РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С КРИОГЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Советский патент 1994 года по МПК H02K9/197 H02K55/02 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к ротору этих машин, преимущественно к ротору синхронного генератора, имеющему сверхпроводниковую или гиперпровониковую обмотку возбуждения.

Целью изобретения является повышение надежности ротора за счет уменьшения его виброактивности.

На фиг. 1 изображен ротор криогенной электрической машины, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (внешний кожух с добавочной обмоткой ротора, поперечный разрез); на фиг. 3 - электрическая схема соединения сверхпроводниковой обмотки возбуждения с добавочной обмоткой и контактными кольцами ротора.

Ротор содержит сверхпроводниковую обмотку возбуждения 1, размещенную в низкотемпературной емкости 2, тепловые подвески 3, радиационный экран 4, охватывающий низкотемпературную емкость с сверхпроводниковой обмоткой, внешний кожух 5 с продольными пазами 6, добавочную обмотку 7 с изоляцией 8, клинья 9, токовводы 10 и 11, заключенные в трубки 12 и 13, токоведущие соединительные шины 14 и 15, контактные кольца 16, защитные щиты 17 и 18 и цапфы 19 и 20.

Внешний кожух и цапфы соединены между собой вакуумно-плотным швом, образуют вакуумную полость ротора.

Трубки токовводов соединены с низкотемпературной емкостью и цапфой вакуумно-плотным швом, например сваркой.

Токоведущие соединительные шины скреплены с дополнительной обмоткой контактными кольцами и токовводами любым известным способом с надежным электрическим контактом, например пайкой.

Радиационный экран соединен с тепловыми подвесками с надежным тепловым контактом, например пайкой.

Защитные щиты поджимают торцовые части дополнительной обмотки и предохраняют ее от механических воздействий.

На наружной поверхности внешнего кожуха выполнены равномерно по окружности продольные пазы, в которые закладываются добавочная обмотка, например из меди, изолированная от кожуха.

Если конструкция электрической машины предусматривает работу ротора в среде криогенных жидкостей, то добавочная обмотка может быть выполнена из сверхпроводникового или гиперпроводникового материала.

Обмотка от инерционных сил удерживается клиньями. На фиг. 3 в пазах показан один виток добавочной обмотки. Добавочная обмотка соединена последовательно с обмоткой возбуждения. Свободные концы выведены на контактные кольца.

На фиг. 3 показана электрическая схема ротора с обмоткой возбуждения, состоящей из двух катушек, и добавочной обмотки, состоящей из двух катушек (в случае взаимного диаметрального расположения их в пазах кожуха), образованных четырьмя секциями.

Последовательное включение секций добавочной обмотки с обмоткой возбуждения обеспечивает коррекцию распределения магнитного потока обмотки возбуждения в рабочей зоне за счет подключения необходимого количества витков добавочной обмотки.

В зависимости от степени несимметрии магнитного потока расположение указанных секций обмотки на внешнем кожухе может быть как одностороннее, так и диаметрально противоположное. В последнем случае реакция добавочной обмотки определяется суммарным действием всех витков.

Корректировка магнитного поля ротора проводится после его сборки. При этом снимается характеристика распределения в рабочей зоне, а затем рассчитывается (или экспериментально определяется) необходимое количество витков и геометрическое положение дополнительной обмотки.

Для достижения необходимой точности при корректировке магнитного поля в рабочем зазоре конструкция ротора позволяет установку необходимого количества секций добавочной обмотки.

После окончательной корректировки магнитного поля соединение электрической схемы производится с надежным электромеханическим контактом, например пайкой.

Окончательная механическая балансировка ротора проводится после монтажа электрической схемы. При этом для размещения недостающей массы имеется возможность использовать пазы внешнего кожуха.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение виброустойчивости и соответственно надежности ротора за счет выравнивания амплитуды и формы магнитного поля в рабочем зазоре.

Известно, что возможная величина несимметрии магнитного потока в зазоре под полюсами ротора, обусловленная погрешностями при их изготовлении, составляет 0,5-1,5% . Нижний предел характерен для крупных турбогенераторов, верхний - для машин средней и малой мощности.

Для выравнивания магнитного поля необходимо включение 0,1-0,5% количества витков обмотки возбуждения (за счет более близкого расположения дополнительной обмотки к поверхности ферромагнитного сердечника).

Таким образом, в реальной конструкции криогенератора количество витков дополнительной обмотки при рабочем токе возбуждения, например, 1000 А (МДС-типичного сверхпроводникового турбогенератора не превышает 10⁶А витков) не должно превышать пяти.

Если допустимая плотность тока в дополнительной обмотке 5 А/мм² для типичных параметров турбогенератора мощностью 300 МВт, то потери в дополнительной обмотке составят не более 4 кВт, которые можно отвести с помощью конвективного теплосъема с внешнего кожуха ротора и пренебрежимо малы по сравнению с другими видами потерь в криомашине.

Использование изобретения позволяет исключить несимметрию магнитных потоков возбуждения и за счет этого снизить уровень вибраций машин, что обеспечивает их более высокую надежность.

(56) Патент США N 4176292, кл. H 02 K 9/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР N 369659, кл. H 02 K 3/20, 1971.

Изобретение относится к электромашиностроению. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности ротора за счет уменьшения его виброактивности. Ротор электрической машины содержит сверхпроводниковую обмотку возбуждения 1, размещенную в низкотемпературной екмости 2, внешний кожух 5 с продольными пазами, добавочную обмотку 7 с изоляцией, токовводы 10 и 11 к сверхпроводниковой обмотке и токоведущие соединительные шины 14 и 15 к добавочной обмотке. Ассиметричное распределение добавочной обмотки по полюсам и последовательное соединение ее со сверхпроводниковой обмоткой возбуждения обеспечит выравнивание магнитного поля под разноименными полюсами, что исключит несимметрию магнитных потоков возбуждения, снизит уровень вибрации ротора и повысит его эксплуатационную надежность. 3 ил.

РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С КРИОГЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ, содержащий обмотку возбуждения преимущественно катушечного типа, размещенную в низкотемпературной емкости, и добавочную секционную обмотку, размещенную в пазах внешнего кожуха, находящегося при температуре окружающей ротор среды, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности за счет уменьшения виброактивности ротора, добавочная обмотка асимметрично распределена по полюсам, а обмотка возбуждения последовательно соединена по крайней мере с одной секцией добавочной обмотки.