Статор электрической машины переменного тока

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 200761 (21) 3322498/24-07 И) М. Кл.з с присоединением заявки Мо Н 02 К 3/42 Государственный коюнтет СССР но делаю изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Г.Г. Счастливый и А.И. Титко Институт электродинамики АН Украинской ССР;(54) СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАИзобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам переменного тока, в частности к мощным турбогенераторам, характеризующимся значительными электромагнитными и тепловыми нагрузками торцовых элементов сердечника статора-, и может быть использовано в мощных турбо" и гидрогенераторах, электрических машинах автономного назначения.Известны конструкции статораэлектрической машины переменного тока, например турбогенератора, содержащие шихтованный сердечник (магнитопровод) с обмоткой, массивную нажимную плиту и электромагнитный экран, Электромагнитный экран Представляет собой медное кольцо, распопагаемое на поверхности плиты, обращенной к лобовой части обмотки или к сердечнику, и устанавливается для защиты крайних пакетов статора от переменных потоков рассеяния лобовых частей обмоток машин 1).Однако токи в экране, концентрируясь на внутренней кромке его, приводят к большой неравномерности потерь и нагрева и усложняют его охлаждение, в особенности трудно решаемое для турбогеиераторов предельных мощностей ( Ъ 10 ОО ИВт). Кроме того, токи, проходящие в тангенциальном направлении по внутреннейкромке экрана и достигающие в мощных турбогенераторах больших значений (20-30 кА и более); являются мощными вторичными источниками поля, которое неблаго О приятно влияет на крайние пакеты сердечника, вызывая в них дополнитель" ные местные потери, усложняя охлаждение и ограничивая допустимую нагрузку турбогенераторов,Наиболее близкой по техническойсущности к изобретению является конструкция статора.электрической машины переменного тока, содержащая шихтованный сердечник с обмоткой и массивную нажимную плиту, изготовленную иэ стальной поковки с высокими механическими и слабыми экранирующими свойствами. Экранирование крайних пакетов статора и плиты от переменных магнитных потоков рассеяния ббмотки статора осуществляет замкнутая много.Фазная экранирующая обмотка, покрывающая внутреннюю кромку плиты и ее боковую поверхность, обращенную к лобовой части обмотки, Выполнение такого экрана в конструкции статораобеспечивает более равномерное экранирование концевой эоны Г 2 3.Однако магнитные потоки лобовой части обмотки статора и экранирующей Обмотки в различных режимах эксплуатации, например в режимах недовозбуждения и перевозбуждения, имеютодинаковый характер взаимодействия в об. - ласти зубцов крайних пакетов с силь,ным магнитным потоком, вытесненным 1 из воздушного зазора (поток "выпучивания"). Поэтому, если намотка экрани-рующей обмотки имеет одно направление, то в режиме потребления реактивной мощности (режим недовозбуждеиия) магнитные потоки "выпучивания" лобовой части обмотки и экранирующей обмотки в области зубцовой зоны край" них пакетов суммируются. Вследствие этого увеличиваются потери на вихревые токи и нагрев зубцов крайних пакетов, ограничивается диапазон нагрузок электрических машин и вырабатываемая нми в этих режимах активная мощность, уменьшается надежность работы машин. Кроме того, при переходе От одного. режима к другому наблюдается существенный температурныйперепад в крайних пакетах вследствиеОдинакового характера,экранированияодной замкнутой обмоткой.Целью изобретения является увеличение нагФузочной способности и повь 1- шение надежности работы и маневренныхрежимах. Поставленная цель достигается тем,что в статоре электрической машины переменного тока, содержащем шихтованный магнитопровод с обмоткой, нажимную плиту и расположенный на боковой поверхности плиты, обращенной к лобовой части обмотки, И на ее внутренней цилиндрической поверхности экран в виде многофазной обмотки, статор снабжен блоком регулирования с переключателем, каждая Фаза экранирующей обмотки на ее полюсном делении выполнена в виде двух отдельных катушечных групп, размещенных одна внутри другой так, что нижние стороны внешних катушек укладываютсяна внутренней цилиндрической поверхности нажимной плиты, между катушечными группами включен переключатель, соединенный с блоком регулирования.