Статор трехфазной двухполюсной электрической машины (варианты)

Статор трехфазной двухполюсной электрической машины (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании статоров двухполюсных электрических машин, например турбогенераторов.

Известен статор электрической машины, выбранный нами за прототип для первого и второго вариантов (патент РФ №2019897). Сущность технического решения заключается в применении 3-уровневой двухслойной катушечной обмотки. При этом половина пазов статорной обмотки выполняется на двухуровневую глубину - выполняются двухуровневые пазы, как для обычных двухслойных обмоток, а другая половина имеет глубину паза, соответствующую совместной высоте трех уровней (слоев) сторон катушек обмотки - выполняются трехуровневые пазы, причем первый (верхний) уровень остается свободным при укладке двухслойной обмотки. В двухуровневых пазах стороны катушек обмотки занимают оба уровня по высоте, а в трехуровневых пазах стороны катушек занимают два уровня, причем нижняя сторона катушки занимает нижний (3-й) уровень в пазу, а верхняя сторона катушки располагается на среднем уровне, т.е. находится на уровне нижней стороны катушки, уложенной в двухуровневый паз. Общим по конструкции с заявляемым изобретением является наличие трехуровневых и двухуровневых пазов и расположение двухслойной обмотки на трех уровнях. Возможность освобождения от необходимости отгиба верхних сторон катушек получается за счет применения трехуровневой укладки в трехуровневых пазах, расположенных подряд на одной половине расточки статора, и двухуровневых пазах подряд на другой половине расточки статора.

Недостатком в этом решении является то, что в каждой фазе обмотки появляется неодинаковое число углубленных (трехуровневых) и обычных (двухуровневых) пазов, что приводит к различию в величине магнитного пазового рассеяния отдельных фаз, что может привести к их неравномерному нагружению. Последнее обстоятельство для энергетических машин (турбогенераторов) неприемлемо. Кроме того, при необходимости изготовления сердечника статора из отдельных сегментов, которые обычно применяются для машин средней и большой мощности, применение конструкции сердечника с пазами разной глубины не представляется возможным из-за невозможности сдвига между слоями сегментов вперекрой.

Техническим результатом заявляемого изобретения по первому варианту является достижение возможности изготовления сердечника статора из шихтованных листов сегментов при обеспечении высокой технологичности укладки статорной обмотки.

Техническим результатом заявляемого изобретения по второму варианту является достижение возможности изготовления сердечника статора из шихтованных листов сегментов и возможность укладки вспомогательной обмотки при обеспечении высокой технологичности укладки статорной обмотки.

Технический результат изобретения по первому варианту достигается в заявляемом статоре двухполюсной электрической машины, содержащем трехфазную двухслойную трехуровневую катушечную обмотку и сердечник, одна половина пазов которого заполнена обмоткой верхнего и среднего уровней, а другая обмоткой нижнего и среднего уровней, выполнением сердечника статора из шихтованных сегментов активной стали, глубина всех пазов которого соответствует совместной высоте трех уровней обмотки, а на дно пазов с заполнением обмоткой верхнего и среднего уровней и в верхней части пазов с заполнением обмоткой нижнего и среднего уровней установлены изоляционные прокладки.

Технический результат изобретения по второму варианту достигается в заявляемом статоре двухполюсной электрической машины, содержащем трехфазную двухслойную трехуровневую катушечную обмотку, сердечник, одна половина пазов которого заполнена обмоткой верхнего и среднего уровней, а другая обмоткой нижнего и среднего уровней, выполнением сердечника статора из шихтованных сегментов активной стали, глубина всех пазов которого соответствует совместной высоте трех уровней обмотки, а на дне пазов с заполнением обмоткой верхнего и среднего уровней и в верхней части пазов с заполнением обмоткой нижнего и среднего уровней расположены вспомогательные обмотки.

