НЕЯВНОПОЛЮСНЫЙ РОТОР СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
NONSALIENT POLE ROTOR OF SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к области электромашиностроения.
Известны неявнополюсные роторы синхронной электрической машины, где специальные меры для охлаждения лобовых частей катушек обмотки возбуждения не предусмотрены. Тепло из лобовых частей катушек в таких роторах в какой-то мере передается в охлаждающую среду через бандажные кольца с их наружной поверхности, но в основном перетекает в пазовые части обмотки и отводится в охлаждающую среду вместе с теплом, выделяемым в пазовой части обмотки ротора (см., например, Е.Видеман, В.Келленбергер. Конструкции электрических машин. Энергия, Ленинградское отделение, 1972 г., с.116, второй абзац сверху).
Недостатком конструкции является низкая эффективность использования материала обмотки возбуждения ротора.
Известны неявнополюсные роторы синхронных электрических машин, где использовано проточное охлаждение лобовых частей катушек обмотки возбуждения (см. упомянутую монографию, с.116, рис.3-30а, 3-30б). В этих случаях охлаждающая среда в зону лобовых частей катушек обмотки возбуждения подается через осевые вентиляционные каналы в центрирующих кольцах у вала ротора. В варианте конструкции по рис.3-30б охлаждающая среда омывает в основном нижние витки катушек обмотки возбуждения и отводится в зазор между сердечником статора и ротора электрической машины через наклонные отверстия в магнитопроводящей бочке ротора.
Недостаток конструкции - низкая эффективность охлаждения лобовых частей катушек обмотки возбуждения.
В варианте конструкции по рис.3-30а, принятой за прототип, охлаждающая среда омывает и нижние витки катушек обмотки возбуждения, и боковые стороны катушек и выходит из камер лобовых частей катушек обмотки возбуждения через радиальные отверстия в бандажных кольцах ротора.
Недостатками является то, что в зоне лобовых частей катушек обмотки возбуждения во избежание смещения проводников катушек при работе электрической машины по всей высоте катушки расклинены многочисленными дистанционными распорками с образованием сторонами катушек и самими дистанционными распорками многочисленных «камер», закрытых сверху бандажными кольцами, обдув охлаждающей средой боковых сторон катушек возможен только при выполнении в бандажных кольцах радиальных отверстий напротив если не каждой такой «камеры», то по крайней мере большого их количества, что крайне сложно, особенно с учетом того, что соответствующие отверстия должны быть выполнены и в подбандажной изоляции.
Радиальные отверстия в бандажных кольцах являются мощными концентраторами механических напряжений в кольцах, что может чрезмерно затруднить выполнение бандажных колец с необходимым запасом механической прочности.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение охлаждения лобовых частей катушек обмотки возбуждения неявнополюсного ротора синхронной электрической машины.
Технический результат достигается тем, что в неявнополюсном роторе синхронной электрической машины, содержащем вал с магнитопроводящим сердечником (бочкой) ротора, катушки обмотки возбуждения, уложенные в пазы магнитопроводящего сердечника (бочки) ротора, кольца центрирующие с осевыми вентиляционными каналами в зоне их внутреннего диаметра, кольца бандажные, а также подбандажную изоляцию, бандажные кольца и элементы подбандажной изоляции выполнены с тангенциально ориентированными радиальными прорезями, расположенными на длине колец в несколько рядов преимущественно напротив осевых промежутков между торцевыми частями катушек обмотки возбуждения.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано продольное сечение, на фиг.2 - поперечное сечение (по А-А на фиг.1), на фиг.3 - вид на бандажное кольцо (по Б на фиг.2).
Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины содержит вал 1 с магнитопроводящим сердечником (бочкой) 2, в пазах которого размещены катушки 3 обмотки возбуждения. Лобовые части катушек 3 защищены от разрушения центробежными силами при работе электрической машины бандажными кольцами 4, которые посажены на центрирующие кольца 5, имеющие в зоне их внутреннего диаметра аксиальные вентиляционные каналы 6. Кольца бандажные 4 выполнены с несколькими рядами тангециально ориентированных радиальных прорезей 7, отделенных друг от друга в каждом ряду перемычками 8.
На фиг.1 показан вариант исполнения неявнополюсного ротора синхронной электрической машины с нагнетательной системой вентиляции. Охлаждающая среда (ее движение показано стрелками) из зоны повышенного давления у внешних торцов центрирующих колец 5 по аксиальным вентиляционным каналам 6 поступает в зону лобовых частей катушек 3 обмотки возбуждения, проходит под катушками 3 обмотки возбуждения вдоль вала 1, разветвляется в осевые промежутки 9 между торцевыми частями катушек 3 обмотки возбуждения, в осевые промежутки 10 и 11 между катушками 3 обмотки возбуждения и центрирующими кольцами 5 с одной стороны и между катушками 3 обмотки возбуждения и торцами магнитопроводящего сердечника (бочки) 2 с другой стороны, а также в промежутки 12 между боковыми сторонами прямолинейных вылетов катушек 3 обмотки возбуждения из магнитопроводящего сердечника (бочки) 2. Далее через тангенциально ориентированные радиальные прорези 7 в кольцах бандажных 4 и в элементах подбандажной изоляции (на рисунке не показано) выбрасывается из зон лобовых частей катушек 3 обмотки возбуждения.
Улучшение охлаждения лобовых частей катушек обмотки достигается за счет того, что тангециально ориентированные радиальные прорези 7 в бандажных кольцах 4 предлагаемого изобретения обеспечивают:
- большое суммарное сечение для прохода охлаждающей среды;
- уменьшенное аэродинамическое сопротивление зон лобовых частей катушек 3 обмотки возбуждения;
- увеличенный расход охлаждающей среды через зоны лобовых частей катушек 3;
- интенсивный обдув боковых сторон катушек 3, тем более, что эти радиальные прорези 7 в бандажных кольцах 4 «открывают» если не все, то абсолютное большинство упомянутых выше «камер», образованных боковыми сторонами катушек 3 и дистанционными распорками между ними.
Количество прорезей 7 в каждом ряду, количество рядов прорезей 7, размеры перемычек 8 между прорезями 7 в каждом ряду, осевые размеры прорезей 7 (их ширина) могут выбираться конструктивно и достаточно произвольно. Определяющей в подобных конструкциях почти всегда является механическая прочность бандажных колец 4. Следует отметить в связи с этим то обстоятельство, что тангенциально ориентированные радиальные прорези 7 не являются мощными концентраторами механических напряжений, как цилиндрические отверстия в бандажных кольцах ротора-прототипа. Поэтому механические напряжения в бандажных кольцах 4 предлагаемого ротора могут быть обеспечены на достаточно низком уровне.
К достоинствам предлагаемой конструкции можно отнести и то, что в ряде случаев бандажные кольца 4 с тангенциально ориентированными радиальными прорезями 7 могут использоваться как вентиляторы с лопатками в виде перемычек 8, обеспечивающие необходимый расход охлаждающей среды. При этом отдельные вентиляторы становятся ненужными, что упрощает и удешевляет и неявнополюсный ротор, и электрическую машину в целом.
Заявленное изобретение применяется в синхронных машинах серии СДП, СДР, ТГГ-2500.