На фиг. 1 изображена концевая зона статора турбогенератора (при соединении катушечных групп одной фазы обмотки встречно), продольный разрез; на Фиг. 2 - схема соединения катушечных групп экранирующей обмотки; на Фиг, 3 - концевая эона статора турбогенератора (при соединении катушечных групп одной фазы обмотки согласно), продольный разрез; на фиг, 4 - сечение Д-Д на фиг. 3; на фиг. 5 - форма внешних катушекобмотки; на фиг. б и 7 - пример выполнения трехфазной зкранирующейобмотки; на фиг. 8 - экранирующая обмотка с переменным в радиальном направлении шагом намотки; на фиг.9расчетно-экспериментальные данные.Статор электрической машины содержит шихтованный магнитопровод 1 собмоткой 2, нажимную плиту 3 и экра нирующую обмотку 4. шихтованные листы магнитопровода стягиваются нажимными плитами 3 посредством стяжных призм5.Призмы 5 ребрами б жесткости соединяются с корпусом 7 машины. Каждая Фаза 15 экранирующей обмотки 4 состоит иэдвух катушечных групп 8 и 9, междукоторыми включен переключатель 10,управляемый блоком регулированияэлектромагнитным экранированием 11, 2 О Для примера намотки одной фазыоднослойной двухполюсной обмотки.(Фиг. 4) при соединении концов катушечных групп А 8,), с А 9 н и Хас Х 9 онивключаются встречно, а при соедине нии концОв Авк с Аэк.и х Вк с хзксогласно. При этом фаза обмотки наполюсном делении соединяется обычнымспособом.Многофаэная обмотка состоит из нескольких укаэанных обмоток и можетукладыватьея для простоты технологииизготовления в несколько слоев, равных числу фаэ обмоток (фиг. б). Фазыобмотки укладываются в тангенциальном направлении на поверхностях плиты соответственно месторасположениюи следованйю ( Фаз обмотки 2 статора, т.е. проекции осей Фаз друг надруга экранирующей обмотки 4 и обмотки 2 статора совмещаются. Экранирующая обмотка может иметь переменныйрадиальный шаг намотки, увеличивающийся с увеличением радиуса (фиг. 8)Устройство работает следующим об РазомВ режимах недовозбуждения катушечные группы 8 и 9 включены встречно,В этих режимах поток "выпучивания"Ф 0 и поток фз лобовой части обмотка 50 статора суммируются в области зубцовой зоны крайних пакетов. При указан ном включении поток ф катушечнойгруппы 9 направлен обратно потокамФ и фз(фиг, 1), Так как катушечнаягруппа 9 расположена вблизи зубцовойэоны, то суммарный магнитный поток,пронизывающий зубцы крайних пакетов,существенно уменьшится. Уменьшатся впоследних потери и нагрев, В режимахперевозбуждения катушечные группы 8и 9 включены согласно, поток Ф 3 у.зубцовой эоны вычитается из преобладающего здесь магнитного потока "выпучивания" фо, и поток ф обмоткивычитается иэ потока ф 0, вследствие ЬЗ чего суммарный магнитный поток, пронизывающий зубцовую зону крайних пакетов статора, уменьшится.Таким образом, в различных режимах эксплуатации экранирующее действие обмотки в зубцовой зоне крайних пакетов, имеет практически одинаковый характер, что обеспечивает как снижение нагрева крайних пакетов в режимах потребления реактивной мощности, так и термостабилизацкю магнитопрово- да статора при переходе от одного . 10 режима к другому.в маневренных режи мах работы, что увеличивает нагрузочную способность и повышает надежность машин..Приведены (Фиг. 9) эксперименталь ные данные аксиальной составляющей индукции магнитного поля (сплошная кривая) и перегрева крайних пакетов сердечника етатора (штриховая кривая 1) в зоне коронок зубцов турбогенера тора 300 МВт приразличных соз Ю . Увеличение перегрева крайних пакетов при изменении соз Ч турбогенератора от - 0,85 (перевозбуждение) до 0,85 (недовозбуждение) составляет около 45 , что соответствует удлинению только крайних пакетов.