CS246400B1

CS246400B1 - Damping winding of two-rotor smooth rotor synchronous power machines powered from solid-state frequency converters

Info

Publication number: CS246400B1
Application number: CS536585A
Authority: CS
Inventors: Bretislav Benda; Dalibor Zdenek; Antonin Malousek; Jaroslav Pavlas
Original assignee: Bretislav Benda; Dalibor Zdenek; Antonin Malousek; Jaroslav Pavlas
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1986-10-16

Abstract

Je řešeno tlumící vinutí se sníženým proudovým i mechanickým namáháním pro synchronní stroje dvoupolovó s mezními výkony, mající hladký rotor a napájené z polovodičových měničů frekvence, kde tlumici vinutí sestává z Kruhu nakrátko, tvořeného ocelovou nemaínetickou bandóží a z klínů vinutí rotoru. Klíny /1/ jsou a materiálu, jehož elektrický odpor je větší než elektrický odpor elektrovodné mědi. Klíny /1/ jsou alespoň jednou ve své délce příčně rozděleny. Místa /2/ příčného dělení jsou po obvodě těla rotoru /6/ symetricky prostřídána a klíny /1/ jsou v těchto místech /2/ spojeny alespoň jednou kluznou, elektricky voďivou spojkou /3/, umístěnou v boční části klínu /1/ a sahající až k povrchu těla rotoru /6/. Ocelová nemagnetická bandáž /4/ čel vinutí /5/ těla rotoru /6/ je rozebíratelné a elektricky vodivě spojena v místě osazení čelní části těla rotoru /6/ jak a klíny /1/, tak se zuby /7/.A damping winding with reduced current and mechanical stress is provided for two-pole synchronous machines with limited power, having a smooth rotor and powered by semiconductor frequency converters, where the damping winding consists of a short-circuited ring formed by a steel non-magnetic band and of rotor winding wedges. The wedges /1/ are made of a material whose electrical resistance is greater than the electrical resistance of conductive copper. The wedges /1/ are divided transversely at least once in their length. The places /2/ of the transverse division are symmetrically alternated around the circumference of the rotor body /6/ and the wedges /1/ are connected at these places /2/ by at least one sliding, electrically conductive coupling /3/, located in the lateral part of the wedge /1/ and extending to the surface of the rotor body /6/. The steel non-magnetic bandage /4/ of the winding ends /5/ of the rotor body /6/ is detachably and electrically conductively connected at the mounting point of the front part of the rotor body /6/ to both the wedges /1/ and the teeth /7/.

Description

Tlumící vinutí dvoupolových synchronních strojů mezních výkonů s hladkým rotorem napájených z polovodičových měničů frekvenceDamping windings of two-pole, smooth-rotor synchronous power machines with smooth rotor, powered by semiconductor frequency converters

Je řešeno tlumící vinutí se sníženým proudovým i mechanickým namáháním pro synchronní stroje dvoupolovó s mezními výkony, mající hladký rotor a napájené z polovodičových měničů frekvence, kde tlumici vinutí sestává z Kruhu nakrátko, tvořeného ocelovou nemaínetickou bandóží a z klínů vinutí rotoru.There is a damping winding with reduced current and mechanical stress for two-pole synchronous machines with limit powers, having a smooth rotor and powered from semiconductor frequency converters, where the damping winding consists of a short circuit consisting of a steel non-ethetic bandage and rotor wedges.

Klíny /1/ jsou a materiálu, jehož elektrický odpor je větší než elektrický odpor elektrovodné mědi. Klíny /1/ jsou alespoň jednou ve své délce příčně rozděleny. Místa /2/ příčného dělení jsou po obvodě těla rotoru /6/ symetricky prostřídána a klíny /1/ jsou v těchto místech /2/ spojeny alespoň jednou kluznou, elektricky voďivou spojkou /3/, umístěnou v boční části klínu /1/ a sahající až k povrchu těla rotoru /6/. Ocelová nemagnetická bandáž /4/ čel vinutí /5/ těla rotoru /6/ je rozebíratelné a elektricky vodivě spojena v místě osazení čelní části těla rotoru /6/ jak a klíny /1/, tak se zuby /7/.The wedges (1) are of a material whose electrical resistance is greater than the electrical resistance of the copper conductor. The wedges (1) are transversely divided at least once in their length. The cross-sectional locations (2) are symmetrically alternated around the periphery of the rotor body (6) and the wedges (1) are connected at these points (2) by at least one sliding, electrically conductive clutch (3) located in the side of the wedge (1) up to the surface of the rotor body (6). The steel non-magnetic bandage (4) of the winding head (5) of the rotor body (6) is detachable and electrically conductively connected at the location of the front of the rotor body (6) with both the wedges (1) and the teeth (7).

