Машинно-трансформаторний агрегат

Реферат: Винахід належить до галузі електромашинобудування і може бути використаний як високовольтний генератор змінного струму на вітро- та гідроелектростанціях. Агрегат складається з двох частин - машинної та трансформаторної, які мають загальний зовнішній магнітопровід (статор) у вигляді поздовжніх пакетів із пластин електротехнічної сталі. Машинна частина має ротор з двома зміщеними в осьовому напрямку зубчастими радіальними пакетами, які також взаємно зміщено і у тангенціальному напрямку. У проміжку між пакетами ротора розташовано кільцеву обмотку збудження. Останню виконано з двох, розміщених поруч секцій, навитих із провідної стрічки у протилежних напрямках і сполучених між собою в кінці навивки. Кількість поздовжніх пакетів Z1 вибрано такою, що відповідає співвідношенню: Z1=2Z2±К, де Z2 число зубців ротора в одному пакеті; К - ціле число. На трансформаторній частині поздовжніх пакетів закріплено котушки робочої обмотки, а торці пакетів цієї частини притиснено до кільцевого ярма, навитого із феромагнітної стрічки. Трансформаторну частину розміщено у заповненій електроізоляційною рідиною закритій ємності, на зовнішній поверхні якої, як варіант, закріплено охолоджуючі пристрої. Машинно-трансформаторний агрегат при спрощенні конструкції та зменшенні витрат матеріалів дозволить значно збільшити рівень його вихідної напруги. UA 103685 C2 (12) UA 103685 C2 UA 103685 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі електромашинобудування, а саме до конструкцій малообертових синхронних машин і може бути використаний як високовольтний генератор змінного струму на вітро- та гідроелектростанціях. Відомий високовольтний гідрогенератор [Петров Г. М., Іванов-Смоленський О. В., Абрамов O. I. Высоковольтные гидрогенераторы на напряжение 110 кВ и выше. - "Труды МЭИ. Высоковольтные генераторы", 1971, вип. 78, с.6-12] в складі статора з трифазною обмоткою в пазах магнітопроводу, виконаною з окремих котушок, кожна з яких охоплює один із зубців магнітопроводу. Ротор гідрогенератора оснащено полюсами з котушками обмотки збудження та демпферною короткозамкненою обмоткою. Недоліками зазначеного гідрогенератора є значні розміри та складна конструкція ізоляції котушок обмотки статора, що зменшує коефіцієнт заповнення паза міддю та збільшує масу магнітопроводу. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу є машиннотрансформаторний агрегат [Патент РФ №2096893,МПК. 6Н02К 17/00, 19/00. Машиннотрансформаторный агрегат/ Д.В.Свічарник/ RU БВ №32, 20.11.97; стаття: Машиннотрансформаторный агрегат/Д. В. Свічарник, І. Г. Забора//ж. "Электротехника", №9, 1998] в складі машинної та трансформаторної частин, які мають загальний зовнішній магнітопровід у вигляді поздовжніх пакетів із пластин електротехнічної сталі. Робочі обмотки агрегату розміщено на трансформаторній частині;машинна частина має ротор із зубцями, оберненими до проміжку, що відділяє ротор від поздовжніх пакетів статора. Нерухому обмотку збудження агрегату розташовано у проміжку між зубцями ротора. Недоліком вказаного агрегату є складна конструкція, що вимагає значних витрат провідникового та магнітного матеріалів. Крім того, конструкція ізоляції робочих обмоток агрегату не дозволяє використовувати його при високих напругах. В основу винаходу поставлено задачу по удосконаленню машинно-трансформаторного агрегату, в якому іншим виконанням окремих елементів та зміною їх взаємозв'язку забезпечується підвищення якості ізоляції робочих обмоток при спрощенні конструкції, що дозволить збільшити робочу напругу при зменшенні витрат активних матеріалів на одиницю потужності і за рахунок цього зробити роботу агрегату більш ефективною. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому машинно-трансформаторному агрегаті, що містить машинну та трансформаторну частини із загальним зовнішнім магнітопроводом у вигляді поздовжніх пакетів із пластин електротехнічної сталі, причому на пакетах трансформаторної частини розміщено котушки робочої обмотки, а торці пакетів цієї частини притиснено до ярма, навитого з ізольованої феромагнітної стрічки; машинну частину виконано з ротором, закріпленим на валу, з двома, взаємно зміщеними в осьовому напрямку зубчастими радіальними пакетами, у проміжку між якими розташовано кільцеву обмотку збудження, причому зубці в пакетах ротора орієнтовано в бік поздовжніх пакетів та взаємно зміщено у тангенціальному напрямку, згідно з винаходом, кількість поздовжніх пакетів (Zx) вибрано такою, що відповідає співвідношенню: Z1=2Z2 ± К, де Z2 - число зубців ротора в одному пакеті; К - задане ціле число; ширину кожного з поздовжніх пакетів виконано меншою ширини відповідного паза ротора; обмотку збудження розділено на дві, навиті з провідної стрічки у протилежних напрямках секції, які сполучено між собою в кінці навивки, а трансформаторну частину агрегату розміщено у закритій ємності, заповненій ізоляційною рідиною. