ротор синхронной явнополюсной электрической машины

Формула изобретения

РОТОР СИНХРОННОЙ ЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий ярмо, полюсы, выполненные частично шихтованными в направлении, параллельном оси вращения машины, с расположением пакета листов между массивными нажимными плитами, массивные наконечники, немагнитные прокладки, размещенные в ярме под центральной частью полюсов, немагнитный вал, отличающийся тем, что обращенные друг к другу нажимные плиты соседних полюсов и соответствующий им сектор ярма выполнены за одно целое, а массивные наконечники прикреплены к нажимным плитам посредством болтов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для создания новых модификаций крупных, массивно-полюсных синхронных машин с улучшенными характеристиками рабочего режима.

Известен ротор синхронной явнополюсной машины, содержащий полюсы, выполненные из цельной, массивной стали, и использующий ту или иную разновидность крепления этих полюсов к ярму ротора (например, болтовое или когтеобразное крепление).

Известен также ротор синхронной явнополюсной машины, содержащий массивные полюсы, сердечники которых составляют (полностью или частично) единое целое с ярмом ротора. При этом, полюсные наконечники к полюсным сердечникам (а во втором случае, две части полюсных сердечников друг к другу), как правило, крепятся болтами.

Отмеченные выше разновидности роторов с массивными полюсами, отличающиеся высокой механической прочностью и жесткостью конструкций (включая, используемые в них, вариации крепления полюсов к ярму ротора), вместе с тем характеризуются и определенными недостатками.

Реактивный момент, порождаемый различием магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям машины, и развиваемый синхронной явнополюсной машиной, в случае использования в ней конструкции любого из вышеупомянутых роторов, будет определяться лишь относительно большим воздушным зазором междуполюсного пространства. Кроме того, выполнение указанных роторов с цельными, массивными полюсными наконечниками, обусловит в последних повышенные поверхностные потери мощности и вызовет ухудшение КПД электрической машины.

Известен ротор синхронной явнополюсной машины, содержащий полюсы, выполненные частично-шихтованными, в направлении параллельном оси вращения машины, с расположением пакета листов между массивными нажимными плитами, воздушно-изоляционные стыки между полюсами и ярмом, сочленения массивных плит с ярмом ферромагнитными Т-образными хвостами. Воздушно-изоляционные зазоры, существующие между отдельными листами пакета указанных полюсов, а также аналогичные зазоры между этими полюсами и ярмом ротора способны, путем заметного усиления различия между вышеупомянутыми магнитными проводимостями по сям, обеспечить достижение ощутимо большей величины реактивного момента, развиваемого синхронной машиной с подобным ротором, по сравнению с синхронными машинами, выполняемыми с роторами вышеотмеченных конструкций.

Однако принятые в данной конструкции ротора, сочленения массивных плит с ярмом (посредством ферромагнитных Т-образных хвостов), совместно с цельным, массивным (либо поперечно-шихтованным) ярмом ротора, образуют (в рамкам отдельных полюсов) достаточно сильные шунтирующие магнитные ветви "массивная плита - ярмо - массивная плита" и ощутимо уменьшают вышеупомянутый эффект повышения реактивного момента синхронной явнополюсной машины.

Вместе с тем, необходимо заметить, что выполнение средней части полюсов данного ротора шихтованной, обусловит заметное снижение потерь мощности на поверхности полюсных наконечников и обеспечит повышение КПД машины.

Известен ротор синхронной явнополюсной машины, содержащий полюсы, выполненные частично-шихтованными, в направлении параллельной оси вращения машины, с расположением пакета листов между массивными нажимными плитами, воздушно-изоляционные стыки между полюсами и ярмом, немагнитные сочленения нажимных плит с ярмом (например, посредством немагнитных двутавровых балок и немагнитных прослоек), радиальные зазоры (немагнитные прослойки) в ярме, под центрами полюсов.

Предложенные в данной конструкции ротора немагнитные сочлечения массивных плит с ярмом позволяют путем ощутимого ослабления вышеупомянутых шунтирующих магнитных ветвей заметно повысить величину реактивного момента, развиваемого синхронной явнополюсной машиной (сравнительно с машиной, оснащенной ротором предыдущей конструкции).

Как показали расчеты, у синхронных явноплюсных машин, мощностью 400-600 кВт, указанное превышение реактивного момента достигает 12-15% (при зазоре между полюсами и ярмом, равном 0,16-0,20 мм).

Радиальные зазоры в ярме ротора, вызывающие последующее ослабление вышеуказанных шунтирующих магнитных ветвей, обеспечивают дальнейшее возрастание величины реактивного момента. Как показали расчеты, реализация таких зазоров на роторах вышеупомянутых крупных синхронных явнополюсных машин, позволит дополнительно повысить их реактивный момент на 4-6% (при радиальном зазоре, равном 2,0 мм). Необходимо отметить, что применение такого ротора позволит повысить статическую перегружаемость синхронной машины, а также ослабить размагничивающее влияние поля поперечной реакции якоря на магнитное поле возбуждения в насыщенной машине.

В то же время конструкция известного ротора характеризуется и определенными недостатками.

Используемые здесь немагнитные сочленения нажимным плит с ярмом усложняют технологию и повышают трудоемкость изготовления такого ротора, снижают механическую прочность и жесткость конструкции. Кроме того, воздушно-изоляционные зазоры указанных сочленений, обусловливая заметное ухудшение проводимостей на пути замыкания магнитного потока возбуждения, приводят к необходимости соответственно увеличения тока возбуждения машины.

Цель изобретения - уменьшение тока возбуждения машины, упрощение технологии и снижение трудоемкости изготовления, повышение механической прочности и жесткости устройства, без ухудшения основных характеристик рабочего режима синхронной машины.

