Статор электрической машины переменного тока

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО д-ву -лнительное к авт. св ено 22.05.80 (21)(23) П Гоеударствеиимв комете итет юллетеньния 23.02,82убликовано 23.02.82,та опубликования опи лам изобретеии открмтий(71 54) СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКО 11 МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к эмашинам переменного тока,к мощным турбогенераторам, хщимся значительными электри тепловыми нагрузками торцосердечника статора.Известна конструкция сердра электрической машины перенапример турбогенератора,шихтованный магнитопроводными в концевых зонах массивными плитами 11. лектрическии в частности арактеризуюомагнитными ых элементов ечника стато менного тока содержащая с установлен ными нажим х электромагнитн нцевых зонах маш мощностей тор цо статора испытыва е и тепловые нагру ежность работы ые ют зки, маческой сущельному эфсердечник переменного вые поверх- вода и масированы от иболее близким по техни и достигаЕмому положит к изобретению является а электрической машины в которой наружные боко шихтованного магнитопро х нажим ных плит экран Ввиду значительныполей рассеяния в кобольших единичныхэлементы сердечникатакие электромагнитнькоторые снижают надшины.Наностифектустатортока,ностисивны О П И С А Н И Е907705 нститут электродинамики АН Украинской СС магнитных потоков рассеяния лобовых частей обмоток специальными экранами из металла высокой электропроводности. Экраны выполняются из листовой меди, равномерно покрывающей внешнюю поверхность и внут реннюю кромку плиты. При этом толщинастенки экрана постоянна по всеи поверхности покрытия. В данной конструкции массив нажимной плиты и часть спинки крайнего пакета сердечника экранируются от переменного магнитного потока рассеяния лобовых частей обмоток машины и тем самым ослабляется негативное влияние электромагнитных и тепловых нагрузок на торцовые элементы сердечника статора 12.1Однако данная конструкция имеет двапринципиальных недостатка, которые снижают надежность работы и ее нагрузочную способность: токи в экране, концентрируясь на внутренней кромке его, приводят к большей неравномерности потерь и нагрева эк рана и усложняют его охлаждение, в особенности трудно решаемое для турбогенераторов предельных мощностей 1000 МВт); токи, протекаюшие в тангенциальном направлении по внутренней кромке экранас 15 6 25 зо 35 ло 45 55 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 повышение надежности машин путем устранения неравномерностей потерь и нагрева в экране и повышения эффективности экранирования крайних пакетов сердечника статора.Указанная цель достигается тем, что в статоре электрической машины 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 толшиной, 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 утолшенным экраном.Статор электрической машины переменного тока содержит щихтованный магнитопровод 1 с установленными в концевой зоне машины нажимными плитами 2 и электро- проводными 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, обеспечиваюгцие удаление основных контуров тангенциальных токов 1 щ от крайних пакетов магнитопровода . Нажимные плиты 2 предназначены для прессовки шихтованного магнитопровода 1 и они воспринимают механические нагрузки при различных эксплуатационных режимах, Экраны выполняются 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. 4,Экраны, расположенные на обращенныхк расточке статора поверхностях плит, выполнены с толщиной в 1,5 - 3,5 раза превышающей толщину экранов, расположенных на боковых поверхностях плит.Глубина пазов 5 переменная и монотонноувеличивается от внешних боковых поверхностей экранов к их краям. На краях экрановзначение глубины максимальное и выбирается из расчета обеспечения необходимогоэкранирования внутренней кромки плиты.Экраны, расположенные на наружных боковых поверхностях плит и подвергаюшиесянаиболее сильному электромагнитному воздействию, могут быть выполнены с утолщениями 6.Радиальный размер (высота) утолщенийна боковых поверхностях плит не превышаетполовины 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 электрическихмашин (механической прочностью нажимнойплиты и ограниченным пространством междувнутренней кромкой плиты и обмоткой статора), минимальное - обеспечениям эффективного (целесообразного) использованияутолщений экранов в конструкции сердечника статора.Геометрические размеры утолщений ипазов рассчитываются для выбранного типаэлектрической машины переменного токаконкретного назначения и конкретной единичной мощности с учетом материала экранов. При этом ограничиваются соображениями достижения необходимого экранирования крайних пакетов и нажимных плит, атакже незначительных потерь и перегревовв указанных элементах и экранах электрических машин,При работе электрической машины магнитный поток, создаваемый токами прямого участка и лобовых частей обмотки статора, наводит вихревые токи в экранах 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. Утолшения экранов на внутренних кромках, выполненные в областях максимальных полей, потерь и нагрева, снижают в этой области экрана объемные удельные потери, улучшают охлаждениеформула изобретения 1. Статор электрической машины переменного тока, например турбогенератора,содержащий шихтованный магнитопроводс установленными по торцам массивныминажимными плитами и электропроводнымиэкранамц, которые расположены на наружных боковых поверхностях плит и на ихповерхностях, обращенных к расточке статора, отличающийся тем, что, с цельюувеличения нагрузочной способности и повышения надежности, экраны, расположенные на обращенных к расточке статора поверхностях плит, выполнены толшиной в 1,53,5 раза превышающей толшину экранов,расположенных на боковых поверхностяхплит.2. Статор, отличающийся тем, что в экранах, расположенных на обращенных красточке статора поверхностях плит, выполнены пазы глубиной, монотонно уменьшаюшейся от внутренней поверхности экранак 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 сутолшениями,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 О ных токов 1 щ, 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 1 приводит к уменьшению нагрева крайних пакетов и радиальных градиентов температур в них. Наличие пазов в экранах способствует также интенсификации газо кого 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, упрошают их охлаждение. Нагрев крайних пакетов в зоне дна паза, вызываемый местными потерями от аксиаль- Зо ных 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.40Технико-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 упрошении его охлаждения и вследствие повышения эффективности экранирования крайних пакетов сердечника статора при уменьшении влияния на него,тангенциальных токов экрана (вторичных источников поля). 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.ф. Подолькас Редактор П. КоссЗаказ 611/66 комитет и откры скан на б., д. 4 Проектн ул. Составительей Техред А. БойТираж 719ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж - 35, Рауфилиал ППП Патент, г. Ужго скаяКорректор Н. СтепПодписноеа СССРтий