Устройство для моделирования электромагнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСНИХмаюлавцеиииРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН МИТЕТ СССЙ И ОЧНРЫТИ САНИЕ ИЗОБРЕТВУ ни ьн Н АВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт электродинамикиАН Украинской ССР и Специальное конструкторско-технологическое бюро цриИнституте электродинамики АН Украинской ССР(56) 1. Изучение причин н признаковповреждения крайних пакетов сердечников статора турбо- и гидрогенераторов. Научно-технический отчет ВНИИ.Шифр.1-17-0147/65, М., 1977.2. Тцщоси А 1., Оргвоп Р Ч 1"зап Р 1. Исследование на физическоймодели аксиального потока и потерьв торцовой части зубцов статора турбогенераторов болыаой мощности,йечце йоцеапе дев 5 с 1 епсев ТесЬимаце, 5 ег, Е 1 есг.гойесЬп 1 цце ей епечдейд.це (Вцсигеьс) 1976, 21, Р 3, ,р. 377-391.(54)(57) 1,УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ в крайнихпакетах сердечника статора турбогЕнератора, содержащее активную часть сзубцами и вентиляционными каналами исистему возбуждения радиального иаксиального магнитных полей, магнитные цепи которых состоят иэ центральных н боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой нацентральном стержне магнитопроводарадиального поля и с управляющимиобмотками, источники питания обмоток,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повыаения точности моделирования допустимых значений электромагнитных нагружений крайних пакетов,ЛО 1007029 сердечника статора, устройство снабжего дополнительными намагничивающи,ми обмотками, установленными на боковых стержнях магнитопроводов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода а;ссиельного ноля, управляющие обмотки установлены в воздушном зазоре между торцами активной части и центральным стержнем магнитопровода аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этомактивная часть выполнена в видесегментов статора моделируЕмэго турбогенератора, центральный стержень магнитопровода радиального поля - с выступами эа торец активной части,а цент- Е ральный стержень магнитопровода аксиального поля снабжен зубцами,2. Устройство по п. 1, о т л и ч а- Ффффф ю щ е е с я тем, что центраяьный стержень магнитопровода радиального поля установлен с возможностью смещения в радиальном и аксиальном направ ааА лениях.3. Устройство по п.1, о т л и ч а- файфю щ е е с я тем, что число зубцов () центрального стержня магнитопровода ъ аксиального поля выбрано равным чис" лу зубцов активной части.4. Устройство по п.1, о т л и - Вф ч а ю щ е е с я тем, что управляющие обмотки иа торце зубцов актив- - ЯР ной части и на центральном стержне магнитопровода аксиальногополя выполнены распределенными, однослойнымиф5. Устройство по п.1, о т л и ч а- Ьф ю щ е е с я тем, что источники пита-, ния намаг чивающих обмоток боковых и централ ого стержней магнитопровода радиального поля снабжены регуляторами фазы выходного напряжения.Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для,исследования электрических машин, иможет найти применение при моделировании. электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора мощного турбогенератора,Известно устройство для моделирования статора турбогенератора, которое представляет собой сектор натурного статора турбогенератора с центральным углом 120 и состоит из шихтованного сердечника, обмотки, наяимных фланцев и пальцев, стяжныхпризм 1).Модель позволяет оценить величину 15тепломеханических нагружений крайнихпакетов сердечника статора турбогенератора при наличии распушовки крайнихпакетов, но не дает возможности воспроизвести реальный уровень электромагнитного нагружения крайних пакетов".Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для моделирования электромагнитного поля в крайних пакетахсердечника статора турбогенератора,содержащее активную часть с зубцамии вентиляционными каналами, и системувозбуждения радиального и аксиального магнитного полей, магнитные цепикоторых состоят из центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральном стержне магнитопровода радиального поля и с управляющими обмотками,источники питания обмоток. 35Магнитная цепь основного потокасодержит активную часть (одно зубцовое деление сердечника статора), двабоковых, центральный и нижний стержни магнитопроводов, На центральном 40стержне магнитопровода расположенаобмотка возбуждения основного потока,а на боковых магнитопроводах установлены две вспомогательные (управляющие) обмотки, Система магнитопроводов основного потока расположена врадиально-тангенциальной плоскости.