Ротор синхронной явнополюсной электрической машины с газовым охлаждением Советский патент 1992 года по МПК H02K3/52 

люсов 2 в зонах размещения прокладок 12 установлены распорки 14, подпирающие катушки 4 через электроизолирующие накладки 15. На внутренних и внешних боковых поверхностях катушек 4 в зонах размещения прокладок 12 и накладок 15 выполнены продольные пазы, полностью заполненные электроизолированными вставками 17, при- креппенными к катушкам 4. При термических перемещениях элементов витков катушек 4 вставки 17 перемещаются относительно взаимодействующих с ними прокладок 12 и накладок 15. Эти перемещения происходят в зоне действия распорок 14. Наличие вставок 17 предохраняет крайние витки катушек 4 от остаточных удлинений и расслоения электроизоляции катушек 4. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в конструкциях крупных синхронных компенсаторов и других явнополюсных электрических машин с л / ., газовым охлаждением. Целью изобретения является повышение надежности. Это достигается путем исключения нарушения изоляции, расслоения обращенных к полюсным наконечникам крайних частей катушек и термомеханической остаточной деформации меди витков этих частей катушек. Ротор содержит полюса 2, на сердечниках 3 которых насажены катушки 4. выполненные из намотанной на ребро в один ряд шинной меди 5. Между крайними витками катушек 4 и полюсными наконечниками 7 размещены электроизолирующие шайбы 8. Между внутренними сторонами катушек 4 и сердечниками 3 по периметру установлены дистанционные электроизолирующие прокладки 12. Между катушками 4 соседних / ., fe VJ о ел о о фиг.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в конструкциях крупных явнополюсных синхронных компенсаторов и других явнополюсных элект- рических машин с газовым охлаждением.

Известен ротор синхронной явнопо- люсной электрической машины с газовым охлаждением, содержащий остов с вентиляционными каналами и закрепленными на нем полюсами. На сердечниках полюсов насажены выполненные из намотанной на ребро шинной меди однорядные катушки обмотки возбуждения. Витки катушек элек- троизолированы друг от друга и склеены между собой термореактивным электроизолирующим связующим материалом. Между внутренними сторонами катушек и сердечниками полюсов размещены дистанционные электроизолирующие прокладки, образующие вентиляционные каналы, которые сообщаются с каналами остова. Между крайними витками катушек и полюсными наконечниками размещены электроизолирующие шайбы. Такие же шайбы установле- ны между крайними витками катушек и остовом. В зоне размещения дистанционных электроизолирующих прокладок между катушками смонтированы межполюсные распорки, подпирающие катушки через электроизолирующие накладки.

Недостатками известного ротора являются нарушение в рабочих режимах (с частотой вращения 750-1000 об/мин) монолитности катушек обмотки возбуждения в торцовых частях, прилегающих к электроизолирующим шайбам, размещенным со стороны полюсных наконечников, возникновение в этих частях катушек (чаще все- го в первом или двух крайних витках) остаточных термомеханических деформаций, являющихся следствием удлинения крайних витков относительно общей длины катушек. Термомеханические деформации возникают при нагреве катушек в рабочих

режимах и их охлаждении после снятия нагрузки, а также при частых колебаниях нагрузки от холостого хода до номинальной. В рабочем режиме при номинальной нагрузке происходит термическое удлинение катушек и их прижатие за счет центробежных сил к полюсным наконечникам, в результате чего крайние витки катушек испытывают значительное давление со стороны электроизолирующих шайб Вследствие этого, а также давления на катушки со стороны межполюсных распорок и удлинения крайних со стороны полюсных наконечников витков имеет место напряжение сдвига между слоями изоляции витков. Те же явления возникают после снятия нагрузки, когда катушки начинают остывать, и при этом сокращается их длина. Однако в этом случае напряжение сдвига направлено в противоположную сторону.

В тех случаях, когда силы трения между крайними витками катушки и размещенными у полюсных наконечников электроизолирующими шайбами больше сил сцепления склейки изоляции витков, происходит расслоение межвитковой изоляции, сдвиг одного или двух крайних, обращенных к полюсным наконечникам, витков относительно остальных витков катушек и электроизолирующих дистанционных прокладок, их пластическая деформация, которая после многократных циклов нагрузки приводит к значительным остаточным удлинениям этих крайних витков.

