Статор электрической машины Советский патент 1986 года по МПК H02K1/18 H02K5/24 

Изобретение относится к электромашиностроению и касается устройства статора электрической ма1нины с пониженными уровнями вибрации и шума и высокими технологическими, энергетическими и эксплуатационными характеристиками.

Одним из важнейших показателей качества э. юктрической .машины (ЭМ) является уровень вибрации и шума статора.

Вибрация и шум машины оказывают вредное воздействие на окружающую среду, на установленное рядом оборудование и обслуживающий персонал.

Такой же важной проблемой является снижение отходов материалов, достигаемое использование.м малоотходной технологии на базе прогрессивных конструкторских решений.

Цель изобретения - снижения уровня вибрации и шума Kopriyca применительно к статору с сердечником в форме многоугольника.

На фиг. 1 схематически изображен статор с упругими элементами, размещенными но углам сердечника; на фиг. 2 - статор, в которо.м упругие эле.менты расположены на двух противоположных углах; на фиг. 3 - - поперечное сечение сердечника квадратной формы и вписанного в него сердечника круглой формы с наруж1И 1м радиусом.

Статор электрической .iaiHHiiiJ содержит упругие элементы 1 подвески, рал;- щепные (фиг. I) по углам сердечника 2 MI оугол - ной, например, квадратной форм ;д )дсч- ник 2 установлен в корпусе 3 ci aropM. который посредством лап 4 расно. на (Ьун- даменте 5.

bia схеме, изображенной на фиг. I. упругие элементы 1 подвески размен1ены на углах сердечника 2 в местах его максимальной жесткости, и следовательно, минимал;)- ной вибрации. Габариты корпуса 3 стаюра при это.м несколько уве.личиваются. Для статоров, устанавливаемых на .лапы, учитывая, что лапы могут выно.дияться не по всей длине корпуса статора, а только в тех местах, где отсутствуют упругие элементы подвески, размещаемые локально в оп- ределенных местах но длине и окружности сердечника и корпуса, габариты корпуса статора могут быть уменьшены по не посредством выполнения его с лапами, утопленными в корпус по ширине в тех местах, где подвеска отсутствует (например, с лапами только в средней части по длине корпуса или только в концевых частях корпуса). Для макси.мального снижения уров ня вибрации и шума корпуса статора ЭМ упругие элементы подвески сердечника целесообразно сосредоточивать в районе опорных лап корпуса, причем упругие элементы должны обладать податливостью в радиальном и тангенциальном направлениях.

На фиг. 2 показано размендепис упругих элементов 1 подвески на двух нротивопо

0

5

0

0

5

0

5

ЛОЖНЫХ углах сердечника 2 в районе опорных лап 4 корпуса 3 статора, который устанавливается с помощью лап 4 на фундамент (раму механизма) 5, нри этом два других угла сердечика 2 и корпус 3 служат ограничителями перемещений унруго- подвешенного сердечника 2 при воз.можных yziapHbix сотрясениях статора ЭМ с целью исключения повреждения упругих элементов 1. Растояние а между углами сердечника 2 и корпусом 3 (в то.м числе и величина скоса углов сердечика) выбирается, исходя из обеспечения требуемой податливости подвески в нормальных эксплуатационных режимах работы и исключения больших перемещений сердечника при ударах. Для умень- Н1ения габаритов .машины лапы 4 в .местах установки упругих элементов 1 подвески или по всей длине корпуса 3 могут выполняться коробчатыми, как изображено на фиг. 2. Габариты корпуса 3 статора в этом случае апа. югичны таковым нри круглом испол- цепии сердечика.

В тех случаях, когда требования вибрации и нп му статора Э обеспечиваются уверенно, с н.елью снижения уровня вибрации и шума корпуса без увеличения его габаритов упругие элементы подвески могут размешаться на боковьгх поверхностях сердечника статора квадратной формы.