Магнитная цепь аксиального потока содержит магнитопроводы, которые по существу не отличаются от магнитопроводов основного потока, но они расположены в аксиально-тангенциальнойплоскости. Центральный магнитопроводаксиального потока расположен надторцовой поверхностью зубца, а егопрофиль подобран таким образом, чтобы обеспечить расчетное распределе,ние аксиальной составляющей индукциипо высоте зубца активной части. Зубецстатора активной части устройствапрямоугольный 12 .. 60Недостатком известного устройства является то, что величину аксиального магнитного поля на торцеактивной части модели задают на основании расчета поля в этой области, 65 так как известно, что математическое описание всей совокупности факторов, определяющих электромагнитныйпроцесс на торце зубца, и точное аналитическое решение представляет большие математические трудности. В настоящее время известны. приближенныерешения указанной задачи с учетомпринятых допущений, правомерностькоторых требует обоснования и проверки,Недостатком устройства являетсятакже выполнение активной части в виде одного зубцового деления прямоугольной формы, что не соответствуетконструкции сердечников статоров турбогенераторов, которые изготовляютсяиз отдельных сегментов, содержащихнесколько зубцовых делений (обычно3-4), площадь которых определяет область существования вихревого потока,параметры его, а следовательно, и поле реакции от вихревого потока на падающий аксиальный поток. Кроме того,для решения задачи по определениюрезультирующего поля в активной частимодели необходимо задавать дополнительные. условия на границе зубцовогоделения, что также вносит погрешностьв расчет.Таким образом, для расчетного оп-ределения магнитного поля на торцезубца активной части необходимо правильно учесть всю совокупность определяющих факторов, что в силу указанного выше для аналитического решенияне представляется возможным, а неполный учет тех или иных факторов снижает достоверность получаемых .на моделирезультатов и не позволяет распространить их в полной мере на турбогенератор.Целью изобретения является повышение точности моделирования допустиьих значений электромагнитных нагружений крайних пакетов сердечника статора.Цель достигается тем, что в устройство для моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора турбогенератора, содержащее активную часть с зубцами ивентиляционными каналами и системувозбуждения радиального и аксиального магнитных полей, магнитные цепикоторых состоят из центральных и боковых стержней магнитопроводов с намагничивающей обмоткой на центральномстержне магнитопровода радиальногополя и с управляющими обмотками,источники питания обмоток, введеныдополнительные намагничивЪющие обмотки, установленные на боковых стержняхмагнитопроводов аксиального и радиального полей и на центральном стержне магнитопровода аксиального поля,Управляющие обмотки установлены ввоздушном зазоре между торцами активной части и центральным стержнем. магнитопровода аксиального поля и на торцовой поверхности каждого зубца активной части, при этом активная часть выполнена в виде сегментов статора моделируемого турбо генератора, центральный стержень магнитопровода радиального потока - с выступом за торец активной части, а центральный стержень магнитопрово- . да аксиального поля снабжен зубцами. 10Центральный стержень магвитопровода радиального поля установлен с воэможностью смещения в радиальном и аксиальном направлениях.Число зубцов центрального .стержня 15 магнитопровода аксиального поля выбрано равным числу зубцов активной части.. Управляющие обмотки на торцах зубцов активной части и на центральном 20 стержне магнитопровода аксиального поля выполнены распределенными, однослойными.Источники питания намагничивающих обмоток боковых и центрального стержней магнитопровода радиального поля25 снабжены регуляторами фазы выходного напряжения.На фиг,1 изображено устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах сердечника статора .З 0 турбогенератора, общий вид; на фиг.2- сечение А-,Л на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2; на фиг,4 - центральные магнитопроводы аксиального поля, вид сверху. 35Устройство содержит активную частЪ 1, состоящую из сегментов статора 2 турбогенератора в натуральную величину с вентиляционными каналами 3. Сегменты статора 2 установлены на 40 стяжных призмах 4, сжатых нажимной плитой 5 и нажимными пальцами 6. Обмотки 7 распределены на поверхности, обращенной к нажимной плите 5 сегмента 2 по контуру паза. Магнитопровод 8 содержит боковые стержни 9 с намаг- ничивающими обмотками 10 и центральный стержень 11 с намагничивающей обмоткой 12 и с выступом 13 за торец активной части, а также вентиляционные каналы 14. Магнитопровод 15 акси 50 ального поля содержит боковые 16 и центральные 17 стержни в виде зубцов, закрепленных при помощи эпоксидной смолы на поверхности нажимной плиты 5, число которых равно числу зубцов . активной части, и намагничивающие обмотки 18. Управляющие обмотки 19 установлены по периметру боковых