Ротор электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K3/22 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям турбогенератора с применением непосредственного жидкостного (водяного) охлаждения обмоток возбуждения.

Известен ротор турбогенератора, обмотка которого с внутрипроводниковым жидкостным охлаждением выполнена из ряда концентрических катушек с намоткой од- ного направления, соединенных электрически последовательно между собой. Выводы концов направлены аксиально за пределы лобовой части. Нижние концы катушек размещены в зоне вывода верхних концов. Выбор варианта выводов определяется в основном схемой и конструкцией междуполюсного соединения и токопрово- дов к контактным кольцам. Электрическое последовательное соединение катушек осуществлено от средней катушки и выполнено поочередным соединением больших и малых катушек в порядке удаления от средней катушки с выводами обмотки от первой и средней катушек. Недостатком конструкции

является то, что нижние и верхние концы катушек выведены аксиально с одной стороны по отношению к большому зубу, т.е. уменьшено место для размещения гидравлических соединений.

За прототип выбран ротор электрической машины, содержащий сердечник с пазами. Обмотка каждого полюса охватывает большой зуб ротора и состоит из отдельных разделенных по высоте паза и концентрически намотанных катушек с параллельным жидкостным охлаждением и выводами, вынесенными за пределы лобовой части обмотки. Переходы от витка к витку размещены на тангенциальном участке лобовой части, и все проводники нижних катушек смещены в зоне аксиального вылета лобовых частей на высоту одного изолированного проводника на стороне нижнего вывода, и верхние выводы верхних и средних катушек выведены за пределы лобовой части на уровне расположения соответствующих проводников в пазу.

(Л

С

XJ 00

VJ

XI

со

Схема позволяет осуществить параллельно жидкостное охлаждение каждой полукатушки самым экономичным способом.

Недостаток - невозможность осуществления дробного параллельного жидкостного охлаждения, что сказывается на эффективности охлаждения м надежности в целом электрической машины, в частности турбогенератора.

Целью предполагаемого изобретения является повышение надежности электрической машины и улучшение охлаждения обмотки.

Поставленная цель достигается за счет того, что в роторе электрической машины, содержащем сердечник с пазами, обмотка каждого полюса охватывает большой зуб ротора и состоит из отдельных разделенных по высоте паза и концентрически намотанных катушек с параллельным жидкостным охлаждением и выводами, вынесенными за пределы лобовой обмотки, переходы от витка к витку размещены на тангенциальном участке лобовой части и все проводники нижних катушек смещены в зоне аксиального вылета лобовых частей на высоту одного изолированного проводника на стороне нижнего вывода, и верхние выводы верхних и Средних катушек выведены за пределы лобовой части на уровне расположения соответствующих проводников в пазу, новым является то, что все нижние выводы верхней и средней катушек выведены в своем кольцевом ряду в зоне большого зуба ротора, катушки с гидравлически отдельными цепями охлаждения соединены электрически последовательно и поочередно по высоте паза, при этом выводы катушек каждого слоя соединены с выводами катушек нижележащего слоя, переходы в верхних и среднихкатушкахрасположенынепосредственно у своих верхних выводов, а часть верхних выводов верхней катушки в лобовой части смещена на одно пазовое деление со смещением соответствующих выводов нижней катушки к большому зубу на одно пазовое деление при расстоянии между соседними выводами в лобовой части, равном пазбв ому делению р отора.

Заявленная совокупность признаков является новый и сообщает объекту новое свойство, заключающееся в уменьшении длины цепи охлаждения, что в свою очередь дает повышение гидравлического давления. Тем самым повышается эффективность охлаждения и надежность электрической машины. Тем самым констатируется существенность отличий, обоснованная наличием дополнительного эффекта, выраженного в улучшении охлаждения обмотки.

На фиг.1 представлена схема охлаждения обмотки возбуждения одного полюса;

на фиг.2 - вид с торца лобовой части; на фиг.3,4 5 - продольные разрезы по выводам лобовой части.

Ротор электрической машины имеет схему обмотки возбуждения условно пред0 ставленную из пяти концентрически намотанных катушек 1 на полюс 2, каждая из которых уложена едва пазаЗ, симметрично расположенных относительно большого зуба ротора.

