Осердя статора електричної машини змінного струму
Номер патенту: 111154
Опубліковано: 10.11.2016
Автори: Хвалін Денис Ігорович, Титко Олексій Іванович, Кобзар Костянтин Олександрович
Формула / Реферат
1. Осердя статора електричної машини змінного струму, що містить у торцевій частині пакети з окремих високоелектропровідних та феромагнітних сегментів з пазами для стрижнів обмотки, сегменти чергуються між собою та частково ізольовані в області ярма, яке відрізняється тим, що екран виконується у вигляді повністю ізольованих один від одного сегментів зубцево-пазової конструкції, вказані високоелектропровідні сегменти набрані таким чином, що кожний наступний шар сегментів в аксіальному напрямку перекриває стики між ними.
2. Осердя за п. 1, яке відрізняється тим, що високоелектропровідний пакет установлено за феромагнітним, для екранування першого феромагнітного пакета його товщина не повинна перевищувати глибину проникнення аксіального електромагнітного поля, а високоелектропровідні сегменти набираються на відстані від торцевої поверхні, меншій за глибину проникнення цього поля в осерді.
Текст
Реферат: UA 111154 U UA 111154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електроенергетики, стосується електричних машин (ЕМ) змінного струму і пов'язана з проблемою безпеки, надійності, навантажувальної здатності та ефективності експлуатації турбогенераторів (ТГ) та гідрогенераторів (ГГ). Загальновідома конструкція осердя статора ЕМ змінного струму, коли шихтований магнітопровід набирається з окремих ізольованих один від одного сегментів, в пазах якого розташовані стрижні обмотки. В процесі експлуатації такого осердя внаслідок дії полів розсіяння в кінцевій зоні машини крайні сегменти нагріваються значно сильніше, ніж інші. Існуючі методи захисту крайніх сегментів осердя на основі електромагнітного екранування, в основному знижують дію полів розсіяння в ярмі осердя, при цьому в зубцевій зоні навіть дещо посилюють цю дію застосуванням магнітних шунтів у вигляді скошених крайніх пакетів, що суттєво зменшує механічну міцність статора [1]. Відомий пристрій [2, 3] - статор електричної машини, що має шихтоване осердя з обмоткою, на торці якого установлено решітчастий екран із натискної плити, натискних пальців та електропровідного короткозамкненого кільця, розташованих на пальцях зі сторони розточки, причому між плитою та натискними пальцями установлено короткозамкнене кільце у вигляді електропровідного екрана, що охоплює натискну плиту зі сторони осердя та розточки. До недоліків екранування зубцевої зони осердя статора [2, 3] треба віднести високі значення струмів, втрат і нагрівання в елементах екрана, особливо нагрівання короткозамкнених кіл, розташованих поблизу ізоляції обмотки. Крім цього, виникають технологічні складнощі при виготовленні короткозамкненого кільця. За прототип приймається осердя статора ЕМ змінного струму, яке в торцевій частині має окремі високоелектропровідні (ВЕП) та феромагнітні сегменти з пазами для стрижнів обмотки, причому сегменти набираються почергово та частково ізольовані в області ярма [4]. Недоліком прототипу є виконання осердя статора лише частково ізольованим в області ярма, що може спричинити його підвищене нагрівання, особливо в зоні дна паза, яка є найбільш нагрітою зоною за рахунок радіально-тангенціального поля. Це призводить до зниження технологічності виготовлення. Окрім цього, не визначено місце установки електропровідного екрана в крайніх пакетах. При його розташуванні далеко від торця осердя екрануючі дії будуть незначні, при установці на боковій поверхні осердя чи близько до неї - збільшується ймовірність поломки зубців екрана. Задачею корисної моделі є створення такого осердя статора, в якому за рахунок зміни конструкції сегментів екрана та створення умов для зниження нагрівання крайніх пакетів осердя досягається новий технічний результат: підвищення ефективності екрана з високою технологічністю при його виготовленні та, в результаті, підвищення безпеки, надійності, навантажувальної здатності, й ефективності роботи ЕМ змінного струму, наприклад ТГ і ГГ. розширення їх функціональних можливостей. Поставлена задача вирішується тим, що в осерді статора електричної