RU2058648C1

RU2058648C1 - Rotor pole of salient-pole synchronous machine

Info

Publication number: RU2058648C1
Authority: RU
Inventors: В.З. Пекне; Ю.Н. Радченко
Original assignee: Акционерное общество "Уралэлектротяжмаш"
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: electromechanical engineering. SUBSTANCE: rotor pole is solid structure with damping segments attached to butt end of pole shoe. Single-row coil of field winding made of bus copper wound on edge with insulated turns is fitted onto insulated pole core. Cooling gaps are provided between inner sides of coil and pole core. Flat insulated negative-field coils are arranged between extreme coil turns and pole shoe as well as between extreme turns and rotor spider. Rectangular-section annular slot is made on pole shoe surface, on pole core side, around pole core, which accommodates negative-field coil. Slot height is not over 0.3 of this coil height and its length along transverse axis of pole is greater than coil length by its elongation value in hot state. EFFECT: improved power output of machine. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электромашиностроению, и может быть использовано в роторах крупных синхронных явнополюных электрических машин преимущественно с массивными полюсами. The invention relates to electrical engineering, in particular, to electrical engineering, and can be used in the rotors of large synchronous explicitly polar electric machines, mainly with massive poles.

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.A rotor pole of a synchronous open-pole electric machine is known, made massive, on the insulated core of which a single-row excitation coil is installed, and ventilation chambers are made between the inner sides of the coil and the core of the pole by installing remote insulating spacers in these zones along the pole length. The pole excitation coil is isolated from the pole piece and rotor core by fiberglass washers [1]
In large synchronous compensators with reverse brushless excitation, instead of these washers, flat isolated multi-turn coils of negative excitation are placed. Copper damper segments are connected to the ends of the pole piece, forming a closed damper system of rotor poles. Given the high current loads in the starting mode, the design of the damper system is essential for the reliable operation of the machine. The heating of the damper segments during start-up should not exceed 60-80 ^о С, and reliable contact between the damper segments and the pole piece should be ensured at an acceptable current density in the contact joint, which is the main condition for choosing the height of the pole piece [2]
The disadvantage of this pole design is that the presence of negative excitation coils mounted on the pole core and the high height of the pole tip lead to increased electromagnetic loads of the poles due to the limited number of turns in the coil for a given pole height.

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. The invention solves the problem of creating a rotor pole of a synchronous explicit pole electric machine having an increased number of turns of the excitation coil with a constant height of the pole core and pole tip, and, therefore, creating a synchronous explicit pole electric machine having an increased magnetomotive force and, consequently, the power of the machine.

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. To solve this problem, in the rotor pole of a synchronous explicit-pole machine, made massive and containing an insulated core, on which a single-row field coil is mounted, made of busbar copper wound on an edge, with turns insulated from each other, and a pole piece with damper attached to its ends segments and between the field coil and the core of the pole there are gaps for ventilation, between the extreme turns of the field coil and the pole piece, as well as extreme according to the invention, on the surface of the pole piece from the side of the pole core around the last there is made an annular groove of rectangular cross section, in which a negative excitation coil is located, while the height of the annular groove is not more than 0.8 of the height of this coil, and its length along the transverse axis of the pole is greater than the length of the negative excitation coil by the magnitude of its elongation in the heated state.

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. In FIG. 1 shows a massive rotor pole, cross section; in FIG. 2 rotor pole core with field coil, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 node I in FIG. 1 arrangement of the negative excitation coil and the extreme turns of the pole excitation coil; in FIG. 4 a section BB in FIG. 1 mount the damper segment of the pole end.

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. The proposed pole of the rotor contains a massive one-piece pole 1, on an insulated core 2 of which a coil 3 of the field winding is mounted. Coil 3 is made of busbar copper 4 wound around the rib with inter-turn insulation 5 and forms a monolithic structure using thermosetting electrically insulating binder material. Between the extreme turns of the coil 3 and the pole piece 6 on one side and between the extreme turns on the opposite side of the coil and the core 7 of the rotor are placed flat coils 8 and 9, designed for negative excitation in machines with reverse brushless excitation. Coils 8 and 9 are made of a series of turns of a rectangular insulated wire 10, insulated around the entire perimeter by thermosetting shell insulation 11. Coil 3 poles and coils 8 and 9 of negative excitation are compressed between each other and pressed against pole tip 6 by coil springs 12, which protects them from radial movements on the pole core during start-up and shutdown of the machine.

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). The pole provides for bilateral ventilation of the excitation coil of the external and internal surfaces of the coil by making an increased gap between the coil 3 and the core 2 of the pole, in which the distance electrical poles 13 are installed along the length of the pole, forming ventilation chambers 14. An annular groove 15 of rectangular cross section is made in the pole tip 6 around the core 2 of the pole from the contact side of the coil 8 of the negative excitation. The groove 15 is made with a height of not more than 0.8 of the height of the coil 8, in order to exclude the closure of the extreme turns of the coil 3 on the pole piece at possible overvoltages, and is used to lay the specified coil in it, while the length of the groove 15 along the longitudinal axis of the pole is longer than the length of the coil by its lengthening in an operating mode. A possible embodiment of the groove 15 without the outer side walls 16 in a rectilinear section along the longitudinal axis of the pole. The damper segments 17 are rigidly connected to the end parts 18 of the pole piece 6, for example, by means of a threaded connection (or bolts 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. The pole excitation coil 3 is made with an increased number of turns compared to the pole coil of a known design and a greater height by the height of the groove 15, while maintaining the height of the pole core and the pole tip.

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. The proposed design of the rotor pole allows you to increase the power of the electric machine by making the poles of the field winding poles with an increased number of turns with a relatively small increase in losses in the winding due to the preservation of the height of the poles and reduce the scattering of magnetic flux between the poles. At the same time, the construction of the pole fastening to the rotor core is preserved with a relatively small increase in the centrifugal force of only the pole coil compared to the increase in the height of the core and pole coil of a known design.

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. This design can be used in large synchronous compensators with a capacity of 50-100 MVA with hydrogen cooling, in which the field winding is more thermally loaded than other synchronous machines of the same power. An increase in the number of turns of the field winding coils reduces the loss and heating of the winding.

Claims

A POLE OF A ROTOR OF A SYNCHRONOUS EXPLOSIVE ELECTRIC MACHINE, made massive and containing an insulated core, on which a single-row excitation coil is mounted, made of busbar copper wound on an electrically insulated coil, and a pole piece with damper segments attached to its ends, and the pole core there are gaps for ventilation, between the extreme turns of the field coil and the pole piece, as well as the extreme turns and the core of the rotor there are flat insulated negative excitation coils, characterized in that on the surface of the pole tip from the side of the pole core around the last there is made an annular groove of rectangular cross section, in which a negative excitation coil is located, the height of the annular groove is not more than 0.8 of the height of this coil, and its length along the transverse axis of the pole is greater than the length of the negative excitation coil by the magnitude of its elongation in the heated state.