NO802149L - Rotor for vekselstroemmaskin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en rotor med en dempningsskjerm for en vekselstrømmaskin med utragende poler, idet rotoren omfatter:

En langsstrakt rotorakse,

En magnetisk krets med radialt utragende magnetpoler som strekker seg i rotorens lengderetning og er vinkelfordelt rundt rotasjonsaksen, idet hver pol har en polkjerne som ytterst ender i et utragende polstykke med fremspringende sidekanter i omkretsretningen på hver side av polkjernen,

Magnetiserihgsviklinger mellom polkjernene,

Dempningsstaver av et material med god elektrisk ledningsevne og som strekker seg uavbrutt langs hele polenes lengdeutstrekning, idet noen av disse dempningsstaver er interpolare dempningsstaver anordnet mellom polene, og

To ringformede ledere som er anordnet koaksialt med rotoren ved hver sin ytterende av denne samt elektrisk koblet til hver sin ende av hver dempningsstav, således at de sammen med disse staver danner en dempningsskjerm utformet som en kortslutningsvikling. En sådan konstruksjon kan med fordel anvendes ved vekselstrømmaskiner med lav hastighet, f.eks. i en nedsenket hydroelektrisk turbo-generator av kapseltypen, som i det følgende for korthets skyld vil bli kalt en kapselenhet.

En sådan enhet avgir en elektrisk effekt på minste 5 MVA, f.eks 40 MVA. Vekselstrømmaskinen er her innkapslet, f/eks i et tett profilert kammer med hovedsakelig horisontal akse, idet kapselen selv er anordnet langs aksen av en vannkanal. Maskinen er sammenkoblet med en turbin viss bevegelige blader befinner seg i den væske som strømmer forbi kapselen på alle sider av denne og derved driver vekselstrømmaskinens rotor som befinner seg inne i kapselen.

Vannkanalen, kapselen,turbinen og vekselstrømmaskinen er anordnet i flukt langs samme akse.

Den magnetiske krets for en vekselstrømmaskins stator, eller kort sagt statorens magnetkrets, utgjøres av en sylinderring viss radialt indre partier er utstyrt med et spor som inneholder lederne i statorviklingen. Diameteren av denne krets er alltid begrenset, særlig når det gjelder en kapselenhet, til den største diameter som kan tillates for den omsluttende kapsel. Det er således vanligvis ikke mulig å oppnå en diameter på mer enn 5-6 meter for det rom som skal opptas av rotoren.

Stator-ringens magnetiske styrke er bestemt av den omkrets-sone som ikke er påvirket av de innskårne spor og er derfor forholdsvis tynn og har vesentlig mindre mekanisk fasthet enn ved en vanlig vekselstrømmaskin. Da rotasjonshastigheten for innkapsledé' enheter er lav (f.eks. mindre enn 100 eller 120 omdreininger pr. minutt) , har sådanne vekselstrømmaskiner et stort antall poler med begrenset radial utstrekning og fordelt rundt statoromkretsen med en forholdsvis liten poldeling, f,eks. 20 til 30 cm.

For å oppnå en spenning av hovedsakelig sinusform mellom maskinens utgangsklemmer, må induksjonsviklingen ha et

ikke helt antall spor pr. pol og fase. En sådan vikling er meget rik på' romharmoniske på grunn av den såkalte ankerreaksjon, særlig underharmoniske viss romperiode strekker seg over flere polpar. Liten diameter for maskinen fører videre til meget mindre luftgap enn det som anvendes ved vanlige maskiner , for derved å opprettholde godtagbar

induksjon i luftgapet uten å øke magnetiseringsstrømmen for tneget, i betraktning av den lille poldeling for disse maskiner. Resultatet av dette er at de sporharmoniske er større i maskiner med lav hastighet, slik som kapsel-maskiner, enn i store vekselstrømmaskiner for vannkraft-anlegg .

Under disse forhold og på grunn av at statorens magnetkrets er tynn og derfor ikke kan motstå radial bøyepå-kjenning i noen høy grad, foreligger det stor risiko for vibrasjoner under påvirkning av de sporharmoniske eller av de tallrike ankerreaksjons-harmoniske.

