Электрическая машина

Электрическая машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 21сР, 55,„, 21(j 55„, СССР № 63873

ОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

К АВТОРСКОМУ

Зарегистрировано в &opo изобретений Госплана при СНК СССР

Д. И. Заславский

Электрическая машина

Заявлено 30 сентября 1940 года в Наркомэлектропром за М 35774 (303060) Опубликовано 31 августа 1944 года

Охлаждение современных электрических машин часто осуществляется с помощью аксиальн ых вентиляционных каналов, расположенных в статорах и роторах. В существующих машинах аксиальные каналы применяются почти исключительно круглой формы и располагаются по одной или нескольким концентрически расположенным окружностям так, чтобы каналы располагались в шахматном порядке (фиг. 1 прилагаемого чертежа).

Круглая форма каналов является, несмотря на ее повсеместное применение (из-за простоты штампов), с точки зрения теплопередачи от железа к воздуху наименее выгодной. Круг представляет фигуру, которая при одинаковой площади с другими обладает наименьшим периметром. Следовательно, тепловой поток с поверхности каналов (чнсло ватт, приходящихся на 1 см- поверхности канала) будет максимальным и даст максимальный поверхностный перегрев.

Кроме теплового потока на величину поверхностного перегрева влияет турбулентность воздуха: чем выше турбулентность воздуха, тем меньше поверхностный перегрев.

И с этой точки зрения круглыеканалы являются самыми невыгодными, поскольку турбулентность воздуха является при круглых каналах минимальной.

Третьим фактором, влияющим на величину поверхностного перегрева, является скорость воздуха: чем выше скорость воздуха, тем меньше величина поверхностного перегрева, и в этом отношении круглая форма каналов является наиболее невыгодной, как дающая при одном и том же расходе воздуха (или иной охлаждающей среды) и одной и той же поверхности охлаждения каналов минимальную скорость воздуха в канале. При выполнении вентиляционных каналов, согласно настоящему изобретению, при одном и том же расходе воздуха можно было бы, например, при поверхности охлаждения каналов, значительно большей по сравнению с круглыми каналами, иметь скорость воздуха значительно большую, чем в круглых каналах; при этом и турбулентность воздуха была бы выше, чем в круглых каналах, № 63873

Применение круглых каналов невыгодно еще с точки зрения получающихся при этих каналах путей для магнитного и теплового потоков в железе статора и ротора.

Пр наличии круглых каналов, расположенных по нескольким концентрическим окружностям в шахматном порядке, магнитное сопротивление промежутков между отверстиями оказывается значительным, что влечет за собой увеличение числа ампервитков, необходимых для проведения магнитного потока.

Так как тепловой поток проходит по тем же путям, что и магнитный, то значительное тепловое сопротивление дает повышенный. перепад температуры в железе, повышая таким образом перегрев обмотки статора и ротора. Применение каналов предлагаемой формы и расположения одновременно с уменьшением поверхностного пе регрева приводит к уменьшению перегрева в железе, снижая при этом число ампервитков, потребное на проведение потока через спинку железа.

Следует отметить также и то обстоятельство, что применение круглых аксиальных каналов требует дорогостоящей сверловки в нажимных плитках, стягивающих железо статора или ротора. Узкие промежутки между отверстиями (для случая расположения каналов на нескольких концентрических окружностях в шахматном порядке) не дают возможности собирать нажимные плиты из отдельных секторов.

Предлагаемые форма и расположение каналов обеспечивают и с этой точки зрения наиболее простой в технологическом отношении метод изготовления н ажимных плит, допуская применение сварных из отдельных элементов нажимных нлит, обеспечивающих достаточную механическую прочность как в отношении сжатия спинки желе=-а, так и зубцов.

Согласно настоящему изобретению, предлагается аксиальные вентиляционные каналы, имеющие удлиненное поперечное сечение, располагать так, чтобы большая ось (прямолинейная или криволинейная) сечения канала была наклонена под некоторым углом к радиусу штамповки железа.

Наклонные аксиальные каналы (оси которых расположены под некоторым углом к радиусу штамповки железа статора или ротора), прямолинейные (фиг. 2) и криволинейные (фиг. 3), лишены вышеуказанных недостатков круглых каналов. Эти наклонные аксиальные вентиляционные каналы вместе с тем обладают следующим основным преимуществом: употребление наклонных аксиальных каналов дает возможность с большой гибкостью при проектировании машины подобрать наивыгоднейшее соотношение между сечением каналов и их поверхностью, причем магнитное сопротивление промежутков между двумя каналами, а также тепловое сопротивление оказываются значительно меньшими, чем при круглых каналах.

Из большого многообразия форм наклонных аксиальных каналов (прямоугольные, тра пецеидальные, napaëëåëoãðaìì00áðàçHûå — с прямолинейной осью; постоянной и пе ременной ширины — с криволинейной осью) два типа каналов представляются особенно интересными:

1) криволинейные каналы (с переменным углом наклона), отличающиеся тем, что ширина сечения как канала, так и промежутка между ними остается постоянной (фиг. 3) и 2) криволинейные каналы с постоянным углом наклона в 90, представляющие части колец с центром в центре штамповки железа статора или ротора; оси последних каналов представляют дуги концентрических окружностеи с центром в центре штамповки железа (фиг. 4).