Пунктиром на фиг. 2 показано раз.ме- пгение упругих элементов 1 подвески на боковых поверхностях сердечника 2 в корпусе 3 статора, при этом углы сердечника 2 и корпус 3 используются как О1 раничите- лн неременлепий унру|-оподвещенного в корпусе 3 сердечника 2 при возможных ударных сотрясениях статора для исключения повреждения ynpyi-их э.лемептов 1. Соот- ветствуюши.м образом выбирается расстояние а между уг лами сердечика 2 и корпусом 3.

Эффект снижепия уровня вибрации и ujy- ма статора ЭМ с упругонодвен енным сердечником квадратной формы при обеспечении В1з1соких технологических, эне 1гетических и эксплуатационных показателей и характеристик достигается следуюпги.м образом. Для пояснения cyniHOCTH этого яв.чения нриводит- ся схема (фиг. 3) поперечного сечения сердечника квадратной формы и круглой формы с наружным радиусом R;s вписанной в этот квадрат.

Спинка сердечника кру мой формы имеет одинаковую высоту h по окружности сердечника и онре.челяется как

,(1)

где R:-. - радиус по дну пазов сердечника. Радиус по середине спинки сердечника круглой формы

Ro R,. + h/2 R.-- h/2.(2)

В случае, если сердечник квадратной формы спинка имеет неременную высоту по окружности сердечника, достигая максимального значения на углах квадратного сердечника и минимального hmi.., равного высоте спинки круглого сердечника h hniVn на боковых поверхностях его

В рассматриваемом случае при скругле- НИИ углов сердечника на общую площадь 6% от площади квад,рата

hmax V2(l-VO,06/4)Ra - R.

l,24Ra - Rz (3)

т.е. увеличение высоты спинки по сравнению с круглым сердечником составляет Ahmax 0,24Ra, ЧТО весьма существенно.

При расчете магнитной индукции в спинке сердечника квадратной формы и эффективного значения вибрации сердечника используется приведенное значение высоты спинки

hn(hmax + hm,n),12Rr.-R.h (4)

и приведенное значение радиуса по середине высоты спинки

Ron Ro +ЛЬ RH,(5)

гдеЛЬп 0,12Ra - увеличение высоты спин-

ки.

Наружный радиус эквивалентного сердечника, круглой формы

R., R. + h R. .(6)

Увеличение высоты спинки сердечника снижает величину магнитной индукции в спинке, повышает жесткость сердечника, улучшает условия его ох.таждения. Благодаря снижению магнитной индукции в спинке у.меньшаются потери в стали, увеличивается КПД машины, уменьшается на.магни- чивающий ток в асинхронных .машинах и ток возбуждения в синхронных, в силу чего снижается нагрев обмоток и увеличивается их срок службы, уменьшаются ние магнитные поля, излучаемые машиной, снижается вибрация сердечника, обусловлен- ная магнитострикцией.

Определим во сколько раз возрастает изгибная жесткость сердечника квадратной формы по сравнению с круглым сердечником. Учитывая, что hn h + ДНп, R™, Ro + uhn/2 и + h/2 при одинаковых длинах и материале сердечников после выполнения преобразований получим

CnfC (0,945 + 0,11 R.Vh)- 2, l (7), где Сп и С - соответственно приведенная статическая жесткость сердечника квадратной формы и статическая жесткость сердечника круглой фор.мы, (величина Ra/h 3 соответствует мошным турбогенераторам). По диагональным осям, проходящим через углы сердечника квадратной фор- мы, его жесткость еще выше, чем определенная по формуле (7).

Вибрации сердечника ЭМ вызываются в основном радиальными переменными магнитными сила.ми, действующими на расточку сердечника статора, и совпадают с ними по фазе. Амплитуды радиального и тангенциального вибрационных перемещений сердечника при изгибиых колебаниях под дейст

вием радиальных переменных мапщтных сил определяются в виде

1+Зт-1 PoRo(n) .. .