I denne forbindelse bør det bemerkes at romdelingen og rotasjonshastigheten i forhold til motoren er innbyrdes meget forskjellig.for de forskjellige ankerreaksjons-harmoniske. Frekvensen av de sporharmoniske i forhold til rotoren er høy (8 til 12 ganger nettfrekvensen) og deres . romdeling-kan strekke seg over flere poler.

Ut i fra det som er angitt ovenfor vil det fremgå at

når det søkes å oppnå høy elektrisk utgangseffekt fra en vekselstrømmaskin med lav hastighet, vil vibrasjonene i den sylinderring som utgjør statorens magnetiske krets lett nå et skadelig nivå. Ved vanlige vekselstrømmaskiner er det kjent at de krefter av elektromagnetisk utspring som statorringen utsettes for, kan begrenses ved at det anbringes en dempningsvikling på rotorens omkrets. Denne vikling er vanligvis av kortsluttningstype og utgjøres av lederstaver i lengderetningen, hvilket vil si staver som er parallelle med rotasjonsaksen og sammenkobler to ringformede ledere anordnet ved hver sin ytterende av rotoren. Noen av disse staver er polstaver , hvilket vil si at de er nedsenket i ytterflaten av de utragende polstykker. Andre staver kan være interpolarstaver, hvilket

l

vil si at de er anordnet mellom polene. En sådan interpolarstav 15 er f.eks. vist i fig. 5 i fransk patentskrift nr. 1.475.482.

Virkningen av sentrifugalkrefter på sådanne kjente staver motvirkes av ekstrautstyr, f.eks. harpiksmaterial innlagt mellom interpolarstaven og vekselstrømmaskinens luftgap, hvilket imidlertid reduserer virkningen av dempningsorganene. Av det som er angitt ovenfor vil det særlig fremgå at kjente dempningsanordninger ikke tillater dempningsviklingen å effektivt dempe de høyfrekvensharmoniske med stor romdeling som forekommer i vekselstrømmaskiner med lav hastighet og små luftgap, samtidig som sådanne harmoniske kan frembringe høye vibrasjonsnivåer.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en rotor med en dempningsskjerm for en vekselstrømmaskin med utragende poler og med interpolare dempningsstaver som er i stand til på

en særlig effektiv måte å dempe de forekommmende høyfre-kvente fluksharmoniske med stor romdeling.

Oppfinnelsen gjelder således en rotor med en dempningsskjerm for en vekselstrømmaskin med utragende poler, idet rotoren omfatter:

En langstrakt rotasjonsakse,

En magnetisk krets med radialt utragende",magnetpoler vinkelfordelt rundt rotoraksen, idet hver pol har en polkjerne som ytterst ender i et utragende polstykke med fremspringende sidekanter i omkretsretningen på hver side av polkjernen,

Magnetiseringsviklinger mellom polkjernene,

Dempningsstaver av et material med god elektrisk ledningsevne og som strekker seg uavbrutt langs hele polenes lengdeutstrekning, idet noen av disse dempningsstaver er interpolare dempningsstaver anordnet mellom polene og

To ringformede ledere som er anordnet koaksialt med rotoren ved hver sin ytterende av denne samt elektrisk koblet til hver sin ende av hver dempningsstav, således at de sammen med disse staver danner en dempningsskjerm utformet som en kortsluttningsvikling.

Rotorens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består herunder i at rotorens interpolarstaver omfatter skostykker som ligger an mot innsiden av de fremspringende sidekanter av de utragende polstykker, og at finner i et stykke med skostykkene samt med radial utstrekning over mer enn halvparten av den radiale høyde av mellomrommet mellom utragende nabopolstykker.

Denne utførelse tillater effektiv dempning av harmoniske

med meget forskjellig romdeling, idet plasseringen av inter-polarstavene ikke bare tillater disse å påvirke en del av den magnetiske fluks som vanlige demphingsskjermer ikke kan påvirke, men også tillater anordning av staver med tilstrekkelig stort tverrsnitt til å kunne redusere stavenes elektriske motstand til et godtagbart nivå, som kan være lavere enn for vanlige staver (polarstaver). Disse interpolarstaver holder seg selv i stilling mot sentrifugalkraften ved at de ligger an mot ytterkantene av de utragende polstykker på to inntilliggende nabopoler, og krever., således ingen understøttende deler og kan derfor anordnes1i umiddel-bar nærhet av luftgapene. Visse deler av dempningsorganene kan også være anbragt i selve gapene.

