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Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine windungsschlusssichere elektrische Maschine umfassend einen Rotor mit einem oder mehreren Permanentmagneten und einen Stator, der Stator umfassend eine Vielzahl von Statorpolen, die um den Rotor herum angeordnet sind, eine Vielzahl von Nuten, welche die Statorpole in einer Umfangsrichtung voneinander beabstanden, wobei in jeder Nut ein Joch angeordnet ist welches in Umfangsrichtung eine brückenartige Verbindung zwischen den Statorpolen bildet.
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Hintergrund
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Elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren, werden in zunehmendem Maße auch in Flugzeugen oder Automotive- Anwendungen eingesetzt. Besonders Synchronmaschinen mit permanent erregten Magneten sind hierbei von Vorteil, da sie eine hohe Leistungs- , Drehmomentdichte und Effizienz bieten. Sie haben aber den Nachteil, dass durch die permanente Erregung auch permanent Spannungen in den Statorwicklungen, bestehend aus mehreren Windungen, induziert werden. Dies hat zur Folge, dass im Falle eines Versagens der Isolationsschicht zwischen den Windungen ein fortwährender Kurzschluss entstehen kann, der als Windungsschluss bezeichnet wird. Wegen der permanenten Erregung der Magneten wird im Falle eines Windungsschlusses auch permanent eine Spannung in dem defekten Bauteil induziert, die sehr hohe Kurzschlussströme hervorruft. Diese Kurzschlussströme, welche ein Vielfaches eines Kurzschlussstromes an der Klemme der Wicklung betragen können, führen dazu, dass sich lokal große Hitze entwickeln kann und die Gefahr besteht, dass das defekte Bauteil und umliegende Bauteile zu brennen beginnen.
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Der Einsatz von Permanentmagneten ist daher aufgrund der hohen Leistungsdichte vorteilhaft, birgt aber Sicherheitsrisiken. Hinzu tritt, dass beispielsweise in einem Flugzeug, die elektrische Maschine nicht sofort angehalten werden kann, wenn ein Windungsschluss auftritt und in dem schadhaften Bauteil fortdauernd schädigende Ströme hervorgerufen werden.
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Bekannte Lösungen hierfür sind der Einbau von Kupplungen oder Freiläufen, die ein Abstellen des Motors erlauben, wobei sich abtriebbseitige Bauelemente, wie beispielsweise Propeller weiterdrehen können. Diese Ansätze haben den Nachteil, dass Kupplungen oder Freiläufe ein hohes Gewicht aufweisen. Zudem ist auch bei einem Abschalten der elektrischen Maschine mit einem Nachlaufen zu rechnen, welches ausreichend sein kann um Folgeschäden auftreten zu lassen.
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Weiterhin ist bekannt, zur Vermeidung von Windungsschlüssen die Isolation zwischen den Windungen zu verstärken. Dies hat aber eine verschlechterte Leistungsausbeute und Kühlung zur Folge.
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In der Druckschrift „Inter-Turn Fault Tolerant Control System in Brushless DC Motor By using Yoke Winding“, Seung-Tae Lee et al., vorgestellt 2014 auf der 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), Oct. 22-25, Hangzhou, China, wird vorgeschlagen, in einem permanent erregten Elektromotor zusätzlich zu den Wicklungen um die Statorpole Jochwicklungen vorzusehen. Diese hat aber zur Folge, wenn ein Windungsschluss in einer Statorpolwicklung auftritt, dass die kurzgeschlossene Wicklung auch nach dem Abschalten des Wicklungssystems vom Rotor durchflutet wird. Die dabei freigesetzte lokal extrem hohe Verlustleistung muss dauerhaft abgeführt werden. Mit weiterem Abbrand der Windung ist daher zu rechnen. Die in dem Dokument vorgeschlagene Maßnahme dient dazu, am benachbarten Statorpol weiterhin 50% Drehmoment erzeugen. Daher ist die vorgeschlagene Anordnung zwar dazu geeignet einen Abfall der Gesamtleistung zu reduzierten, nicht aber dazu, die elektrische Maschine sicher weiter zu betreiben.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe eine elektrische Maschine bereitzustellen, die auch im Falle eines Windungsschlusses sicher und mit möglichst wenig Leistungsverlust weiter betrieben werden kann.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß der Erfindung ist eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art geschaffen, wobei auf jedem Joch mindestens eine Jochwicklung angeordnet ist, die eine elektrische Spule bildet wobei eine Spulenachsenrichtung der Umfangsrichtung entspricht, und wobei jeweils zwei benachbarte Jochwicklungen einen Statorpol umschließen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Anordnung der Statorspulen auf dem Joch, im Falle eines Windungsschlusses in einer der Spulen ein alternativer Pfad für die Flussverkettung bereitgestellt werden kann, der dazu führt, dass hohe Kurzschlussströme in der schadhaften Wicklung vermieden werden können. In Folge dessen ist auch ein sofortiges Anhalten nicht mehr erforderlich, sondern die Maschine kann sicher weiterdrehen.
