BRPI1013541B1 - máquina elétrica rotativa, especialmente máquina assíncrona de dupla alimentação na faixa de potência entre 20 mva e acima de 500 mva - Google Patents

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Meyer Bruno
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Okai Ricardo
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Alstom Hydro France
Alstom Renewable Technologies
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Abstract

máquina elétrica rotativa, especialmente máquina assíncrona de dupla alimentação na faixa de potência entre 20 mva e acima de 500 mva a presente invenção refere-se a uma máquina elétrica rotativa, especialmente uma máquina assíncrona de dupla alimentação, na faixa de potencial entre 20 e 500 mva que abrange um rotor, girando ao redor de um eixo, concentricamente envolto por um estator, sendo que o rotor apresenta um corpo de chapa de rotor (14) com estruturação em camadas que axialmente comprido para um composto de chapas, o qual, radialmente, está dividido em uma região mecânica interna (14b) e em uma região (14a) elétrica externa e no qual está previsto na região elétrica (14a) um enrolamento de rotor (18). no caso de uma máquina deste tipo, a fixação axial do corpo de chapa do rotor será otimizada pelo fato de que o corpo de chapa do rotor (14), na região mecânica (14b), está comprimido axialmente por pinos de ruptura (22) que transfixam o corpo de chapa do rotor (14), e, na região elétrica (14a), é comprimido por outros pinos (21).

