Статор электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02K1/16 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в крупных синхронных и асинхронных машинах.

Известен сердечник статора, в котором для уменьшения потерь и повышения КПД крайний пакет или его зубцы выполнены из магнитодиэлектрика на основе ферромагнитной массы 1.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что потоки рассеяния лобовых частей обмотки статора не собираются и не шунтируются такими крайними пакетами и, следовательно, в нажимных устройствах, прессующих сердечник статора, могут возкать существенные потери и нагрев. Кроме того, значительный аксиальный магнитный поток на торцовой поверхности элемента из магнитодиэлектрика создает опасные магнитные силы, разрушающие диэлектрик в маневренных режимах работы электрической машины.

Известен также сердечник статора, в котором пакеты пластин, закрепленные на торце сердечника статора, работают как шунты, т. е. ответвляют потоки рассеяния от торцовой поверхности сердечника 2.

Недостаток такой конструкции состоит в низком использовании активных материалов статора и, следовательно, в увеличении его веса, поскольку шунты закреплены вне активной зоны машины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является статор электрической машины, содержащий сердечник со скошенными крайними пакетами, нажимные плиты, обмотку из стержней и магнитные клинья, установленные в активной зоне машины под скошенной частью крайних пакетов, причем магнитные хвостовики клиньев могут выступать в аксиальном направлении за поверхность торца сердечника 3.

Недостаток указанного устройства - значительные потери из-за неучета реальных путей прохождения магнитного потока рассеяния в торцовой зоне сердечника статора. Кроме того, наличие существенного аксиального магнитного потока рассеяния на торцовой поверхности крайних пакетов статора, незащищенной магнитными клиньями, поскольку магнитные хвостовики клиньев не заходят между стержнями обмотки на уровень верхнего стержня, уменьшает допустимую активную нагрузку машины, а защита нажимной плиты от потоков рассеяния требует дополнительного расхода цветных материалов.

Цель изобретения - уменьшение потерь в сердечнике статора электрической машины.

Поставленная цель достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем сердечник со скошенными крайними пакетами, нажимные плиты, обмотку из стержней и магнитные элементы, установленные в активной зоне машины под скошенной частью крайних пакетов и выступающие в

аксиальном направлении за торцы сердечника, магнитные элементы выполнены в виде чередующихся по окружности статора и расположенных по его оси вставок двух видов, одни из которых набраны из лежащих в

плоскости поперечного сечения статора трапециевидных пластин и размещены под стержнями в зоне пазов со стороны расточки, а вставки другого вида набраны из лежащих в продольном сечении клиновидных пластин

0 и расположены между верхними стержнями в зоне зубцов.

С целью упрощения конструкции статор может быть снабжен изоляционным кольцом, к которому прикреплены вставки.

5 На фиг. 1 изображен статор, продольный разрез торцовой зоны; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - путь магнитного потока рассеяния в торцовой зоне сердечника при наличии чередующихся вставок в поперечной плоскости; на фиг. 4 - то же,

в продольной плоскости.

Сердечник статора электрической машины состоит (фиг. 1) из основных шихтованных пакетов 1, разделенных вентиляционными распорками 2, и скошенных крайних па5 кетов 3. Скошенные крайние пакеты 3 отделены от призм с помощью изоляции 4. Сердечник статора сжат массивными нажимными плитами 5 с приваренными к ним пальцами 6. В пазы сердечника уложена обмотка статора так, что в каждо.м пазу есть ниж0 НИИ 7 и верхний 8 стержень. Торец ротора 9 размещен на уровне торца крайнего пакета сердечника, при этом активная зона машины совпадает с активной длиной ротора. На роторе уложена обмотка 10, закрепленная бандажом 11.

В активной зоне машины установлены магнитные элементы, выполненные в виде чередующихся по окружности статора вставок 12 и 13. Вставки 12 расположены под скошенными зубцами крайних пакетов 3

между верхними 8 стержнями обмотки статора, а вставки 13 под верхними 8 стержнями в зоне пазов со стороны расточки. Вставки 12 набраны из клиновидных пластин, а вставки 13 - из трапециевидных (фиг. 1 и 2). Трапециевидные пластины лежат в плоскости поперечного сечения машины (фиг. 2), а клиновидные - в продольном сечении. Трапециевидные пластины пересекают своей наклонной частью в зоне зубцов (фиг. 2) вставки из клиновидных пластин

0 и отделены одна от другой по окружности машины выстянутыми вдоль радиуса клиновидными немагнитными промежутками 14, составляющими единое целое с изоляционным кольцом 15. В направлении от центра к торцу статора высота трапециевидных

5 пластин плавно уменьшается.

Вставки 12 и 13 уплотнены изоляционным кольцом 15, которое установлено под скошенными крайними пакетами. Для уплотнения вставок использована также эпоксидная замазка 16.

Статор работает следующим образом.

Магнитный поток рассеяния, создаваемый лобовыми частями обмоток статора и ротора, а также выпучиванием из зазора и пазов статора, растекается в торцовой зоне статора в различных плоскостях. Исследования показывают, что магнитный поток рассеяния максимален в зоне коронки зубцов статора. Падая на широкую грань листов сердечника статора, магнитный поток вызывает существенные потери и местные перегревы, в том числе и на углах скощенных крайних пакетов. Такие перегревы ограничивают активную мощность мащины в различных эксплуатационных режимах.

Для уменьшения потерь при прохождении магнитного потока рассеяния в различных плоскостях, а также для превращения его в рабочий поток предусматривается выполнение магнитных элементов в виде чередующихся по окружности статора вставок. Чередование вставок вызвано чередованием по окружности мащины плоскостей, по которым преимущественно проходит поток рассеяния: наличием больщих значений аксиальной составляющей индукции на уровне верхнего стержня на торцовой поверх.ности зубцов и максимальных значений тангенциальной составляющей индукции в зоне пазов под стержнями статора.

