Статор высоковольтной электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02K3/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, а более конкретно к конйтруированию турбогенераторов.

Известна конструкция мощного беспазового турбогенератора, в которой статор выполнен с плоскими спиральными катутаками, разделенными слоями изоляции 1 .

Недостатком данной конструкции является большой градиент напряжения по виткдм катушек и плохая форм электрического поля у краев Катушек что затрудняет выполнение обмоток статора на напряжение 30-60 кВ.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является конструкция статора электрической машины, в которой каждая фаза состоит из нескольких плоских спиральных катушек, разделенных на секции с транспозицией, отделенных друг от друга слоями изоляции и размевденных между двумя изоляционными цилиндрами И .- ,

Недостатками известной конструкции являются неблагоприятная форма электрического поля краев катушек, особенно у краев катушек соседних фаз, разделенных весьма тонким слое изоляции, что может привести к пробою, а .также необходимость изготрвления плоских спиральных катуваек с переменным поперечным сечением в тангенциальном направлении медн и изоляции, что весьма затрудняет реализацию такой конструкции, т.е. сни жает ее технологичность.

Цель изобретения - повииение надежности обмотки и улучшение технологичности изготовления.

Указанная цель Достигается тем, что в статоре высоковольтной электрической маьшнн, содержащем обмотку выполненную в виде плоских спираль-ных фазных катушек, разделенных на секции, отделенных одна от другой слоями изоляции и размещенных междУ: собой двумя изоляционными цилиндра ми, каждая Фазная катушка снабжена по меньшей мере одним экраном тсчоИда льной форма, соединенным с ней электрически и обхватывающим ее по всему периметру, при этом по меньшей мере одна секция фазной катушки выполнена; из четырех частей, а осташьные - из двух. .

На фиг.1 изображено поперечное сечение статора, на фиг.2 - фазна я обмотка, общий вид, на фиг.З - разрез Д-А на фиг.2, на Фиг.4 -.электрическое соединение.частей секций и экраны, обхвать1вающие их, на фиг,5 - электрическая схема соединений секций kaTyuieK, на фиг.6. - вариант выполнения катушек без деления их на секции.

Статор содержит три фазные обмотки 1, размешенные между изоляционными цилиндрами 2 и 3, соответственно цилиндр 2 сочленяется с кольцом активной стали статора (не показана а цилиндр 3 отделяет зону размещени обмотки статора от ротора генерато. ра (.не показан) . Между фазными обмотками 1 помещен диэлектрический заполнитель 4, при зтам йся конструкция как бы зажимается между цилиндрами 2 и 3, обеспечивая тем самым механическое крепление фазных обмоток. Все фазные обмотки выпол.нены-одинаково. Фазная обмотка 1 состоит из плоских спиральных катушек. Каждая кэ них состоит из трех последовательно соединенных секций 5 - 7, {фиг.З и 4). Центральная секция 5 состоит из двух частей 8 И 9, соединенных последовательно. Ближайшая к центральной секции 6 состоит из четырех частей.10 - 13 (йиг.5), образующих замкнутую цепь. Следующая за.шестой секция 7 выполнена аналогично. Она состоит из четырех частей 14 - 17, соединенных аналогично (фиг.5). Перекрестное соединение частей секций 6 и 7 выполнено так, чтобы избежать уравнительных токов в параллельно соединенных частях, т.е. является трансг позицией.

В попереч11Ом сечении проводящие слои каждой секции несколько изогнуты, однако на фиг.З для упрощения слои меди 18 показаны плоскими . Между слоями имеются каналы для хладагента 19. Все секции, из которых составлены катушки, представляют собой одинаков1з|е плоские спиральные элементарные катушки, выполненные подтипу, показанных на фиг.2, размещены одна над доугой .(фиг.З) и отделены слоями 20 изоляции. Начала и KOHii i частей секции б и 7 электрически соединены между собой с помощыг электростатических экранов 21 24. Так, начало части 10 секции б соединено с началом части 12 той же секции с помседью экрана 21. Аналогично конец части 13 секции 6 соединен с конпом части 11 той же секции с помощью экрана 23. Аналогичным образом соединены начала и концы секции 7 экранами 23 и 24 (фиг.З и 4).

