Полюс ротора синхронной электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02K1/32 H02K9/08 

Изсбретение относится к электротехнике, а именно к крупным синхронным явнополюсным электрическим ма шинам, и может быть использовано в электротехнической промыпшенности. Известен полюс ротора, содержащий сердечник, катушку обмотки возбуждения, выполненную из шинной меди, нанагываемой на узкое ребро, насаженную на сердечник полюса, причем катушка имеет ширину, большую ширину сердечника полюса, образуя с обеих сторон Сердечника внутренние вентиляционные каналы. К указанньш каналам каждой катушки охлаждающий газ поступае из радиальных каналов остова ротора и затем через отверстия в полюсном башмаке вькодит в воздушный зазор Однако охлаждение Катушев полюсов в указанной конструкции недостаточно из-за малой площади поверхности, омываемой охлаждающим газом. Наиболее близким к изобретению Является полюс ротора синхро 1ной электрической машины, содержащий сер дечник, катушку возбуждения с изоляц ей между витками, имеюпдами обращенные к сердечнику ребра и вентиляционные каналы между сердечником и катушкой для прохождения охлаждающего газа 2 , Однако такое исполнение полюса и охлаждения катушек имеет ограничен ные возможности для. уменьшения габаритов электрической машины, В этом случае при увеличении токовой нагруз ки требуется увеличивать поверхность теплообмена, что приводит к увеличе,нию размеров катушеквозбуждения Кроме TorOj наличие ребер на внутрен ней стороне катушек значительно уве-личивает аэродинамическое сопротивление потоку газа в вентиляционном канале Цель изобретения - уменьшение габ ритов электрической машины путем улу шения охлаждения катушек возбуждения -и увеличения токовой нагрузки обмотки . Указанная цель достигается тем, что в полюса ротора синхронной электрической машины, ссодержащем сердеч ник, катушку возб твдения с изоляцией между витками имеющими обращенные к сердечнику ребра, причем между сер дечником и катушкой выполнены вентиляционные каналы для прохож,цения ох лаждающего газа, ребра имеют полукруглую форму с плавным переходом к плоскости витков, высоту, равную 0,05-0,12 ширинь вентиляционного канала, и расстояние между ребрами в 10-15 раз превышающее их высоту. На фиг. 1 показан полюс ротора синхронной электрической машины, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1} на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1. Полюс синхронной явнополюсной электрической машины содержит сердечник 1 полюса, изолированный при помощи твердопрессованной изоляции 2, на котором установлена катушка 3 обмотки возбуждения. Между катушкой 3 и сердечником 1 полюса выполнены вентиляционные каналы 4, охватывающие сердечник полюса, а в полюсных башмаках 5 отверстия 6, предназначенные для охлаждения внутренней боковой поверхности катушки 3. Каналы 4 разделены изоляционными прокладками 7, например, стеклотекстолитовыми, образующими отдельные камеры 8, обеспечивающими равномерное распределение охлаждающего газа по длине сердечника, а также надежное крепление катушки на сердечнике полюса. Распределение прокладок по длине полюса выполняется таким, чтобы они совпадали с распорками, установленными на роторе между внешними сторонами смежных катушек, для предохранения от поперечного сдвига витков от тангенциальной составляющей центробежной силы катушки. Прокладки 7 могут выполняться из двух частей - клиновыми, при этом на поверхности, прилегающей к катушке, выполнены пазы против выступов витков. Катушка выполняется из шинной меди сваркой витков 9 встык (фиг. 2). Витки 9 катушки изолируются друг от друга стеклотекстолитовыми прокладками 10 или двумя слоями стеклоткани пропитанной эпоксиднофенольным лаком. Для придания монолитной формы катушка запекается при 150-160 С и заданном давлении. Катушка изолируется от полюсного башмака и остова ротора стеклотекстолитовыми шайбами 11, установленными сверху и снизу катушки, или путем изолирования верхнего и нижнего витков катушки термореактивной изоляцией. Особенностью предлагаемого полюса отличающей его от известного является наличие на внутренних сторонах витков 9 катушки в продольном направлении обращенньк к сердечнику полюса ребер, выполненных в виде выступов 12.полукруглой формы. Они выполняются с равномерным чередованием через п витков, где 1 i п 4, таким образом, расстояние между серединой соседних выступов i в 10-15 раз больше ширины Ъ выступа витка, которая принимается равной 0,05-0,12 ширины вентиляционного канала а . Сечение меди нитка практически не увеличивается. При этом форма вентиляционного канала между катушкой и сердечником полюса получается переменного сечения, где обычная ширина канала, полученная на основании вентиляционного расчета, чередуется с местными сужениями канала. Выступы 12 выполняются с радиусом кривизны, не менее величины выступа витка Ь и плавным переходом к боковой плоскости витка, выбираемым по технологическим соображениям.

Коэффициент увеличения теплоотдач с нагретой внутренней поверхности катушки к охлаждающему газу зависит от принятых размеров: величины выступа витков и шага между ними, которые определяются расчетным путем и на основании экспериментальных данных.

Меньшие размеры выступа витков и шага между ними, выраженные по отношению к ширине вентиляционного канала, принимаются в тех случаях, г когда средняя скорость газа в канале по вентиляционному расчету превышает 20-25 м/с.

Размеры выступа витка 0,1-0,12 ширины канала и с большим шагом между

ними принимаются для средней скорости газа в пределах 15-20 м/с, при этом процесс турбулизации потока пристенного слоя газа повьш1ается при небольшом росте аэродинамического сопротивления, благодаря чему общий расход газа через полюс практически не уменьшается. Окончательные величины принимаются на основании конструктивных проработок нескольких вариантов и экспериментальных данных.

Вентиляция полюса и охлаждение катушки при работе машины осуществляются за счет напора, создаваемого радиальными каналами остова и вентиляционными каналами полюсов при вращении ротора. Поток охлаждающего газа, пройдя по радиальным каналам остова, поступает в вентиляционные каналы между катушкой и полюсом и при последовательном пересечении выступов части витков катушки образует в этих зонах устойчивые вихри газа у охлаждаемой поверхности. Возникающая при этом интенсивная турбулизация газового потока у охлаждаемой поверхности обеспечивает эффективную теплоотдачу от катушки к газу и ее охлаждение.

. Указанная конструкция полюса ротора синхронной машины позволяет существенно повысить токовую нагрузку обмотки возбуждения ротора без увеличения высоты полюсов и добавления

витков и массы меди катушек возбуждения и тем самым уменьшить активные размеры и общую массу машины, имеющей эффективное охлаждение обмотки статора, например водяное. При этом улуч0 шаются технические и эксплуатацион,ные характеристики машины.

CM

(О

-6-Ф-4

ПОЛЮС РОТОРА СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий сердечник, катушку возбуждения с изоляцией между витками, имеющими обращенные к сердечнику ребра, причем между сердечником и катушкой выполнены вентиляционные каналы для прохождения охлаждающего газа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов электрической машины путем улучшения охлаждения катушки возбуждения и увеличения токовой нагрузки обмотки, ребра имеют полукруглую форму с плавным переходом к плоскости витков, высоту, равную ОJ05-0,12 ширины вентиляционного канала и расстояние между ребрами в С 10-15 раз превьш)ающее их высоту. S со