5 Каждая катушка 1 подразделена по вы- срте на три кольцевых слоя меньших катушек (дробные катушки), в каждой из которых имеет по два витка - верхние катушки (Кв), средние катушки (Кс), нижние катушки (Кн),

0 изображенные каждый слой в отдельности 4, 5, 6 соответственно. Каждая катушка в слое имеет свои верхние (В) и нижние (Н) выводы.j

Концы (выводы) катушек 1 между слоя5 ми соединяются электрически последовательно, гидравлические концы катушек соединены параллельно, осуществляя жидкостное охлаждение каждой трети катушки.

0 Верхние выводы катушек 4, 5 (Кв и Кс), занимающих в верхнем и среднем кольцевом слое в лобовой части в радиальном направлении высоту двух изолированных проводников, расположены по разные сто5 роны от оси большого зуба 7 и выведены за торец лобовой части, как прямое продолжение проводников в пазу, а нижние выводы катушек4,5 (Кв и Кс) в секторе большого зуба 7, причем переход витков 8 в слое выполнен

0 в непосредственной близости от верхнего вывода, а выводы нижних катушек 6 (Кн), занимающих в нижнем слое в лобовой части в радиальном направлении высоту трех изолированных проводников, выполнены пере5 крещивающимися и выведены со стороны, противоположной размещению первого и последнего проводников в пазу, при этом направление намотки витков катушек 4,5, б (Кв, Кс, Кн) чередуются, если за начало счи0 тать одноименные выводы верхние или нижние.

За начало электрической схемы можно принять любой вывод лобового слоя катушек, место начала однозначно определит

5 место конца электрической схемы.

По технологическим причинам для предложенной схемы обмотки возбуждения удобно использовать межполюсное соединение состоящее из двух гибких перемычек 9 (МП), соединяющих параллельно рядом

размещенные крайние витки внешних катушек обоих полюсов.

Предложенная схема выполнена следующим образом.

Начало электрической схемы - нижний вывод НнО нижней средней третьей КнЗ катушки 6, присоединяемый к контактному кольцу 10 (Кк), конец - верхний вывод ВВ15 верхней самой большой пятой Кв5 катушки 4 электрически соединенный с аналогичной катушкой другого полюса, с помощью межполюсных перемычек 9 (МП).

Как видно из схемы поочередно соединены выводы Вн1 катушки КнЗ с выводом ВС1 катушки КсЗ, НС2 - НВ2, ВВ3, - НС3, ВН4 - ВС4 и т.д.... НС14 - Н„14, ВВ15 соединен с выводами второго полюса перемычками 9 (МП).

Конструктивное расположение выводов катушек, а также переходов 11 в верхних катушках и переходов 12 в средних катушках и межкатушечных перемычек 13, 14 15 изображены на фиг.2.

В принятой схеме обмотки возбуждения шаг по выводам равен шагу по пазам ротора. В соответствии с принятой нумерацией выводов и расположения начала и конца электрической схемы и с целью упрощения технологии вывод Нн9 расположен в радиальной плоскости вывода ВВ9 и соединен радиальной межкатушечной перемычкой 13. Последующие нижние выводы нижней катушки 6 расположены со смещением на пазовое деление ротора. Верхние выводы ВВ6 и ВВ12 по выходу из паза смещены к оси большого зуба полюса на одно пазовое деление и расположены в соответствующей радиальной плоскости нижних выводов нижней катушки.

Нафиг.З изображен продольный разрез лобовой части по выводам ВВ12, НН12 и межкатушечной перемычке 13. Верхние 4 (Кв) и нижние катушки 6 (Кн) изолированы от средних катушек 5 изоляцией 16 и 17. Позицией 18 обозначен ротор, обмотка возбуждения которого укреплена бандажным кольцом 19.

На фиг.4 представлен продольный разрез по выводам НВ14, НС14 и межкатушечной перемычке 4. На разрезе обозначены расположение средних Кс и верхних катушек Кв.

На фиг.5 показан продольный разрез лобовой части по выводам ВС13, Вн13 и межкатушечному соединению 15.

На фиг.5 изображен отгиб 20 нижних катушек 6 (Кн) на вылете лобовой катушки КН1.

