PL246739B1 - Ekran czół uzwojenia maszyny elektrycznej - Google Patents

Abstract

Ekran (3) czół uzwojenia maszyny elektrycznej jest elastyczny, dwuwarstwowy i jest przyklejony do czół uzwojenia (2) od strony wirnika. Ekran (3) składa się z dielektrycznej taśmy pokrytej od strony zewnętrznej metalowa folią pomalowaną dielektrycznym elastycznym lakierem. Jeden koniec folii jest połączony przewodem uziemiającym do stojana (1). Folia korzystnie jest miedziana lub aluminiowa, a przewód jest miedzian. Folia korzystnie składa się z n współbieżnych przewodzących ścieżek na jednym końcu  połączonych przewodem. Folia korzystnie ma kształt meandryczny i na jednym końcu jest połączona przewodem. Folia jest jednolita o grubości kilku mikrometrów i jest połączona z przewodem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ekran osłaniający czoła uzwojenia maszyn elektrycznych w szczególności maszyn zasilanych z falowników.

W maszynach elektrycznych, jak w każdym innym urządzeniu, występuje szereg negatywnych zjawisk o charakterze destrukcyjnym. Jednym z takich zjawisk występujących w maszynach elektrycznych są napięcia i prądy łożyskowe. Napięcia łożyskowe występują w mniejszym lub większym stopniu prawie w każdej maszynie elektrycznej prądu przemiennego. W mniejszym stopniu w maszynach zasilanych napięciem sinusoidalnym, a w większym stopniu w maszynach zasilanych z falowników. Przy zasilaniu z falowników występuje niezerowe napięcie w punkcie neutralnym uzwojenia maszyny odniesionym do potencjału ziemi (przewodu ochronnego). Napięcie to, zwane napięciem niezrównoważenia, jest uśrednioną sumą wartości chwilowych napięć (asymetrycznych, prostokątnych przebiegów napięcia) na wyjściu falownika wynikających z komutacji zaworów energoelektronicznych. Szybkie zmiany napięcia w punkcie neutralnym uzwojenia stojana generują impulsy napięcia na pojemnościach między uzwojeniami i one determinują prądy łożyskowe. Uzwojenia stojana maszyny elektrycznej są odizolowane od pakietu blach stojana, podobnie i wirnik jest praktycznie odizolowany od pozostałych elementów konstrukcyjnych dzięki obecności filmu olejowego w łożyskach. W konsekwencji w silniku powstaje układ pojemności pomiędzy jego elementami konstrukcyjnymi. Elektrodami tych pojemności wewnętrznych są uzwojenia stojana oraz pakiet blach stojana i wirnika, a ich dielektrykami są m.in. izolacja żłobkowa, szczelina powietrzna oraz film olejowy w łożyskach. Z analizy schematu zastępczego wspomnianych pojemności wewnętrznych wynika, że napięcie występujące pomiędzy bieżniami łożyska można zmniejszyć ograniczając wartość pojemności występującej pomiędzy uzwojeniem stojana i wirnikiem. Pojemność ta występuje zarówno pomiędzy powierzchnią otwarcia żłóbków stojana i wirnikiem jak również pomiędzy połączeniami czołowymi uzwojenia stojana i wirnikiem.

Znane są opisane w dostępnej literaturze sposoby ograniczania pojemności pomiędzy połączeniami czołowymi uzwojenia stojana i wirnikiem bazujące na zastosowaniu ekranów elektrostatycznych w tej przestrzeni. Przykładami są: Prevention of Harmful EDM Currents in InverterFed AC Machines by Use of Electrostatic Shields in the Stator Winding Overhang autorstwa O. Magdun, Y. Gemeinder, A. Binder oraz Shielding the End Windings to Reduce Bearing Currents autorstwa K. Vostrov, J. Pyrhonen, J. Ahola. W wymienionych pracach opisano korzystny wpływ ekranów połączeń czołowych w postaci drutów lub pełnej taśmy, jednakże nie przedstawiono rozwiązań technicznych konstrukcji tych ekranów, a w szczególności montażu i zabezpieczenia ekranu.

Celowe jest opracowanie konstrukcji ekranu czół uzwojenia, który przejmuje ładunki elektryczne z powierzchni izolacyjnej czół uzwojenia i odprowadzi je do uziemionego stojana maszyny, a równocześnie minimalizuje prądy wirowe w przewodzącym metalowym ekranie.

Ekran czół uzwojenia maszyny elektrycznej według wynalazku jest elastyczny, dwuwarstwowy i jest przyklejony do czół uzwojenia od strony wirnika. Ekran składa się z dielektrycznej taśmy pokrytej od strony zewnętrznej metalową folią pomalowaną dielektrycznym elastycznym lakierem. Jeden koniec folii metalowej jest połączony przewodem uziemiającym do stojana. Folia korzystnie jest miedziana lub aluminiowa, a przewód uziemiający jest miedziany. Folia korzystnie składa się n współbieżnych przewodzących ścieżek, które na jednym końcu są połączone przewodem uziemiającym. Folia korzystnie ma kształt meandryczny i na jednym końcu jest połączona z przewodem uziemiającym. Folia jest jednolita o grubości kilku mikrometrów i jest połączona z przewodem uziemiającym.

