предотвращения механического воздействия на изоляцию эти болты, разумеется, не могут быть подвержены воздействию на срез. Посредством напряжения в болтах может быть «отрегулировано» давление на наружную нажимную пластину 24 и тем самым давление в зубьях.

Вместо сквозных стяжных болтов 21 могут использоваться, однако, и зажимные болты во вспомогательном ободе 20. Если во вспомогательном ободе 20 используется зажимной болт, то происходит передача давления на зону зубьев выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора. Между зажимными болтами и прижимной пластиной 19 находятся нажимная пластина и гайка. Посредством глубины введения болта в гайку может «регулироваться» давление на прижимную пластину 19 и тем самым на зубья.

Срезные болты 22 решают две задачи. Во-первых, они служат для подачи аксиального давления в механическую зону 14b выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора. С другой стороны, они должны воспринимать возникающие между металлическими листами срезные усилия. Ввиду этого болты не могут быть изолированы и, следовательно, находятся на внутренней кромке, в магнитно слабо используемой части выполненного из металлических листов корпуса 14 ротора.

Изобретение относится к вращающейся электрической машине, в частности к асинхронной машине двойного питания, предназначенной для работы в диапазоне мощности от 20 МВА до 500 МВА и более. Электрическая машина выполнена с возможностью вращения вокруг оси концентрично окруженного статором ротора, причем ротор имеет выполненный из послойно расположенных и в аксиальном направлении спрессованных друг с другом в блок посредством прижимной пластины (19) металлических листов корпус (14) ротора, который в радиальном направлении разделен на внутреннюю механическую зону (14b) и наружную электрическую зону (14а) и в котором в электрической зоне (14а) установлена обмотка (18) ротора. В такой машине аксиальное напряжение выполненного из металлических листов корпуса ротора оптимизируется посредством того, что прижимная пластина (19) в соответствии с радиальным разделением выполненного из металлических листов корпуса (14) ротора радиально разделена на отдельную внутреннюю прижимную пластину и отдельную наружную прижимную пластину. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вращающаяся электрическая машина, в частности асинхронная машина (10) двойного питания, предназначенная для работы в диапазоне мощности от 20 МВА до 500 МВА и более, содержащая выполненный с возможностью вращения вокруг оси (13) ротор (11, 14), концентрично окруженный статором (15, 17), причем ротор (11, 14) имеет выполненный из послойно расположенных и в аксиальном направлении спрессованных друг с другом в блок посредством прижимной пластины (19) металлических листов корпус (14) ротора, который в радиальном направлении разделен на внутреннюю механическую зону (14b) и наружную электрическую зону (14а), причем в электрической зоне (14а) установлена обмотка (18) ротора, причем прижимная пластина (19) аксиально разделена на отдельную внутреннюю прижимную пластину (23) и отдельную внешнюю прижимную пластину (24), причем внутренняя прижимная пластина (23) и внешняя прижимная пластина (24) соединены друг с другом, отличающаяся тем, что прижимная пластина (19) радиально разделена в соответствии с радиальным разделением выполненного из металлических листов корпуса (14) ротора и при помощи внутренней прижимной пластины (23) на механическую зону выполненного из металлических листов корпуса (14) ротора действует аксиальное давление выше, чем при помощи внешней прижимной пластины (24) на электрическую зону.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная прижимные пластины (23, 24) разъемно соединены друг с другом.

3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная прижимные пластины (23, 24) граничат друг с другом и соединены друг с другом, при этом наружная прижимная пластина (24) выполнена с возможностью поворота относительно внутренней прижимной пластины (23).

4. Машина по п.3, отличающаяся тем, что наружная прижимная пластина (24) вдоль периферии разделена на отдельные однотипные элементы (24а-d) периферии, при этом элементы (24a-d) периферии наружной прижимной пластины (24) соответственно посредством прямой поворотной кромки (29) граничат с внутренней прижимной пластиной (23), причем элементы (24a-d) периферии наружной прижимной пластины (24) подвешены на внутренней прижимной пластине (23).

5. Машина по п.4, отличающаяся тем, что элементы (24a-d) периферии наружной прижимной пластины (24) посредством молоточкообразных зубьев (26) подвешены на внутренней прижимной пластине (23).

6. Машина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что во внутренней прижимной пластине (23) выполнены первые отверстия (25), через которые первые болты (22) для формования выполненного из металлических листов корпуса (14) ротора проходят сквозь механическую зону (14b), при этом в наружной прижимной пластине (24) выполнены вторые отверстия (27), через которые вторые болты (21) для формования выполненного из металлических листов корпуса (14) ротора проходят сквозь электрическую зону (14а).

7. Машина по п.6, отличающаяся тем, что первые болты (22) выполнены в виде срезных болтов, а вторые болты (21) в виде стяжных болтов.

8. Машина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что внутренняя прижимная пластина (23) сформирована из множества металлических листов.

9. Машина по п.8, отличающаяся тем, что металлические листы по отдельности или пакетом расположены в направлении периферии со смещением относительно друг друга.