Устройство для моделирования электромагнитного поля Советский патент 1983 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для, исследования электрических машин, и может найти при «1енение при моделировании, электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора мощного турбогенератора.

Известно устройство для моделирования статора турбогенератора, которое представляет собой сектор натурного статора турбогенератора с центральным углом 120° и состоит из шихтованного сердечника, обмотки, нажимных фланцев и пальцев, стяжных призм 1.

Модель позволяет оцениць величину тепломеханических нагружений крайних пакетов сердечника статора турбогенератора при наличии распушовки крайни пакетов, но не дает возможности воспроизвести реальный уровень электромагнитного нагружения крайних пакето

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами, и систем возбуждения радиального и аксиального магнитного полей, магнитные цепи которых состоят из центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля-и с управляющими обмотками, источники питания обмоток.

Магнитная цепь основного потока содержит активную часть (одно зубцовое деление сердечника статора), два боковых, центральньлй и нижний стержни магнитопроводов. На центральном стержне магнитопровода расположена обмотка возбуждения основного потока а на боковых магнитопроводах установлены две вспомогательные (управляющие) обмотки. Система магнитопроводов основного потока расположена в радиально-тангенциальной плоскости. Магнитная цепь аксиального потока содержит магнитопроводы, которые по существу не отличаются от магнитопроводов основного потока, но они расположены в. аксиально-тангенциальной плоскости. Центральный магнитопровод аксиального потока расположен над торцовой поверхностью зубца, а его профиль подобран таким образом, чтобы обеспечить расчетное распределе,ние аксиальной составляющей индукции по высоте зубца активной части. Зубец статора активной части устройства прямоугольный 2.

Недостатком известного устройства является то, что величину аксиального магнитного поля на торце активной части модели задают на основании расчета поля в этой области,

так как известно, что математическое описание всей совокупности факторов, определяющих электромагнитный процесс на торце зубца, и точное аналитическое решение представляет большие математические трудности. В настоящее время известны.приближенные решения указанной задачи с учетом принятых допущений, правомерность которых требует обоснования и проверки.

Недостатком устройства является также выполнение активной части в виде одного, зубцового деления прямоугольной формы, что не соответствует конструкции сердечников статоров турбогенераторов, которые изготовляются иэ отдельных сегментов, содержащих несколько зубцовых делений (обычно 3-4), площадь которых определяет область существования вихревого потока параметры его, а следовательно, и поле реакции от вихревого потока на падающий аксиальный поток. Кроме того, для решения задачи по определению результирующего поля в активной части модели необходимо задавать дополнительные условия на границе зубцового деления, что также вносит погрешность в расчет.

Таким образом, для расчетного определения магнитного поля на торце зубца активной части необходимо правильно учесть всю совокупность определяющих факторов, что в силу указанного выше для аналитического решения не представляется возможным, а неполный учет тех или иных факторов снижает достоверность получаемых на модели результатов и не позволяет распространить их в полной мере на турбогенератор.

Целью изобретения является повышение точности моделирования допуст.имлх значений электромагнитных нагружений крайних пакетов сердечника статора.

Цель достигается тем, что в уст- роиство для моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами и систему возбуждения радиального и аксиального магнитных полей, магнитные цепи которых состоят из центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками,источники питания обмоток, введены дополнительные намагничивающие обмотки, установленные на боковых стержнях магнитопроводов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода аксиального поля. Управляющие обмотки установлены в воздушном зазоре между торцами активной части и центральным стержнем, магнитопроврда аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этом активная часть выполнена в виде сегментов статора моделируемого турбогенератора, центральный стержень магнитопровода радиального потока с выступом за торец активной части, а центральный стержень магнитопровода аксиального поля снабжен зубцами. Центральный стержень магнитопрово да радиального поля установлен с воз можностью смещения в радиальном и ак сиальном направлениях. Число зубцов центрального .стержня магнитопровода аксиального поля выбрано равным числу зубцов активной части. Управляющие обмотки на торцах зуб цов активной части и на центральном стержне магнитопровода аксиального поля выполнены распределенными, одно слойными. Источники питания намагничивающих обмоток боковых и центрального стерж ней магнитопровода радиального поля снабжены регуляторами фазы выходного напряжения. На фиг.1 изображено устройство мо делирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, общий вид; на фиг.2 сечение А-.А на фиг.1; на- фиг.З - вид Б на фиг.2) на фиг.4 - центральные магнитопроводы аксиального поля, вид сверху. Устройство содержит активную часГ 1, состоящую из сегментов статора 2 турбогенератора в натуральную вели чину с-вентиляционными каналами 3. Сегменты статора 2 установлены на стяжных призмах 4, сжатых нажимной плитой 5 и нажимными пальцами 6. Обмотки 7 распределены на поверхности, обращенной к нажимной плите 5 сегмен та 2 по контуру паза. Магнитопровод 8 содержит боковые стержни 9 с намаг ничивающими обмотками 10 и центральный стержень 11 с намагничивающей об моткой 12 и с выступом 13 за торец активной части, а также вентиляционвне каналы 14. Магнитопровод 15 акси ального поля содержит боковые 16 и центральные 17 стержни в виде зубцов закрепленных при помощи эпоксидной смолы на поверхности нажимной плиты 5, число которых равно числу зубцов активной части, и намагничивающие об мотки 18. Управляющие обмотки 19 установлены по периметру боковых поверхностей каждого стержня магнитопроводов 17 по плотной посадке. Устройство содержит также источник 20 питания обмотки 7, источник 21 питания обмоток 10, источник 22 питания обмотки 12, источник 23 питания обмо ток 18, источник 24 питания обмотки 19, основание 25. Центральный стержень 11 магнитопровода 8 радиального поля выполнен подвижным в радиальном и аксиальном направлениях и имеет выступ 12 за пределы торца активной части 1, размещение которого относительно активной части 1 регулируется путем перемещения в радиальном и аксиальном направлениях, что позволяет выбирать экспериьюнтально требуемый уровень магнитного поля на торце активной части 1. Центральный стержень 17 магнитопровода 15 акси,льного ПОЛЯ выполнен зубчатым, число зубцов которого равно числу зубцов активнойчасти 1, т.е. над каждым зубцом активной части 1 установлен отдельный зубец стержня магнитопровода 15. На каждом зубце стержня 17 установлены по периметру боковых поверхностей управляющие обмотки 19. Магнитопроводы 8 и 15 с обмотками 7, 10, 12, 18, 19 создают требуемый уровень распределения аксиального поля по радиальной координате на поверхности каждого зубца активной части 1. Кроме TorxD, на поверхности каждого зубца активной части 1, обр гущенной к нажимной плите 5, по контуру паза установлены однослойные управляющие обмотки 7, которые создают поток пазового рассеяния. Соединение боковых стержней 9 магнитопровода 8 с сегментами статора 2 производят встык одного ко второму. Центральные стержни 17 магнитопроводов 15 аксиального поля не имеют непосредственного контакта с сегментами статора 2, а контактируют всей поверхностью с нажимными пальцами 6. На фиг.4 для большей наглядности показан вид сверху по стрелке Б на центральные стержни 17 магнитопровода 15 аксиального поля с установленными на них управляющими обмотками 19, а также показаны обмотки 7 для имитации пазового рассеяния, установленные на поверхности каждого зубца, обращенной к нажимной плите 5 сегмента статора 2 по контуру паза. Устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбоген атора работает следующим образом. QT источников 20-24 питания во все обмотки 7, 10, 12, 18 и 19 подаются токи, величины и качальные фазы которых выбираются в зависимости от соотношения магнитных полей в крайнемпакете статора в моделируемом режиме работы турбогенератора. Ток в обмотке 12 на 0,5Jr по фазе опережает токи в обмотках 10, при этом обеспечивается процесс вращательного перемагничивания ярма активной части 1.. Настройка модели, а также задание аксиальной составляющей индукции