Аксиальная составляющая индукции вызывает потери в листах крайних пакетов сердечника статора, а пазовый поток статора, выпучиваясь в зону лобовых частей, создает по окружности машины всплески аксиальной составляющей индукции в зубцах крайних пакетов статора, вызванные взаимодействием его с потоком выпучивания, из зазора.

Магнитный поток рассеяния, характеризующийся чередованием по окружности аксиальных и тангенциальных составляющих индукции; собирается, с одной стороны (фиг. 4), расположенными между верхними стержнями в зоне зубцов вставками из пластин, лежащих в продольном сечении машины, и направляется в зубцы скошенных крайних пакетов, т. е. в активную зону машины. Тем самым этими вставками исключаются потери в торцовой зоне сердечника статора от аксиальной составляющей индукции. С другой стороны (фиг. 3), магнитный поток пазового рассеяния собирается расположенными под стержнями в зоне, пазов вставками из пластин, лежащих в поперечном сечении, и также направляется в зубцы крайних пакетов.

Вытянутая вдоль оси машины форма вставок способствует эффективному сбору потока рассеяния, который концентрируется вблизи зазора. Поскольку одни вставки располагаются между верхними стержнями, то вытянутая вдоль оси машины форма вставок способствует проведению потока рассеяния в зубцы скошенных крайних пакетов

и превращению их в рабочий поток без применения дополнительных устройств (например, двух или трех шунтов).

Падение магнитного потока рассеяния на выступающую за плоскость торца часть 5 вставки, расположенной между стержнями, не сопровождается выделением потерь, поскольку пластины вставки в зоне зубцов ориентированы в продольной плоскости и поток рассеяния входит в узкую грань плас10 тины.

Клиновидная форма пластин вставки с острием клина, направленного к центру машины, способствует переходу потока рассеяния из вставки в зубцы крайних пакетов и .одновременно повышению механической

15 прочности крепления вставок.

Расположение других вставок под стержнями в зоне пазов препятствует выпучиванию потока пазового рассеяния в зону лобовых частей (линия а на фиг. 3) и устраняет тем самым всплески аксиальной состав0 ляющей индукции на зубцах этого выпучивания.

Размещение пластин этих вставок в плоскости поперечного сечения машины обеспечивает проведение пазового потока рассеяния и рабочего потока машины с минимальными потерями в пластинах.

Выполнение пластин трапециевидной формы способствует равномерному проведению пазовых потоков рассеяния в зубцовую зону крайних пакетов, а пересечение наклонной

0 частью пластин клиновидных вставок в зоне зубцов повышает механическую прочность конструкции.

Промежутки, разделяющие по окружности мащины вставки из трапециевидных пластин, служат разгрузке зубцов крайних гта5 кетов в магнитном отношении, так как увеличивают магнитное сопротивление общему контуру пазового потока на полюсном делении, и в итоге уменьшают потери в зубцах. Замыкание пазов трапециевидными вставками на длине скошенных крайних пакетов не приводит к существенному возрастанию, индуктивного сопротивления обмотки Статора мащины, так как длина вставки из трапециевидных пластин не превышает 0,15 м, что значительно меньше всей длины

5 статора (около 6 м).

Плавное уменьшение по длине машины от центра к торцу высоты трапециевидных пластин препятствует выделению потерь в этих пластинах от аксиальной составляюшей индукции потока рассеяния и способствует

постепенному входу потока рассеяния в зубцы крайних пакетов. При этом в результате выравнивания потока на входе клиновидных вставок обеспечивается уменьшение пульсационных потерь.

Таким образом, предлагаемая конструк5

ция статора электрической машины с чередуюшимися по окружности статора вставками вследствие учета реальных путей растекания потока рассеяния позволяет исключить значительные местные потери и нагрев торцовой зоны.

Уменьшение нагрева увеличивает нагрузочную способность, расширяет эксплуатационные возможности машииы и устраняет необходимость разработки устройств для поглощения реактивной мощности. Это позволяет вытеснить эквивалентную мощность управляемых реакторов или комбинацию неуправляемых реакторов с синхронными компенсаторами.

В предлагаемом статоре уменьшаются пульсации магнитного потока по ширине зубцов крайних пакетов, что уменьшает вибрацию и шумы в машине.

Благодаря собиранию потоков рассеяния

и проведению их по путям наименьшего выделения потерь в активную зону машины

не требуются дополнительные меры для сни5 жения потерь в зоне нажимной плиты, прес-,

сующей сердечник статора.

Поскольку потоки рассеяния проводятся

в активную зону машины, а не отклоняются

от нее как это имеет место при применении

марнитных шунтов, то повышается исполь зование активных материалов статора.

Упрощается технологическое изготовление машины, так как вставки закрепляются на одном изоляционном кольце, причем через вставки не нужно передавать прессующее ., усилие на сердечник, как это имеет место при использовании шунтов.

1. СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий сердечник со ско шенными крайними пакетами, нажимные плиты, обмотку из стержней и магнитные элементы, -установленные в активной зоне машины под скошенной частью крайних пакетов и выступаюш,ие в аксиальном направлении за торцы сердечника, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь, магнитные элементы выполнены в виде чередуюшихся по окружности статора и расположенных по его оси вставок двух видов, одни из которых набраны из лежаших в плоскости поперечного сечения статора трапециевидных пластин и размещены под стержнями в зоне пазов со стороны расточки, а вставки другого вида набраны из лежащих в продольном сечении клиновидных плзстин и расположены между верхними стержнями в зоне зубцов. 2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен изоляционным кольцом, к которому прикреплены вставки.

/5

3ySeL(

Зубец

фие. 3