Description

“MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA, ESPECIALMENTE MÁQUINA ASSÍNCRONA DE DUPLA ALIMENTAÇÃO NA FAIXA DE POTÊNCIA ENTRE 20 MVA E ACIMA DE 500 MVA”
Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se ao campo da produção de energia elétrica, abrange uma máquina elétrica rotativa, especialmente uma máquina assíncrona de dupla alimentação, na faixa de potência entre 20 mva e acima de 500 mva de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
Antecedentes da Invenção [002] Maquinas assíncronas de dupla alimentação podem ser empregadas na faixa de potência de 20 mva até acima de 500 mva para produção de energia com rotações variáveis. Estas máquinas se destacam por um rolamento trifásico distribuído no rotor. O enrolamento do rotor consiste em varas individuais as quais estão integradas em ranhuras no pacote de chapa do rotor. No cabeçote de enrolamento as diferentes varas serão unidas em um enrolamento. A alimentação das correntes se verifica ao menos através de três anéis coletores que estão presos no eixo na extremidade da máquina. Um recorte de uma máquina deste tipo está reproduzido na figura 1 em uma forma acentuadamente simplificada. A máquina assíncrona 10 apresentada na figura 1 possui um eixo de máquina 13. Girável ao redor deste eixo 13 encontra-se um corpo central 11 com um eixo no qual estão dispostos os anéis coletores 12. Ao redor do corpo central11 está disposto o corpo de chapa do rotor 14 ao qual se segue abaixo de um cabeçote de enrolamento 16 do enrolamento do rotor uma borda auxiliar 20. Os corpos de chapa do rotor 14 está concentricamente circundado por um corpo de chapa de estator 15, no qual está condicionado um enrolamento de estator que na extremidade do corpo se salienta para o exterior com um cabeçote de enrolamento de estator 17. O corpo de chapa do rotor 14 está reproduzido em um recorte ampliado na figura 2.
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2/9 [003] Como os rotores de máquinas assíncronas de dupla alimentação possuem um enrolamento de rotor 18, este terá de ser protegido contra as forças centrífugas incidentes. Por um lado, o pacote de chapa do rotor serve para acolher essas forças, definindo ao mesmo tempo o percurso do fluxo magnético. A borda auxiliar 20 serve para receber as forças centrifugas atuantes sobre a cabeça do enrolamento do rotor 16. A borda auxiliar 20, como também o corpo de chapa do rotor 14, consiste em chapas em camadas que são prensadas em direção axial para formar um composto. É conhecido no caso empregar uma placa prensada 19 que distribui a pressão de prensagem pelos pinos 21, 22, sobre as chapas do pacote de chapas do rotor (vide, por exemplo, o documento DE- A1 -195 13 457 ou DE-A1 - 10 2007 000 668).
[004] Diferentes requisitos são formulados ao corpo de chapa de rotor 14. Na figura 2 está representada a subdivisão principal em uma região elétrica 14 a e uma região mecânica 14b. Por um lado, entre os dentes deverá existir suficiente pressão axial entre as camadas das chapas para garantir a homogeneidade do corpo. Para evitar vibrações as camadas não podem se afrouxar, porque movimentos relativos entre os dentes e o enrolamento do rotor 18 poderiam danificar o isolamento. Por outro lado, a pressão não poderá ser demasiado intensa para evitar danos nas camadas isolantes entre as diferentes chapas porque esses danos resultariam em perdas maiores. Na região 14 b a pressão axial deve ser mais alta do que na região 14a elétrica a fim de obter uma determinada força de fricção entre as chapas.
Descrição da invenção [005] Constitui, portanto objetivo da invenção aprimorar de tal maneira uma máquina elétrica da espécie inicialmente mencionada, para que possam ser cumpridos de maneira mais aperfeiçoada os diferentes requisitos para a fixação do corpo de chapa dos rotores nas diferentes regiões.
[006] A tarefa será solucionada pela totalidade das características
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3/9 da reivindicação 1. É importante para a solução de acordo com a invenção que o corpo de chapa do rotor 14 esteja prensado na região mecânica por meio de pinos de ruptura que transfixam axialmente o corpo de chapa do rotor e que estejam prensados na região elétrica, por meio de outros pinos.
[007] Conforme uma outra modalidade da invenção, os outros pinos podem ser conformados por cavilhas de ancoragem que transfixam o corpo de chapa do rotor.
[008] Uma outra conformação da invenção se destaca pelo fato de que para distribuir a pressão de prensagem axial sobre o corpo de chapa do rotor, nas extremidades do corpo esteja sempre prevista uma placa de compressão e os demais pinos são conformados como pinos de pressão que pressionam por fora contra as placas de compressão.
[009] Quando especialmente na parte externas das placas de compressão estiver disposta uma borda auxiliar para apoio do cabeçote de enrolamento do rotor, os pinos de pressão podem estar vantajosamente acondicionados na borda auxiliar.
[010] Outra modalidade da invenção caracteriza-se pelo fato de que ao menos uma parte dos pinos de ruptura é conformada como pinos massivos.
[011] Mas também pode-se imaginar - e é vantajoso no tocante ao uso de diferentes materiais - que ao menos uma parcela dos pinos de ruptura seja conformada como pinos de várias sessões que abrangem um tubo externo e um pino e uma cavilha de ancoragem central que transfixa os tubos.
[012] Especialmente, nesta hipótese o tubo externo poderá estar subdivido em segmentos diferentes axialmente, a fim de poderem ser mantidas as tolerâncias exigidas de uma maneira melhor e para facilitar a estruturação e a montagem da máquina.
[013] É vantajoso, no caso, quando estes segmentos parciais
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4/9 estiverem providos nas extremidades com meios reciprocamente adequados para o alinhamento concêntrico dos segmentos parciais entre si.
[014] Outra modalidade da invenção se destaca pelo fato de que a placa de compressão está radialmente subdividida, de modo correspondente a subdivisão radial do corpo de chapa do rotor, compondo uma placa de compressão interna separada e uma placa de compressão externa separada, estando a placa de compressão interna e externa interacoplada de forma separável.
[015] Uma ampliação desta modalidade caracteriza-se pelo fato de que a placa de compressão externa, ao longo da circunferência, está subdivida em componentes circunferenciais individuais similares, sendo que os componentes circunferenciais da placa de compressão externa estão adjacentes com uma aresta dobrada reta contra a placa de prensagem interna e que os componentes circunferenciais da placa de compressão externa estão enganchados por meio de garras tipo martelo na placa de compressão interna.
Breve Descrição dos Desenhos [016] Em seguida a invenção será explicitada com base em exemplos de execução em conexão com o desenho. As figuras mostram:
a figura 1 em uma representação acentuadamente simplificada, um recorte de um motor assíncrono como é adequado para ser empregada a invenção;
a figura 2 em um recorte ampliado, a estruturação do corpo de chapa do rotor da máquina da figura 1, inclusive uma placa de compressão empregada para fixação do corpo da chapa do rotor com diferentes pinos, de acordo com o exemplo de execução da invenção;