Цель изобретения - повышение надежности путем исключения нарушения изоляции, расслоения обращенных к полюсным наконечникам крайних частей катушек и термомеханической остаточной деформации меди витков этих частей катушек.

На фиг.1 изображен ротор синхронной явнополюсной электрической машины с газовым охлаждением, поперечный разрез: на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1: на фиг.З - узел I на фиг,1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.З.

Предлагаемый ротор содержит остов I с закрепленными на нем полюсами 2, на сердечниках 3 которых насажены катушки 4 обмотки возбуждения. Катушки А выполнены из намотанной в один ряд на ребро шин- ной меди 5 с межвитковой электроизоляцией 6 и образуют с помощью термореактивного электроизолирующего связующего материала монолитную конструкцию. Между крайними витками катушек 4 и полюсными наконечниками 7 с одной стороны и между крайними витками катушек 4 и остовом 1 с другой стороны размещены электроизолирующие шайбы 8 и 9 соответственно, выполненные, например, из стеклотекстолита. Шайбы 9 со стороны остова 1 поджаты к катушкам 4 спиральными пружинами 10, что предохраняет катушки 4 с шайбами 8 и 9 от свободной.. перемещения вдоль осей полюсов 2. Между электроизолирующими шайбами 9 и поверхностью остова 1 выполнены зазоры 11. наличие которых исключает чрезмерное сжатие катушек 4 по высоте при отклонениях высотных размеров катушек 4 и сердечников 3 в пределах допусков.

Между внутренними сторонами катушек 4 и сердечниками 3 полюсов 2 установлены дистанционные электроизолирующие прокладки 12, образующие вентиляционные каналы 13 для прохождения охлаждающего газа, например водорода. обтекающего поверхности нагретых кату шек 4 и сердечников 3.

Для исключения деформации катушек 4. возникающей в результате действия на них в тангенциальном направлении значительных изгибающих усилий, между катушками 4 соседних полюсов 2 в зонах размещения дистанционных электроизолирующих прокладок 12 установлены межполюсные распорки 14. Распорхи 14 подпирают катушки 4 через электроизолирующие накладки 15. выполненные, например, из стеклотекстолита.

На внутренних и внешних боковых поверхностях катушек 4 е зонах размещения дистанционных прокладок 12 и электроизолирующих накладок 15 выполнены пазы 16, параллельные продольным радиальным плоскостям симметрии полюсов 2. В пазах 16 расположены скрепленные с витками катушек 4 посредством связующего тергиоре- активного материала вставки 17.Полностью заполняющие паз.1 16 вставки 17 могут быть выполнены металлическими, при этом их поверхность электроизолируется Закрепленные в катушках 4 вставки 17 установлены с возможностью перемещения относительно взаимодействующих с ними

прокладок 12 и накладок 15 при термических перемещениях элементов витков катушек 4. Ширину пазов 16, вставок 17, 0 прокладок 12 и накладок 15 выбирают такой, чтобы при всех возможных термических перемещениях элементов витков катушек 4 вставки 17 всегда взаимодействовали с прокладками 12 и накладками 15 и были при 5 этом в зоне действия межполюсных распорок 14.

Предпочтительно размещение пазов 16 на внутренней поверхности катушек 4 со смещением в аксиальном направлении относительно пазов 16 на внешней поверхности катушек на величину не менее ширины паза.

Оптимальной длиной пазов 16 является длина, равная толщине 6-8 витков катушек, при этом пазы 16 расположены со стороны полюсных наконечников 7.

Предпочтительно глубину пазов 16 выбрать равной 10-15% ширины проводника катушек 4 из шинной меди 5

Предлагаемый ротор работает следующим образом.

При включении электрической машины с обмоткой в холостом состочн ии. например, на номинальную нагрузку возникает термическое удлинение насаженных на сердечники 3 катушек 4, а также их прижатие от воздействия на них центробежных сил к полюсным наконечникам 7.