машини змінного струму, що містить у торцевій частині пакети з окремих ВЕП та феромагнітних сегментів з пазами для стрижнів обмотки, сегменти чергуються між собою та частково ізольовані в області ярма, згідно з корисною моделлю, екран виконується у вигляді повністю ізольованих один від одного сегментів зубцево-пазової конструкції, вказані ВЕП сегменти набрані таким чином, що кожний наступний шар сегментів в аксіальному напрямку перекриває стики між ними. При необхідності підвищення механічної міцності осердя статора ВЕП пакет установлено за феромагнітним, для екранування першого феромагнітного пакета його товщина не повинна перевищувати глибину проникнення аксіального електромагнітного поля, а ВЕП сегменти набираються на відстані від торцевої поверхні, меншій за глибину проникнення цього поля в осерді. Запропоноване технічне рішення забезпечує підвищення ефективності екранування для всього осердя статора і, в той же час, не допускає зменшення механічної міцності шихтованого магнітопроводу статора при установці такого екрана в крайніх пакетах. Виконання екрана є високотехнологічним. Виходячи з вищенаведеного, можна зробити висновок, що сукупність ознак запропонованого осердя статора є необхідною і достатньою умовою для досягнення нового технічного результату: підвищення ефективності екрана з високою технологічністю при його виготовленні, що забезпечує підвищення безпеки, надійності, навантажувальної здатності, ефективності роботи ЕМ змінного струму, наприклад ТГ і ГГ, розширення їх функціональних можливостей за рахунок зниження електромагнітного і теплового навантаження на крайні пакети осердя статора та зниження втрат в елементах екрана. 1 UA 111154 U 5 10 15 20 25 30 35 Фіг. 1 пояснює один із прикладів виконання запропонованої екрануючої системи осердя статора ЕМ. На фіг. 2 показано профіль сегментів осердя. На фіг. 3 приведено схему розташування датчиків магнітного поля для вимірювання електрорушійної сили (ЕРС) на поверхні осердя статора. Запропоноване осердя статора ЕМ змінного струму має наступну конструкцію. Осердя статора 1 набирається із сегментів електротехнічної сталі 2 з пазами 3, в які укладаються стрижні обмотки 4. Осердя стягується натискними плитами 5 за допомогою затяжних шпильок 6 і натискних пальців 7. Торцева частина набирається почергово із феромагнітних 8 та ВЕП пакетів 9, виконаних, наприклад, з міді, сегменти зубцево-пазової конструкції яких повністю ізольовані один від одного. Вказані ВЕП сегменти набрані таким чином, що кожний наступний шар сегментів в аксіальному напрямку перекриває стики між ними. З метою підвищення механічної міцності осердя статора ВЕП пакет установлено за феромагнітним, для екранування першого феромагнітного пакета його товщина не повинна перевищувати глибину проникнення аксіального електромагнітного поля, а ВЕП сегменти набираються на відстані від торцевої поверхні, меншій за глибину проникнення цього поля в осерді. Пристрій працює таким чином. При роботі ЕМ електромагнітне поле в кінцевій частині, що складається з поля лобових частин обмоток статора і ротора, та поля, витісненого із повітряного зазору і пазів статора, буде розсіюватись в повітряне середовище цієї частини, не допускаючи його проникнення як в зубцеву зону, так і в область ярма осердя статора. Тим самим, температура крайніх пакетів буде знижена, та стане наближеною до температури середніх пакетів. З метою визначення кількісних показників впливу запропонованої конструкції, як приклад, проведено розрахунок коефіцієнта екранування k в залежності від товщини феромагнітного пакета δ та дослідження значень ЕРС для випадку розташування екрана на поверхні осердя статора. Запропонований екран досліджувався на фізичній моделі ТГ в лабораторних умовах. Результати розрахунків та досліджень зведено у таблиці 1 та 2 відповідно. Згідно з проведеними розрахунками (таблиця 1), при збільшенні товщини феромагнітного пакета 8 ступінь його екранування k знижується, а при деякому значенні δ > δкр, коефіцієнт k різко падає. Очевидно, що величина δкр є критичною, коли при установленні екрана відбувається достатня захищеність торцевої зони від полів розсіяння та зберігається необхідна механічна міцність осердя