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Im Falle eines Windungsschlusses wird der magnetische Fluss tangential durch das Joch hindurch abgeleitet..
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Die von dem Windungsschluss betroffene Spule wird beim Betrieb der elektrischen Maschine von dem Rotor mit dem Permanentmagneten stets miterregt, wodurch sie infolge des durch den Induktionsstrom hervorgerufenen magnetischen Feldes einen eigenen magnetischen Fluss ausbildet. Dieser wirkt dem magnetischen Fluss des Rotors entgegen und bewirkt, dass sich der resultierende Gesamtfluss, also die Flussverkettung im Bereich der defekten Spule ändert. In Folge dessen wird der resultierende Fluss aus betroffenen Windungen verdrängt und die Flussverkettung minimiert. Diese Änderung der Flussverkettung ist abhängig von der Spulenanordnung relativ zum Rotor und von der Statorgeometrie und dem Statormaterial.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spulen/Wicklungen auf dem Joch sind zwei parallel verlaufende Flusspfade gebildet. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die Wicklungen auf dem Statorpolen angeordnet sind und somit eine Wicklungslängsachse normal zur Umfangsrichtung angeordnet ist, wird bei der vorliegenden Erfindung der magnetische Fluss im Falle eines Windungsschlusses nicht durch Bereiche verminderter Permeabilität geleitet, sondern kann sich entlang des Statorpols und genau parallel zu einem magnetischen Fluss durch die verbliebene „gesunde“ Spule ausbilden.
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Wenn sich nämlich die Flussverkettung dergestalt ändert, dass Bereiche niedriger Permeabilität (z.B. der Luftspalt) vom Fluss/magnetischen Feld durchsetzt werden, führt dies zu sehr hohen Kurzschlussströmen in der kurzgeschlossenen Windung. Dadurch entstehen hohe Temperaturen und ein sofortiges Anhalten ist erforderlich.
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Gemäß der Erfindung wird durch das magnetische Gegenfeld derjenigen Wicklung in der der Windungsschluss auftritt, also der Fehlstelle, der magnetische Fluss um die Kurzschlussstelle herumgeführt. Dadurch, dass der Stator mit dem Joch versehen ist, wird ermöglicht, dass sich der gesamte magnetische Fluss durch die verbleibende Spule hindurch und das hochpermeable Joch ausbilden kann. Dies wird dadurch begünstigt, dass das Joch, wie auch die Statorpole aus einem Material hoher Permeabilität besteht. Bildet sich der magnetische Fluss begünstigt durch das verbleibende Joch aus, verringert sich im Gegenzug dazu die an der schadhaften Spule induzierte Spannung und infolge dessen die Verlustleistung. Im Stand der Technik muss diese Verlustleistung dauerhaft abgeführt werden und weiterer Schaden an der Spule ist wahrscheinlich.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umschließen jeweils zwei Jochwicklungen einen Statorpol und sind elektrisch in Reihe geschaltet.
In dieser Ausführungsform können die beiden Spulen mit einem einzelnen Inverter betrieben werden Es tritt im Normalbetrieb kein umlaufender Fluss auf, der wiederum die magnetische Ausnutzung des Materials reduziert. Im Fall eines Windungsschlusses hängt es von der konkreten Maschine ab, ob die High- und Low-Seiten der Brückenschaltungen abgeschaltet werden oder ob ein externer Überbrückungskreis gebildet wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor ein Doppelrotor und umfasst zwei konzentrisch angeordnete Rotorelemente mit Permanentmagneten. Insbesondere umgeben die beiden Rotorelemente den Stator radial.