Wynalazek jest objaśniony na rysunkach na których przedstawiono: fig. 1 przekrój stojana maszyny elektrycznej z obustronnym ekranem na połączeniach czołowych uzwojenia, fig. 2 końce ekranu o n = 5 współbieżnych ścieżkach metalowych, fig. 3 rozwinięty ekran z współbieżnymi ścieżkami metalowymi n = 5 i z przewodem uziemiającym, fig. 4 rozwinięty ekran w kształcie meandrycznym z przewodem uziemiającym.

Ekran 3 czół uzwojenia 2 maszyny elektrycznej jest elastyczny, dwuwarstwowy i jest przyklejony do czół uzwojenia 2 od strony wirnika, jak na rysunku fig. 1. Ekran 3 składa się z dielektrycznej taśmy 3.1 przyklejonej do czół uzwojenia 2. Taśma 3.1 od strony zewnętrznej (od strony wirnika) jest pokryta metalową folią 3.2 pomalowaną dielektrycznym elastycznym lakierem. Na rysunku fig. 2 pokazano końcówki ekranu 3, na którym jest widoczna warstwowa konstrukcja ekranu. Warstwa, przyklejana do czół uzwojenia 2, jest taśmą dielektryczną 3.1. Warstwa zewnętrzna ekranu 3 jest folią metalową 3.2, korzystnie miedzianą lub aluminiową. Taśma dielektryczna 3.1 jest nośnikiem folii metalowej 3.2 i służy do przyklejenia ekranu 3 do czół uzwojenia 2. Jeden koniec folii 3.2 jest połączony przewodem 4 uziemiającym do jarzma stojana 1. Pole elektryczne wokół czół 2 jest wzbudzane przez napięcia w tych czołach 2. Pole to ekranuje folia metalowa 3.2. Folia 3.2 „zbiera” ładunki elektryczne i przewodem uziemiającym 4 odprowadza je do uziemionego stojana. Wokół czół jest także zmienne pole magnetyczne, które indukuje w folii 3.2 prądy wirowe generujące straty mocy. Straty mocy w folii 3.2 powinny być możliwie małe, uzyskuje się to w trzech wariantach rozwiązania:

• folię 3.2, metodą wytrawiania, wykonuje się korzystnie w formie współbieżnych ścieżek, jak na rysunkach fig. 2 i fig. 3 na których pokazano n = 5 metalowych współbieżnych ścieżkach 3.2 na jednym końcu połączonych miedzianym przewodem uziemiającym 4, n może być inną liczbą, • folię 3.2 korzystnie wykonuje się, metodą wytrawienia, meandrycznie i na jednym końcu meandra jest połączona przewodem uziemiającym 4, na rysunku fig. 4 pokazano meandrę prostokątną, lecz może ona mieć inny kształt, • folia 3.2 może być także jednolita n = 1, lecz w tym rozwiązaniu korzystnie jest aby jej grubość wynosiła kilku mikrometrów, oczywiście folia jest połączona z przewodem 4 uziemiającym. Cienką warstwę folii 3.2 uzyskuje się np. metodą elektrolityczną lub inną metodą.

Ekran 3 czół uzwojenia 2, według przedstawionego rozwiązania, ma dwie warstwy: dielektryczną 3.1 i przewodzącą 3.2. Warstwa dielektryczna 3.1 jest warstwą, która umożliwia rozłożenie warstwy przewodzącej (metalowej) 3.2 wokół czół 2 i równocześnie izoluje warstwę przewodzącą 3.2 od czół 2. Budowa ekranu 3 jest prosta w realizacji. Ekran skutecznie przejmuje ładunki elektryczne z powierzchni izolacyjnej czół uzwojenia 2 i odprowadza je do uziemionego stojana 1 maszyny. Ładunki te nie przechodzą do wirnika tym samym zmniejszany jest prąd łożyskowy. Budowa ekranu 3 według wynalazku minimalizuje ryzyko występowania prądów wirowych w warstwie metalowej 3.2.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ekran czół uzwojenia maszyny elektrycznej, znamienny tym, że na czołach uzwojenia (2) od strony wirnika jest przyklejony elastyczny dwuwarstwowy ekran (3), który składa się z dielektrycznej taśmy (3.1) pokrytej od strony zewnętrznej metalową folią (3.2) pomalowaną dielektrycznym elastycznym lakierem, przy czym jeden koniec folii (3.2) jest połączony przewodem (4) uziemiającym do stojana (1).
2. 2. Ekran według zastrz. 1, znamienny tym, że folia (3.2) korzystnie jest miedziana lub aluminiowa, a przewód (4) jest miedziany.
3. 3. Ekran według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że folia (3.2) korzystnie składa się n współbieżnych przewodzących ścieżek na jednym końcu połączonych przewodem (4).
4. 4. Ekran według zastrz. 1,2, znamienny tym, że folia (3.2) korzystnie ma kształt meandryczny, na jednym końcu meandra jest połączona z przewodem (4).
5. 5. Ekran według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że folia (3.2) jest jednolita o grubości kilku mikrometrów i jest połączona z przewodem (4).