Для обеспечения полной симметрии всех фаз обмотки статора электрической машины расположение пазов в сердечнике статора выполняют так, что за группой пазов, заполненных обмоткой верхнего уровня, равной числу пазов на полюс и фазу, следует группа пазов, заполненных обмоткой нижнего уровня, равная числу пазов на полюс и фазу, при этом фазные зоны обмотки, образуемые одной из сторон каждой катушки, совпадают с расположением групп пазов с верхним уровнем обмотки или групп пазов с нижним уровнем обмотки, а другие стороны всех катушек, определяемые сокращением шага обмотки, расположены на среднем уровне обмотки.

Сущность изобретений поясняется примером конкретного выполнения (фиг.1-3). На фиг.1 показано поперечное сечение статора с изображением трехуровневых пазов с уложенной в пазы двухслойной катушечной обмоткой, где 1-42, как и на фиг.4 и 5, обозначение номеров пазов в сердечнике статора; I, II, III, как и на фиг.4 и 5, обозначение уровней обмотки, а равным образом уровней пазов сердечника статора; А, В, С, А', В', С', как и на фиг.4 и 5, обозначение фазных зон обмотки статора. На фиг.2 показан поперечный разрез паза статора с уложенной на первом и втором уровнях двухслойной катушечной обмоткой и изоляционной прокладкой на третьем уровне. На фиг.3 - поперечный разрез паза статора с уложенной на втором и третьем уровнях двухслойной катушечной обмоткой и изоляционной прокладкой на первом уровне. На фиг.1 показана также схема укладки катушек в фазных зонах С и С', причем катушка, укладываемая в фазной зоне С, своей нижней стороной расположена на третьем (нижнем) уровне паза, а катушка, укладываемая в фазной зоне С', своей верхней стороной расположена на первом (верхнем) уровне паза. На фиг.4 представлена 1/2 часть схемы обмотки, расположенной в фазных зонах А, В, С, где показано, что все нижние стороны катушек указанных зон расположены на третьем (нижнем) уровне пазов, а верхние на втором (среднем) уровне пазов. На фиг.5 представлена 1/2 часть схемы обмотки, расположенной в фазных зонах А', В', С', где показано, что все верхние стороны катушек указанных зон расположены на первом (верхнем) уровне пазов, а нижние на втором (среднем) уровне пазов.

Новым по сравнению с прототипом является то, что глубина всех пазов выполнена одинаковой и соответствует совместной высоте трех уровней обмотки, двухуровневые пазы получены путем установки в свободный от обмотки третий (нижний) уровень пазов изоляционных прокладок высотой, равной одному уровню (высоте) катушки. Свободные от обмотки верхние уровни в остальных трехуровневых пазах, где обмотка расположена на нижнем и среднем уровнях, также заполняют изоляционными прокладками.

Во втором варианте вместо изоляционных прокладок устанавливают вспомогательные обмотки, например, для питания систем возбуждения или других собственных нужд станции.

В заявляемой конструкции применяют сегменты активной стали только с трехуровневыми пазами, которые позволят произвести шихтовку сердечника обычным способом, ничем не отличающимся от шихтовки обычного сердечника для обычных двухслойных обмоток.

Обмотка в пазы сердечника статора может быть уложена так, как это описано в прототипе. Однако для обеспечения полной симметрии всех фаз обмотку статора электрической машины укладывают следующим образом. Для этого группы пазов с обмоткой нижнего уровня (далее трехуровневых) чередуют с группами пазов с обмоткой верхнего уровня (далее двухуровневых). Трехуровневые пазы (1-7) группой, равной числу пазов на полюс и фазу q, располагаются подряд (на фиг.1 q=7), затем располагается группа из q=7 двухуровневых пазов (8-14), затем группа трехуровневых пазов (15-21) и т.д. Катушечные группы с числом катушек равным q=7 должны располагаться в соответствии с группами пазов. Например, катушечная группа фазной зоны А располагается в нижних уровнях трехуровневых пазов, катушечная группа фазной зоны С¹ займет верхний уровень двухуровневых пазов, катушечная группа фазной зоны В займет нижний уровень следующей группы трехуровневых пазов и т.д. Нетрудно видеть, что каждая фаза будет иметь симметрично расположенные катушечные группы, что обеспечит равенство пазовых рассеянии всех трех фаз.

