Статор электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02K1/12 H02K3/42 

(5 СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электрическим машинам переменного тока/ в частности к мощным турбогенераторам,характериэуйвдимся значительншли электромагнитными и тепловыми нагрузками торцовых элементов статора.

По основному авт. св. 930497 известен статор э лектрической машины, содержащий шихтованный магнитопровод, обмотку, нажимную плиту и электропроводный экран, расположенныйна боковых поверхностях плиты, обращенных к магнитопроводу и лобовой части обмотки, и на ее внутренней цилиндрической поверхности tl.

Эта конструкция обеспечивает удаление тангенциальных токов, концентрирующихся на цилиндрической поверхнорти экрана, от зубцовой зоны крайних пакетов магнитопровода.статора в область спинки магйитопровода,где электромагнитное поле является ос-лабленным. Это уменьшает магнитный поток, понизывающий зубцовую зону пакетов магнитопровода. Однако вследствие большой плетцади поверхности экрана, обращенной к лобовой части обмотки, индуктируются .вихревые токи весьма больших значений в этом участке экрана, которые беспрепятственно затекают на цилинд ическую поверхность .экрана, т.е. в область экрана,блиэкр расположенную к зубцовой зоне крайних пакетов. Эти токи, хотя, и рассрёдотачиваются в массив участка экрана, распололсенного «еиоду магнитопроводом и плитой, на цилиндрической поверх ности еще будут значительны. Они являются мощными вторичными источника10ми поля, кбторое неблагоприятно влйяет на крайние пакеты, вызывая дополнительные потери и нагрев и тем самым ограничивая допустимую нагрузку турбогенераторов и снижая надеж15ность их работы.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем увеличения эффективности экранирования от магнитных потоков рас20сеяния и уменьшения нагрева зубцовой зоны крайних пакетов статора.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции статора электрической машины, переменного тока с шихто25ванным магнитопроводом, обмоткой, нажимной плитой и электропроводным экраном, расположенным на бокоолх поверхностях плиты и на ее внутренней цилиндрической поверхности, участок

30 экрана, расположенный между плитой /

и лобовой частью обмотки, выполнен, по меньшей мере, из двух отдельных .частей, сопряженных одна с другой, по поверхностям вращения, и места сопряжения на внешней обращенной к лобовой части обмотки поверхности экрана расположены на участке, ограниченном половиной радиального размера экрана и измеряемым от поверхности раздела двух слоев обмотки размером D С (1-у-) sinp, где С - длина Ьтогнутого участка лобовой части обмотки статораJ ft - угол отгиба этого участка, до половины радиального размера Н участка экрана, расположенного перед плитой. Размер соответствует местоположению на поверхности экрана проекции центра тяжести аксиально-радиальных токов лобовой части обмотки, которые оказываются близко расположенными к экрану. В зоне Местоположения на поверхности экрана проекции центра тяжести вихревые токи, а их линии меняют направления, если исключить влияние краевы явлений. Этим и определяется выбор мест сочленения отдельных частей экрана.,

Если образующая поверхностей врадения изменяется по линейному закону г f{Z), то в системе координат orfz, в которой координатная поверхность от Ч совмещенс. с боковой поверхностью srfpaHa, обращенной к лобовой части обмотки, образующая кривая выражена так

г ztgoC + А + В, где -|- oL -f- ,О В

А - радиус цилиндрической поверхности раздела двух слоев обмотки; В место сочленения на внешней

поверхности частей экрана. При этом между отдельными частями экрана, экраном и плитой размещена электроизоляционная прослойка.

.Такая конструкция не допускает возможности перетекания токов с боковой поверхности, где они максимальны, на цилиндрическую поверхность, которая близко расположена к зубцов.ой зоне крайних пакетов. Вихревые токи замыкаются в отдельных частях эк-: рана и более равномерно распределяются в радиальном направлении. Сочленение двух частей экрана через изоляционную прослойку по поверхности, например конической () , обеспечивает уменьшение проникновения магнитного потока в плиту в местах сочленения.

Предлагаемая конструкция статора электрической машины переменного тока более надежна, а ее нагрузочная способность увеличится вследствие уменьшения тангенциальных токов на цилиндрической поверхности экрана, расположенных вблизи зубцовой зоны

крайних пакетов, уменьшения локаль- . ных потерь, радиальных градиентов температур и местных перегревов крайних пакетов статора и экрана.

На фиг. 1 изображен предлагаемый

статор электрической машины переменного тока, торцовая часть; на фиг.2 то же, продольный разрез/ на фиг.З экран, пример конкретного выполнения/ на фиг. 4 - соста:вной экран; на

5 фиг. 5 - монолитный экран,- на фиг.б8 - кривые, показывающие эффективность составного экрана.

Статор электрической машины содержит щихтованный магнитопровод 1, обмотку 2, нажимную плиту 3, электропроводный экран 4 (фиг. 1). Экран 4 состоит из трех участков 5-7, покрывающих боковые поверхности плиты и ее цилиндрическую поверхность. Участок 5, расположенный между плитой 3 и лобовой частью обмотки 2, радиальный размер которого равен Н, выполнен из двух и более частей. В местах сочленения отдельных частей участка

п 7 экрана, между экраном 4 и плитой 3

размещена электроизоляционная прослойка 8 i Поверхностью раздела двух

частей экрана является поверхность

вращения .с огибающей, имеющей вид

произвольной кривой (фиг. 3).