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено поздовжній осьовий переріз машинно-трансформаторного агрегату, на фіг.2, 3, 4 - поперечні перерізи агрегату в різних його місцях. Машинно-трансформаторний агрегат виконано з двох частин - машинної (на фіг. 1 - зверху) та трансформаторної (на фіг. 1 - внизу), які мають загальний зовнішній магнітопровід (статор) у вигляді поздовжніх пакетів 1 з ізольованих пластин електротехнічної сталі (фіг. 1-4). На валу 2 (фіг.1) машинної частини закріплено втулку ротора 3, на зовнішній поверхні якої розміщено зубчасті радіальні пакети 4 і 5, виконані, як варіант, із ізольованих пластин електротехнічної сталі і взаємно зсунуті в осьовому напрямку. Зубці в радіальних пакетах орієнтовано в бік проміжку між ротором і поздовжніми пакетами 1 та взаємно зміщено в тангенціальному напрямку, як варіант, на геометричний кут π/z2> Z2 - число зубців ротора в одному пакеті. У проміжку між зубчастими пакетами розміщено кільцеву обмотку збудження 6, прикріплену по її зовнішній поверхні до поздовжніх пакетів 1 (фіг. 1,3). Обмотку збудження поділено на дві секції, розміщені поруч, навиті з провідної стрічки у протилежних напрямках, і сполучені між собою в кінці навивки з боку втулки 3 ротора. Поздовжні пакети 1 по довжині машинної частини агрегату зафіксовано шляхом заливу проміжків між пакетами немагнітним сплавом, який утворює корпус 1 UA 103685 C2 5 10 15 20 25 30 35 7 цієї частини. У радіальному напряму пакети 1 опираються на циліндричні боковини 8 і 9, в яких виконано отвори для проходу пакетів. У боковинах закріплено підшипники 10 і 11, які опираються на вал 2. Зовні підшипники закрито кришками (фіг.1). Кількість Z1 поздовжніх пакетів 1 вибрано такою, що відповідає співвідношенню: Z1=2Z2  К, де К - ціле число. Ширину (по колу) кожного з пакетів 1 виконано меншою ширини по колу відповідного паза ротора у його зовнішній (по радіусу) частині. На пакетах 1 трансформаторної частини закріплено котушки 12 робочої обмотки. Торці пакетів цієї частики притиснено до кільцевого ярма 13, навитого із ізольованої феромагнітної стрічки. Пакети 1 трансформаторної частини, котушки 12 та ярмо 13 розміщені у закритій ємності 14, яку заповнено електроізоляційною рідиною. На зовнішній поверхні ємності, як варіант, закріплено охолоджуючі пристрої 15, сполучені з її внутрішнім об'ємом трубами 16. Пропонований машинно-трансформаторний агрегат працює таким чином. При живленні обмотки збудження 6 постійним струмом у магнітній системі агрегату виникає відповідний магнітний потік, складові якого виходять, наприклад, із зубців пакета 4 ротора і входять в основному у ті поздовжні пакети 1 статора, площа "перекриття" яких і зубців пакета 4 ротора максимальна (на фіг. 1,3,4 напрям складових магнітного потоку збудження показано стрілками). Далі магнітні потоки (складові загального потоку) входять із пакетів 1 у кільцеве ярмо 13 і звідти - в інші пакети 1, а саме в ті, площа "перекриття" яких і зубців пакета 5 ротора максимальна. Далі, із відповідних пакетів 1 магнітні потоки входять у зубці пакета 5 ротора і по втулці 3 знову в зубці пакета 4 ротора. При обертанні ротора із зубчастими пакетами 4 і 5 повідним двигуном (на кресленні не показано) зубці цих пакетів безперервно змінюють своє положення відносно пакетів 1 статора, що приводить до зміни розміру і напряму магнітних потоків в останніх. Вказані потоки пронизують котушки 12 робочої обмотки, що z n викликає появу в них електрорушійної сили (ЕРС) з частотою f  2 , де n - частота 60 обертання ротора, об/хв; Z2 - число зубців ротора в одному пакеті. Вибір кількості Z1 поздовжніх пакетів відповідно вказаному вище співвідношенню, дає змогу створити електричну машину з трифазною або шестифазною вихідною напругою при спрощенні її конструкції. Виконання поздовжніх пакетів шириною, меншою колової ширини відповідного паза ротора у його зовнішній частині, дозволить зменшити магнітні потоки розсіювання обмотки збудження. Розділ обмотки збудження на дві секції та виконання їх з провідних стрічок, навитих у протилежних напрямках, і сполучення секцій між собою в кінці їх навивки з внутрішньої сторони обмотки, дозволить виконати виводи обмоткиз однієї, зовнішньої сторони, зменшити розмір обмотки завдяки зменшенню об'єму ізоляції та збільшити її теплопровідність. Розміщення трансформаторної частини агрегату у закритій ємності з електроізоляційною рідиною дозволить збільшити робочу напругу та питому потужність агрегату. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Машинно-трансформаторний агрегат, що містить машинну та трансформаторну частини із загальним зовнішнім магнітопроводом у вигляді поздовжніх пакетів із пластин електротехнічної сталі, причому на пакетах трансформаторної частини розміщено котушки робочої обмотки, а торці пакетів цієї частини притиснено до ярма, навитого із феромагнітної стрічки; машинну частину виконано із закріпленим на валу ротором з двома, взаємно зміщеними в осьовому напрямку зубчастими радіальними пакетами, у проміжку між якими розташовано нерухому кільцеву обмотку збудження, причому зубці в пакетах ротора орієнтовано в бік поздовжніх пакетів і взаємно зміщено в тангенціальному напрямку, який відрізняється тим, що кількість (Z1) поздовжніх пакетів відповідає співвідношенню: Z1=2Z2±К, де Z2 - число зубців ротора в одному пакеті; К - задане ціле число; ширина кожного з поздовжніх пакетів є меншою ширини відповідного паза ротора; обмотку збудження виконано з двох, навитих з провідної стрічки у протилежних напрямках секцій, які сполучено між собою в кінці навивки, а трансформаторну частину агрегату розміщено у закритій ємності, заповненій електроізоляційною рідиною. 2 UA 103685 C2 3 UA 103685 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4