ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, В ЧАСТНОСТИ ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ГИДРОГЕНЕРАТОР
ELECTRIC MACHINE, IN PARTICULAR, THREE-PHASE ASYNCHRONOUS HYDROGENERATOR

Настоящее изобретение относится к области электрических машин. Оно относится к обмотке электрической машины, в частности гидрогенератора согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Вследствие изменившихся экономических условий на открытых рынках электричества и совершенствования технологий в области силовой электроники двигатели с переменным числом оборотов для генерации энергии приобрели особую важность. С этой целью, в частности, при мощностях выше 60 МВА предпочтительно применять асинхронные машины с двойным питанием.
Статор машин такого типа не отличается от статора явнополюсных синхронных машин, применяемых для этих приложений. Машины этого типа отличаются тем, что они имеют трехфазную обмотку как на статоре, так и на роторе. Обычно при этом лобовые части обмотки ротора расположены на цилиндрической поверхности (DE-A1-19513457).
Соответствующая (трехфазная) схема обмотки, например, для ротора, показана на фиг.1, причем периметр ротора показан на плоскости чертежа в развернутом состоянии: ротор 10 имеет ярмо 11 ротора, в котором предусмотрены пазы 12 обмотки, проходящие в осевом направлении. В пазах 12 обмотки расположена обмотка 13, которая образована стержнями 17, 18 обмотки. Каждая фаза изображена разным типом линий (короткая пунктирная, длинная пунктирная, сплошная). По два стержня 17, 18 обмотки расположены в одном пазу обмотки друг над другом. С торцов ротора 10 стержни 17, 18 обмотки выступают из пазов 12 обмотки и на концах в лобовых частях 13а или 13b обмотки многократно электрически связываются попарно по заданной схеме (соединения 16). Остальные стержни обмотки выводятся наружу как контакты 14, 15.
В уровне техники для попарного соединения на конце ярма 11 ротора верхний стержень 18 обмотки первого паза обмотки и нижний стержень 17 обмотки второго паза обмотки таким образом сгибаются друг на друга, что оба конца лежат друг над другом в радиальном направлении, как показано на фиг.2 на увеличенном фрагменте лобовой части 13а' обмотки. На концах согнутых друг к другу стержней 17, 18 обмотки расположены концы 19, 20 стержней, посредством второго сгиба лежащие параллельно друг над другом. Освобожденные от изоляции проводники стержней 17, 18 обмотки образуют в этой области язычки 21, 22 прямоугольного сечения, на которых далее размещается угловая соединительная часть 23 или 24. Наконец, с помощью соединения обеих соединительных частей 23, 24 получают электропроводящее соединение 16 (фиг.1).
Известная конструкция лобовой части 13а' обмотки согласно фиг.2 имеет различные недостатки: во-первых, необходим второй сгиб на концах 19, 20 стержней, что требует дополнительных затрат. Во-вторых, для параллельно расположенных концов 19, 20 стержней требуется дополнительная медь, вследствие чего не только повышаются затраты на материалы, но и увеличивается осевая длина лобовой части обмотки и сопротивление обмотки.
Поэтому в публикации US-A-5,789,840 уже было предложено отказаться от второго сгиба в лобовой части обмотки статора и соединять перекрещивающиеся концы соединяемых стержней обмотки с помощью специальной разборной соединительной части. Недостаток этого решения заключается в разборной конструкции соединительной части, состоящей из двух U-образных соединительных элементов (62, 64) и расположенного по центру вращающегося штифта (66). Хотя вследствие разборной конструкции соединительный элемент можно настроить для различных углов перекрещивания, изготовление и монтаж множества соединений затратны.
Из публикации US-A-3,675,058 очевиден заранее заготовленный соединительный элемент для электродинамической машины, который, в частности, в оснащенных алюминиевыми проводами двигателях должен быть использован для работы в вызывающей коррозию окружающей среде. Образованный, в основном, цельным, в виде прямоугольного блока, соединительный элемент (14, 16) имеет несколько прямоугольных прорезей (30) или шлицов (38, 42), в которые вставлены выполненные соответствующим образом по форме и размеру стержни (40, 44) проводника. Этот соединительный элемент (14, 16) также имеет уже перечисленные выше недостатки. Стержни проводника следует выпрямить таким образом, чтобы они всегда заканчивались параллельно или перпендикулярно друг другу. Возможности для его использования существенно ограничены.