Ein Nachteil der Anordnung der Wicklungen auf Jochen und dem vollständigen Verzicht auf Polwicklungen ist es, dass die Flussverkettung reduziert, ggf. halbiert wird. Während im Stand der Technik bei einem Einzelrotor eine einzelne Statorspule pro Statorpol ausreichend ist, sind gemäß der Erfindung bei einem Einzelrotor zwei Jochspulen derselben Dimensionierung wie die Statorspule notwendig, um dieselbe Flussverkettung zu erreichen. Bei der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung mit einem Doppelrotor ist die Flussverkettung der beiden Jochspulen dieselbe wie bei einer Spule um einen Statorpol, wobei der oben beschriebene vorteilhafte Sicherheitseffekt erhalten bleibt. Zudem deckt ein einzelner Rotorpol nur einen einzelnen Statorpol ab, wodurch die Drehmomentdichte erhöht wird.
Insbesondere in einer Doppelrotoranordnung mit versetzten Statorpolen kann mittels um das Joch gewickelten Suchspulen eine einfache Detektionsmöglichkeit von Kurzschlüssen geschaffen werden. Im Normalbetrieb ist kein Fluss im Joch vorhanden. Im Fehlerfall kommt es zur Asymmetrie und damit zu einem umlaufenden Magnetfluss. Dieser Fluss kann mit einer einzigen Sensorspule/Suchspule (welche in einer beliebigen Position um das Joch gewickelt ist) detektiert werden. Das Signal kann genutzt werden um Maßnahmen zur Mitigation (z.B. Abschalten des Inverters) verzögerungsfrei auszulösen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die jeweils zwei Jochwicklungen die einen Statorpol umschließen in Umfangsrichtung durch eine Breite des Statorpols voneinander beabstandet. Die für Hin- und Rückleiter einer Spule genutzten Nuten sind in Umfangsrichtung um jeweils eine Nut versetzt. Dadurch können die Nord- und Südpole der Permanentmagneten des Rotors, insbesondere dann, wenn der Rotor ein Doppelrotor ist, versetzt angeordnet werden, wodurch das Joch nur einen minimalen Querschnitt aufweisen muss, der für den magnetischen Fluss im Fall eines Windungsschlusses ausreichend ist. Ferner wird begünstigt, dass sich der magnetische Fluss durch die Jochwicklungen durch Bereiche hoher Permeabilität ausbildet, nämlich durch den Statorpol hindurch.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Tiefe eines Querschnittes des Jochs in radialer Richtung mindestens 0,5-mal so groß ist wie eine Breite eines Statorpols in der Umfangsrichtung. Insbesondere entspricht die Tiefe des Querschnittes des Jochs in radialer Richtung der Breite eines Statorpols in der Umfangsrichtung.
Das Joch nimmt im Fall des Ausfalls einer der Spulen den gesamten veränderten magnetischen Fluss auf. Dazu muss es ausreichend dimensioniert sein. Das Joch muss daher einen entsprechend großen Querschnitt besitzen, um eine hohe magnetische Leitfähigkeit bereitzustellen. Je höher die magnetische Leitfähigkeit, desto geringer ist der Kurzschlussstrom in der schadhaften Spule. Daher Ein „dickes“ Joch führt zu hohem Gewicht aber geringem Kurzschlussstrom. Unter Gewichtsaspekten ist daher ein möglichst „dünnes“ Joch bevorzugt, wobei die Frage ist, welcher Kurzschlussstrom gerade noch als akzeptabel erachtet wird, also keinen weiteren Schaden verursacht. Die Erfindung beruht auf der weiteren Erkenntnis, dass bei einer Jochtiefe in radialer Richtung, die der Hälfte der Breite des Statorpols in Umfangsrichtung entspricht, ein Kurzschlussstrom herrscht, der noch akzeptabel ist und der Motor dabei nicht zu schwer wird. Entspricht die Tiefe des Jochs der Statorpolbreite, ist der Kurzschlussstrom nicht mehr vorhanden. Die Wahl der Tiefe des Jochs in Umfangsrichtung ist daher ein wichtiges Kriterium bei der Dimensionierung der elektrischen Maschine und bei der Berücksichtigung des Fail-safe Prinzips. Das Prinzip ist auch auf Axialflussmaschinen anwendbar, dann wäre die Tiefe des Jochs in axialer Richtung zu relevant.