SE511960C2 - Anordning vid statorn i en roterande elektrisk maskin - Google Patents

Description

15 20 25 511 960 elektromagnetiska krafter och till följd av resonansfenomen, typiskt med en frekvens av dubbla nätfrekvensen.

En lösning av detta problem finns beskriven i svenska patentansökan 9602083-9, i vilken en anordning beskrivs, vid vilken separata distansorgan, såsom spárkilar, införs i mellanrummet mellan de fria ändarna av intill varandra liggande statortänder. En nackdel med denna lösning är att spàrkilarna lätt lossnar till följd av vibrationer i statorn samt pà grund av olika värmeutvidgning i statortänderna och spàrkilen.

Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa en ny lösning för att komma tillrätta med problemet med vibrationer i statortänderna vid den aktuella typen av växelströmsmaskiner, som ej är behäftad med nackdelarna hos den tidigare lösningen.

Detta syfte uppnås med en anordning av inledningsvis angivet slag med i patentkravet 1 angivna kännetecken samt med en maskin enligt patentkravet 10.

Genom att utforma minst en, styvhetshöjande brygga över varje statorspär i ett stycke med närbelägna statortänder, elimineras risken för att den, statortänderna i tangentiell led fixerande bryggan lossnar.

Enligt en fördelaktig utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är bryggan utformad vid spártoppen. Genom denna lokalisering av bryggan uppnår man den bästa mekaniska stagningen av statortänderna.

Enligt andra fördelaktiga utföringsformer av anordningen enligt uppfinningen kan emellertid bryggan även vara utformad över spåret på avstånd från spàrtoppen, alternativt kan ett flertal bryggor vara utformade över spåret pà olika avstånd fràn spártoppen. 10 15 20 25 30 511960 För att bryggan skall kunna uppta de i tangentiell led uppkommande belastningarna krävs, enligt ytterligare en fördelaktig utformning av anordningen enligt uppfinningen, att dess bredd i spárets riktning inte understiger en undre gräns av typiskt 2 - 3 mm.

Genom att på detta sätt sluta statorspáret kan maskinens elektriska egenskaper påverkas på ett negativt sätt genom att bryggan eller bryggorna ger upphov till ökad spàrläckning med ökat magnetiseringsbehov vid belastning som följd, dvs. en förlustökning i fältlindningen. Vidare påverkar ökad spàrläckning maskinens transienta reaktans.

Slutningen av spàren reducerar också spárövertonerna i luftgapsflödet, så att endast en bråkdel, typiskt 5-15%, återstår av tonerna vid öppet spår. Härigenom försvinner i allt väsentligt av spárövertonerna magnetiskt orsakat ljud.

För att reducera den ovan nämnda ökningen av magnetiseringsförlusterna vid slutna statorspàr är, enligt fördelaktiga utföringsformer av anordningen enligt uppfinningen, bryggan utförd, sä att dess magnetiska egenskaper avviker från de magnetiska egenskaperna hos statortänderna. Sålunda kan bryggan vara så utförd att den relativa magnetiska permeabiliteten i bryggmaterialet ligger nära värdet 1, till exempel genom att bryggan är perforerad eller genom att materialet i bryggan är bearbetat, till exempel laserbearbetat, för att sänka dess relativa magnetiska permeabilitet, företrädesvis till ett värde av i närheten av 1.

Uppfinningen är i första hand tänkt att användas vid, och dess fördelar är speciellt framträdande i, en roterande elektrisk maskin, vars statorlindningar är dragna genom spår i lO 15 20 25 30 511 960 statorn och lindningarna är lindade av högspänningskabel av ett slag, som innefattar en kärna med ett flertal kardeler, ett kärnan omslutande inre halvledande skikt, ett det inre halvledande skiktet omslutande isolerande skikt och ett det isolerande skiktet omslutande yttre halvledande skiktet, varvid högspänningskabeln har en diameter i intervallet 20 - 200 mm och en ledningsarea i intervallet 80 - 3000 mm? Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare med hänvisning till bifogade ritning, på vilken figur 1 visar en spårdelning hos statorn med ett öppet spår, figur 2 en spårdelning med ett utförande enligt föreliggande uppfinning, figur 3 visar ett alternativt utförande enligt uppfinningen och figur 4 visar i tvärsnitt den vid uppfinningen använda högspänningskabeln.

I figur 1 visas en spårdelning av plàtkärnan i statorn, innefattande ett spår 2 samt en del av statortänderna 4, 6 på vardera sidan om spåret 2. Spåren 2 är avsedda att uppta axiellt genom statorn förlöpande lindningskablar 12 och spåren 2 är normalt djupare i denna typ av växelströmsmaskin än i konventionellt utförda maskiner. Detta medför de ovan angivna nackdelarna med att statorn får låga egenfrekvenser och att det lätt uppstår svängningar i statortänderna 4, 6.

Som framgår av figur 1 är spåren 2 vid denna typ av maskin, till skillnad mot vad fallet är i konventionella generatorer, cykelkedjeliknande utformade med utbuktningar 10 mellan varje kabel 12 i de, mellan spåren 2 belägna tänderna 4,6, varigenom kabeln fixeras radiellt. Som följd härav kallas denna typ av spår ofta för ”halvslutet" spår till skillnad från konventionella, öppna, rektangulära spår med helt raka sidor ända ut mot luftgapet. 10 15 20 25 30 511 960 Späret 2 mynnar i luftgapet vid den s.k. spàrtoppen, till vänster i figur 1. Spàrets motsatta ände benämnes spärbotten.