D^tte gjør det særlig mulig å oppnå redusert hudeffekt og derfor muligheter for å avskjære de høyfrekvente harmoniske. Det bør bemerkes at denne interpolare dempningsskjerm, som vanligvis er anordnet sammen med den vanlige polare dempningsskjerm, også kan anordnes som erstattning for den konvensjonelle skjerm, således at rotoren da bare har en eneste dempningsvikling utført i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av utførelseseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser en del av en rotor i samsvar med en første utførelse av oppfinnelsen, i et snitt langs et plan vinkel-rett på rotoraksen, Fig. 2 er en planskisse sett ovenfra av den ene ytterende av den viste rotor i fig. 1, idet figurplanet her er para-llelt med rotoraksen, og Fig. 3 viser en del av en rotor i samsvar med en annen ut-førelse av oppfinnelsen, i et snitt langs et plan vinkel-rett på rotoraksen.

Når samme komponent er vist i flere figurer, er den for-synt med samme henvisningstall overalt..

En rotor i henhold til oppfinnelsen er anordnet for rot-asjons om en akse 2, som ikke er vist i fig. 1 men bare i fig. 2, hvor aksen er vist i flukt med lengdeaksen for et interpolar gap. Uttrykket "lengderetningen" angir her retninger parallelle med denne aksen og uttrykket "radial" angir retninger som skjærer denne akse i rette vinkler, mens uttrykket "vinkelretningen" eller "omkretsretningen" angir bevegelser som frembringes ved dreining om nevnte rotasjonsakse. Figurene viser bare to påfølgende utragende

I

poler som danner en del av rotorens magnetiske krets. Kjernene av disse poler er vist ved 4a<*>og 4b, mens deres utragende polstykker er vist ved 6a og 6b. Disse utragende polstykker har sidekanter 8 som danner fremspring i omkretsretningen i forhold til kjernen.

Vanlige dempeviklingsstaver 10, som kalles "polare" viklings-staver, er utført i kobber og anbragt i nevnte utragende polstykker. Deres ender er koblet til ringformede ledere ' som forløper koaksialt med rotoren og bidrar til å danne en dempningsskjerm i form av en kortsluttningsvikling.

De ringformede ledere utgjøres av polarsegmenter 12 som

er sammenkoblet ved hjelp av bøyelige ledere 14 i form av kobberbånd. De slisser som dannes av gapene mellom polkjernene opptas av magnetiseringsviklinger 16. Rotoren er dreibart anordnet inne i en stator 20.

I henhold til den første utførelse av oppfinnelsen, er en interpolarstav 22 av et metall som er en god ikke-magnetisk leder (kobber, aluminium)anordnet i hvert gap mellom rotor-polene. Hver sådan stav har et skostykke 24 som ligger an mot innsiden av sidekantene 8 og som er delvis isolert for å hindre elektrisk kontakt med polene eller med magneti-seringsviklingen. Nevnte skostykke kan gjøre tjeneste som et pakningsstykke, hvilket vil si en del som holder vinn-ingene på plass i sporene. Interpolarstaven omfatter videre to finner 26a, 26b som rager radialt utover fra skostykket og er anordnet (alt etter utførelsen) enten i kontakt med eller nær inntil de utragende polstykker ,henholdsvis 6a og 6b således at i :alle tilfeller avstanden mellom de to finner er større enn avstanden mellom hver finne og det nærmeste utragende polstykke. Disse finner rager ut radialt like langt som de utragende polstykker eller i det minste så langt som til midt på deres radiale utstrekning. Sk<p>stykket kan eventuelt være utført i et ikke-magnetisk material som er magnetisk sterkere enn materialet i vingene og ikke like god elektrisk leder.

