CN102414959B - 具有转子绕组头保持系统的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在若干MVA性能范围内的电机(10)，特别是一种异步电机，其中所述电机(10)包括围绕轴旋转并且具有转子绕组的转子，所述转子绕组被布置在转子片金属体中，并且在每一情况下，所述转子绕组包括位于所述转子片金属体外侧的暴露的绕组头(16)。所述绕组头设置有绕组头保持系统(29)，用于吸收运行期间出现的离心力。所述绕组头保持系统包括多个径向作用的保持元件(20、21)。由于所述保持元件(20、21)设置有锁定机构(22、23)，而所述锁定机构(22、23)对保持元件(20、21)进行固定以免其发生非预期的松动和/或在破裂情况下飞出，因此提高了电机的安全性。

Description

具有转子绕组头保持系统的电机

技术领域

本发明涉及电机领域。本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的电机。

背景技术

可以将功率范围为20MVA到500MVA的双馈异步电机用于变速的能量生产。这些电机以转子上的分布式三相绕组为特征。转子绕组包括嵌入在转子叠片槽中的各个条。在绕组头中连接这些单个条，从而形成绕组。条连接的布置均匀地分布在周围。由于转子的旋转，绕组头受到离心力的影响，为了抵抗离心力，必须借助于绕组头保持系统来对绕组头进行机械固定。大体上，现今已知三种类型的绕组头保持系统：

1、借助于钢帽来固定，在涡轮式发电机中采用这种固定方式。

2、围绕整个绕组头缠绕钢缆、金属丝或塑料膜来固定。

3、借助于螺栓、螺钉或U型支架来固定。

在图1中，以高度简化形式的截面再现了这样一种异步电机10。该异步电机10包括转子19，该转子19可以围绕轴18旋转，并且该转子19由具有相应定子绕组和定子绕组头17的定子叠片组14同心地环绕。转子19包括中心体11，该中心体11与位于每个端部的轴11′合为一体。中心体11被转子叠片组12包围，转子绕组13在转子铁芯组12中延伸。将用于向转子绕组13供应电流的滑环15布置在多个轴11′中的一个上。在图2（a）中再次示出了沿垂直方向被放大的转子绕组头16，该转子绕组头16配备了绕组头保持系统29。根据图2（a），该绕组头保持系统29装配了保持元件，所述保持元件以螺杆20、螺栓或类似物的形式径向贯穿转子绕组头16，并且所述保持元件装配了螺母21。

保持元件20、21吸收了在电机运行期间作用于转子绕组头16上的离心力，并且将离心力传递到布置在绕组头之下的转子的固体部分。在较长时间段的运行期间，沉重机械加载的保持元件20、21可能断裂或者以一些其它方式丧失它们的机械完整性。然而，螺母21或螺钉接头也可能变松，这样，保持元件20、21的功能丧失。如果作为该故障的部分，保持元件20、21中的一些变松并且向外甩出，则电机可能招致间接损坏，该损坏导致电机停机时间延长并由此导致高的间接成本。

在所有情况中，期望完全地避免保持元件20、21的这种故障，或者期望至少将间接损坏保持在限度以内。此外，如果能够及时地检测到绕组头中的异常变化，并且能够在早期关闭电机以便限制损坏或从一开始就避免损坏，这将是有利的。

发明内容

因此，本发明的目标是设计一种在介绍部分中提及的类型的电机，以便能够避免或至少限制由于离心力作用所导致的转子绕组头的损坏。

该目标由一种功率在若干MVA范围内的电机来实现，该电机尤其是异步电机，所述电机包括围绕轴旋转并且具有转子绕组的转子，所述转子绕组被布置在转子叠片组中，并且所述转子绕组具有在所述转子叠片组外侧暴露的绕组头，所述绕组头装配有绕组头保持系统，所述绕组头保持系统包括多个径向导向的保持元件，其特征在于，所述保持元件设置有锁定机构，所述锁定机构对所述保持元件进行固定以免非预期的松动和/或在断裂情况下飞出，