сердечника статора на 0,5 мм. При работе тур богенератора в маневренйых режимах . удлинения сердечника статора является одним из Факторов распрессовки железа сердечника статора и приводит в дальнейшем к значительному уменьшению ресурса элементов конструкции статора и надежности работы машины.Как показывают опыты на физической модели с различными типами экранов, даже удаление концентрированных токов одного направления с направлением токов обмотки статора уменьша ет аксиальную составляющую поля у зубцовой зоны на 25-30. При этом уменьшаетсянагрев крайних пакетов (кривая 2), Уменьшится и перепад температуры при работе турбогенера тора в режимах недовозбуждения и перевозбуждения. удлинение сердечника при нагреве уменьшится до 0;3 мм. Уменьшение перепада температуры только концевых зон при изменении соз Ч, 50 если не столь существенно снизит термамеханические напряжения во всем сердечнике ввиду их малого относительного вклада, то значительно уве. личит прочность крайних зубцов и изо ляцию в этих местах, что повысит эксплуатационную надежность всего генератора. Для предлагаемой конст.рукции изменение длины сердечника статора в маневренных режимах можно свести до минимума.Так как напряженность магнитного поля лобовой части обмотки 2 уменьшается с увеличением радиуса, то намотка витков с переменным радиальным 65 шагом увеличивает эффективность экранирования,Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции в отечественных генераторах переменного тока мощностью 500 МВт и выае достигается за счет увеличения нагрузочной способности (расширение диаграммы нагрузок, повыаение мощности) и повышения надежности электрических машин переменного тока. Так как применение регулируемой экранирующей обмотки в предлагаемой конструкции статора электрической машины переменного тока при ее работе в маневренных режимах уменьшает аксиальную составляющую магнитной индукции в зубцовой зоне крайних пакетов сердечника в различных режимах эксплуатации, то тем самым уменьшится нагрев указанных элементов и значительно выравняется температура в крайних пакетах в радиальном направлении. Как известно, нагрев эоны дна пазы крайних пакетах ограничивает допустимую нагрузку турбогенератора в режимах недовозбуждения и при асинхронном ходе, Поэтому применение предлагаемой конструкции в электромашиностроении за счет повышения эффективности экранирования зубцовой зоны крайних пакетов статора, а также за счет равномерного распределения поля в концевой зоне .машины, существенно улучшит эксплуатационные характеристики элементов концевой зоны машИны, повысит нагрузочную способность и надежность работы машин переменного тока.Формула изобретенияСтатор электрической машины переменного тока, например турбогенератора, содержащий шихтованный магнитопровод с обмоткой, нажимную плиту и установленный на боковой поверхности нажимной плиты, обращенной к лобовой части обмотки, и на ее внутренней цилиндрической поверхности экран в виде многофазной обмотки, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности и повышения надежности работы в маневренных режимах, статор снабжен блоком регулиройания с переключателем, каждая фаза экранирующей обмотки на ее полюсном делении выполнена в виде двух отдельных катушечных групп, размещенных одна внутри другой так, что нижние стороны внешних катушек укладываются на внутренней цилиндрической поверхности нажимной плиты, между катушечными группами включен переключатель, соединенный с блоком регулирования,983904 ие ФигЗ Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 . Постников И.М., Станиславский Л.Я., Счастливый Г,Г. и др. Электромаг- нитные и тепловые процессы в концевых частях мощных турбогенераторов. киев, "Наукова думка", 1971, с. 23,фиг. 12; с. 24, фиг, 13;, с, 256,фиг. 105 с. 261:, Фиг, 110 р с. 275,Фиг. 119, с, 298, фиг, 134.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2897837/4-07, кл, Н 02 К 3/421980.983904 Р,УХ внии аказ 9946/68 Тираж 721 Подписное лиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектна йг РРЮ