ТЯГОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области тягового электромашиностроения и может быть использована в тяговых электрических машинах (ТЭМ) с пазами открытого типа для клинового крепления статорных и роторных обмоток, защиты обмоток от механических повреждений и как средство снижения их теплового нагрева.
Известна используемая в настоящее время в тяговых электрических машинах конструкция с креплением обмоток в пазах открытого типа клиньями из немагнитных диэлектрических материалов, преимущественно, стеклопластов (Щербаков В.Г. и др. Тяговые электрические машины. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016. - 641 с.). Для снижения вероятности механических повреждений изоляционного покрытия обмоток в процессе их укладки под клинья и на дно пазов закладывают изоляционные прокладки из диэлектрических слюдосодержащих материалов.
Недостатками существующей конструкции являются:
низкая теплопроводность диэлектрических клиньев и подклиновых прокладок при одновременно высоких значениях их удельной теплоемкости. В силу этого область клинового крепления обладает высоким тепловым сопротивлением процессам теплопередачи и блокирует выход тепловых потоков из нагреваемого проводниками внутрипазового пространства. В прикладных тепловых расчетах тяговой электрической машины мощность потока теплопередачи через клиновое крепление принимается равной нулю;
низкая объемная электропроводность диэлектрических клиньев и внутрипазовых прокладок препятствует возникновению в них вихревых токов с демпферным эффектом в отношении механических вибраций от зубцовых гармоник магнитного потока и магнитных проводимостей потоков пазового рассеяния, участвующих в образовании реактивной электродвижущей силы в тяговой электрической машине коллекторного типа;
низкая поверхностная электропроводность диэлектрических клиньев и подклиновых прокладок способствует неравномерному распределению потенциалов в изоляционных покрытиях обмоток по продольной оси машины, создавая повышенные градиенты напряженности поля на участках выхода обмоток из паза;
составная конструкция клиньев усложняет технологию сборки машины.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является ротор электрической машины с пазовым креплением обмоток набором (от двух и более) медных немагнитных пазовых клиньев, образующих продольный электрический контур с высокой электропроводностью, используемый в качестве демпферной обмотки (Титов В.В. и др. Турбогенераторы: Расчет и конструкция. Л.: Энергия, 1967. - 895 с.).
Недостатком такой конструкции является составной характер пазовых клиньев, усложняющих технологию сборки машины. Кроме того, данная конструкция получила распространение только при производстве турбогенераторов, но не затронула класс тяговых электрических машин.
Техническими задачами заявляемой полезной модели являются:
повышение тепловой устойчивости тяговых электрических машин за счет высоких показателей теплопроводности пазовых клиньев и прокладок;
снижение механических и коммутационных нагрузок ТЭМ при демпфировании магнитных потоков пазового рассеяния за счет высокой электропроводности пазовых клиньев и прокладок;
снижение градиентов напряженности электрического поля на участках выхода обмоток из паза за счет высокой поверхностной электропроводности клиньев и подклиновых прокладок;
упрощение технологии сборки тяговых электрических машин за счет использования цельнометаллической конструкции пазовых клиньев.
Технический результат, получаемый от заявленной полезной модели, заключается в снижении теплового нагрева обмоток, сокращении числа тепловых пробоев изоляции обмоток и продлении срока службы обмоток за счет использования металлических немагнитных клиньев и прокладок с высокими показателями теплопроводности.
Для достижения указанного технического результата в тяговой электрической машине, содержащей статорную или роторную обмотки, размещенные в пазах открытого типа с клиновым креплением, согласно полезной модели, пазовые клинья и внутрипазовые прокладки выполнены из цельных металлических немагнитных материалов.
Сущность полезной модели поясняется фигурой.
На фиг. представлен поперечный разрез предлагаемой конструкции паза тяговой электрической машины, включающей медные проводники обмотки 1 и высоковольтную изоляцию 2. Пазовый клин 3, прокладки 4, установленные под клином 3, прокладки 5, установленные между верхней и нижней секциями обмоток и прокладки 6, установленные на дне паза, выполнены из цветных металлов или сплавов на их основе.
Тяговая электрическая машина содержит обмотки 1, располагаемые в открытых пазах статора или ротора и закрепляемые цельнометаллическими немагнитными клиньями 3 из цветных металлов или сплавов на их основе. Защита изоляционных покрытий обмоток 1 с высоковольтной изоляцией 2 от механических повреждений при контакте с шихтованными элементами магнитопровода и пазовыми клиньями 3 осуществляется прокладками 4, 5, 6 в виде лент, материал которых аналогичен материалу пазовых клиньев 3. Геометрическая форма и размеры пазовых клиньев и прокладок 4, 5, 6 идентичны существующим образцам действующих серий тяговых электрических машин.
Предлагается замена традиционных диэлектрических материалов, используемых в тяговых электрических машинах при изготовлении пазовых клиньев 3 и прокладок на электропроводный немагнитный материал из цветных металлов или сплавов на их основе.
Предлагаемая замена материалов не противоречит основному функциональному предназначению пазовых клиньев 3 и прокладок 4, 5, 6 по механическому закреплению и механической защите обмоток, так как по показателям механической прочности металлы намного превосходят используемые в современных тяговых электрических машинах диэлектрические материалы и композиции.
В результате, высокие теплопроводные свойства пазового клина 3 и подклиновых прокладок 4, 5, 6, выполненных из цельных металлических немагнитных материалов, обеспечивают создание дополнительного канала выхода тепловых потоков из внутрипазового пространства при нагреве обмоточных проводников.
Предлагаемые к использованию пазовые клинья 3 и прокладки 4, 5, 6, выполненные из цельных цветных металлов или сплавов на их основе по своим магнитным свойствам относятся к классу пара- и диамагнетиков, что исключает их искажающее действие на распределение основного магнитного потока в воздушном зазоре машины, обеспечивая, тем самым, неизменность конструкционных размеров магнитопровода, стабильность рабочих параметров и характеристик модернизируемых тяговых электрических машин.
Высокая электропроводность предлагаемых к замене материалов создает внутри пазового объема продольные проводящие контуры, работающие как демпферные обмотки, благоприятным образом снижающие уровни вибрационных нагрузок ротора, реактивной электродвижущей силы в машинах коллекторного типа и градиентов напряженности электрического поля на участках выхода обмоток из паза.
Цельнометаллическая конструкция пазовых клиньев способствует повышению технологичности производства тяговых электрических машин.