a figura 3 em duas figuras parciais 3(a) e 3(b) dois tipos diferentes de pinos para a região elétrica do corpo de chapa do rotor;
a figura 4 a estruturação principal de um pino de ruptura de várias
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5/9 sessões;
a figura 5 em diferentes figuras parciais 5(a) a 5(d) diferentes tipos de meios de acoplamento para o alinhamento concêntrico dos segmentos parciais de um pino de ruptura com tubos subdivididos; e a figura 6 em vista superior, axialmente, um setor de uma placa de compressão para fixar o corpo de chapa do rotor de acordo com outro exemplo de execução da invenção.
Descrição de Realizações da Invenção [017] De acordo com a figura 2, para a fixação axial do corpo de chapa do rotor 14 são empregados diferentes tipos de pinos, ou seja, pinos de ruptura 22 e cavilhas de ancoragem 21.
[018] Os pinos de ruptura e as cavilhas de ancoragem 22, 21 servem para montar a desejada pressão no corpo de chapa do rotor 14. Para formar a pressão dos dentes, ou seja, na região elétrica 14 a, podem vir a serem empregados princípios básicos:
Pinos de ruptura:
[019] Os pinos de ruptura 21 na figura 1 e na figura 3a se projetam por todo o comprimento axial do corpo de chapa do rotor 14. Como os pinos de tração 21 se encontram na parte magnética ativa do corpo de chapa (intensa indução magnética), terão de estar eletricamente isolados. Para evitar uma solicitação mecânica do isolamento, estes pinos não podem ser solicitados quanto a cisalhamento. Através da tensão na cavilha de ancoragem 21, a pressão poderá ser (regulada) sobre a placa de compressão 19 e, portanto a pressão também nos dentes pode ser (regulada), (vide 29 na figura 6).
Pinos de compressão na borda auxiliar 20:
[020] Pinos de compressão 23 na borda auxiliar 20 podem ser usados no lugar das cavilhas de ancoragem 21 transfixante (vide figura 3b). Caso for usado um pino de pressão 23 na borda auxiliar 20, a transferência da pressão
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6/9 ocorre para região dos dentes do corpo de chapa do rotor através de um pino que está integrado na borda auxiliar 20. Entre o pino de pressão 23 e a placa de compressão 19 se encontra uma placa de compressão 25 e uma porca 24. Pela profundidade do atarraxamento do pino de pressão 23 na porca 24, poderá ser regulada a pressão sobre a placa de compressão 19 e, portanto, sobre os dentes.
[021] Os pinos de ruptura 22, por outro lado, cumprem duas tarefas: por um lado, servem para aplicação de pressão axial na região mecânica 14b do corpo de chapa do rotor 14. Por outro lado, precisam acolher forças de cisalhamento que surgem entre as chapas do corpo de chapa do rotor 14. Por esta razão, os pinos de ruptura 22 não podem estar isolados e, por conseguinte se encontram na borda interna na parte magneticamente de uso fraco da região mecânica 14b.
[022] As forças de cisalhamento ao serem transferidas definem as propriedades do material e o diâmetro (externo) dos pinos de ruptura 22. A pressão axial no corpo de chapa do rotor 14 será regulada pelo prolongamento dos pinos. Para poder assegurar não obstante o fenômeno de ajuste do corpo de chapa do rotor 14 uma pressão residual suficiente no corpo de chapa do rotor 14, é necessária um determinado prolongamento mínimo no estado incipiente. No caso de diâmetros grandes de pinos, isto pode resultar em pressões muito altas.
[023] É vantajoso, portanto, de acordo com a figura 4, empregar em vez de pinos massivos, tubos de parede grossa 27 juntamente com cavilhas de ancoragem centrais 26, que se estendem na direção da perfuração dos tubos 27. As forças de cisalhamento a serem transferidas definem as propriedades de material e os diâmetros dos tubos. No caso as forças de cisalhamento serão aceitas pelos tubos 27. A pressão a ser alcançada no corpo de chapa do rotor será regulada através do prolongamento das cavilhas de ancoragem 26 centrais.
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Como os diâmetros destas varas são menores do que nos pinos macios, no seu prolongamento podem ser alcançadas pressões grandes suficientes. Uma determinada desvantagem da solução inerente aos tubos 27 e cavilhas de ancoragem centrais reside na elevada exigência contra a precisão das perfurações nos tubos 27. Especialmente nas máquinas mais longas é muito complexo alcançar as tolerâncias exatas que são exigidas. A mesma ideia, todavia, também pode ser concretizada com tubos 27 axialmente divididos. No caso, o tubo 27 é subdivido em vários segmentos parciais (27a na figura 5) que podem ser produzidos de modo especialmente mais fácil dentro das tolerâncias exigidas. Além disso, esta variante de execução facilita o processo da estruturação e da montagem da máquina. Para que os diferentes segmentos parciais 27a estejam adequadamente alinhados concentricamente uma em relação à outra, as extremidades, de acordo com a figura 5, podem ter filetes de rosca (figura 5d) estando defasados (figura 5c) ou chanfrados (figura 5b), ou se estreitam conicamente (figura 5a), sendo também viável numa combinação dessas soluções.
[024] Os requisitos contraditórios formulados quanto ao componente elétrico e mecânico 14a, ou seja, 14b do corpo de chapa do rotor 14, podem ser logrados ainda mais aperfeiçoada através da conformação dos pinos, ultrapassando a conformação dos pinos e prevendo uma placa de compressão 19 radial separada. A figura 6 constitui uma representação esquemática de um exemplo de execução da placa de pressão 19 em vista superior em direção axial. Tanto na direção radial como também parcialmente na direção circunferencial, a placa de compressão 19 está subdivida em uma placa de compressão 19a separada interna e em uma placa de compressão 19b separada externa. A placa de compressão externa 19b por sua vez está circunferencialmente subdividida em componentes circunferenciais individuais. Pela subdivisão da placa de compressão 19 em um componente interno em
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8/9 vários componentes externos 19a, 19b, consequência da subdivisão do corpo de chapa do rotor 14 em uma região mecânica 14b e em uma região elétrica 14a, poderá ser otimizada de modo separado, para as diferentes regiões do corpo de chapa do rotor 14, a forma e a maneira da fixação axial.
[025] Para poder alcançar uma inclinação controlada a placa de compressão externa 19b, a separação entre a placa de compressão 19a, 19b externa e interna terá de apresentar, em segmentos, uma aresta de inclinação 28 retilínea. Pela separação radial da placa de compressão 19 torna-se possível alcançar diferentes pressões na região elétrica e mecânica 14a, 14b do corpo de chapa do rotor 14.
Relação numérica de componentes máquina assíncrona corpo central (com eixo) anel coletor eixo corpo de chapa do rotor
14a região elétrica
14b região mecânica corpo de chapa do estator cabeçote de enrolamento do rotor cabeçote de enrolamento do estator enrolamento do rotor placa de compressão
19a placa de compressão interna
19b placa de compressão externa borda auxiliar cavilha de ancoragem pino de ruptura
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9/9 pino de pressão porca placa de pressão pino de ancoragem central tubo
27a segmento parcial aresta de inclinação dente