статора. Значення δкр менше за глибину затухання аксіального електромагнітного поля. В даному випадку δкр = 0,05 м. Поле розраховувалось з врахуванням зубцево-пазової конструкції сталі і міді осердя статора, та зменшення екрануючих властивостей такої конструкції при товщині пакета шихтованого екрана 0,01 м. Таблиця 1 k δ, м 40 5,5 0,07 6 0,05 13,4 0,02 33,4 0,007 60 0,0001 В таблиці 2 приведено значення ЕРС (MB) в залежності від товщини екрана та розташування вимірювальної планки для випадку, коли екран знаходиться на поверхні осердя статора. Таблиця 2 Шестизубцевий Тризубцевий Тризубцевий екран, товщиною 1,5 Тризубцевий екран, товщиною екран, товщиною екран, мм 3,5 мм Вихідний 0,5 мм товщиною 2 мм Датчик варіант без Вимірювальна Вимірювальна Вимірювальна Вимірювальна Вимірювальна Вимірювальна екрана планка під планка під планка над планка над планка під планка над екраном екраном екраном екраном екраном екраном А 18,5 16,2 14.6 14,6 13 11 15.7 Б 9,4 8,4 8,1 7,3 6 5,7 7,3 В 11.8 9,3 7,5 8,1 6 6 8 45 Проведені результати підтверджують високу ефективність екранування по всій області осердя статора. При застосуванні екранів зубцевої конструкції значення індукції у всіх точках вимірювання зубцевої зони зменшується в середньому в такому ж співвідношенні, як і в ярмі осердя статора. 2 UA 111154 U 5 10 15 20 25 30 Таким чином, у порівнянні з прототипом, запропонована конструкція осердя статора забезпечує підвищення ефективності екрана з високою технологічністю при його виготовленні, що дозволить знизити температуру крайніх пакетів, тим самим наблизити її до температури середніх пакетів. Вирівнювання температури осердя статора в аксіальному напрямку підвищує його механічну міцність, особливо в динамічних натисках. Все це підвищує безпеку, надійність та ефективність експлуатації ЕМ змінного струму. Застосування запропонованого осердя статора на практиці виробництва потужного генеруючого обладнання відкриває нові можливості по розширенню верхньої межі потужностей ЕМ та можливостей роботи в непроектних режимах, яких вимагає сучасна енергосистема. Джерела інформації: 1. Титко А.И. Электромагнитное экранирование незамкнутыми структурами в электрических макетах. - К.: Наук, думка, 1994.-304 с. 2. А.С. 251067 (СССР). Статор электрической машины / Каплунов В.Б., Кильдишев B.C… Данилевич Я.Б. и др.; заявл. 11.09.67; опубл. 26.08.69, Бюл. № 27. 3. Пат 303 Україна. Статор електричної машини / Смородін В.І., Крамарський В.А., Черемісов І.Я. і ін.; заявл. 26.02.90; опубл. 30.04.93, Бюл. №1. 4. А.С. 1617535 (СССР). Сердечник статора электрической машины переменного тока Титко А.И.; заявл. 03.03.88; опубл. 30.12.90, Бюл. № 48. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Осердя статора електричної машини змінного струму, що містить у торцевій частині пакети з окремих високоелектропровідних та феромагнітних сегментів з пазами для стрижнів обмотки, сегменти чергуються між собою та частково ізольовані в області ярма, яке відрізняється тим, що екран виконується у вигляді повністю ізольованих один від одного сегментів зубцево-пазової конструкції, вказані високоелектропровідні сегменти набрані таким чином, що кожний наступний шар сегментів в аксіальному напрямку перекриває стики між ними. 2. Осердя за п. 1, яке відрізняється тим, що високоелектропровідний пакет установлено за феромагнітним, для екранування першого феромагнітного пакета його товщина не повинна перевищувати глибину проникнення аксіального електромагнітного поля, а високоелектропровідні сегменти набираються на відстані від торцевої поверхні, меншій за глибину проникнення цього поля в осерді. 3 UA 111154 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
МПК: H02K 3/42
Мітки: струму, статора, змінного, машини, електричної, осердя
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/6-111154-oserdya-statora-elektrichno-mashini-zminnogo-strumu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Осердя статора електричної машини змінного струму</a>
Попередній патент: Спосіб двоступеневого натрій-катіонітового пом’якшення води
Наступний патент: Індикатор реактивності ендотелію (іре)
Випадковий патент: Пристрій для неруйнівного контролю циліндричних виробів