Статор электрической машины

О П И.С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 983899 Р)М К з(61) Дополнительное к авт, свид-вув 930497У (22) Заявлено 020781 (2 т) 3311002/24-07 с присоединением заявки Йо Н 02 К 1/12 Н 02 К 3/42 Государствеииый комитет СССР по делам, изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 2 М 2.82. Бюллетень Йо 47 33) УДК 621, 313. .322(088,8) Дата опубликования описания 231282 Г,Г. Счастливый, А,И, Титко, И,Я. Черемисов,Б.В. Спивак и В.Г. Ракогон" Р Институт электродинамики АН Украинской ССР :(54) СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Изобретение. относится к электрическим машинам переменного тока, вчастности к мощным турбогенераторам,.характеризующимся значительнымиэлектромагнитными и тепловыми нагрузками торцовых элементов статора,По основному авт, св. Р 930497 известен статор электрической машины,содержащий шихтованный магнитопровод, т 0обмотку, нажимную плиту и электропроводный экран, расположенный на боковых поверхностях плиты, обращенных кмагнитопроводу и лобовой части обмотки, и на ее внутренней цилиндрической поверхности 113,Эта конструкция обеспечивает удаление тангенциальных токов, концентрирующихся на цилиндрической поверхности экрана, от зубцовой зоны крайних пакетов магнитопровода статорав область спинки магнитопровода,гдеэлектромагнитное поле является ослабленным. Это уменьшает магнитныйпоток, понизывающий зубцовую зону пакетов магнитопровода. Однако вследствие большой площади поверхности экрана, обращенной к лобовой части обмотки, индуктируются вихревые токи весьма больших значений в этом участкеэкрана, которые беспрепятственно затекают на цилиндрическую поверхность,экрана, т.е. в область экрана, близкорасположенную к зубцовой зоне крайнихпакетов. Эти токи, хотя. и рассредотачиваются в массив участка экрана,расположенного между магнитопроводоми плитой, на цилиндрической поверхуности еще будут значительны, Они являются мощными вторичными источника.мн поля, кбторое неблагоприятно влияет на крайние пакеты, вызывая дополнительные потери и нагрев и тем самым ограничивая допустимую нагруз-ку турбогенераторов и снижая надежность их работы,Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристикпутем увеличения эффективности экранирования от магнитных потоков рассеяния и уменьшения нагрева зубцовойэоны крайних пакетов статора.Поставленная цель достигается тем,что в конструкции статора электрической машины. переменного тока е шихтоваиным магнитопроводом, обмоткой, нажимной плитой и электропроводнымэкраном, расположенным на боковыхповерхностях плиты и на ее внутреннейцилиндрической поверхности, участокэкрана, расположенный между плитойи 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 О С-. ) зор, где С - длина отогнутого участка лобовой части оботки статораф р - угол.отгиба этого участка, до половины рациального 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 краевых явлений. Этим и определяется выбор мест сочленения отдельных частей экрана.Если образующая поверхностей вращения изменяется по линейному закону г = 1(г), то в системе координат ог 1 г, в которой координатная поверхность от Ч совмещен- с боковой поверхностью эФрана, обращенной к лобовой части обмотки, образующая кривая выражена такг гй 9 с + А + 8,где ( О (3Х О В -Н2А - радиус цилиндрической поверхости раздела двух слоевобмогки;В " место сочленения на внешнейповерхности 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 зубцовой зоне крайних пакетов. Вихревые токи замыкаются в отдельных частях зк" рана и более равномерно распределяются в радиальном налравлении. Сочленение двух частей экрана через изоляционную прослойку по поверхности, на" пример конической (сЦО), обеспечивает уменьшение проникновения магнитного потока в плиту в местах сочленения.