Указанная цель достигается тем, что в известном роторе, имеющем полюсы, выполненные частично-шихтованными, в направлении параллельном оси вращения машины, с расположением пакета листов между нажимными плитами, воздушно-изоляционные стыки между этими пакетами и ярмом, радиальные зазоры (немагнитные прокладки) в ярме, под центрами полюсов, немагнитный вал, каждая, отдельная пара сердечников смежных нажимных плит соседних полюсов, совместно с соответствующим им сектором ярма, реализована в виде единой, массивной конструкции, а массивные наконечники нажимных плит к сердечникам последних прикреплены болтами.

На чертеже показан ротор синхронной явнополюсной машины с частичным поперечным разрезом.

Ротор содержит следующие основные структурные элементы: цельная, массивная конструкция 1, заключающая в себе пару сердечников 2 смежных нажимных плит 3 соседних полюсов 4 и соответствующий им сектор 5 ярма 6; пакет листов 7 полюса, шихтованный в направлении, параллельном оси вращения машины; массивный наконечник 8 нажимной плиты 3, прикрепленный к ее сердечнику 2 болтами 9; радиальный зазор 10 (с немагнитной прокладкой) в ярме ротора, под центром полюса 4.

Радиальные зазоры 10 расчленяют ярмо 6 на отдельные секторы 5, количество которых равно числу полюсов 4 ротора. На поверхности массивного наконечника 8, обращенной к воздушному зазору, с целью уменьшения потерь мощности от высших гармонических статора, осуществлено рифление. Скрепление конструкций 1 на участках полюсов производится шпильками 11, пропущенными через отверстия, предусмотренные в листах пакета 7. Гайки 12 утапливаются в тело массивных плит. Скрепление же на участках секторов 5 ярма 6 осуществляется болтовыми соединениями 13. Для этого на торцевых сторонах конструкций 1 предусмотрены выступы 14 с отверстиями. Этими же соединениями крепятся немагнитные прокладки, закладываемые в радиальные зазоры 10.

Работа синхронной машины рассматривается на примере двигателя), оснащенной ротором предложенной конструкции, осуществляется следующим образом.

Перед пуском машины обмотка возбуждения должна быть замкнута накоротко или через резистор. При включении обмотки статора на трехфазную сеть, токи статора создадут вращающее магнитное поле. Это поле, пересекая неподвижные полюсы 4 ротора, наведет в продольно расположенных листах пакета 7 и в массивных наконечниках 8 нажимных плит 3 вихревые токи, направленные параллельно оси вращения ротора и замыкающиеся у края этих наконечников в тангенциальном (вдоль дуги полюса) направлении при помощи замыкающих медных колец (на чертеже не показаны), помещаемых на торцевых поверхностях полюсных наконечников. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем возникает пусковой асинхронный электромагнитный момент, под действием которого ротор машины разгоняясь, достигнет частоты вращения, близкой к синхронной. При последующей подаче тока в обмотку возбуждения (путем подключения ее на источник постоянного напряжения) возникает синхронный электромагнитный момент, под действием которого машина, втянувшись в синхронизм, перейдет на синхронный (рабочий) режим работы.

При этом, указанный синхронный электромагнитный момент будет содержать две составляющие: основную - обусловленную магнитным потоком возбуждения и реактивную - порожденную различием магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям машины. Это различие магнитных проводимостей в синхронной машине с предложенным ротором будет определяться: воздушным зазором междуполюсного пространства, воздушно-изоляционными зазорами, существующими между отдельными листами пакета 7 полюса 4, а также радиальным зазором 10 в ярме, введенным в шунтирующую магнитную ветвь "массивная плита - ярмо - массивная плита". Устранение воздушно-изоляционных стыков (немагнитных сочленений) между нажимными плитами и ярмом обусловит уменьшение тока возбуждения машины, упрощение технологии и снижение трудоемкости изготовления предложенного ротора, а совместно с используемым здесь болтовым креплением массивных наконечников нажимных плит к сердечникам последних обеспечит повышение уровня механической прочности и жесткости конструкции устройства.

При этом отмеченный положительный эффект будет достигаться без ухудшения основных характеристик рабочего режима (КПД, значения реактивного момента и статической перегружаемости, уровень ослабления размагничивающего влияния поля поперечной реакции якоря на магнитное поле возбуждения в насыщенной машине) у синхронной явнополюсной машины (относительно синхронной машины), использующей ротор - прототип).

Так как в предложенной конструкции ротора (в отличие от ротора-прототипа), ослабление вышеупомянутых шунтирующих магнитных ветвей будет осуществляться исключительно радиальными зазорами (немагнитными прокладками) в ярме, то для достижения в синхронной машине с предложенным ротором соразмерного (с машиной, оснащенной ротором - прототипом) реактивного момента, потребуется большая величина радиального зазора в ярме.

Как показали расчеты, чтобы достичь такого же превышения реактивного момента, какое достигается в вышеупомянутых крупных синхронных машинах, при применении в них ротора - прототипа (с радиальными зазорами в ярме), в предложенном роторе потребуются радиальные зазоры (немагнитные прокладки) толщиной 6-8 мм. (56) Е. Видеман, В. Келленбергер" "Конструкции электрических машин", Л. , 1972 г. , с. 257, рис. 9-2 а, б.

Авторское свидетельство СССР N 782045, кл. Н 02 К 1/24, 1980.

Статья Н. В. Квачакидзе. Способ улучшения параметров синхронных явнополюсных машин. Электромеханика (изв. высших учеб. заведений), 1991, N 4, с. 39-50.