ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к электротехнике, может быть использована при производстве электрических машин, в частности синхронных турбодвигателей.
Известна синхронная машина с явнополюсными статором и ротором, а.с. СССР №251071, H02K, 1970. Каждый из полюсов статора выполнен с пазами, число которых определяется в зависимости от числа полюсов ротора, приходящихся на полюс статора. За счет этого повышается использование магнитного потока машины и увеличивается э.д.с., наводимая в обмотке статора. Изобретение применимо для электрических машин малой мощности, используемых, например, в качестве тахогенераторов, датчиков частоты и т.д., и не применимо для электрических машин большой мощности.
По патенту РФ на изобретение №2190292, H02K 29/00, 2002 известна бесконтактная электрическая машина, в которой активная длина ротора, диаметр ротора и число зубцов статора связаны определенным соотношением. Несмотря на повышение эффективности использования электрической машины за счет применения активных материалов, использование данного решения в системе унификации основных размеров активных частей двигателей проблематично.
В качестве ближайшего аналога всем вариантам заявляемого технического решения выбран шихтованный сердечник статора асинхронных машин по патенту РФ на изобретение №2275727, H02K 1/16, 2006. В данном патенте приведены зависимости величин наружного диаметра сердечника статора и числа его пазов от значений высот оси вращения и количества полюсов. Причем зависимости даны для объединенных стандартизованных высот осей вращения одной серии, удовлетворяющих требованиям ГОСТ для российских потребителей и стран СНГ. Данные зависимости не затрагивают унификацию основных размеров активных частей двигателей по стандартизованному ряду мощностей.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы электрической машины при унификации основных размеров активных частей.
Технический результат заключается в обеспечении высокого КПД при унификации основных размеров активных частей двигателей по стандартной шкале мощностей.
1
1
2
Технический результат обеспечивается тем, что в электрической машине, содержащей статор с наружным диаметром D и числом пазов Z и охватываемый им ротор с наружным диаметром D, согласно полезной модели при мощности 630-1000 кВт наружный диаметр статора и наружный диаметр ротора связаны соотношением
1
2
D/D=1,92-1,93,
а наружный диаметр статора и число пазов статора связаны соотношением
1
1
D/Z=20-21.
При мощности 1250-2000 кВт наружный диаметр статора и наружный диаметр ротора связаны соотношением
1
2
D/D=1,94-1,95,
а наружный диаметр статора и число пазов статора связаны соотношением
1
1
D/Z=20-21.
При мощности 2500-5000 кВт наружный диаметр статора и наружный диаметр ротора связаны соотношением
1
2
D/D-1,95-1,96,
а наружный диаметр статора и число пазов статора связаны соотношением
1
1
D/Z=20-21.
При мощности 6300-12500 кВт наружный диаметр статора и наружный диаметр ротора связаны соотношением
1
2
D/D=1,96-1,97,
а наружный диаметр статора и число пазов статора связаны соотношениями
1
1
D/Z=21-29.
1
2
1
2
1
1
Технический результат достигается за счет того, что для электродвигателей различных отрезков шкалы номинальных мощностей, предписанных ГОСТ 12139, попадающих в диапазон 630-12500 кВт, для каждого из отрезков определены допустимые размеры наружного диаметра статора D и наружного диаметра ротора D. Данные размеры являются общими для двигателей одного отрезка шкалы мощностей и соотношение D/D на данном отрезке имеет определенный предел значений. Так же определено оптимальное соотношение наружного диаметра статора D и числа пазов статора Z для каждого отрезка. Опытным путем определено, что при выполнении данных условий достигается высокое значение КПД для двигателей серий СТД, СТДП и СТДМ. Повышение КПД данных двигателей происходит за счет уменьшения добавочных потерь, возникающих в результате процессов электромагнитного характера, таких как потери на вихревые токи от полей рассеяния и поверхностные потери в стали.
На фигуре представлена схема двигателя серии СТД.
Электрическая машина содержит статор 1 с зубцовой зоной 2 и ротор 3.
1
2
1
1
Для определения вышеуказанных соотношений было проведено оптимальное проектирование двигателей серий СТД, СТДП и СТДМ для шкалы номинальных мощностей, определенных ГОСТом. Экспериментально определили допустимые наружные диаметры статоров и роторов для каждого отрезка шкалы мощностей, при которых был достигнут высокий КПД электродвигателя. Так же опытным путем подобрали оптимальное количество пазов статора. Число пазов статора варьировалось на отрезке значений номинальных мощностей 6300-12500кВт, для остальных отрезков оно было одинаковым в пределах данного отрезка. Далее были определены соотношения наружного диаметра статора D к наружному диаметру ротора D и наружного диаметра статора D к числу пазов статора Z для всех отрезков стандартизованной шкалы мощностей. Результаты исследований представлены в таблице.
Таблица
№
Отрезок шкалы мощностей кВТ
Тип двигателя
D<sub>1</sub> мм
D<sub>2</sub> мм
Z<sub>1</sub>
D<sub>1</sub>/D<sub>2</sub>
D<sub>1</sub>/Z<sub>1</sub>
Диапазон D<sub>1</sub>/D<sub>2</sub>
Диапазон D<sub>1</sub>/Z<sub>1</sub>
КП %
1
I 630-1000
СТДМ-630-2УХЛ4
740
385
36
740/385 (1,922)
740/36 (20,555)
1,92-1,93
20-21
95, 96, 96,
2
СТДМ-800-2УХЛ4
3
СТДМ-1000-2УХЛ4
4
II 1250-2000
СТДМ-1250-2УХЛ4
850
437
42
850/437 (1,945)
850/42 (20,238)
1,94-1,95
20-21
96, 97, 97,
5
СТДМ-1600-2УХЛ4
6
СТДМ-2000-2УХЛ4
7
III 2500-5000
СТД-2500-2УХЛ4
990
506
48
990/506 (1,956)
990/48 (20,625)
1,95-1,96
20-21
97, 97, 97,
8
СТД-3150-2УХЛ4
9
СТД-4000-2УХЛ4
10
IV 6300-12500
СТД-6300-2УХЛ4
1180
602
48
1180/602 (1,96)
1180/48 (24,583)
1,96-1,97
24-25
97,
11
СТД-6300-2УХЛ4
54
1180/54 (21,851)
21-22
97, 97,
12
СТД-8000-2УХЛ4
13
СТД-10000-2УХЛ
42
1180/42 (28,095)
28-29
97,
14
СТД-10000-2УХЛ4
54
1180/54 (21,851)
21-22
97, 97,
15
СТД-12500-2УХЛ4
16
СТД-12500-2УХЛ4
48
1180/48 (24,583)
24-25
97,
Как видно из приведенных в таблице экспериментальных данных в заявляемой полезной модели при соблюдении указанных соотношений обеспечиваются максимальные значения основных технических показателей двигателей, таких как выходная мощность, КПД, максимальный и пусковой момент при максимальной унификации основных размеров активных частей двигателей.