поверхностей каждого стержня магнитопроводов 17 по плотной посадке. Уст ройство содержит также источник 20 питания обмотки 7, источник 21 питания обмоток 10, источник 22 питания обмотки 12, источник 23 питания обмоток 18, источник 24 питания обмотки65 19, основание 25. Центральный стержень 11 магнитопровода 8 радиального поля выполнен подвижным в радиальном и аксиальном направлениях и имеет выступ 12 за пределы торца активной части 1, размещение которого относительно активной части 1 регулируется путем перемещения в радиальноми аксиальном направлениях, что позволяет выбирать экспериментально требуемый уровень магнитного поля наторце активной части 1. Центральныйстержень 17 магнитопровода 15 аксисльного поля выполнен зубчатым, число зубцов которого равно числу зубцов активнойчасти 1, т.е. над каждым зубцом активной части 1 установлен отдельный зубец стержня магнитопровода 15. На каждом зубце стержня17 установлены по периметру боковыхповерхностей управляющие обмотки 19.Магнитопроводы 8 и 15 с обмотками7, 10, 12, 18, 19 создают требуемыйуровень распределения аксиальногополя по радиальной координате на поверхности каждого зубца активной части 1. Кроме того, на поверхности каждого зубца активной части 1, обращенной к нажимной плите 5, по контурупаза установлены однослойные управляющие обмотки 7, которые создают поток пазового рассеяния.Соединение боковых стержней 9 .магнитопровода 8 с сегментами статора 2производят встык одного ко второму.Центральные стержни 17 магнитопроводов 15 аксиального поля не имеютнепосредственного контакта с сегментами статора 2, а контактируют всейповерхностью с нажимными пальцами 6,На фиг.4 для большей наглядностипоказан вид сверху по стрелке Б нацентральные стержни 17 магнитопровода 15 аксиального поля с установленными на них управляющими обмотками19, а также показаны обмотки 7 дляимитации пазового рассеяния, установленные на поверхности каждого зубца, обращенной к нажимной плите 5сегмента статора 2 по контуру паза,Устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетахсердечника статора турбогенЕратораработает следующим образом,От источников 20-24 питания вовсе обмотки 7, 10, 12, 18 и 19 подаются токи, величины и качальныефазы которых выбираются в зависимости от соотношения магнитных полей вкрайнем 1 пакете статора в моделируемом режиме работы турбогенератора.Ток в обмотке 12 на 0,5 Т по фазеопережает токи в обмотках 10, приэтом обеспечивается процесс вращательного перемагничивания ярма активной части 1.Настройка модели, а также заданиеаксиальной составляющей индукциимагнитного поля от остальных источников магнитного поля на торце зубцов активной части производят по имеющимся экспериментальным данным испытаний натурных турбогенераторов, теоретическим исследованиям, при этом распределение аксиальной составляющей индукции от основного потока задают соответствующим выбором величины вылета центрального стержня 11 магнитопровода 8 радиального поля и его конфигурации.Совместное воздействие всех источников магнитного поля создает адекватное оригиналу магнитное поле в активной части устройства, При включении каждого источника магнитного поля вотдельности или при включении некоторых из них в различных комбинациях позволяет исследовать существенность и весомость составляющих магнитного поля на электромагнитные процессы в крайних пакетах сердечника статора мощного турбогенератора. 10 25По сравнению с известными моделями предлагаемое устройство моделирования электромагнитного поля в крайних пакетах,сердечника:статора турбогенератора позволяет: определить существенность и весомость каждого источника магнитвого поля на процесс нагружения крайних пакетов;- моделировать различные комбииации электромагнитного воздействия на крайний пакет, обусловленные различными режимами эксплуатации,- определить вклад электромагнитных факторов в процесс разрушения крайних пакетов при эксплуатации турбогенератора в переменном графике,- разработать более. достоверные рекомендации по предельному электромагнитному нагружению крайних пакетов при работе турбогенератора, а также в режиме частых пусков и остановок, приняв в качестве основного критерия величину аксиальной составляющей магнитного поля на торце зубцов крайних пакетовТехнико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства определяется сокращением материальных затрат и сроков получения информации для разработки указанных рекомендаций.Результаты исследований и рекомендаций могут быть реализованы при создании новых и реконструкций эксплуатирующихся турбогенераторов.1007029 А-А Вис 7 7 Составитель В. Никаноровактор Г.Волкова Техред Ж.Кастелевич Корректор По ое 4/5.Филиал ППП фПатент", г.Ужгород, Ул.Проектная 871рственного козобретеннй иа, Ж, Рауш каз 2130/68 Тир ВНИИПИ ГосУд по делам 113035, Мос