Торцовый бесконтактный двухпакетный синхронный генератор Советский патент 1976 года по МПК H02K19/22 

1

Изобретение относится к двухтакетным торцовым синхронным машинам с магнитным подвесом ротора, работающим в условиях воздействия внешних динамических нагрузок.

Для быстродействуюш,ей компенсации влияния внешних динамических возмущений, которые, вызывая быстрые и относительно большие перемещения ротора, могут приводить к вознинновению и росту величины односторонней результирующей силы магнитного притяжения, целесообразна такая конструкция, в которой данная компенсация, осуществляемая электромагнитными нутем В одной магнитной цени с одной зоной .магнитной стабилизации, не оказывала бы влияния .на другую магнитную цепь с другой зоной .магнитной стабилизации мащины.

Известно устройство (например муфта), в котором с шомощью зубцовых зон радиальной магнитной стабилизации обеспечивается .магнитный подвес только в плоскости 1.

Однако известное устройство обеспечивает магнитную стабилизацию положения ротора с помощью зубцовых зон лишь :В радиальной плоскости, а для осуществления пространственного подвеса дополнительно используется газовый подпятниК. Применение двух различных систем опор для пространственного подвеса ротора обусловливает большие габариты и вес и «изкую надежность таких устройств.

2

Известна синхронная машина с автономно регулируемыми якорями, в которой односторонние силы магнитного притяжения и взаимное влияние магнитных цепей машины

практически отсутствуют 2. Недостатком таких машин является низкая надежность, особенно при ударных нагрузках, и малый срок службы, определяемый ресурсом работы подшипниковых узлов.

С целью повышения надел ности машины и ее работоспособности при воздействии значительных внешних ударных нагрузох в предлагае.мой машине суммарная величина двойного основного и торцового дополнительного зазоров не .менее чем в четыре раза .пре-вышает величину радиального дополнительного зазора. На чертеже представлена .конструкция предлагаемого генератора.

Генератор содержит торцовые пакеты стали

якорей 1, обмотки 2 якорей, осевую втулку 3, полюсные системы с внутренними и внешними звездочками полюсов 4, 5; сердечник трехэле.ментного магнитного шунта 6, развилки 7, 8, трехэлементного магнитного шунта, корпус

9, раднально стабилизирующие концентрические зубцы 10 и И внутренних полюсов и развилок щунта во внутреннем добавочном торцовом зазоре Атв соответственно, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 12

и 13 наружных полюсов н корпуса в наружном добавочном торцовом зазоре Атн соответственно, Зксиально стабилизирующие коаксиальные зубцы 14 и 15 осевой втулки и развилок магнитного шунта iB добавочном внутреннем радиальном зазоре Ав соответственно; обмотки возбуждения 1G и 17, работающие с регуляторами нанряжения левого н правого пакетов якорей соответственно; обмотку возбуждения 18, размещенную между развилками щунта, датчики 19, 20 ноложеиия ротора, регистрирующие возможные алссиальные перемещения ПОЛЮСНЫХ систем, стабнлизируюплие обмотки возбуждения 21 и 22, реагирующие на сигналы датчиков лоложения ротора.

Предлагаемый генератор является торцовой двухпакетной синхронной машиной с магнитопроводом, ИМеющим те же Основные элементы, что и в генераторе с двумя автономно регулируемыми якорями. Данный генератор Нмеет в каждом пакете два торцовых добавочных зазора Атн и Атв и один добавочный радиальный Ав. В каждом наружном добавочном торцовом зазоре Атн в ярме звездочки наружных полюсов 5 и корпусе 9 вынолнены концентрические зубцы 12 и 13 радиальной магнитной ста1бнлнзации ротора, а в каждом внутреннем добавочном торцовом зазоре Атв в ярме звездочКИ внутренних нолюсов 4 и радиальной части развилки 7 щунта вынолнены аналотичные концентрические зубцы 10 и 11. В каждом внутреннем добавочном радиальном зазоре Ав на осевой втулке 3 и аксиальной части развилки 7 щунта выполнены зубцы 14 и 15 аксиальной магнитной стабилизации ротора. На боковых поверхностях сердечника щунта 6 размещены основные обмотки возбуждения 16 и 17, с помощью которых осуществляется независимое регулирование выходных напряжений пакетов якорей. Рядом с этими обмотками возбуждения размещены стабилизирующие обмотки возбуждения 21 и 22, с помощью которых в зависимости от сигналов датчиков 19 и 20 аксиального положения ротора компенсируются осевые усилия магнитного притяжеиия, возникающие от аксиальных неремещений ротора под действием внешних динамических возмущающих сил. Третья обмот1ка возбул дения 18 размещена между развилками 7 магнитного щунта.