т;7 - 1

т--1 С(п)

l+3m- l P,iRn(n),. m(m--l) C(n)

(8)

(9)

О

0

5 о

Q

5

5

где m - порядок колебаний, (n)/ /12Ro(n); PO - амплитуда радиальной силы; Кч - коэффициент динамичности.

Как видно из выражений (7)-(9) при увеличении жесткости сердечника соответственно уменьшаются его вибрация и шум, причем в случае сердечника квадратной формы амплитуды вибрационных перемещений боковых поверхностей такого сердечника меньше, чем наружной поверхности сердечника круглой формы, вписанной в этот квадрат, а амплитуды вибрационн1 1х перемещений углов квадратного сердечника в свою очередь меньше, чем боковых поверхностей его.

Размещение упругих элементов между наружной поверхностью сердечника и корпусом - упругая подвеска сердеч1П ка в корпусе статора позволяет существенно снизить уровень вибрации, передаваемой от сердечника к корпусу статора, па величину коэффициента передачи вибрации Кп. характеризующего эффективность подвески. Амплитуда вибрационного перемещения корпуса в этом случае HBXO.IHTCH по формуле

.(10)

Величина коэффициента К опреде.пястся податливостью упругих элементов подвески и составляет обычно око.ю 0,4. что дает снижение вибрации корпуса по сравнению с сердечником в 2,5 раза или 8 дБ. Соответственно снижается уровсн1 воздушно1ч) 1пума. создаваемого ко;1еблк) HOBCJIX- ностью корпуса статора.

Для статора ЭМ с сер.Ю ппчком многоугольной, например, квадратно ) формы уровень вибрации и П1ума корпус;) в от.чичпе от статоров с сердечником круглой (|1ормы зависит от места размещения на квадратном сердечике . э,1ементов подвески.

В предлагаемой конструкции статора ЭЛ при размеп1епии упругих элементов подвески на боковых поверхностях квадратного сердечника вибрация и Hiy.M корпуса статора (станины) за счет большей жесткости сердечника снижаются не менее, чем в 2 раза (на 6дБ) по сравнению со статором с сердечником круг.юй формы, вписанной в данный квадрат, и подвеской одинаковой эффективности. В размещения упругих э.ме- ментов подвески па уг лпх многоугольного сердечника в местах его максима..ьпой жесткости при той же эфсЬектиБиостп подвески уровень вибрации и ппма корнуса статора

(ciaiiHiibi) уменьшается в еще большей степени (не менее, чем в 3 раза или на 10 дБ). Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения состоит в снижении уровня вибрации и шума корпуса статора (станины) ЭМ, в новышении ее надежности и долговечности, в защите окружающей среды и обслуживающего персонала от вредного воздействия вибрации и 1Н) ма, в обеспечении высоких технологических, энергетических и эксплуатационных показателей и характеристик машины.

Формула изобретения

. Статор электрической машины, содержащий корпус с размещенным в нем сердечником статора и упругими элементами подвески, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня вибрации и шума корпуса применительно к статору с сердечником в форме многоугольника, упругие элементы подвески установлены по углам сердечника.

2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что упругие элементы подвески установлены на двух противоположных углах сердечника.

Изобретение относится к электромашиностроению и направлено на снижение уровня вибрации и шума корпуса статора с сердечником в форме многоугольника. Упругие элементы 1 подвески статора размешены по углам сердечника 2, т.е. в местах его максимальной жесткости, а следовательно, и минимальной вибрации. I з.п. ф-лы, 3 ил. i (Л го со 4 со Ci (. 7

фиг. 2

фиг.. 3

Редактор Ю. Срреда Заказ 270.3/55

(Л1с|-;пягге.чь Ф. Пидольекая И. Ве|)есКорректор . 11емчик

Тираж В31Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

I 1303.5, .ocквa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4