Экран 25 обхватывает фазную обмОт ку 1 по всему ее периметру. Возможна также установка экранов 26 по торцам секции 5 и вспомогательных формирующих экранов 27. Экраны 21 25 имеют тороидальную форму и облегают торцы соответствуидих секций (на фияг.2 экраны не показаны, на фиг;1 схематично изображен только контур внешнего экрана 25 фазной обмотки). в известных конструкциях вблизи .острых углов, образуемых медными np водниками торцов (краев) катушек, образуется крайне неблагоприятное распределение электрического поля, особенно, если учесть, что между краями катушек соседних фаз, отделенных весьма небольшим изоляционным промежутком, возникает разность потенциалов, близкая к междуфазному напряжению. Это существенно снижает электрическую прочность изоляции и не позволяет существенно повысить напряжение статора генератора. Так, при конкретных параметрах, характер ных Для криотурбогенераторов (радиальное расстояние между изоляцион ными цилиндрами 2 и 3 порядка 40 см вьшолнение известной конструкции на напряжение 220-500 кВ практически невозможно. Разделение части катуше на параллельно соединенные части и применение электростатических экранов позволяет не только облагайюдит картину электрического поля в обйас ти между катушками и вокруг них, но и принудительно задать потенциал поля, разделив всю область действия поля на ряд областей задания поля, ограниченных плавны1« поверхностями с большими радиусами закругления, что гарантирует наличие всюду в эти областях облагороженного слабо неоднородного электрического поля, при котором изоляция обладает повышенной электрической прочностью. Так, при фазном напряжении 300 кВ (что соответствует линейному 500 кВ), при ра делении фазной обмотки на 3 секции и при последовательном соединении секций 5 - 7, на каждую из них приходится разность потенциалов 100 кВ а на каждую часть секции 50 кВ..Таким образом, в начале части 8 (на которую подается напряжение) будет потенциал 300 кР, в конце ее (на ее последнем витке) - 250 кВ, на части 9 напряжение падает с 250 до 200 ХФиг.З), потенциалы указаны цифрами в начале и конце каждой части и т.д. Таким образом,на экране 21 потенциал 200 кВ, на экранах 22 и 23 100 кВ, на экранах 24 и 25 - 0. В результате между экранами 23 и 21 разность потенциалов 100 кВ, между экранами 24 и 22 разность потенциалов 100 кВ, также .как между, экранами 24 и Z2 и между экранами 25 и 23 Так как перечисленные экраны имеют относительно большие радиусы закругления, то всюду в пространстве между ними получается слабо неоднородное электрическое поле, что гарантирует высокую электрическую прочность и надежную работу изоляции фазной обмотки вплоть до фазных напряжений 300-400 кВ. Следует особо обратить внимание на то, чти в целом каждая фазная обмотка окружена экранами 24 и 25 с нулевым потенциалом, что исключает проблему формирования мощных изоляционных слоев, рассчитанных на то, чтобы выдержать междуЛазное напряжение между медью катушек соседних фаз. Этот вопрос стоит особеннр остро в известных конструкциях генераторов, так как катушки всех фаз необходимо разместить в весьма компактном объеме (в отличие от высоковольтных трансформаторов). Проблема межЛуфазной изоляции является одной из главных при попытке поднять напряжение в известных конструкциях обмотки статора. В отличие от известной конструкции медь катушек и изоляция между ними имеют фасонное сечение, в данном случае все части секции выполнены с медью и изоляцией одинакового размера в тангенциальном направлении, что существенно упрощает технологию их изготовления. Разделение фазной катушки на 3 последовательно соединенных секций необязательно, возможно ее разделение и на другое число секций, что диктуется конкретными данными машины. Части секций не обязательно должы быть расположены по ОДНОЙ оси друг над другом (фиг.З). Они могут быть несколько сдвинуты одна относительно другой наподобие лесенки, например, для улучшения обмот-очного коэффициента. Экраны не обязательно должны обхватывать все части секций. Можно ограничиться только наружными экранмли 24-25. Электростатические экраны могут быть выполнены различным образом, .например, в виде напыления проводящего или полупроводящего слоя на некоторый каркас, сплошного перфорированного слоя или Нескольких слоев, фольги, в виде сеток из проводящего материала или в виде нгшоженных или 1намотанных проводящих или полупрово-, цящнх лент. Во всех случаях экраны должны быть перфорированы или их материал должен быть проницаем для хладагента, делая возможным охлаждение витков катушек. В торцовых , частях экраны имеют электрические разрывы для избежания образования короткоэамкнутых витков. Создание благоприятного слабо неоднородного электрического поля в пространстве, занятом фазной катушкой 1, может быть обеспечено и без разделения каждой секции на две параллельно соединенные части (Фиг.6). Здесь три секции фазной катушки 28 - 30 соединены последовательно и окружены электростатическими экранами 31 - 33 (фиг.6) . Пути электрических соединений между началами п концами секций совпадают

с проекциями экЬаиов (фиг.6). При предлагаемой схеме выполнения и соединения секций и экранов достигается тот же эффект, что и в известном варианте.

/«

/Л

Фиг.1

Предлагаемая конструкция статора высоковольтной электрической машины по сравнению с известными имеет более высокую надежность в работе и более т ехнологична при изготовлении.

1. СТАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий обмотку, выполненную в виде плоских спиральных катумек, разделенных на секции, отделенных одна от другой слоями изоляций н размещенных между двумя изоляционными цилиндрами, о тли чающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности обмотки и улучшения технологичности изготовления, каждая фазная катушка снабжена по меньшей мере одним экраном тороидальной Формы, соединенным с ней электрически и обхватывающим ее по всему периметру. 2. Статор по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что по меньшей мере а одна секция фазной катушки вьтолне л на из.четырех частей, а остальные из двух. с:

Фиг.6