其中，所述保持元件被设计为螺杆或螺栓，所述螺杆或螺栓沿径向延伸穿过所述绕组头，并且所述螺杆或螺栓的外端设置有用于支持所述绕组头的螺母或螺钉头，

其中，所述锁定机构包括织物锁定装置，所述织物锁定装置在所述螺母或所述螺钉头的外侧上延展，特别是以织物带的形式在所述螺母或所述螺钉头的外侧上延展，所述织物锁定装置优选沿圆周方向与所述螺母或所述螺钉头的外侧紧密接触地在所述螺母或所述螺钉头的外侧上延展。

然而，锁定机构还可以包括金属丝锁定装置，所述金属丝锁定装置以金属丝的形式在螺母和/或螺杆或螺钉头的外侧上延展，所述金属丝锁定装置优选与螺母和/或螺杆或螺钉头的外侧紧密接触，并且沿圆周方向与螺母和/或螺杆或螺钉头的外侧紧密接触。

在该情况下，优选在所述保持元件上设置槽，在所述槽中插入所述金属丝锁定装置，所述金属丝锁定装置同时保护所述保持元件以免其扭曲。

本发明另一个实施例的特征在于，绕组头保持系统装配有监控机构，利用该监控机构能够监控绕组头的正常机能。

所述监控机构优选包括应变测量装置，所述应变测量装置对所述绕组头保持系统中的锁定机构的机械应变进行测量，并且将测量的机械应变传送到处理单元以用于评估。

附图说明

下文参考示例性实施例并结合附图来更详细地介绍本发明。在附图中：

图1示出了根据现有技术的具有定子和转子绕组以及用于转子绕组头的绕组头保持系统的异步电机的截面的极简化表示；

图2以两个部分图的方式示出了：在垂直方向上放大的图1的转子绕组头的截面（图2a）和根据本发明不同示例性实施例的用于保持元件的两种类型的安全装置（图2b）；

图3以两个部分图的方式示出了：根据本发明另一示例性实施例的包括螺杆和螺母的保持元件的金属丝锁定装置的截面图（图3a）和平面图（图3b）；

图4以示例的形式示出了将监控机构并入到根据本发明另一示例性实施例的保持系统；以及

图5示出了与图4的监控机构一起工作的监控装置的示意图。

具体实施方式

根据本发明，必须将绕组头保持系统29的螺栓或螺钉固定在转子绕组头16中。如果根据图2a和图3的保持元件是具有螺母21的螺杆20，则必须固定螺母21以防止非预期的松动。然而，如果螺钉或螺栓意外地断裂，则必须对脱开的部分进行保持以防止对机器的损坏。

根据本发明，可以由金属丝（图2b中的金属丝锁定装置23）或织物（图2b中的织物锁定装置22）实现防止飞脱，所述金属丝或织物沿圆周方向在螺钉头或螺母21上延展。在正常操作中，螺钉（或螺杆20）不能沿径向活动。螺钉（或螺杆20）吸收的力是大的，这是因为这些螺钉（或螺杆20）必须能够承受由绕组头16的重量所导致的离心力。如果螺钉（或螺杆20）断裂，则仅有该脱开的螺钉的大多数碎片的离心力作用在安全装置上。该离心力相对较小。由于这一原因，可以借助于金属丝或织物来保持断裂的螺钉或螺杆20。可以将甚至在较高温度下都稳定的高抗撕裂的织物用作织物或织物带的合适材料。

虽然可以将根据图2b的织物锁定装置22的织物带设置在螺母21或螺钉头的宽度上，但是当使用金属丝锁定装置23时，能够有利的是提供槽24，根据图3，在槽24中放置金属丝锁定装置23，并且槽24沿着圆周方向在螺母21、螺杆20或者螺钉头中延伸。作为金属丝在槽24中延伸的结果，螺母21或螺栓无法转动。同时，防止金属丝本身滑动。