Claims (9)

1. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA, especialmente máquina assíncrona (10) de alimentação dupla, na faixa de potência entre 20 MVA e acima de 500 MVA, que abrange um rotor (11, 14) que gira ao redor de um eixo (13), sendo concentricamente envolvido por um estator (15, 17), sendo que o referido rotor (11, 14) apresenta um corpo de chapa de rotor (14) que é constituído de chapas em camadas e axialmente comprimidas por um composto, o qual, em direção radial, está subdivido em uma região mecânica interna (14b) e uma região (14a) elétrica externa e no qual, na região elétrica (14a), está integrado um enrolamento de rotor (18), o corpo de chapa do rotor (14) é comprimido, na região mecânica (14b), através de pinos de rupturas (22) que transfixam axialmente o corpo de chapa do rotor (14), e, na região elétrica (14a), por meio de outros pinos (21, 23);
caracterizada por ao menos uma parcela dos pinos de corte (22) ser conformada como pinos de várias sessões que abrangem um tubo externo (27) e uma cavilha de ancoragem (26) central que transfixa o tubo (27).
2. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos demais pinos serem conformados como pinos tracionadores (21) que transfixam axialmente o corpo de chapa do rotor (14).
3. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com a reivindicação
1, caracterizada por para distribuir a pressão de compressão axial sobre o corpo de chapa do rotor (14) nas extremidades do corpo estar prevista uma placa de compressão (19) e outros pinos são conformados como pinos de pressão (23) que pressionam por fora contra as placas de compressão (19).
4. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por além das placas de pressão (19) estar prevista uma borda auxiliar (20) para apoio do cabeçote de enrolamento do rotor (16) e os pinos de pressão (23) estão acondicionados na borda auxiliar (20).
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5. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por ao menos uma parcela de pinos de corte (22) ser conformada como pinos massivos.
6. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos tubos externos (27) estarem axialmente subdivididos em vários segmentos parciais (27a).
7. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com a reivindicação
6, caracterizada pelos segmentos parciais (27a) nas extremidades estarem providos de meios reciprocamente ajustados para o alinhamento concêntrico dos segmentos parciais entre si.
8. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pela placa de compressão (19) estar radialmente subdividida de modo correspondente à subdivisão radial do corpo de chapa do rotor (14), compondo uma placa de compressão (19a) interna separada e uma placa de compressão (19b) externa separada e as placas de compressão interna e externa (19a, 19b) estão interligadas de modo separável.
9. MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA de acordo com a reivindicação
8, caracterizada pela placa de compressão externa (19b) estar subdivida ao longo da circunferência em partes circunferenciais individuais similares e as partes circunferenciais da placa de compressão externa (19b) são adjacentes com aresta de inclinação (28) retilínea contra a placa de compressão interna (19a).
BRPI1013541A 2009-04-24 2010-04-20 máquina elétrica rotativa, especialmente máquina assíncrona de dupla alimentação na faixa de potência entre 20 mva e acima de 500 mva BRPI1013541B1 (pt)

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