Предлагаемая конструкция статора электрической машины переменного тока более надежна, а ее нагрузочнаяспособность увеличится вследствиеуменьшения тангенциальных токов нацилиндрической поверхности экрана,расположенных вблизи зубцовой зоны5 крайних пакетов, уменьшения локаль-,ных потерь, радиальных градиентовтемператур и местных перегревов крайних пакетов статора и экрана,На фиг. 1 изображен предлагаемый10 статор электрической машины переменного тока, торцевая часть; на фиг.2 то же, продольный разрез на фиг.3 -экран, пример конкретного выполненияр на фиг. 4 - составной экран; на15 фиг. 5 - монолитный экранр на фиг.б 8 - кривые, показывающие эффективностьсоставного экрана.Статор электрической машины содержит щихтованный магнитопровод 1, об-.мотку 2, нажимную плиту 3, электропроводньтй экран 4 (фиг. 1). Экран 4состоит из трех участков 5-7, покрывающих боковые поверхности плиты иее цилиндрическую поверхностьУчас 25 ток 5, расположенный между плитой 3и лобовой частью обмотки 2, радиальный размер которого равен Й, выполнен из двух и более частей. В местахсочленения отдельных частей участкаЗО 7 экрана, между экраном 4 и плитой 3размещена электроизоляционная прослойка 8. Поверхностью раздела двухчастей экрана является поверхностьвращения .с огибающей, имеющей видпроизвольной кривой (фиг. 3),В системе координат огРг, в которой координатная поверхность ого совмещена с боковой поверхностью экрана,обращенной к лобовой части обмотки2, образующая может быть выражена,о например, г = гйдс 6+ А + В (фиг.1).Угол аизменяется от до - -(фиг, 2), А - радиус йоверхности раэ 2дела двух слоев обмотки (фиг. 1).Размер В изменяется в интервале от зна 452чения выражения С(1- в ) ыпр, гдеС - длина отогнутого участка лобовой части обмотки 2; р- угол отгибаНэтого участка, до -- половины ра 25 О диального размера участка 5 экрана.Поверхности раздела двух частей экрана 4 конические при о ФО, а приЫ, = О .- цилиндрические. В последнемслучае части участка 5 экрана имеютвид цилиндрических колец (дисков),При с( 40 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 электро- изолированы и с помощью дистанцион ных прокладок между экраном и плитойдля образования вентиляционных кана-"лов.При работе электрической машиныпеременного тока магнитный поток рассеяния обмотки 2 индуктирует вихревые токи в экране 4, плите 3 и крайних пакетах магнитопровода 1. Так как лобовая часть обмотки 2 с током близко расположена к экрану 4 и площадь боковой поверхности экрана 4, обращенной к боковой части обмотки 2, весьма значительна, то значительный и переменный магнитный поток, пронизывающий эту поверхность. В результате по массиву участка 5 экрана протекают вихревые токи, достигающие больших значений. Вихревые токи в случаемонолитного экрана перетекают из части экрана 4, расположенной на внешней боковой поверхности плиты 3, в. массив участка 6 экрана и концевтрируются у края экрана 4 на внутренней цилиндрической поверхности, близко расположенного к зубцовой зоне. Если участок 5 экрана составной, отдельные части которого сочленены через электроизолирующую прослойку 8, то укаэанное перетекание токов из массива участка 5 в массив участка 6 не имеет места, как нет перетекания токов и через массив плиты из-за наличия прослойки 8. Такое же электромагнитное взаимодействие имеет место при применении экранов с несколькими составными частямк. Так как отдельные части экрана 4 сочленяются через поверхности вращения с произвольной образующей кривой, например, через конические поверхности, то магнитный поток не может беспрепятственно проникать в массив плиты 3. Уменьшение тангенциальных токов в массиве участка 6 экрана, удаление основных контуров тока ат зубцовой зоны приводят к уменьшению магнитного потока, пронизывающего поверхность этой зоны, потерь и нагрева в ней, Кроме того, происходит выравнивание температуры крайних пакетов статора и экрана.