SU951570A1 - Ротор коллекторной электрической машины - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к эпектромаши нестроению и может найти применение в конструкции роторов ( корей) коппекторных эпектрических машин большой мощности (свыше 1ООО кВт), например транспортных электрических машин. Известна конструкци  ротора электрической машины, включающа  сердечник (магнитопровод) с расположенной на нем обмоткой, и торцовые элементы, охлаждаемые при помощи тепловых трубок 11Така  констру кци  ротора не обеспечи вает исключение температурных напр жений , обусловленных разницей в температуре торцовых элементов. Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому  вл етс  конструкци  ротора коллекторной электрической машины, имеюща  сердечник с расположенной на нем обмоткой и коллектор, содержащие аксиальные каналы дл  движени  охлаждающей среды. Охлаждение этой конструкции ротчра осушествл етс  путем продувани  охчаждаюшего воздуха через аксиальные каналы коллектора и сердечника от независимого вентил тора 21. i Недостатки этой конструкции ротора заключаетс  в том, что мощность электрической машины ограничена, что обусловлено высокими температурными напр жени ми в коллекторе (свыше 2О% от напр жений ,-обусловленных силами арочного распора), ограничивающими допустимую нагрузку мащины, и низкой эффективностью теплоотдачи от середечника с обмоткой к вентилирующему в аксиальных каналах воздуху (теплоотдача к воздуху менее эффективна, чем к жидкости); в коллекторе возникают значительные температурные напр жени , обусловленные большой разностью температуры меди круговой арки коллектора и стального корпуса (температура меди в продолжительном номинальном режиме отличаетс  от температуры корпуса более чем в 5 раз) и коэффициентов температурного расширени  этих элементов конструкции колч лектора (коэффициенты температурного 305 раглиирюни  меди и стапи отпичаютс  более , чем в 1,5 раза), 11опь изобретени  - снижение величины температурных напр жений в коппекторе и повышение мощности эпектрической машины. Поставгтенна  цель достигаетс  тем, что в конструкции ротора, имеющей сердечник с расположенной на нем обмоткой и коллектор, содержащие аксиапьньге ка- налы дл  движени  охлаждающей среш, ротор -снабжен тепловыми трубками, холодные участки которых закреплены на поверхности корпуса коппектора, в гор чие участки расположены в сердечнике вдоль обмотки. При этом участки длины тепловых тру бок на коллекторе и в сердечнике размещены параллельно и пи под углом к оси ротора ка разном радиусе от оси. Предпочтительным  вл етс  размещение участ ков тепловых трубок под углом от 5 до 60 к оси ротора. Па чертеже изображен ротор предлагаемой конструкции, продольный разрез Ротор имеет сердечник 1 с расположенной на нем обмоткой 2 и коллектор, состо щий из комплекта металлических коллекторных пластин 3, корпусной изоп  дни 4 и металлического корпуса 5 с аксиальными каналами 6. Комппекщ коллекторных пластин 3 электрически соединен с обмоткой 2 сердечника 1, содержащего аксиальные каналы 7. Сердечник 1 с обмоткой 2 и корпус 5 коллектора размещены на обшем валу 8. Ротор снабжен тепловыми трубками 9 , длина которых соответствует длине ротора, размещенными симметрично по длине его окружности Кажда  теплова  трубка имеет заглушенные концы {А, С) и заполнена теплоноси телам. Один участок длины каждой тепло вой трубки (АВ) закреппен.на поверхности корпуса коллектора, а другой участок длины каждой тепловой трубки (ВС) расположен в сердечнике вдоль его обмотки. Тепловые трубки, копичество и размеры которых определ ют тепловым расчетом электрической машины, закладывают в сердечник при сборке ротора и закрепл ют , например, путем сварки. Дл  этого чтобы разместить участки тепловых трубок Б сердечнике, в нем изготавливают отверсти , размер и расположение кото рых определены размером и расположением этого участка длины тепловых трубок. После установки собранного коллектора на вал ротора холодные участки длины тепловых трубок закрепл ют на поверхнос 04. ти корпуса коллектора, например, путем сварки. Охлаждение сердечника с обмоткой и передачи тепла к корпусу коллектора происходит за. счет изменени  агрегатного состо ни  теплоносител  в тепловых трубках . Тепло, выдел ющеес  на рабочей поверхности пластин коллектора и в проводниках обмотки, нагревает эти элементы конструкции и передаетс  путем теплопропроводпости к корпусу коллектора и сердечнику . В св зи с большой толщиной корпусной изол ции 4 коллектора, рассчитанной на полное рабочее напр жение машины (свыше 1ООО В) и низким коэффициентом ее теплопроводности (О,О02 Вт/см ), температура корпуса 5 коллектора всегда ниже, чем комплекта коллекторных пластин 3 (более, чем в 5 раз).Охлаждение корпуса коллектора при вращении путем теплоотдачи с поверхности к воздуху еще более увеличивает разницу в температурах меди круговой арки коллектора и корпуса. Температура проводников обмотки, закрытых изол цией, всегда выше (почти в 3 раза), чем температура комплекта- коллекторных пластин, рабоча  поверхность которых открыта дл  доступа охлаждающего воздуха. Температура сердечника ротора выше (почти в Ю раз) чем температура корпуса коллектора Так как ротор снабжен тепловыми трубками, то теплоноситель (например вода , ацетон, метанол и другие), заполн ющий тепловые трубки, .испар етс  на гор чем участке длины трубок (ВС). Более т жела  жидка  фаза теплоносител  под действиемцентробежных сил перемещаетс  на гор чие участки (ВС) длины тепловых трубок, расположенные на большем радиусе от оси ротора (центробежна  сила пропорциональна весу, радиусу и квадрату частоты вращени ), вытесн   оттуда более легкую газообразную фазу теплоносител  на холодные участки (АВ) длины тепловых трубок, расположенные на меньшем радиусе от оси. На холодном участке длины тепловых трубок происходит кон- . денсаци  газообразной фазы теплоносител  и передача тепла более холодному корпусу. коллектора. Образующа с  на холодном участке дпины тепловых трубок ишдка  фаза теплоносител  под действием центробежных сил перемещаетс  на гор чий участок длины тепловых трубок, где забирает-тепло от сердечника и испар етс . Таким образом происходит непрерывный процесс отвода тепла от сердечника с обмоткой и передача тепли корпусу кол5 . - 951

лектора. Температура корпуса коллектора выравниваетс  с температурой комппекта пластин (может быть и выше температуры пластин), что ведет к снижению температурных напр жетшй в коллекторе (воз-5 можно свести их до нул ). Температура сердечника с обмоткой снижаетс  и выравниваетс  с температурой элементов коллектора, что ведет к снижению температурных напр жений в роторю и позвоЛ - О ет повысить допустимую нагрузку машины и ее мощность без увеличени  габаритов (почти на 20%).

Технико-экономическа  эффективность предлагаемой конструкции ротора закпюча-15 етс  в следующем: без увеличени  габаритных размеров машины повышаетс  ее мощность (дл  машины мощности 100О кВт примерно на 15-20%); снижаетс  величина температурных напр жений в коллекто- 20 ре (почти на 2О%); повышаетс  интенсивость отвода тепла от обмотки и сердечника ротора.

706

Claims (2)

1. Патент Чехословакии № 158096, кл. 21 d 56/01, 1974.

2. Находкин М. Д. Проектирование т говых электрических машин, М., 1976 с. 527.