Для размещения нижних выводов верхних 4 и средних 5 катушек в своем кольцевом слое в секторе большого зуба, переход витков катушек 11 и 12 в лобовой части осуществлен на тангенциальном участке, расположенном непосредственно у верхних

5 выводов верхних 4 и средних 5 катушек обмотки возбуждения. Переходы 11 и 12 в лобовой части занимают тангенциально по 2,5 пазовых деления при числе витков катушки, равном двум. Одно пазовое деление в сек0 торе большого зуба использовано было для радиального размещения межкатушечной перемычки 13 при соединении соответствующих выводов верхней 4 и нижней 5 катушек.

5 Таким образом, так как число нижних выводов верхней 4 и средней 5 катушек равно числу катушек на полюс, то для их размещения в секторе большого зуба при шаге по выводам, равном шагу по пазам ротора,

0 можно предложить следующее соотношение:

Ж - Z2 , 2 ,, . Tp+Tp+Zb+Zn

5 где z - число пазовых делений ротора;

Z2 - число обмотанных пазов, равное

22 А Yi ,,

где -отношениечисла обмотанных пазов к числу пазовых делений ротора 0 2П - число пазовых делений на один полюс для осуществления перехода в лобовой части

гь - число пазовых делений для размещения смещенных выводов обмотки в зону 5 большого зуба

р - число пар полюсов.

После преобразования получим, что

в-

0

5

0

5

15+2(zn+zb)p 22

Для примера прием следующие исходные данные

р 1, zjl 40, Zn 5, гь 1.

Получим, что Xz 0,556, г 72.

При работе электрической машины осуществляется дробное параллельное жидкостное охлаждение обмотки.

Технико-экономическая эффективность заявляемого решения заключается в уменьшении длины цепи охлаждения, увеличении использования машины на 20%.

Формула изобретения

Ротор электрической машины, содержащий сердечник с пазами, обмотка каждого полюса охватывает большой зуб ротора и. состоит из отдельных разделенных по высоте паза и концентрически намотанных катушек с параллельным жидкостным охлаждением и выводами, вынесенными за

пределы лобовой части обмотки, переходы от витка к витку размещены на тангенциальном участке лобовой части и все проводники нижних катушек смещены в зоне аксиального вылеталобовых частей на высоту одного изрлированнрго проводника на стороне нижнего.довода и верхние выводы верхних и средних катуШек выведены за пределы по&оэфй части на уровне расположения соответствующих.проводников в гдазу, о т л и Ц а.ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и улучше- ния охлаждения, всё нижние выводы верхней и средней катушек выведены в своем кольцевом ряду в зоне большого зуба рото0

5

ра, катушки с гидравлически отдельными цепями охлаждения соединены электрически последовательно и поочередно по высоте паза, при этом выводы катушек каждого слоя соединены с выводами катушек нижележащего слоя, переходы в верхних и средних катушках расположены непосредственно у своих верхних выводов, а часть верхних выводов верхней катушки в лобовой части сме- щена на одно пазовое деление со смещением соответствующих выводов нижней катушки к большому зубу на одно пазовое деление при расстоянии между соседними выводами в лобовой части, равном пазовому делению ротора.

Сущность изобретения: обмотка каждого полюса ротора охватывает большой зуб и состоит из отдельных катушек (1), с параллельным жидкостным охлаждением. Верхние выводы катушек (4,5) расположены по разные стороны оси большого зуба (7), а нижние - в секторе большого зуба (7), Переход витков (8) выполнен вблизи от верхнего вывода. Выводы нижних катушек (6) выполнены перекрывающимися. В качестве межполюсных соединений использованы перемычки (9). 5 ил.

шн

MJv bJufh

11 Wf

Щ MS. „ HH9 u Ml10

XcS

TO-UT

8 $Jct ecaftsCfO

/Л-ff ftf2Hc 4 Scl Set.

-КнЗ

-мг

-Mf

t/ff BttlBHtO 8M

QJtizf

сг rco г0W

Фд.рд№Ы& 8 г

Ш W ZWSSHW $н

Ш «4 Mi № М1

i$

47

Фиг k its MM Jl

1$