Обращенные к полюсным наконечникам 7 крайние витки катушек 4. испытывая значительное давление со стороны электроизолирующих шайб 8, в свою очередь., также удлиняются из-за нагрева. При этом закрепленные в пазах 16 катушек 4 электроизоляционные вставки 17 перемещаются вместе с элементами витков относительно взаимодействующих с ними дистанционных прокладок 12 и электроизолирующих накладок 15. Это перемещение происходит в зоне действия межполюсных распорок 14.

При отключении обмотки возбуждения в электрической машине происходит уменьшение длины катушек 4. При этом на крайние со стороны полюсных наконечников 7 витки действуют аналогичные указанным силы, но противоположного знака. Эти силы также воспринимаются вставками 17. При колебаниях нагрузки электрической машины работа вставок 17 аналогична описанной.

Наличие закрепленных в катушках 4 вставок 17 предохраняет обращенные к полюсным наконечникам 7 крайние витки катушек 4 от сдвига относительно остальных витков катушек 4. В результате этого не возникает остаточных удлинений крайних витков и расслоения межвитковой и витковой изоляции. Таким образом, повышается надежность устройства.

Смещение пазов на внутренней поверхности катушек относительно пазов на внешней поверхности катушек на величину не меньше ширины паза выбирают с целью исключения значительного уменьшения поперечного сечения проводника витков с пазами, и, следовательно, повышения надежности конструкции в целом.

Длину пазов и, следовательно, вставок достаточно выполнить равной толщине 6-8 витков катушек, расположив пазы при этом со стороны полюсных наконечников. Длина пазов зависит от толщины проводников из шинной меди. Так, длину пазов, равную 8 виткам, выбирают при толщине проводника 5-6 мм, а при более толстом проводнике достаточна длина паза, равная 6 виткам. Выполнение пазов лишь на крайних витках катушек со стороны полюсных наконечников повышает прочность катушек и надежность устройства. Нижний предел глубины пазов (10% ширины проводника катушек из шинной меди) определяется условием обеспечения допустимого мех анического напряжения смятия между баковой поверхностью электроизолированных вставок и стенками пазоз при относительно небольшом суммарном количестве пазов (не больше числа межполюсных оаспорок).

Верхний предел (15% ширины проводника катушек из шинной меди) глубины пазов выбирают исходя из максимально допустимого увеличения плотности тока в уменьшенном пазами поперечном сечении проводника, при котором за счет теплоотдачи по длине витков происходит выравнивание температуры.

Благодаря использованию предлагаемой конструкции ротора практически отсутствуют аварийные отключения электрической машины от возникновения витковых замыканий, являющихся результатом удлинения крайних со стороны полюсных наконечников витков катушек, Это позволяет повысить надежность устройства без снижения мощности электрической машины, необходимого для исключения ее перегрева.

Формула изобретения 1.Ротор синхронной явнополюсной машины с газовым охлаждением, содержащий остов с закрепленными на нем полюсами,

на сердечниках которых насажены выполненные из намотанной на ребро шинной меди однорядные катушки обмотки возбуждения с электроизолированными друг от друга витками, склеенными между собой

термореактивным электроизолирующим связующим материалом, при этом между внутренними сторонами катушек и сердечниками полюсов размещены дистанционные электроизолирующие прокладки,

образующие вентиляционные каналы, между крайними витками катушек и полюсными наконечниками с одной стороны, а также остовом с другой стороны размещены электроизолирующие шайбы, причем между катушками соседних полюсов в зоне размещения дистанционных электроизолирующих прокладок установлены межполюсные распорки, подпирающие катушки через электроизолирующие накладки, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, на внутренних и внешних боковых поверхностях катушек в зонах размеще- ния дистанционных прокладок и электроизолирующих накладок выполнены

параллельные продольным радиальным плоскостям симметрии полюсов пазы, в которых расположены скрепленные с витками катушек посредством термореактивного связующего материала электроизолированные вставки, причем последние установлены с возможностью перемещения относительно взаимодействующих с ними прокладок и накладок при термических перемещениях элементов витков катушек.

ширины паза.

Щ

А-А

фиг 2

Фиг.з

IS 6 - б

ФигМ

о