Электрическая машина Советский патент 1992 года по МПК H02K9/00 H02K9/197 

Изобретение относится к электротехние и может быть использовано при разраотке и проектировании крупных лектрических машин, например, синхроных электрических машин с обмотками, раотающими при температуре ниже емпературы окружающей среды.

В качестве проводникового материала бмоток электрической машины могут быть спользованы сверхпроводники или крио- резистивные материалы, а в качестве материала для экранирующих элементов и еталей - высокотемпературные сверхпроодники (ВТСП).

Цель изобретения - повышение КПД и расширение эксплуатационных возможностей машины.

На чертеже показана принципиальная конструктивная схема предлагаемой электрической машины.

Внутрь герметичного корпуса .1 электрической машины с установленным на валу ротора 2 турбокомпрессором 3 и встроенным в корпус 1 отделителем жидкости 4 установлены, дополнительные емкости-накопители хладагента центральная 5 и боковые 6. На валу ротора 2 установлен насос 7, вакуумирующий внутреннюю полость герметичного корпуса 1. В контуре непосредственного охлаждения обмотки статора 8 подвод хладагента к стержням обмотки статора 8 осуществлен по двум параллельным системам 9 и 10 трубопроводов с возможностью переключения, например, в распределительном коллекторе 11 потоков хладагента, причем одна из параллельных систем 9 имеет хороший тепловой контакт с хладагентом внутри дополнительной цент- ральной емкости-накопителе 5, а система 10 теплоизолирована от него и проходит через боковые дополнительные емкости-накопители б хладагента. Сердечник статора 12 может быть теплоизолирован от дополнительной емкости-накопителя, может использоваться и как аккумулятор холода на требуемом уровне температур при размещении внутри дополнительной емкости-накопителе 5. Сердечник статора 12 отделен диэлектрической обечайкой 13 от обмотки статора 8 и зубцового слоя. На статоре могут быть установлены экранирующие элементы, защищающие конструктивные элементы электрической машины от потоков рассеяния в торцовой зоне.

Работа предлагаемой электрической машины может происходить при изменениях температуры хладагента, циркулирующего по каналам активных частей машины в широком диапазоне температуры 300-77 К. В случае применения обычного проводникового материала (Си, AI) при нижнем уровне температур (77К) выбранного диапазона сопротивление проводникового материала (/0295/ рп) снижается, например,

для алюминия (2,76/0,21) в 13 раз, а для меди (1,69/0,18) в 9,3 раза. Следовательно, при нижнем.уровне температур ток через обмотку может быть увеличен в 3 раза при неизменной допустимой величине потерь.

Это дает возможность приблизительно втрое увеличить полную мощность машины в основном за счет ее реактивной составляющей.

Однако длительная работа в режиме нижнего уровня температур оказывается невыгодной из-за значительных затрат энергии на работу холодильной машины. Минимальная работа переноса тепла (по

циклу Карно) с температурного уровня комнатных температур на уровень температур жидкого азота (L/Q) Т0 - Т2/Т2 2,9, а реальные затраты, например, в азотных ожижителях существенно выше 10. Холодильную машину целесообразно включать в период сброса нагрузок электрической машины и уменьшения потребления электрической энергии в энергосистеме. Если предлагаемая электрическая машина работает в качестве электрического генератора, приводимого в действие на тепловой электрической станции через топку, котел, турбину, то появление в этой системе избыточной (сбросной) мощности может сделать экономинной работу холодильной машины в период избытка активной мощности на валу электрической машины с накопителя хладагента в дополнительных екостях-накопителях 5 и 6 хладагента. Если предлагаемая

электрическая машина работает в качестве электродвигателя, то холодильная машина на валу электродвигателя также может включаться в период сброса нагрузок, приводящего к опасному повышению напряжения.

В период увеличения нагрузки, при снижении напряжения в энергосистеме в распределительном коллекторе 11 электрической машины осуществляется переключение потоков хладагента, циркулирующего по каналам, выполненным в активных частях машины. Хладагент переходит из системы 10 каналов в параллельную систему 9 каналов, имеющую хороший тепловой контакт с

хладагентом внутри центральной дополнительной емкости-накопителе 5 хладагента и начинает охлаждаться, используя накопительную внутри емкости-накопителя 5 хладагента энергию. Сопротивление обмотки

уменьшается, что дает возможность увеличить ток обмотки и использовать предлагаемую электрическую машину в качестве компенсатора реактивной мощности. Для этого необходимо увеличить ток возбужде- ния ротора.

При этом уровень потерь электрической энергии в обмотке статора может быть сохранен в пределах допустимых величин. Длительность работы электрической маши- ны в режиме увеличенной полной мощности, в основном за счет увеличения ее реактивной составляющей, определяется величиной накопленной энергии холодав емкостях-накопителях 5 и 6 хладагента,

Установка на валу ротора дополнительного насоса 7, вакуумирующего внутреннюю полость герметичного корпуса 1 электрической машины, позволяет существенно уменьшить механические потери, ве- личина которых может доходить до 10% от общего объема потерь энергии электрической машины. Одновременно с этим вакуу- мирование герметичного корпуса обеспечивает тепловую изоляцию емко- стей-накопителей, а также ротора, работающего при низких температурах.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой электрической машины заключается в возможности повышения КПД.

за счет эффективного охлаждения и в обеспечении допустимого теплового режима при повышенных нагрузках.

Формуламзобретения

1.Электрическая машина, содержащая герметичный корпус, ферромагнитный сердечник с обмоткой с непосредственным их охлаждением ниже температуры окружающей среды, установленный на валу турбокомпрессор и встроенный в герметичный корпус отделитель жидкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и расширения эксплуатационных возможностей она снабжена центральной и боковыми емкостями для накопления хладагента, насосом для вакуумирова- ния внутренней полости герметичного корпуса,, установленным на валу ротора, распределительным коллектором и подключенными к нему с возможностью их переключения и к каналам непосредственного охлаждения статора и его обмотки, проложенным по меньшей мере через одну емкость, трубопроводами, которые имеют разную теплоизоляцию.

2.Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере в одной емкости расположен выходной канал потока хладагента непосредственного охлаждения обмотки ротора.

Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение КПД и расширение эксплуатационных возможностей электрической машины. На валу ротора электрической машины с герметичным корпусом 1 установлен насос 7 для вакуумирЬвания ее внутренней полости. Имеются емкости для накопления хладагента, используемого при непосредственном охлаждении статора. Трубопроводы, подключенные к распределительному коллектору 11 с возможностью их переключения и каналам непосредственного охлаждения статора, имеют разную теплоизоляцию и проложены по меньшей мере через одну емкость для накопления хладагента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. сл С 00 GO 00 О