Метод построения каналов с постоянной шириной сечения канала и промежутка между каналами следующий. Задавшись числом каналов и общей шириной канала и промежутка между каналами, определяем по наружной окружности, огиба1ощей каналы, точки а и

Ь, отвечающие соответствующим боковым линиям двух смежных ка№ 63873 налов (фиг. 5). Такими точками будут смежные точки, делящие окружность на число частей, равное числу каналов. Из точки а проводим окружность радиусом ас, равным сумме ширины канала и промежутка между каналами. Из точки b проводим касательную к этой окружности с точкой касания с. Из центра о радиусом ос проводим окружность, на которой из точки а радиусом bc засекаем дугу в точке d.

Построение продолжаем для точек с и d таким же образом, как для точек а и b, а именно; из точки

d проводим окружность радиусом

dc, равным постоянной ширине канала с промежутком; из точки с проводим касательную к этой окружности в точке е; из точки о радиусом ое проводим окружность, из которой засечкой из точки d радиусом се получаем точку f. Построение для точек е и f продолжаем таким же образом, как и для точек а и b или с и d. C, åäèíÿÿ точки а, d v. f или О, с и е плавной кривой получаем искомое очертание криволинеиного канала.

Расположение каналов под углом к радиусу штамповки является существенным отличием предлагаемой системы геометрии каналов от известных из литературы систем с дрямоугольными, трапецеидальными и т. п. каналами.

Если взять два канала с прямолинейными осями, один в виде прямоугольника с осевой линией. расположенной по радиусу штамповки, другой в виде параллелограмма с тем же основанием и с той же высотой (считая по радиусу штамповки), но " осью, расположенной под углом к радиусу, то оба канала будут иметь одну и ту же площадь сечения, но периметр второго канала будет больше. Отсюда уже вытекает неравенство тепловых потоков и поверхностных перепадов. Этим предлагаемые наклонн ые каналы отличаются от известных каналов, имеющих оси, совпадающие с радиусом штамповки.

Что же касается магнитного сопротивления, обусловленного системой наклонных аксиальных каналов, то оно будет меньше, чем при применении современных круглых или квадратных каналов. Причина заключается в следующем.

Соотношение между потерями, выделяемыми в статоре и роторе современной электрической машины, If ее нагревом таково, что спинка бывает изрешечена несколькими рядами круглых каналов (высота спинки ие может быть увеличена нз-за получающегося громадного увеличения конструктивного веса машины). Магнитное сопротивление перешейков получается весьма большим. В случае применения наклонных каналов магнитные зубцы, получающиеся между каналами, даже при одной и той же площади, занятой каналами, получаются большей ширины, чем при круглых каналах, что связано с уменьшением индукции в этой части магнитопровода. Получающееся при этом уменьшение ампервитков перекрывает увеличение длины магнитной линии, которое может получиться при значительпых наклонах аксиальных каналов.

Так получается, если исходить из равенства площадей каналов круглых и наклонных.

Преимущество наклонных каналов выявится еще больше, если учесть возможность уменьшения в

Атом случае площади сечения каналов.

Действительно, при круглых каналах невозможно уменьшать площадь сечения каналов из-за одновременного уменьшения теплоотдающей поверхности каналов. В случае наклонных каналов это уменьшение возможно при одновремен ном увеличении скорости охлаждающей среды (сохраняя расход охлаждающего агента) и увеличении теплоотдающей поверхности каналов. В этом случае сечение магнитных зубцов получается еще большим и выигрыш в ампервитках еще более значительным. Приведенные соображения особенно наглядны . при рассмотрении предельного

М 63873

Предмет изобретения

Фиг. 1

Фиг. 4

Фиг. 5

Фиг. 3

Техн. редактор М. В. Смольякоеа

Отв, редактор Д. А. Михайлов

Л64042 Подписано к печати l6/IV 1946 r. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 318

Типография Госнланнздата, им. Воровского, Калуга случая- наклонных каналов с углом наклона в 90 к радиусу, Как отмечалось выше, у канала, выполняемого согласно настоящему изобретению, угол наклона осевой линии поперечного сечения к радиусу листов железа статора или ротора может быть как постоянным, так и переменным. Может быть сделана постоянной ширина канала, или промежутка между каналами, или канала и промежутка между каналами. Осевые линии поперечных сечений каналов могут быть расположены по дугам одной или нескольких концентрических окружностей с центром в центре штамповки железа статора или ротора. Канал может иметь зубчатое очертание в целях максимального развития поверхности канала.

В случае необходимости длинное и узкое поперечное сечение канала может быть разделено перешейками на несколько частей для усиления механической прочности железа штамповки статора или ротора.

1. Электрическая машина с аксиальной или аксиально-радиальной вентиляцией, имеющая аксиальные вентиляционные каналы удлиненного поперечного сечения, о тл ич а ю щ а я с я тем, что большая ось (прямолинейная или криволинейная) сечения канала наклонена под углом к радиусу машины.

2. Форма выполнения машины по и. 1, отличающаяся тем, что угол наклона сделан равным 90 .

3. Форма выполнения машины по п. 2, о тли ч аю ща я с я тем, что сечение канала ограничено дугами окружностей.

4. Форма выполнения машины по и. п. 1 — 3, отличающаяся тем, что очертание поперечного сечения канала выполнено зубчатым.

Фиг. 2