Все это выгодно отличает. предлагаемую конструкцию от известной.Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции в генераторах переменного тока мощностью 500 МВт и выше достигается за счет увеличения нагруэочной способности (расширение диапазона нагрузок, повьааение мощности) и повышения надежности работы машин. Так как применение составного экрана в предлагаемой конструкции статора уменьшит аксиальную составляющую магнитной индукции в зубцовой зоне крайних па.кетов, то тем савым уменьшится местный нагрев укаэанных элементов.Известно, что нагрев зоны дна паза крайних пакетов ограничивает допустимую нагрузку генераторов в режимах недовозбуждения и асинхронного хода, Поэтому применение предлагаемой конструкции статора повысит нагрузочную способность и надежность работы маак н.Действительно, этоподтверждаетсяопытными данными плотности тока Ф в-экране 4 (фиг. 6-8), и полученнымина физической модели концевой зонытурбогенератора мощностью 500 МВтдля двух вариантов экранов 4: монолитного (фиг. 5) на,поверхностиплиты, обращенной к лобовой части, 5и составного (Фиг. 4) в котором.части 5 и 6 не соприкасаются друг сдругом, Плотность тока (фиг, 6-8)представлена в зависимости от тОчки. на экране, находящейся на расстоянии);(1; 1 2, 3) от конца экрана, Начало отсчета каждогопоказано(Фиг. 4 и 5), Если .экран 4 монолитный, то токи в экране свободно перетекают из электропроводкой части 5на часть 6 и плотность тока концентрируется на краю части 6 (фиг. 7)вблизи зубцовой зоны крайних пакетовстаторов, Если экран 4 составной,тов части 6 экрана плотность токауменьшается и равномерно распределя" ЗО ется (фиг. 6) в результате действияэффекта близости двух частей 5 и 6экрана. Суммарный ток в части 6 составного экрана уменьшится в 2,2 раза по сравнению с вариантом монолит ного экрана. Магнитный поток, пронизывающий зубцовую зону крайних пакетов, Уменьшается, В данном случаеаксиальная составляющая у поверхности зубцовой зоны уменьшится на 30.4 О Если место расчленения экрана 4 отодвинуть в направлении о),з, либо такихрасчленений выполнить несколько, томаксимум плотности тока в части 5уменьшится (фиг. 8) и она распреде лится равномернее, Если.аксиальнаясоставляющая индукции магнитного поля, обусловленного рассеянием лобовой части обмотки статора, уменьшится на 30, то в различных нагрузочныхрежимах работы турбогенератора с учетом потока выпучивания из зазорамаксимальные потери и нагрев умень,шится не менее, чем на 10. Это обеспечивает экономический эффект от 55 внедрения предлагаемой конструкциина турбогенераторе мощностью 500 МВттолько вследствие расширения диаграммы нагрузок не менее 150 тыс. руб.в год на один турбогенератор, еслипринять,.что турбогенератор работает 60 в реж ме пиковых нагрузок 300.ч вгод. Уменьшение радиальной составляющей градиентов температуры в крайнихпакетах и экране приводит к уменьшению их вибрации и шумов, что обеспе чивает социальный эффект.983899 7 Формула изобретения1. Статдр электрической машины по авт, св. 9 930497, о т л и ч а ющ и й.с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, .участок 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 обра щенной к лобовой части обмотки поверхности экрана расположены на участке, ограниченном половиной радиального размера экрана и измеряемым от поверхности раздела двуу слоев обмотки размером РС(1- -)ьп ф где С - длина отогнутого участка лобовой части обмотки статора; р - угол отгиба этого участка,2. Статор по л, 1, о т л и ч а ю"щ и й с я тем, что между плитой, экраном и его отдельными частями размещена электроизоляционная прослой" ка.10 Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР1 Р 930497, кл. Н 02 К 1/12,15 Н 02 К 3/42, 1980.ака тент" игород, ул. Проектна нлиал П 946/68 Тирах ВНИИПИ Государст по.делам иэоб 113035, Иосква, 21енногоетений-35 Р Подпискомитета СССРи открытийущская наб д. 4