246 400246 400

Vynález se týká tlumícího vinutí elvoupolových synchronních strojů mezních výkonů s hladkým rotorem, napájených z polovodičových měničů frekvence se sníženým proudovým i mechanickým namáháním,BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the damping windings of elvoupole synchronous smooth-power limit machines powered from semiconductor frequency converters with reduced current and mechanical stresses.

U synchronních dvoupolovych strojů při napájení z polovodičových měničů frekvence vznikají vlivem nesinusového napájení přídavné ztráty na povrchu rotoru, jejichž velikost klesá se snižujícím se odporem tlumícího vinutí. Tato skutečnost vede výrobce těchto strojů k realizaci kompaktního tlumícího vinutí, sestávajícího z klínu vinutí rotoru a z kruhů nakrátko z materiálů s vysokou elektrickou vodivostí při dostatečné mechanické pevnosti. Mechanické a elektrické požadavky na materiál klínů a kruhu nakrátko jdou proti sobě. V současné době se převážně používá slitin s měrným odpórem v rozmezí 0,02 až 0,025-Λ-/mm . Známá jsou též řešení, která při použití klinů s vysokou elektrickou vodivostí využívají nemagnetickou obruč vinutí rotoru jako kruhu nakrátko. Tato obruč bývá většinou v místě styku s klíny opatřena měděnou vložkou. Snaha po maximální elektrické vodivosti tlumícího vinutí vede většinou k realizaci strojů s klíny vinutí rotoru z jediného kusu. Připojení těchto klínů na kruh nakrátko představuje mimořádně náročný technický problém, který se doposud nepodařilo uspokojivě vyřešit. Jde v zásadě o to, že je souběžně nutno řešit problémy elektrické, a to převod proudů o velikosti řádově kA a problémy mechanické, z důvodů rozdílných tepelných dilatací těla rotoru, klínů a vinutí rotoru. Při práci stroje je klec tlumícího, vinutí namáhána nejen odstředivými silami, ale i značnými silami od rozdílných tepelných dilatací jednotlivých částí rotoru.In the case of synchronous two-pole machines, when powering from semiconductor frequency converters, non-sinusoidal power supply causes additional losses on the rotor surface, the magnitude of which decreases with decreasing resistance of the damping winding. This leads the machine builder to realize a compact damping winding consisting of a rotor winding wedge and short-circuit rings of high electrical conductivity materials with sufficient mechanical strength. The mechanical and electrical requirements for the wedge and ring material are short-circuited. At present, alloys with a resistivity in the range of 0.02 to 0.025-Λ- / mm are predominantly used. Also known are solutions which employ non-magnetic rotor windings as short-circuiting ring when using wedges with high electrical conductivity. This hoop is usually provided with a copper insert at the point of contact with the wedges. The effort for maximum electrical conductivity of the damping winding usually leads to the implementation of machines with rotor winding wedges in one piece. Briefly attaching these wedges to the ring is an extremely difficult technical problem that has not been satisfactorily solved so far. In principle, it is necessary to solve simultaneously electrical problems, namely the transfer of currents of the order of magnitude kA and mechanical problems, due to different thermal dilatations of the rotor body, wedges and rotor windings. When the machine is working, the cage of the damping, winding is stressed not only by centrifugal forces, but also by considerable forces from different thermal dilatations of individual parts of the rotor.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje tlumící vinutí dvoupólových synchronních strojů meznícfi výkonů s hladkým rotorem napájených z polovodičových měničů frekvence podle vynálezu. Tlumící vinutí sestává z kruhu nakrátko, tvořeného ocelovou nemagnetickou bandáží a klínů vinuti rotoru. Podstatou tohoto tlumícího vinutí je, že klíny jsou vytvořeny z materiálu, jehož elektrický odpor je větší než elektrický odpor elektrovodné mědi a jsou ve své délce alespoň jedenkrát příčně rozděleny. Místa příčného dělení klínů jsou po obvodě těla rotoru symetricky prostřídána, v místech dělení jsou klíny spojeny alespoň jednou Kluznou elektricky vodivou spojkou, Která je umístěna v boční části klínu a sahá až k povrchu, těla retoru, Ocelová nemagnetická bandáž čel vinutí těla rotoru je rozebíratelně a elektricky vodivě spojena v místě osazení čel· ní části těla rotoru jak s klíny, tak se zuby těla rotoru.The above-mentioned disadvantages are overcome by the damping windings of two-pole synchronous power machines with smooth rotor power supplied from the semiconductor frequency converters according to the invention. The damping winding consists of a short circuit consisting of a steel non-magnetic bandage and wedges of the rotor winding. The essence of this damping winding is that the wedges are made of a material whose electrical resistance is greater than the electrical resistance of the copper conductor and is distributed transversely at least once in its length. Transverse splitting points of the wedges are symmetrically alternated around the circumference of the rotor body, at splitting points the wedges are connected by at least one sliding electrically conductive coupling which is located in the side of the wedge and reaches to the surface. and electrically conductively connected at the location of the end face of the rotor body to both the wedges and the teeth of the rotor body.