В связи с этим задача изобретения заключается в создании электрической машины вышеупомянутого типа, которая не имела бы недостатков известных машин и, в частности, при сохранении укороченной в осевом направлении лобовой части обеспечивала бы простоту монтажа и одновременно более высокую механическую стабильность конструкции.
Задача решается, в основном, посредством того, что концы электрически соединенных друг с другом стержней обмотки выполнены как прямые язычки прямоугольного сечения, а соединительный элемент выполнен как ориентированный в радиальном направлении круглый глазок, имеющий две радиально пересекающиеся друг над другом опорные поверхности для размещения на язычках соединяемых друг с другом стержней обмотки. Так как угол перекрещивания в лобовой части обмотки в большинстве случаев одинаков для всех соединений, требуется круглый глазок только одного типа в двух зеркальных исполнениях. Их легко заранее изготовить. Благодаря цельному исполнению соединительный элемент нужно только соединить с двумя концами стержней. В частности, не существует риска, что соединительный элемент распадается на компоненты при центробежной или вибрационной нагрузке. Кроме того, благодаря цельному исполнению возникают преимущества при проведении тока, так как переходные сопротивления минимизированы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения круглый глазок имеет цилиндрическую основную форму, причем опорные поверхности расположены параллельно оси цилиндра и отстоят от оси цилиндра на половину толщины язычков.
Далее для электрических и механических свойств предпочтительно, когда круглый глазок имеет среднюю часть между двумя опорными поверхностями.
Предпочтительно, когда длина язычков меньше или равна внешнему диаметру глазка. Таким образом можно избежать того, что язычки выступают дальше глазка и тем самым мешают.
Обмотка предпочтительно является обмоткой ротора машины. Однако она может быть также и обмоткой статора машины.
Изобретение поясняется нижеследующими примерами осуществления, проиллюстрированными на чертежах. На них показаны:
фиг.1 - пример схемы обмотки трехфазной обмотки ротора трехфазного асинхронного гидрогенератора;
фиг.2 - соединение концов стрежней обмотки в лобовой части обмотки из фиг.1, известное из уровня техники;
фиг.3 - соединение концов стрежней обмотки в лобовой части обмотки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления с помощью глазков в представлении, сходном с фиг.2;
фиг.4 - несколько фигур 4(а)-4(с) различных видов глазка из фиг.3.
На фиг.3 в представлении, сходном с фиг.2, показано соединение концов стрежней обмотки в лобовой части 13а обмотки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Выступающие из пазов обмотки и на конце пазов обмотки один раз изогнутые стержни 17, 18 обмотки таким образом подведены друг к другу без второго сгиба на концах стержней, что попарно пересекаются со своими прямыми концами, располагаясь друг над другом. При этом пересекающиеся концы являются свободными от изоляции проводниками, которые выступают как язычки 21, 22 из концов стержней. Соосно оси пересечения язычков 21, 22 как цельный хорошо электропроводящий соединительный элемент расположен круглый глазок 27, жестко связанный с обоими язычками 21, 22. Выбранные стержни проводника, концы которых несвязанны, сгибаются второй раз в осевом направлении и предназначены для подключения обмотки с помощью образующихся таким образом контактных частей 25, 26.
Вставной круглый глазок 27, отдельно изображенный на фиг.4, имеет цилиндрическую основную форму с осью 31 цилиндра. Вдоль оси 31 цилиндра выполнены одна за другой и разделены средней частью 30 две пересекающиеся опорные поверхности 28, 29 с параллельными осями. Угол пересечения опорных поверхностей 28, 29 равен углу пересечения язычков 21, 22. Расстояние А от опорных поверхностей 28, 29 до оси 31 цилиндра равно половине толщины D/2 язычков 21, 22 (фиг.3). Таким образом язычки 21, 22 при установленном глазке 27 проходят точно посередине через цилиндр глазка 27. Как показано на фиг.3, длина язычков 21, 22 меньше или равна внешнему диаметру глазка 27, таким образом язычки 21, 22 не выступают над глазком 27 и не мешают. С помощью средней части 30 глазка оптимизируется переход тока между концами стержней. В качестве материала для глазка можно использовать медь, медный сплав или другой хорошо электропроводящий материал.
В целом с помощью изобретения получают уменьшенную лобовую часть обмотки, что позволяет экономить медь, уменьшает потери в меди, обеспечивает большую устойчивость относительно центробежных сил, когда обмотка является обмоткой ротора, более простое изготовление и монтаж, лучшую механическую устойчивость и надежность. Обмотка в соответствии с изобретением может применяться как в обмотке ротора, так и статора.