Электрическая машина с устройством для контроля температуры активной стали статора Советский патент 1988 года по МПК H02K11/00 H02K15/00 G01R31/34 

Ж.-

4;

to

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при контроле и определении максимальных температур сердечника статора электрической машины, в частности турбогенератора. Цель изобретения - повышение точности и достоверности определения максимальных температур. Датчики 3 температуры установлены на одном из сегментов сердечника 1 статора в зоне стыка фазных зон нижнего слоя стержневой обмотки. Путем размеш,ения датчиков 3 температуры на половине зубца вдоль линии, смешенной от его оси симметрии в сторону направления врашения ротора и проходя- шей в радиальном направлении в непосредственной близости от границы зубец- паз, с их помошью измеряют дискретное множество экспериментальных значений температур и определяют максимальную температуру стали статора из полученного множества. 2 з.п. ф-лы, 9 ил. S (Л

дзигЛ

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при определении и контроле максимальных температур сердечника статора электрической машины, в частности турбогенератора, синхронного компенсатора и др.

Оснащение сердечника статора датчиками температуры вызвано практической необходимостью определения нагрузочных возможностей генераторов в таких эксплуа- тационных режимах как недовозбуждение, асинхронный режим перегрузки и др.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности контроля максимальных температур активной стали электрической машины.

На фиг. 1 изображена концевая зона сердечника статора электрической машины с датчиками температуры, установленными в активной стали; на фиг. 2 - сегмент активной стали статора с датчиками тем- пературы; на фиг. 3 - развертка сердечника по расточке статора с указанием мест установки датчиков; на фиг. 4 - установка датчиков температуры в зубце на IFIOCTOHHHOM расстоянии от оси враш,ения ротора; на фиг. 5 - расчетно-эксперимен- тальное распределение потерь по ширине зубца (координата ф) в области дна паза при токе, равном 0,6 номинального; на фиг. 6 - зависимость температуры в области дна паза при токе, равном 0,6 номинального; на фиг. 7 - зависимость потерь в области коронок при номинальном токе; на фиг. 8 - зависимость температуры в области коронок при номинальном токе; на фиг. 9 - магнитопровод со шлицами.

Электрическая машины с устройством для контроля температуры активной стали статора содержит сердечник 1 статора, многофазную стержневую обмотку 2, датчики 3 температуры, установленные по сечениям 4 на сегментах 5 сердечника 1 статора. Датчики 3 температуры устанавливают в зубцах 6 (фиг. 2) и ярме 7 вдоль линии 8, смеш,енной от оси 9 симметрии зубца 6 в сторону направления 10 врапдения ротора. Линии 8, вдоль которых устанавливают датчики 3 температуры, проходят на одной половине зубцов 6 и находятся между пазами 11, в которых расположены стержни обмотки 2 статора, принадлежащие разным фазам, например, для случая трехфазной обмотки с фазами А, В, С (фиг. 3) линии 8 находятся между стержнями В-С, С---А, , В-С, С-А, А-В, т. е. количество оснащенных датчиками 3 температуры сегментов 5 по тангенциальной координате в данном случае равно 6 - удвоенному значению числа фаз стержневой обмотки 2 статора.

В случае выполнения шлицев 12 в зубцах 6 и шлицев 13 над дном пазов 11 датчики 3 температуры устанавливают также и у вершин этих шлицев 12 и 13.

5

0

0 5

0

5

5

0

Для более точного определения температуры на границе зубец-паз датчики 3 температуры устанавливают на постоянном расстоянии от оси вращения (фиг. 4).

Результаты математического моделирования представлены на фиг. 5-8. На фиг. 5 и 7 дано расределение потерь q и температуры на торце сердечника 1 статора по ширине зубца 6 в области дна паза 11 (радиус Гц). На фиг. 6 и 8 дано распределение по углу ф потерь q и температуры 9 зубца в области коронки (радиус го|). Графики представлены для режима короткого замыкания при токе статора, равном 0,6 IHOM: потери - зависимости 14 и 15; температуры - зависимости 16 и 17, и при номинальном токе статора: потери - зависимости 18 и 19; температуры - зависимости 20 и 21.