För att komma tillrätta med de ovan diskuterade problemen med egensvängningar i statorn samt för att öka den tangentiella styvheten är, enligt uppfinningen, bryggor 14 utformade över spåren, se figur 2. Vid det i denna figur visade utförandet är en brygga anordnad vid spårtoppen och en brygga är anordnad ungefär vid spárets 2 mitt. Den ur mekanisk synvinkel effektivaste lokaliseringen av bryggan är vid spärtoppen, dock kan det vara befogat att utforma flera bryggor vid djupa spár och i vissa fall kan det vara önskvärt att ej ha någon brygga vid spàrtoppen utan endast vid längre in i spåret belägna ställen. Bryggan eller bryggorna 14 är utformade i ett stycke med de närbelägna statortänderna 4, 6. Den tangentiella fixering som uppnås med bryggorna 14 höjer egenfrekvensen och ger väsentligt ökad styvhet hos varje enskild tand liksom även ökad böjstyvhet i hela statorstommen. En annan väsentlig fördel är att de tangentiella, elektromagnetiska krafterna vid luftgapet, härrörande från rotorpolerna, fördelas jämt mellan tänderna.

För att bryggan eller bryggorna 14 skall ge erforderlig mekanisk stagning erfordras normalt att dess bredd d i spàrets 2 riktning inte understiger en undre gräns av typiskt 2 - 3 mm.

Såsom diskuterats ovan medför bryggorna 14 ökad spárläckning. Det ökade läckflödet begränsar kortslutningsströmmen vid en eventuell kortslutning och eliminerar eller åtminstone reducerar, spàrövertoner i luftgapsflödet. Den ökade spàrlâckningen medför emellertid ökade magnetiseringsförluster. Av den anledningen är bryggan eller bryggorna 14 med fördel utförda, så att deras magnetiska 10 l5 20 25 30 egenskaper avviker från de magnetiska egenskaperna hos statortänderna 4, 6. Bryggan är lämpligen så utförd, att den relativa magnetiska permeabiliteten i bryggmaterialet ligger i närheten av värdet 1. Detta kan åstadkommas genom perforering av bryggorna, såsom visas i figur 3, vid 16. Härvid måste man emellertid tillse att perforeringarna inte äventyrar bryggan eller bryggornas stabiliserande verkan. Alternativt kan den magnetiska permeabiliteten i bryggmaterialet sänkas genom lämplig bearbetning av materialet, såsom laserbehandling.

I figur 4 visas en tvärsnittsvy av en högspänningskabel 29, som används vid den roterande elektriska maskinen enligt uppfinningen. Högspänningskabeln 29 innefattar ett antal kardeler 31 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar. Dessa kardeler 31 är anordnade i mitten av högspänningskabeln 29. Runt kardelerna 31 är ett första halvledande skikt 32 anordnat. Runt det första halvledande skiktet 32 är ett isolationsskikt 33, t ex PEX-isolation, anordnat, och runt isolationsskiktet 33 ett andra halvledande skikt 34.

Claims (12)

10 15 20 25 30 511 960 BAIENIKEA!

1. Anordning för höjning av den mekaniska styvheten och egenfrekvensen hos statorn i en roterande elektrisk maskin, vilken stator mellan de lindningen upptagande spåren har statortänder, vars fria ändar är belägna vid luftgapet mellan statorn och rotorn, kånnetecknad av att minst en, styvhetshöjande, i ett stycke med närbelägna statortänder utformad brygga är anordnad över varje statorspàr för att mekaniskt fixera statortänderna i tangentiell led.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att bryggan är utformad vid spártoppen.

3. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att bryggan är utformad över spåret på avstånd från spártoppen.

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att bryggans bredd i spårets riktning inte understiger en undre gräns av typiskt 2 - 3 mm.

5. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att ett flertal bryggor är utformade över spåret på olika avstånd från spártoppen.

6. Anordning enligt något av kraven 1 - 5, kânnetecknad av att bryggan är utförd, så att dess magnetiska egenskaper avviker från de magnetiska egenskaperna hos statortänderna.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att bryggan är så utförd, att den relativa magnetiska permeabiliteten i bryggmaterialet ligger nära värdet 1.

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad av att bryggan är perforerad.

9. Anordning enligt något av kraven 6 - 8, kännetecknad av att materialet i bryggan är bearbetat för att sänka dess magnetiska permeabilitet. 10 15 511 960

10. Roterande elektrisk maskin med lindningar dragna i spår i statorn, kännetecknad av att lindningarna är lindade av högspänningskabel samt att maskinen är försedd med en anordning enligt något av kraven 1 - 9.

11. ll. Maskin enligt krav 10, kännetecknad av att högspänningskabeln är av ett slag, som innefattar en kärna med ett flertal kardeler, ett kärnan omslutande inre halvledande skikt, ett det inre halvledande skiktet omslutande isolerande skikt och ett det isolerande skiktet omslutande yttre halvledande skikt.

12. Maskin enligt krav ll, kännetecknad av att högspänningskabeln har en diameter i intervallet 20 - 200 mm och en ledningsarea i intervallet 80 - 3000 mmz.