Takto provedeným tlumícím vinutím je dosaženo toho, že přibližně stejné, proudy tečou jak klíny, tak zuby rotoru.The damping winding thus made ensures that approximately the same currents flow both the wedges and the teeth of the rotor.

To proudově podstatně odlehčuje vlastní tlumící vinutí a kontaktní plochy mezi klíny a nemagnetickou bandáží a elektricky vodivé spojky klínů jsou podstatně méně proudově namáhány. Navíc jsou odstraněn# velké přídavné mechanické namáhání části rotoru od tepelných dilatací. Uvedené skutečnosti ve svém důsledku nejen zvyšují provozní spolehlivost stroje při nižších materiálových a výrobních nákladech, ale i vzhledem k sníženým mechanickým namáháním umožňují zvýšit intenzitu chlazení rotoru, což je podstatné.This significantly relieves the current damping winding itself and the contact surfaces between the wedges and the non-magnetic bandage and the electrically conductive wedge couplings are subjected to substantially less current. In addition, large additional mechanical stresses on the rotor portion from thermal dilatations are eliminated. This not only increases the operational reliability of the machine at lower material and production costs, but also enables the rotor cooling intensity to be increased due to reduced mechanical stresses, which is essential.

Příklad provedení tlumícího vinutí podle vynálezu je uveden na přiloženém výkrese. Na obr.l je schematicky naznačeno provedení klínu ve spojení s ocelovou nemagnetickou bandáží a na obr.2 je v bokoryse pohled na část těla rotoru se zuby, klíny a ocelovou nemagnetickou bandáží.An exemplary embodiment of a damping winding according to the invention is shown in the attached drawing. Fig. 1 schematically shows an embodiment of a wedge in connection with a steel non-magnetic bandage; and Fig. 2 is a side view of a part of the rotor body with teeth, wedges and a steel non-magnetic bandage.

248 40fl248 40fl

Klíny i jsou vyrobeny z materiálu, který má. elektrický odpor větší než doposud používané slitiny s vysokou elektrickou vodivostí, zejména elektrovodná měň. Tyto klíny 1 vinutí rotoru jsou ve své délce alespoň jednou příčně rozdělené· V místě 2 příčného dělení jsou klíny i spojeny alespoň jednou kluznou, elektricky vodivou spojkou J. Většinou bývají použity tyto kluzné, elektricky vodivé spojky J dvě a jejich délka je volena maximálně 150 mm· Kluzné, elektricky vodivé spojky J jsou umístěny v boční části klínu X v místě £ příčného dělení a sahají až k povrchu těla rotoru 6. Místa 2 příčného dělení u dvou sousedních klínů 1 jsou po délce prostřídána· Lze říci, že tato místa příčného dělení všech klínů 1 jsou po obvodě těla rotoru £ symetricky prostřídána,a to z důvodu, aby nedocházelo k nepřípustnému ohřívání v jedné rovině. Ocelové nemagnetická bandáž 4 čel vinutí £ rotoru je rozebíratelně a elektricky vodivě spojena jak s klíny i, tak se zuby 2 rotoru v místě 0sazení čelní části těla rotoru 6,The wedges i are made of the material it has. an electrical resistance greater than the hitherto used alloys having a high electrical conductivity, in particular an electrical conductor. The wedges 1 of the rotor windings are at least once transversely divided in their length. At the transverse dividing point 2, the wedges 1 are connected by at least one sliding, electrically conductive coupling J. Usually, these sliding, electrically conductive couplings J two are used. mm · The sliding, electrically conductive couplings J are located in the lateral part of the wedge X at the cross section 6 and extend up to the surface of the rotor body 6. The cross section points 2 of the two adjacent wedges 1 are alternated lengthwise. The separations of all the wedges 1 are symmetrically alternated around the periphery of the rotor body 6 in order to avoid inadmissible heating in one plane. The steel non-magnetic bandage 4 of the rotor winding faces 4 is detachably and electrically conductively connected both to the wedges 1 and to the teeth 2 of the rotor at the location 0 of the front part of the rotor body 6,

