Обмотка статора электрической машины Советский патент 1983 года по МПК H02K3/34 

Изобретение OTHocHtcfl к эЯектромаши нсхггроению, в частности к обметкам стато ров стержневого типа. Стержневые обмотки статоров применяются преимущественно в крупных электри ческнх машинах. Такие обмотки по сравне нию с катушечными обладают целым рядоч важных достоинств - более высокая элек трическая прочность витковой изоляции, более высокая -технологичность в произвол стве, меньшие затраты времени и труда при проведении ремонтаных работ. Вместе с тем в крупных машинах с большими размерами стержней и при высоких электромагнитных нагрузках проявляется особенно остро недостаток стержневых об моток - значител.ьная неравномерность нагрева элементарных проводников по высо-: те стержня. Эта неравномерность обусловлена циркуляционными токами, замыкаю,-, щимися между проводниками одного стержня. .В пазовой части обм,отки, благодари транспозиции элементарных проводников, электродвижущие силы выравнены. Однакб ,в лобовой части обмотки проводники охва ; тываются различными магнитными потока-; ми, поэтому в проводниках индуктируются т различные. ЭДС. При высокой плотноеii торцовых потоков, что имеет место в круп :ных мащинах, разница в ЭДС проводимков; .возрастает. Так как проводники стержня с обоих его концов электрически соединены, то| каждый стержень представляет собой систему изолированных проводников, замкнутых по обоим концам накоротко. Поэтому при появлении разницы ЭДС между каждой пд|рой проводников появляются уравнительные JTOKH, называемые циркуляционными. . Эти 1ТОКИ вызывают потери в проводниках и соответствующие им дополнительные нагревы. 1Чем больше разность ЭДС проводников, тем (следовательно, больше потери и нагревы. Так как разность ЭДС проводников возрастает, с увеличением плотности магнитного поля вокруг лобовых частей и высоты стержня, а они растут с повышением мощности машин, то поэтому проблема эта становится более острой именно в связи с постоянным увеличением единичной мощности машин. Наибольшие потери имеют место в проводниках, блиижайших в лобовой части и ротору. Суммарные потери в этих проводниках приблизительно в 4 раза выше, чем в средней части по высоте стержня. Поэтому, хотя средний перегрев обмотки может быть и вполне приемлемым, но местные нагревы у узкой грани лобовых частей стержней со стороны ротора могут оказаться выше допустимых. Это обстоятельство было подтверждено экспериментально на многих типах машин. Известна обмотка статора электрической машины, в которой с целью снижения потерь от циркуляционных токов и исключения иестных перегревов элементарные проводяйки стержней транспонированы в лобово,. .части (I . Однако транспозиция в ло6овь|х частя обмотки дает эффект для петлевого типй, обмотки, используемого в турбогенераторах. Для волнового типа обмотки, когда лобовые части одного стержня, находятся под полюсами разной полярности, характер сложения векторов ЭДС в лобовых частях проводников сложнее, и резульъиарующий эффект этого способа транспозиции менее полный. Кроме того, технологически такая транспозиция может быть осуществлена только в обмотках с очень ллинными лобовыми частями, когда для осуществления нзгиба проводников и перевела к;; в другой ряд достаточно места. В турбогенераторах большой мощности это решение реализовано .и полностью себя оправдало. В других же машинах эта транспозиция, как правило, невыполнима. Наиболее близкой к изобретению является обмотка статора электрической машин1/ f: воздушным охлаждением, содержащая птер.жни, состоящие из изолированных и транспонированных в пазовой части элементарных проводников с соединенньп 1и меж ду собой головками с удаленной изоляцией, разделенными по меньшей мере ка две :части. , . В описанной обмотке концевая часть стержня охватывается двумя хомутиками, BI каждый из которых вставлена половина элементарных проводников стержня, и пайка производится раздельно по полустержням. Эго сделано с целью уменьшения объема пайки, так как для стержней с весьма большим числом проводников затруднительно. прогреть до высокой температуры пайки серебром (800-900°С) значительный объел/ меди, не повредив при этом корпусную изо- ляцию и обеспечив одновременно качествен кую пайку по всему периметру. Изоляция элементарных проводников в пределах го ловки полностью удаляется и поэтому даж1 при сохранении технологического зазора между хомутиками полустержней электри fiecKHони соединены пообе стороны пайкив хомутиках 2. Недостатком известной обмотки является наличие значительных местных нагревов в обмотке статора и потерь от циркуляционных токов между элементарными проводниками. Целью изобретений является повышение КПД машины, а также повышение долговечости изоляции и уровня электромагнитного использования