В системе координат , в которой координатная поверхность ог совмещена с боковой поверхностью экрана, обращенной к лобовой части обмотки 2, образующая может быть выражена,

0 например, г 2tgot.+ А + В 1фйг.1). Угол d изменяется от -2 до (фиг. 2), А - радиус поверхности раздела двух слоев обмотки (фиг. 1).Размер В изменяется в интервале от зна5 2

чения выражения С(1--) s5np, где

С - длина OTorHyTOiTo участка лобо/ вой части обмотки 2/ fi- угол отгиба

Н

этого участка, до - - половины радиального размера участка 5 экрана. Поверхности раздела двух частей экрана 4 конические при , а при ot О.- цилиндрические. В последнем случае части участка 5 экрана имеют 5 вид цилиндрических колец (дисков). При ot/0 диски имеют скошенные торцы.

На участках экрана и плиты, на которых они электроизолированы, для улучшения охлаждения может быть предусмотрено канальное охлаждение, если изоляция выполнена в виде прокладок. Эти участки могут быть электроизолированы и с помощью дистанционных прокладок между экраном и плитой для образования вентиляционных каналов. . При работе электрической машины переменного тока магнитный поток рас сеяния обмотки 2 индуктирует вихревые токи в экране 4, плите 3 и крайних пакетах магнитопровода 1. Так как лобовая часть обмотки 2 с током близко расположёна к экрану 4 и площадь боковой поверхности экрана 4, обращенной к боковой части обмотки весьма значительна, то значительный и переменный магнитный поток, пронизывающий эту поверхность. В результа те по массиву участка 5 экрана проте кают вихревые токи, достигакяцие боль ших значений. Вихревые токи в случае монолитного экрана перетекают из час ти экрана 4, располтакенной на внешней боковой поверхности плиты 3, в массив участка б экрана и концентри руются у края экрана 4 на внутренней цилиндрической поверхности,близко расположенного к зубдовой зоне. Если участок 5 экрана составной, отдельные части которого сочленены через электроизолирующую прослойку 8, то указанное перетекание токов из масси ва участка 5 в массив участка 6 не имеет места, как нет перетекания токов и через массив плиты из-за наличия прослойки 8. Такое же электромаг нитное взаимодействие имеет место пр применении экранов с несколькими составными частями. Так как отдельные части экрана 4 сочленяются через поверхности вращения с произвольной образующей кривой, например, через конические поверхности, то магнитнШ поток не может беспрепятственно проникать в массив плиты 3. Уменьшение тангенциальных токов в массиве участ ка б экрана, удаление основных контуров тока от зубцовой зоны приводят к уменьшению магнитного потока, пронизыванщего поверхность этой зоны, потерь и нагрева в ней. Кроме того, происходит выравнивание температуЕы крайних пакетов статора и экрана.Все это выгодно отличает.предлагаемую / конструкциюот известной. Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции в генераторах переменного тока мощностью 500 МВт и выше достигается за счет увеличения нагрузоч1ной способности (расширение диапазона нагру зок, повЕдиение мощности) и повьлления надежности, работы машин. Так как при менение составного экрана в предлагаемой конструкции статора уменьшит aкcиaльнs o составляющую магнитной индукции в зубцовой зоне крайних пакетов , то тем самым уменьшится местный нагрев указанных элементов.Известно, что нагрев зоны дна паза крайних пакетов ограничивает допусти мую нагрузку генераторов в режимах недовозбуждения и асинхронного хода. Поэтому применение предлагаемой конструкции- статора повысит нагрузочную способность и надежность работы машин. Действительно, это подтверждается опытными данными плотности тока Л в экране 4 (фиг. 6-8), и полученными на физической модели концевой зоны турбогенератора мсадностью 500 МВт ДЛИ двух вариантов экранов 4: монолитного (фиг. 5) на, поверхности плиты, обращенной к лобовой части, и составного (фиг. 4), в котором части 5 и б не соприкасаются друг с другом. Плотность тока (фиг. 6-8) представлена в зависимости от точки .на экране, находящейся на расстоянии ji(i . 2, 3) от конца экрана, Ha-чало отсчета каждого 1 показано (фиг. 4 и 5). Если экран 4 монолитный, то токи в экране свободно перетекают из электропроводной части 5 на часть б и плотность тока концентрируется на краю части б (фиг. 7) вблизи зубцовой зоны крайних пакетов статоров. Если экран 4 составной,то в части б экрана плотность тока уменьшается и равномерно распределяется (фиг. б) в результате действия эффекта близости двух частей 5 и б экрана. Суммарный ток в части б составного экрана уменьшится в 2,2 раза по сравнению с варианте монолитного экрана. Магнитный поток, пронизывакщий зубцовую зону крайних пакетов, уменьшается. В данном случае аксиальная составляющая у поверхнос- . ти зубцовой зоны уменьшится на 30%. Если место расчленения экрана 4 отодвинуть в направлении о1.|, либо таких расчленений вьтолнить несколько то максимум плотности тока в части 5 уменьшится (фиг. 8) и она распределится равномернее. Если, аксиальная составляющая индукции магнитного поля, обусловленного рассеянием лобовой части обмотки статора, уменьшится на 30%, то в различных нагрузочных режимах работы турбогенератора с учетом потока выпучивания из зазора максимальные потери и нагрев умень.шится не менее, чем на 10%. Это обеспечивает экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции на турбогенераторе Мощностью 500 МВт только вследствие расширения диаграммы нагрузок не менее 150 тыс. руб. в год на один турбогенератор, если принять,- что турбогенератор работает в режиме пиковых нагрузок 300- ч в год. Уменьшение радисшьной составляющей градиентов температуры в крайних пакетах и экране приводит к уменьшению их вибрации и шумов, что обеспечивает социальный эффект.

Формула изобретения

от поверхности раздела двух слоев обмотки размером D C(1-)sin, где С - длина отогнутого участка лобовой части обмотки статора; ft угол отгиба этого участка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

&r

I-J fftttt

19

Фя9.в