При работе электрической машины в сердечнике 1 статора генерируются потери, которые приводят его к нагреву. Благодаря предлагаемой схеме установки датчиков 3 температуры обеспечивается измерение и контроль максимальных температур активной стали сердечника.

Для подтверждения работоспособности и оценки эффективности предлагаемого решения в турбогенераторе мошностью 500 МВт проведено экспериментальное определение удельных потерь в пакете стали концевой зоны сердечника статора. В вентиляционных каналах пакета были определены коэффициенты теплоотдачи. Методами математического моделирования с использованием экспериментальных данных по потерям и теплоотдаче определено температурное поле сегмента 5 пакета статора на участке, равном одному зубцовому делению, дана оценка неравномерности нагрева по тангенциальной координате ф (фиг. 5).

Из представленных результатов (фиг. 5- 8) следует:

датчики 3 температуры, установленные на осевой линии 9 зубца 6 сегмента 5 (т. е. установленные согласно известному решению) фиксируют минимальные значения температуры в плоскости зубца 6 на линии постоянного радиуса;

максимальные температуры наблюдаются на границе зубцы - стержни статора, причем половина зубца 6, расположенная со стороны набегающего поля ротора, нагревается существенно меньше по сравнению с той, которая расположена в противоположной стороне (направления 10 вращения);

тангенциальная неравномерность нагрева стали статора (отношение максимальной к минимальной температуре) в концевой зоне сердечника I характеризуется следующими численными величинами: в зоне дна паза от 1,66 до 2,57, в зоне коронки зубцов от 1,3 до 1,8;

принципиальная ошибка в определении максимальных температур (в сторону занижения) по известному решению может достичь 30-60%, а в отдельных случаях и больше.

Размеш,ение датчиков 3 температуры на половине зубца бив ярме 7 сердечника 1 вдоль линии 8, смещенной от оси 9 симметрии зубца 6 в сторону направления 10 вращения ротора, позволяет повысить точность фиксации максимальных нагревов.

Так как максимальная температура наблюдается на границе зубец - паз, а сама граница имеет толщину (ширину), существенно меньщую толщины (щирины) реального физического датчика температуры, то температуру на границе зубец - паз определяют методом экстрополяции по показаниям нескольких (3+4) датчиков 3 температуры, устанавливаемых на постоянном расстоянии от оси вращения машины со сдвигом по тангенциальной координате друг от друга.

Если датчики 3 температуры установить не на равном расстоянии от оси вращения машины, то экстраполяция не приводит к достижению поставленной цели. 3,атчики 3 температуры размещают также в зоне вершин шлицев 12 в зубцах 6 и шлицев 13 над дном пазов 11, где также наблюдается увеличение потерь температуры.

Использование предлагаемого решения по сравнению с известным позволяет определить и контролировать максимальную температуру сердечника 1 статора при установке в сердечник минимального количества датчиков 3 температуры, эффективно.

достоверно и с достаточной для практики точностью контролировать и определять по максимальной температуре сердечника 1 допустимые нагрузки машины, в особенности в режимах недовозбуждения, а также повысить надежность эксплуатации машины и увеличить ее ресурс.

Формула изобретения

10

15 стержневую обмотку, датчики для контроля температуры активной стали, установленные в зубцах между пазами со стержнями, принадлежащими разным фазам обмоток, отличающаяся тем, что, с целью

p-j повышения точности и достоверности определения максимальных температур, датчики температуры устанавливают на половине зубца и в ярме сердечника вдоль линии, смещенной от оси симметрии зубца в сторону направления вращения ротора и проходя25 щей в радиальном направлении в непосредственной близости от границы зубец - паз.

35

шин шлицев, выполненных на дне пазов.

6 6

/ fO фигЗ

О I 2 , 5 / 6 6 В 6 6

ае.5

-/ I /

66066 Фиг. 7

/

Фиг. 6

(7/

2 2. 5 Z -f 8888

Риг.8

12

фиг. 9