Укладку катушек следует производить из нижнего уровня трехуровневых пазов, например, фазной зоны А (фиг.4), вторая сторона этих катушек будет располагаться в среднем уровне в пазах, номер которых зависит от шага обмотки. Укладка этих катушек происходит обычным способом - без подъема вверх сторон уже уложенных ранее катушек. Укладка катушек фазной зоны С не встречает затруднений, связанных с подъемом сторон уже уложенных катушек. Однако укладка катушек фазной зоны В потребует подъема верхних сторон катушек фазной зоны А, располагаемых в среднем уровне. Нетрудно видеть, что число этих сторон равно q, т.е. числу пазов на полюс и фазу. После укладки нижних катушек фазных зон А, В и С укладка верхних катушек фазных зон А', В', С', т.е. катушек, стороны которых расположены в верхних уровнях двухуровневых катушек и в среднем уровне остальных пазов, происходит таким же образом, т.е. требует подъема сторон ранее уложенных катушек в количестве q (фиг.5).

Таким образом, предлагаемая конструкция укладки катушечной обмотки позволяет осуществить одновременный подъем только q сторон катушек при укладке нижних, а затем и верхних катушек, вне зависимости от шага обмотки (сокращения шага β).

Таким образом, достигается обеспечение высокой технологичности укладки благодаря тому, что новое решение позволит избежать при укладке обмотки одновременного подъема большого числа сторон катушек, которое не будет зависеть от сокращения шага β и будет равно числу пазов на полюс и фазу q, и одновременно обеспечение полной симметрии сопротивлений всех фаз обмотки.

1. Статор двухполюсной электрической машины, содержащий трехфазную двухслойную трехуровневую катушечную обмотку и сердечник, одна половина пазов которого заполнена обмоткой верхнего и среднего уровней, а другая - обмоткой нижнего и среднего уровней, отличающийся тем, что сердечник статора выполнен из шихтованых сегментов активной стали, глубина всех пазов которого соответствует совместной высоте трех уровней обмотки, а на дне пазов с заполнением обмоткой верхнего и среднего уровней и в верхней части пазов с заполнением обмоткой нижнего и среднего уровней установлены изоляционные прокладки.

2. Статор двухполюсной электрической машины по п.1, отличающийся тем, что расположение пазов чередуется так, что за группой пазов, заполненных обмоткой верхнего уровня, равной числу пазов на полюс и фазу, следует группа пазов, заполненных обмоткой нижнего уровня, равная числу пазов на полюс и фазу, при этом фазные зоны обмотки, образуемые одной из сторон каждой катушки, совпадают с расположением групп пазов с верхним уровнем обмотки или групп пазов с нижним уровнем обмотки, а другие стороны всех катушек, определяемые сокращением шага обмотки, расположены на среднем уровне обмотки.

3. Статор двухполюсной электрической машины, содержащий трехфазную двухслойную трехуровневую катушечную обмотку и сердечник, одна половина пазов которого заполнена обмоткой верхнего и среднего уровней, а другая - обмоткой нижнего и среднего уровней, отличающийся тем, что сердечник статора выполнен из шихтованых сегментов активной стали, глубина всех пазов которого соответствует совместной высоте трех уровней обмотки, а на дне пазов с заполнением обмоткой верхнего и среднего уровней и в верхней части пазов с заполнением обмоткой нижнего и среднего уровней расположены вспомогательные обмотки.

4. Статор двухполюсной электрической машины по п.3, отличающийся тем, что расположение пазов чередуется так, что за группой пазов, заполненных обмоткой верхнего уровня, равной числу пазов на полюс и фазу, следует группа пазов, заполненных обмоткой нижнего уровня, равная числу пазов на полюс и фазу, при этом фазные зоны обмотки, образуемые одной из сторон каждой катушки, совпадают с расположением групп пазов с верхним уровнем обмотки или групп пазов с нижним уровнем обмотки, а другие стороны всех катушек, определяемые сокращением шага обмотки, расположены на среднем уровне обмотки.