полюс ротора синхронной явнополюсной электрической машины

Формула изобретения

ПОЛЮС РОТОРА СИНХРОННОЙ ЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, выполненный массивным и содержащий изолированный сердечник, на который насажена однорядная катушка обмотки возбуждения, выполненная из намотанной на ребро шинной меди с электроизолированными друг от друга витками, и полюсный наконечник с прикрепленными в его торцам демпферными сегментами, между катушкой возбуждения и сердечником полюса имеются зазоры для вентиляции, между крайними витками катушки возбуждения и полюсным наконечником, а также крайними витками и остовом ротора расположены плоские изолированные катушки отрицательного возбуждения, отличающийся тем, что на поверхности полюсного наконечника со стороны сердечника полюса вокруг последнего выполнен кольцевой паз прямоугольного сечения, в котором расположена катушка отрицательного возбуждения, высота кольцевого паза не более 0,8 высоты этой катушки, а длина его по поперечной оси полюса больше длины катушки отрицательного возбуждения на величину ее удлинения в нагретом состоянии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электромашиностроению, и может быть использовано в роторах крупных синхронных явнополюных электрических машин преимущественно с массивными полюсами.

Известен полюс ротора синхронной явнополюсной электрической машины, выполненный массивным, на изолированном сердечнике которого установлена однорядная катушка возбуждения, причем между внутренними сторонами катушки и сердечником полюса выполнены вентиляционные камеры путем установки в этих зонах по длине полюса дистанционных изоляционных прокладок. Катушка возбуждения полюса изолирована от полюсного наконечника и остова ротора стеклотекстолитовыми шайбами [1]

В крупных синхронных компенсаторах с реверсивным бесщеточным возбуждением вместо указанных шайб размещены плоские изолированные многовитковые катушки отрицательного возбуждения. К торцам полюсного наконечника присоединены медные демпферные сегменты, образующие замкнутую демпферную систему полюсов ротора. Учитывая высокие токовые нагрузки в пусковом режиме, конструкция демпферной системы имеет важное значение для надежной работы машины. Нагрев демпферных сегментов при пуске не должен превышать 60-80^оС, также следует обеспечить надежный контакт между демпферными сегментами и полюсным наконечником при допустимой плотности тока в контактном соединении, что является основным условием для выбора высоты полюсного наконечника [2]

Недостатком указанного исполнения полюса является то, что наличие катушек отрицательного возбуждения, установленных на сердечнике полюса, и большая высота полюсного наконечника приводят к повышенным электромагнитным нагрузкам полюсов из-за ограниченного числа витков в катушке для данной высоты полюса.

Изобретением решается задача создания полюса ротора синхронной явнополюсной электрической машины, имеющего увеличенное число витков катушки возбуждения при неизменной высоте сердечника полюса и полюсного наконечника, а следовательно, создание синхронной явнополюсной электрической машины, имеющей повышенную магнитодвижущую силу, а следовательно, и мощность машины.

Для решения поставленной задачи в полюсе ротора синхронной явнополюсной машины, выполненном массивным и содержащем изолированный сердечник, на который насажена однорядная катушка обмотки возбуждения, выполненная из намотанной на ребро шинной меди, с электроизолированным друг от друга витками, и полюсный наконечник с прикрепленными к его торцам демпферными сегментами причем между катушкой возбуждения и сердечником полюса имеются зазоры для вентиляции, между крайними витками катушки возбуждения и полюсным наконечником, а также крайними витками и остовом ротора расположены плоские изолированные катушки отрицательного возбуждения, согласно изобретению, на поверхности полюсного наконечника со стороны сердечника полюса вокруг последнего выполнен кольцевой паз прямоугольного сечения, в котором расположена катушка отрицательного возбуждения, при этом высота кольцевого паза не более 0,8 высоты этой катушки, а длина его по поперечной оси полюса больше длины катушки отрицательного возбуждения на величину ее удлинения в нагретом состоянии.

На фиг. 1 изображен массивный полюс ротора, поперечный разрез; на фиг. 2 сердечник полюса ротора с катушкой обмотки возбуждения, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1 расположение катушки отрицательного возбуждения и крайних витков катушки возбуждения полюса; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 1 крепление демпферного сегмента наконечника полюса.

Предлагаемый полюс ротора содержит массивный цельнокованный полюс 1, на изолированный сердечник 2 которого насажена катушка 3 обмотки возбуждения. Катушка 3 выполнена из намотанной на ребро шинной меди 4 с межвитковой изоляцией 5 и образует при помощи термореактивного электроизолирующего связующего материала монолитную конструкцию. Между крайними витками катушки 3 и полюсным наконечником 6 с одной стороны и между крайними витками с противоположной стороны катушки и остовом 7 ротора размещены плоские катушки 8 и 9, предназначенные для отрицательного возбуждения в машинах с реверсивным бесщеточным возбуждением. Катушки 8 и 9 выполнены из ряда витков прямоугольного изолированного провода 10, изолированы по всему периметру термореактивной корпусной изоляцией 11. Катушка 3 полюса и катушки 8 и 9 отрицательного возбуждения сжаты между собой и поджаты к полюсному наконечнику 6 спиральными пружинами 12, что предохраняет их от радиального перемещения на сердечнике полюса при пуске и отключении машины.

В полюсе предусмотрена двусторонняя вентиляция катушки возбуждения внешней и внутренней поверхностей катушки путем выполнения увеличенного зазора между катушкой 3 и сердечником 2 полюса, в которых по длине полюса установлены дистанционные электроизоляционные прокладки 13, образуя вентиляционные камеры 14. В полюсном наконечнике 6 выполнен кольцевой паз 15 прямоугольного сечения вокруг сердечника 2 полюса со стороны прилегания катушки 8 отрицательного возбуждения. Паз 15 выполняется высотой не более 0,8 высоты катушки 8, чтобы исключить замыкание крайних витков катушки 3 на полюсный наконечник при возможных перенапряжениях, и используется для укладки в нем указанной катушки, при этом длина паза 15 по продольной оси полюса больше длины катушки на величину ее удлинения в рабочем режиме. Возможен вариант выполнения паза 15 без внешних боковых стенок 16 на прямолинейном участке по продольной оси полюса. Демпферные сегменты 17 жестко соединены с торцовыми частями 18 полюсного наконечника 6, например, при помощи резьбового соединения (или болтов 19).

Катушка 3 возбуждения полюса выполнена с увеличенным числом витков по сравнению с катушкой полюса известной конструкции и большей высотой на величину высоты паза 15, при сохранении высоты сердечника полюса и полюсного наконечника.

Предлагаемое исполнение полюса ротора позволяет увеличить мощность электрической машины путем выполнения катушек полюсов обмотки возбуждения с увеличенным числом витков при относительно незначительном увеличении потерь в обмотке из-за сохранения высоты полюсов и уменьшения рассеяния магнитного потока между полюсами. При этом сохраняется конструкция крепления полюса к остову ротора при относительно небольшом увеличении центробежной силы только катушки полюса по сравнению с увеличением высоты сердечника и катушки полюса известного исполнения.

Данное исполнение может быть применено в крупных синхронных компенсаторах мощностью 50-100 МВА с водородным охлаждением, у которых обмотка возбуждения более нагружена в тепловом отношении, чем у других синхронных машин такой же мощности. Увеличение числа витков катушек обмотки возбуждения позволяет снизить потери и нагрев обмотки.