Finnene kan lett utføres med så stor radial utstrekning som nødvendig, skjønt det ikke er vist, kan de således opp-ta hele den radiale utstrekning av de utragende polstyker, og til og med i visse tilfeller strekke seg radialt utenfor disse polstykker og således rage inn i luftgapet.

En bøyelig leder 28 forbinder begge ender av hver interpolarstav med de ringformede ledere som dannes av segmentene 12 og lederstykkene 14.

Andre koblingsorganer er åpenbart mulige, f.eks. forbinde-lser gjennom jernet i polkjernene, som er laminert slik at de bare har høy elektrisk motstand ovenfor strømmer i lengderetningen.

I en annen utførelse av oppfinnelsen som er vist i fig. 3 og er analog med den første utførelse, er det anordnet to symetriske ihterpolarstaver 30a og 30b i form av vinklede-staver i hvert gap mellom polene. Hver stav har et skostykke 32 forbundet med innsiden av sidekanten 8 av en av de utragende polstykker, samt en finne 34a som rager utover langs nevnte sidekant. Et eget pakningsstykke er da nødvenig for å fastholde vinningen 16 i sitt spor.

Finnene kan f.eks. være 4 mm tykke, og skostykkene kan også ha en tykkelse på f.eks 4 mm, i en innkapslet enhet viss rotor roterer med 75 omdreinger pr. minutt og har,en diameter på 5.058 mm og 80 poler med et fritt rom på^54 mm mellom sidekantene av to utragende nabopolstykker.

Claims (4)

1. Rotor med dempningsskjerm for en vekselstrømmaskin med utragende poler, idet rotoren omfatter: En langstrakt rotasjonsakse (2) En magnetisk krets med radialt utragende magnetpoler som strekker seg i rotorens lengderetning og vinkelfordelt rundt rotasjonsaksen, idet hver pol har en polkjerne (4a) som ytterst ender i et utragende polstykke (6a) med fremspringende sidekanter (8) i omkretsretningen på hver sin side av polkjernen, Magnetiseringsviklinger (16) mellom polkjernene, Dempningsstaver (10, 22) av et material med god elektrisk ledningsevne og som strekker seg uavbrutt langs hele polenes lengdeutstrekning, idet noen av disse dempningsstaver er interpolare dempningsstaver (22) anordnet mellom polene, og To ringformede ledere (12, 14) som er anordnet koaksialt med rotoren ved hver sin ytterende av denne samt elektrisk koblet til hver sin ende av hver dempningsstav, således at de sammen med disse staver danner en dempningsskjerm utformet som kortslutningsvikling, karakterisert ved at rotorens interpolarstaver (22) omfatter skostykker (24, 32a) som ligger an mot innsiden av de fremspringende sidekanter (8) av de utragende polstykker (6a, 6b) og finner (26a, 34a) i et stykke med skostykkene samt med radial utstrekning over mer enn halvparten av den radiale høyde av mellomrommet mellom utragende nabopolstykker i l (6a, 6b).

2. Rotor som angitt i krav 1, karakterisert ved at en enkelt interpolarstav (22) er anordnet mellom hvert par av nabopoler, idet nevnte stav har et skostykke (24) som ligger an mot innsiden av tilstøtende sidekanter (8) ay de to utragende polstykker (6a, 6b) på disse to poler samt minst en finne (26a, 26b) som danner et radialt fremspring på utsiden av skostykket.

3. Rotor som angitt i krav 2, karakterisert ved at hver interpolarstav (22) omfatter to finner (26a, 26b) i nærheten av hvert sitt utragende polstykke (6a, 6b), således at avstanden mellom de to finner er større enn avstanden mellom hver finne og det tilstøtende utragende polstykke.

4. Rotor som angitt i krav 1, karakter, i sert ved at den omfatter to interpolarstaver (30a, 30b) i hvert gap mellom to på-følgende poler, idet nevnte staver strekker seg langs hver sin side av vedkommende gap og har et tverrsnitt i form av en vinkelprofil, viss ene flens utgjør et skostykke (32a) festet på innsiden av den tilstøtende sidekant på det inntilliggende utragende polstykke, mens den annen flens av vinkelprofilen danner en finne som rager radialt utover fra skostykket i gapet mellom de utragende polstykker (6a, 6b). i