Статор электрической машины переменного тока Советский патент 1982 года по МПК H02K1/16 

(54) СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электрическим машинам переменного тока, в частности к мощным турбогенераторам, характеризующимся значительными электромагнитными и тепловыми нагрузками торцовых элементов сердечника статора.

Известна конструкция сердечника статора электрической машины переменного тока, например турбогенератора, содержащая шихтованный магнитопровод с установленными в концевых зонах массивными нажимными плитами 1.

Ввиду значительных электромагнитных полей рассеяния в концевых зонах машин больших единичных мощностей торцовые элементы сердечника статора испытывают такие электромагнитные и тепловые нагрузки, которые снижают надежность работы машины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является сердечник статора электрической машины переменного тока, в которой наружные боковые поверхности шихтованного магнитопровода и массивных нажимных плит экранированы от

магнитных потоков рассеяния лобовых частей обмоток специальными экранами из металла высокой электропроводности. Экраны выполняются из листовой меди, равномерно покрывающей внещнюю поверхность и внутреннюю кромку плиты. При этом толщина стенки экрана постоянна по всей поверхности покрытия. В данной конструкции массив нажимной плиты и часть спинки крайнего пакета сердечника экранируются от перемен,Q ного магнитного потока рассеяния лобовых частей обмоток машины и тем самым ослабляется негативное влияние электромагнитных и тепловых нагрузок на торцовые элементы сердечника статора 2.