лагнитного поля от остальных источников магнитного поля на торце зубцов активной части производят по имеющимся экспериментальным данным испыт-аний натурных турбогенераторов теоретическим исследованиям, при этом распределение аксиальной составляющей индукции от основного потока задают соответствующим выбором величины вылета центрального стержня 11 магнитопровода 8 радиального поля и его конфигурации.

Совместное воздействие всех источников магнитного поля создает адекватное оригиналу магнитное поле в активной части устройства. При включении каждого источника магнитного поля в отдельности или при включении некоторых из них в различных комбинациях позволяет исследовать существенность и весомость составляющих магнитного поля.на электромагнитные процессм в крайних пакетcix сердечника статора мощного турбогенератора.

По сравнению с известными моделями предлагаемое устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах .сердечника, статора турбгенератора поз воляет S

-определить существенность и весомость каждого источника магнитного поля на процесс нагружения крайних пакетов;

-моделировать различные комбин,ации электромагнитного воздействия на крайний пакет, обусловленные различными режимами эксплуатации,

-определить вклсщ электромагнитных факторов в процесс разрушения крайних пакетов пр,и эксплуатации турбогенератора в переменном графике,

-разработать более достоверные рекомендации по предельному электромагнитному нагружению крайних пакетов при работе турбогенератора, а также в режиме частых пусков и остановок, приняв в качестве основного критерия величину аксиальной составляющей магнитного поля на торце зубцов крайних пакетов.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства определяется сокращением материальных затрат и сроков получения информации для разработки указанных рекомендаций v

Результаты исследований и рекомендаций могут быть реализованы при создании новых и реконструкций эксплуатирующихся турбогенераторов.

.11

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, содержащее активную часть с зубцами и вентиляционными каналами я систему возбуждения радиального и аксиального магнитных полей, магнитные цепи которых состоят из централь-, ных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками, источники питания обмоток, о т л и ч a ю щ е е с я тем, что, с целью повыиения точности моделирова- . ния допустимых значений электромаг- нитных нагружений крайних пакетов сердечника статора, устройство снабжего дополнительными намагничивакнци. ми обмотками, установленными на боковых стержнях магнитопровоДов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода а:ссййльнозто поля, управляющие обмотки установлены в воздушном зазоре между торцами активной части и центральным стержнем магнитопровода аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этом активная часть выполнена в виде сегментов статора моделирубмого турбогенератора, центральный стержень магнитопровода радиального поля -° с высту-S пами за торец активной части,a цент- ® ральный стержень магнитопровода акin сиального поля снабжен зубцами. 2.Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что центральный стержень магнитопровода радиального поля установлен с возможностью смеще-Я ния в радиальном и аксиальном направлениях. 3.Устройство по П.1, о т ли ч аю щ е е с я тем, что число зубцов {центрального стержня магнитопровода аксиального поля выбрано равным числу зубцов активной части. 4.Устройство пр П.1, отлию чающееся тем, что управляюсо щие обмотки на торце зубцов актив- ной части и на центральном стержне магнитопровода ги сиального поля выполнены распределенными, однослойными. 5.Устройство по П.1, о т л и ч а. ю щ е в с я тем, что источники питания намагничивающих обмоток боковых и центрального стержней магнитопровода радиального поля снабжены регуляторами фазы выходного напряжения.

8идВ

18

16

:::::::

.S

n f г f7