машины путем снижения Местных нагревов проводников.., Поставленная цель достигается тем, чтсГ в обмот1 естат6ра электрической машинь (5 воздушным охлаждением, содержащей стер-. жни, состоящие из изолированных и транс)понированных в пазовой части элементар 1ых пр(эводникрв с соединенными между со Гюй головками с удаленной изоляцией, раз-, деленными по меньшей мере на две части между указанными частями проводников го joBOK установлен изоляционный барьер. При этом изоляционный барьер выполнен из нагревостойкого материала, преимущественно из прессованного стеклотекстолита покрытого перед установкой эпоксидны ч клеем. Связь-ооложительного эффекта, получаемого при использовании изобретения, с co-i ifeoKyriHOCTbra новых признаков обеспечивав ется введением изоляционных барьеров в го ловках стержней, разделяющих стержен1 электрически на части, что ведет к уменЬ ; шению разницы ЭДС между спаяными между собой в головках проводни1 ;ами и, следовательно, циркуляционных токов внутри стержней. Таким образом, эти Изоляционные барьеры разделяют элементарные про% водники на группы, ЗДС которых ближе по величине друг к другу. Качественно карТИН9 распределения. циркуляционных токов в стержнях н меняется, меняется только количественно - меньшая разность ЭДС ведет К меньшим по величине токам между, проводниками, следовательно, к меньшим добавочным потерям и Местным Harpepajif. проводников. . На фиг.. J покааана конструкция соединения головок стержней; на фиг. 2 графичес4 ки показано расчетное распределение потерь в проводниках по высоте стержня, всеЧёнии по лобовой части обмотки. Стержень обмотки статора, состоящий из изолированных и транспонироваиньЬс в пазрвой части элементарных проводников I, разбит по высоте стержня в головке на двй или больше частей, каждая из Которых посредством хомутика 2 или заменяющей его детали и с помощью пайки электрически со«i дииена только с соответствующей частью ; другого стержня в соответствии со схемой; Соединений. Эти части одного стержня имеJOT общую корпусную изоляцию 3, но элек рически другС другом контакта не иМеют. Достига.ётся это установкой дополнитёльНой изоляции 4 между частями стержней tf Ьоне головок. Эта йзоляиия можеТ быть выполнена любого материала наг евостойкостн требуемого класса, так Kak напряжение между частями стержня невелико. Для изоляции может быть использован, например, пресованный стеклотекстолит, покрытый перед ус-. тановкой эпоксидным клеем, и имеющий Г-образную форму. На фиг. 2 кривая А показывает расчетное рас пределе и не суммарных потерь в основных проводниках от вихревых и циркуляционных токов для гидрогенератора мошйостью 335 МВт с типовой конструкцией стержней обмотки статора по высоте стерж; Ы, в сечении по лобовой части обмотки4 Кривая А показывает, что потери в npoj водниках, ближайших кротору, в 4 рази ;рыше, чем в средней части по высоте стерж НЯ. ,. . . . -. , .:.. ; На фиг. 2 кривые Б и В показывают, как меняется распределение потерь по элемен(Тарным п|5оводникам при искусственном | разделении стержня по высоте соответственно на 2 и 3 части. Применительно к выбраи|Ному в качестве примера гидрогенератору местные потери удается снизить в 2 раза при раздвоении головок стержней и в 2,5 раза при делении головок на 3 части. При этом достигается и весьма ощутимая р авно-i /мерность в распределении потерь по сеченик5 Стержней..;: / . ., /. Технико-экономический эффект изобре,тения заключается в том, что предлагаемое .техническое решение дает технологически простое, универсальное по области возмож JHoro использовання,. эффективное средстве снижения местных потерь и нагрейов в стер-; жнях обмотки статора. Решенийе обеспечивает более высокую надежность, долгойечность ЙЗО.ЛЯЦИИ и повышается КПД машины/ не требуется также искусственно снижать уровень электромагнитного использования машины из-за опасности высоких местных нагревов, которые в настоящее время лими-. тируют уровень электромагнитных нагрузок.; Изобретение мoжet найти применение любых электрических машинах с воздушным; охлаждением, в первуй) очередь - в крупг |иых машинах, в частности, в гидрогеНерато ;рах..

W

1. ОБМОТКА СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ с воздушным, охлаждением, содержащая стержни, состоящие из изолированных и транспонированных в пазовой части элементарных проводников с соединенными между собой головками с удаленной изоляцией, разделенными по меньшей мере на две части, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и эксплуатационной надежности, между указанными частями проводников головок установлен изоляционный барьер. 2. Обмотка по п. 1, отличающаяся тем, что изоляционйый барьер выполнен из нагревостойкого материала, преимущественно из прессованного стеклотекстолита, покрытого эпоксидным клеем. (Л сд