15 Однако данная конструкция имеет два принципиальных недостатка, которые снижают надежность работы и ее нагрузочную способность: токи в экране, концентрируясь на внутренней кромке его, приводят к большей неравномерности потерь и нагрева эк20рана и усложняют его охлаждение, в особенности трудно решаемое для турбогенераторов предельных мощностей (1000 МВт), токи, протекающие в тангенциальном направлении по внутренней кромке экрана и достигающие в мощных турбогенераторах весьма больших значений (порядка 20- 30 кА и более), являются мощным вторичными источниками поля, которое неблагоприятно влияет на крайние пакеты сердечника, вызывая в них дополнительные местные потери, усложняя охлаждение и ограничивая допустимую нагрузку турбогенераторов. Цель изобретения - увеличение нагрузочной способности и повыщение надежности мащин путём устранения неравномерностей потерь и нагрева в экране и повыщения эффективности экранирования крайних пакетов сердечника статора. Указанная цель достигается тем, что в статоре электрической мащины переменного тока, содержащем шихтованный магнитопровод с установленными по торцам массивными нажимными плитами и электропроводными экранами, которые расположены на наружных боковых поверхностях плит и на их поверхностях, обращенных к расточке статора, экраны, расположенные на обращенных к расточке статора поверхностях плит, выполнены с толщиной, в 1,5- 3,5 раза превышающей толщину экранов, расположенных на боковых поверхностях плит. В экранах, расположенных на обращенных к расточке статора поверхностях плит, выполнены пазы глубиной, монолитно уменьшающейся от внутренней поверхности экрана к его наружной боковой поверхности. Экраны; расположенные на наружных боковых поверхностях плит на высоте не более половины их радиального размера, выполнены с утолщениями. На фиг. 1 показана торцовая часть статора, продольное сечение; на фиг. 2 - то же, с пазами в экране; на фиг. 3 - торцовая .часть статора с утолщенным экрано.м. Статор электрической мащины переменного тока содержит щихтованный магнитопровод 1 с установленными в концевой зоне машины нажимными плитами 2 и электропроводными экранами 3, расположенными на наружных боковых поверхностях плит, и экранами 4, расположенными на поверхностях плит, обращенных к расточке статора. В экранах 4 выполнены пазы 5, обеспечивающие удаление основных контуров тангенциальных токов Inx от крайн,их пакетов магнитопровода 1. Нажимные плиты 2 предназначены для прессовки шихтованного магнитопровода 1 и они воспринимают механические нагрузки при различных эксплуатационных режимах. Экраны вьшолняются из материала с высокой электропроводностью и предназначены для экранирования торцовой поверхности магнитопровода 1 и нажимных плит 2 от переменного магнитного потока рассеяния лобовых частей обмоток машины. .Экраны, расположенные на обращенных к расточке статора поверхностях плит, выполнены с толщиной в 1,5-3,5 раза превыщающей толщину экранов, расположенных на боковых поверхностях плит. Глубина пазов 5 переменная и монотонно увеличивается от внешних боковых поверхностей экранов к их краям. На краях экранов значение глубины максимальное и выбирается из расчета обеспечения необходимого экранирования внутренней кромки плиты. Экраны, расположенные на наружных боковых поверхностях плит и подвергающиеся наиболее сильному электромагнитному воздействию, могут быть выполнены с утолицениями 6. Радиальный размер (высота) утолщений на боковых поверхностях плит не превыщает половины всего радиального размера экранов, покрывающего боковую поверхность , плит, так как, исходя из характера распределения в радиальном направлении поля. потерь и нагрева в экранах и плитах, увеличение высоты указанных утолщений является нецелесообразным. Максимальное значение толщины экранов 4 ограничивается конструктивными особенностями концевой зоны электрических машин (механической прочностью нажимной плиты и ограниченным пространством между внутренней кромкой плиты и обмоткой ста тора), минимальное - обеспечениям эффективного (целесообразного) использования утолщений экранов в конструкции сердечника статора, Геометрические размеры утолщений и пазов рассчитываются для выбранного типа электрической машины переменного тока конкретного назначения и конкретной единичной мощности с учетом материала экранов. При этом ограничиваются соображениями достижения необходимого экранирования крайних пакетов и нажимных плит, а также незначительных потерь и перегревов в указанных элементах и экранах электрических мащин. При работе электрической мащины магнитный поток, создаваемый токами прямого участка и лобовых частей обмотки статора, наводит вихревые токи в экра.нах и нажимных плитах. Расчетные и экспериментальные исследования показывают, что вихревые токи, потери и нагрев в малых областях вблизи внутренних кромок экранов значительно больше, чем в остальной его части. Кроме того, тангенциальные токи, которые концентрируются у кромок экранов, увеличивают нормальную составляющую магнитной индукции у торцовой поверхности сердечника статора. Утолщения экранов на внутренних кромках, выполненные в областях максимальных полей, потерь и нагрева, снижают в этой области экрана объемные удельные потери, улучшают охлаждение экрана и нажимной плиты и, таким образом, уменьшают неравномерность распределения температуры. Выполненные в утолщениях экранов пазы переменной глубины обеспечивают перераспределение плотностей тангенциальных токов вдоль экрана, смещая их наибольшую величину от краев экранов к их внешним боковым поверхностям, что также способствует более равномерному распределению тепловых потерь в экранах и, кроме того, удалению основных контуров тангенциаль ных токов 1пх, протекающих по утолщенным частям экранов и оказывающих большое влияние на величину аксиального магнитного поля в зоне дна паза крайнего пакета сердечника 1. Уменьшение аксиального потока при увеличении расстояния а, от торцовой части крайнего пакета до источника поля у, приводит к уменьшению нагрева крайних пакетов и радиальных градиентов температур в них. Наличие пазов в экранах способствует также интенсификации газокого охлаждения экрана и плиты, так как при этом увеличивается теплоотдающая поверхность. Таким образом, утолщения экранов на внутренних кромках и выполненные пазы переменной глубины снижают максимальный нагрев и радиальные градиенты температур в экранах, плитах и крайних пакетах сердечника статора, упрощают их охлаждение. Нагрев крайних пакетов в зоне дна паза. вызываемый местными потерями от аксиальНЫХ потоков рассеяния, ограничивает допустимую нагрузку турбогенераторов в режимах недовозбуждения и при асинхронном ходе. Поэтому уменьшение нагрева указанных элементов при использовании предложенной конструкции увеличивает нагрузочную способность, расширяет диапазон нагрузки и повышает надежность работы. Уменьшение температурных радиальных градиентов в экранах, плитах и крайних пакетах уменьшает их вибрацию и шумы. Технико-экономический эффект от внедрения достигается за счет улучшения эксплуатационных характеристик элементов конструкции концевой зоны сердечника статора машин переменного тока, увеличения нагрузочной способности и повышения надежности машин вследствие снижения потерь и неравномерности распределения температуры по объему экрана при одновременном упроше ии его охлаждения и вследствие повышения эффективности экранирования крайних пакетов сердечника статора при уменьшении влияния на него ,тангенциальных токов экрана (вторичных источников поля). Формула изобретения 1. Статор электрической машины переменного тока, например турбогенератора. содержащий шихтованный магнитопровод с установленными по торцам массивными нажимными плитами и электропроводными экранам}}, которые расположены на наружных боковых поверхностях плит и на их поверхностях, обращенных к расточке статора, отличающийся тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности и повышения надежности, экраны, расположенные на обращенных к расточке статора поверхностях плит, выполнены толшиной в 1,53,5 раза превышающей толщину экранов, расположенных на боковых поверхностях плит. 2. Статор, отличающийся тем, что в экранах, расположенных на обращенных к расточке статора поверхностях плит, выполнены пазы глубиной, монотонно уменьшающейся от внутренней поверхности экрана к его наружной боковой поверхности. 3. Статор, отличающийся тем, что экраны, расположенные на наружных боковых поверхностях плит на высоте не более половины их радиального размера, выполнены с утолщениями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Титов В. В. и др. Турбогенераторы. Л.О. «Энергия, 1967, с. 37, рис. 1 - 19. 2.Постников И. М. и др. Электромагнитные и тепловые процессы в-концевых частях мощных турбогенераторов. Киев, «Наукова думка, 1971, с. 24, рис . 13.

фиъ. 1

Фиг. 2