Elektrické spojení je zajištěno ve styku ocelová nemagnetická bandáž 4 a klín 2 jednak svěrem ocelové nemagnetické bandáže 4 θ jednak odstředivou silou vah vinutí £ rotoru při chodu. Styk mezi klínem 1 a kluznou, elektricky vodivou spoj- . kou J je,zajištěn montážním přesahem v klidu, nebot kluzná, elektricky vodivá spojka J je tlustlí než mezera v místě 2 příčného dělení a při chodu odstředivou silou váhy vinutí £ rotoru v části pod kluznou, elektricky vodivou spojkou J.The electrical connection is provided in contact by the steel non-magnetic bandage 4 and the wedge 2 on the one hand by clamping the steel non-magnetic bandage 4 θ on the other hand by the centrifugal force of the rotor winding weights 6 during operation. Contact between wedge 1 and sliding, electrically conductive joint. The electrically conductive clutch J is thicker than the gap at the transverse partition 2 and, when running, by the centrifugal force of the rotor winding weight in the part below the sliding, electrically conductive clutch J.

Elektrický styk mezi ocelovou nemagnetickou bandáží 4 a zubem 2 je zajištěn nasazením s přesahem zatepla.The electrical contact between the steel non-magnetic bandage 4 and the tooth 2 is provided by a hot-over fit.

Při chodu stroje je takto provedeným tlumícím vinutím zabezpečeno, že přibližně stejné proudy tečou jak klíny 2, tak zuby 2 rotoru. Tím je proudově podstatně odlehčeno vlastní tlumící vinutí a styčné plochy mezi klíny 1 a ocelovou nemagnetickou bandáží £ jsou podstatně méně proudově namáhány·When the machine is running, the damping winding thus realized ensures that approximately the same currents flow both the wedges 2 and the teeth 2 of the rotor. As a result, the damping winding itself is substantially relieved of current and the contact surfaces between the wedges 1 and the steel non-magnetic bandage 4 are considerably less current loaded.

248 400248 400

Tím, že místa £ příčného dělení jednotlivých klínů i neleží v jedné rovině kolmé na oau těla rotoru £, ale jsou po obvodě symetricky preitřídóna, je zamezeno vzniku přídavného mechanického namáhání části rotoru od tepelných dilatací.Since the transverse separation points 6 of the individual wedges 1 do not lie in a plane perpendicular to the oau of the rotor body 6 but are symmetrically pre-class, the additional mechanical stress on the rotor part from thermal dilatations is avoided.

Claims

Damping windings of two-pole synchronous smooth-power limit machines powered from semiconductor frequency converters descending from a short-circuit ring consisting of oeelovots with non-magnetic bands and rotor winding wedges, characterized in that the wedges (1) are of a material whose electrical resistance is greater than the electrical resistance of the electro-copper and are transversely distributed over their length at least once, the transverse partition locations (2) are alternately symmetrically rotated around the periphery of the rotor body (6) and at least transverse partition locations (2) are connected at least one sliding, electrically conductive clutch (3) located in the side of the wedge (1) and extending to the surface of the rotor body (6) and the steel non-magnetic bandage (4) of the winding heads (5) of the rotor body (6) is detachable and electrically conductively connected at the location of the front of the rotor body (6) to both the wedges (1) and the teeth (7) of the rotor body (6).