При нитании обмоток возбуждения и нагрузке якорей Обмотки возбуждения 16, 17 ii 18 создают соответствуюпдие магнитные потоки Фь Ф2 и Фз с потоком раесеяния (нотоки Ф2 и Фз на чертеже не показаны). Так как в элементах магнитного шунта нотоки Фь Ф2 и Ф:,/з попарно направлены ВСтречно, то вызываемые ими соответствующие надения магнитного напряжения имеют весьма малые величины, что обеспечивает независимую работу двух якорей и регулирование их выходных напряжений.

Магнитный подвес в установившихся режимах электрической нагрузки с постоянной скоростью вращения при отсутствии значительных внешних динамических нагрузок осуществлен зубцовьгми зонами радиальной и аксиальной магнитной стабилизации 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15, расположенными в добавочных зазорах вне рабочих торцовых зазоров машин ы.

Рассмотрим особенности предлагаемого магннтнодинамическото ротора.

Генератор вынолнен всего лищь с одной цилиндрической расточкой с добавочными воздущными зазора-ми, что позволяет свести к минимуму те магнитопровода, где могут возникать радиальные силы магнитного притяжения.

Для повышения эффективности радиальной магнитной стабилизации ротора применены в каждом пакете два добавочных торцовых зазора наружный Атн и внутренний Атв с двумя зубцовыми зонами радиальной стабилизации.

При этом в плоскостях радиального магнитного подвеса исключена возможность возникновения радиальных сил магнитного притяжения, что обеспечивается отсутствием в этих нлоскостях цилиндрических расточек с радиальными добавочными зазорами.

Для компенсации разностной осевой силы магнитного притяжения при аксиальных перемсщепия ротора применены два датчика 19 и 20 ноложения ротора, устанавливаемые на

поверхностях ненодвижных зубцов 10 и 12 радиальной магнитной стабилизации в торцовых добавочных зазорах.

По усиленным сигналам этнх датчиков соответственно изменяются токи в стабилизирующих обмотках возбуждения 21 и 22, которые изменяют соответствующие потоки возбуждения пакетов образом, что в том пакете, где торцовый зазор увеличился и усилие магнитного притяжения уменьшилось, стабилизирующая обмотка другого пакета уменьшает соответственно его поток возбуждения и усилие магнитного притял ения, и наоборот, в том пакете, где торцовый зазор уменьшился, стабилизирующая обмотка другого пакета увеличивает соответственно его поток и усилие магнитного притяжения. Благодаря таким обратным связям, вызываемым соответствующими датчиками положения и стабилизирующими обмотками, осуществляется эффективная аксиальная стабилизация положения ротора и

устраняются усилия магнитного притяжения,

вызываемые вынужденными перемещениями

ротора.

В динамических переходных процессах радиальные силы магнитного притяжения между зубцовымп зонами аксиальной стабилизации (между развилками щунта и осевой втулкой в цилиндрической расточке внутреннего добавочного зазора Ав), вызываемые радиальными

перемещениями ротора от воздействия внешних динамических нагрузок, устраняются благодаря ярименению дифференциального саморегулирования устойчивого равновесия ротора в плоскостях, пернепдикулярных оси вращения.