有利地，可以同时将监控与保持系统的保护结合在一起。该监控被用于保护电机。它对螺钉或螺栓的意外断裂或者转子绕组头16的不可接受的膨胀进行检测并且用信号表示，使得可以及时停止电机并且开始修理。为这一目的，根据图4和5，借助于合适的电子传感器（应变测量装置25）（例如借助于测压元件）来监控金属丝或织物带中的应变（张力）。如果由于断裂导致部分螺钉变松，则在金属丝（金属丝锁定装置23）中的机械应变增大，并且该机械应变能够被检测到。同时，传感器或应变测量装置25可以被直接集成到金属丝中并围绕圆周延伸（图4的顶部），或者由于传感器被布置为垂直于金属丝，因此传感器或应变测量装置25可以测量两根安全金属丝的应变（图4的底部）。此外，通过绕组条的交叉点，金属丝可以具有合适的挠曲，使得可以测量转子体内的应变。

将转子绕组头16中的不同传感器或应变测量装置25所测量的信号馈送到中央处理单元26中的适当监控装置（图5中的28），在该适当监控装置中对这些信号进行评估。如果在运行期间检测到绕组头保持系统29的安全装置的应变模式的异常改变，则输出信号到下游的显示单元27，并且将该信号显示在下游的显示单元27上。可以同时将信号馈送到电机的中央控制器，在该电机中，它能够发起自动停机，从而可以及时地检查电机。

附图标记列表

10电机（异步电机）

11中心体

11′轴

12转子叠片组

13转子绕组

14定子叠片组

15滑环

16转子绕组头

17定子绕组头

18轴

19转子

20螺栓

21螺母

22织物锁定装置

23金属丝锁定装置

24槽

25应变测量装置

26处理单元

27显示单元

28监控装置

29绕组头保持系统

Claims (4)

1.一种功率在若干MVA范围内的电机（10），所述电机（10）包括围绕轴（18）旋转并且具有转子绕组（13）的转子（19），所述转子绕组被布置在转子叠片组（12）中，并且所述转子绕组具有在所述转子叠片组（12）外侧暴露的绕组头（16），所述绕组头（16）装配有绕组头保持系统（29），所述绕组头保持系统（29）包括多个径向导向的保持元件（20、21），其特征在于，所述保持元件（20、21）设置有锁定机构（22、23），所述锁定机构（22、23）对所述保持元件（20、21）进行固定以免非预期的松动和/或在断裂情况下飞出，

其中，所述保持元件（20、21）被设计为螺杆（20）或螺栓，所述螺杆（20）或螺栓沿径向延伸穿过所述绕组头（16），并且所述螺杆（20）或螺栓的外端设置有用于支持所述绕组头（16）的螺母（21）或螺钉头，

其中，所述锁定机构（22、23）包括金属丝锁定装置（23），所述金属丝锁定装置（23）以金属丝的形式在所述螺母（21）和/或所述螺杆（20）或所述螺钉头的外侧上沿圆周方向与所述螺母（21）和/或所述螺杆（20）或所述螺钉头的外侧紧密接触地延展，其中所述金属丝锁定装置插入在所述保持元件中的槽中以保护所述保持元件（20、21）以免其扭曲，并且

其中，所述绕组头保持系统（29）装配有监控机构（25），所述监控机构（25）与所述金属丝锁定装置集成并且测量在所述锁定机构（22，23）中金属丝的机械应变，并且将所测量的机械应变传送到处理单元（26）以用于评估。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述锁定机构包括织物锁定装置（22），所述织物锁定装置（22）以织物带的形式在所述螺母（21）或所述螺钉头的外侧上沿圆周方向与所述螺母（21）或所述螺钉头的外侧紧密接触地延展，其中所述织物是高抗撕裂的织物。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的电机，其特征在于，所述监控机构（25）测量所述绕组头（16）的正常运行。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电机，其特征在于，所述电机是异步电机。