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektrische Maschine 10 Rotorpole und 12 Statorpole. Dadurch sind hohe Drehmomentdichten möglich. Das Joch hilft hier auch bei der mechanischen Stabilisierung des Stators. Das Doppelrotorkonzept mit den Jochwicklungen kann mit Vorteil auch in Motoren angewendet werden, in denen die Rotorpolteilung sehr nahe an der Statorpolteilung liegt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektrische Maschine zwei elektrisch getrennte zweiphasige Wicklungsanordnungen der Jochwicklungen. Jede Wicklungsanordnung erzeugt eine magnetische Kraft in Umfangsrichtung, wobei sich im Normalbetrieb die von den beiden Halbsystemen erzeugten Kräfte gegenseitig aufheben und es somit in Umfangsrichtung keinen resultierenden magnetischen Fluss gibt. Dadurch kann ein hoher Leistungsfaktor erreicht werden, d.h. die Wirkleistung der elektrischen Maschine erhöht werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend sind anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
- Die 1a und 1b eine elektrische Maschine aus dem Stand der Technik,
- Die 2a und 2b eine elektrische Maschine aus dem Stand der Technik mit einer Doppelrotoranordnung,
- Die 3a und 3b eine elektrische Maschine mit einer Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung;
- Die 4a und 4b eine elektrische Maschine mit einer Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung mit einer Doppelrotoranordnung;
- Die 5 eine schematische Darstellung eines magnetischen Flusses in einer elektrischen Maschine mit einem Stator/Rotorpolverhältnis von 10/12;
- Die 6a-c schematische Darstellungen eines magnetischen Flusses in einer zweiphasigen elektrischen Maschine gemäß der Erfindung.
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Figurenbeschreibung
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1a zeigt eine elektrische Maschine 1 aus dem Stand der Technik. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Rotor 2, der einen ersten Permanentmagneten 3 umfasst. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 4. Der Stator 4 ist als Statorkranz ausgebildet und umfasst mehrere Statorpole 5. Die Statorpole 5 sind als radial hervorspringende Elemente des Statorkranzes ausgebildet und werden durch den Statorkranz gehalten. Zwischen den Statorpolen 5 sind Nuten 5a angeordnet, die die Statorpole 5 voneinander in Umfangsrichtung beabstanden. Die Statorpole 5 sind über brückenartige Verbindungen 6 miteinander verbunden, die in den Nuten 5a angeordnet sind. Die brückenartigen Verbindungen 6 des Statorkranzes bilden Joche 7 aus. An den Statorpolen 5 sind Statorpolwicklungen 8 vorgesehen, wobei die Statorpolwicklungen 8 Polspulen bilden, deren Längsachse zu einem Drehpunkt des Rotors 2 zeigt. In einem Normalbetrieb, d.h. wenn keine Störung und insbesondere kein Windungsschluss in der Statorpolwicklung 8 vorliegt, ist ein magnetischer Fluss 9 beidseitig symmetrisch durch die beispielhafte Statorpolwicklung 8 ausgebildet.
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1b zeigt einen Zustand der Maschine aus 1a, wobei kein normaler Betriebszustand mehr vorliegt, sondern die beispielhafte Statorpolwicklung 8 durch einen Windungsschluss gestört ist. Bei einem Windungsschluss liegt ein Kurzschluss zwischen einzelnen Windungen einer Wicklung, hier der Statorpolwicklung 8, vor. Der magnetische Fluss 9 ist durch den Windungsschluss beeinträchtigt. Die permanente Erregung des Permanentmagneten 3 des Rotors 2 führt dazu, dass fortwährend Spannungen und somit Ströme in der schadhaften Statorpolwicklung 8 induziert werden. Dadurch kommt es zu einer Überhitzung der Polspule, was zum Abbrand der elektrischen Maschine 1 führen kann. Durch die Kurzschlussströme wird ein magnetisches Gegenfeld hervorgerufen (nicht dargestellt), welches den magnetischen Fluss 9 aus 1a ablenkt und zu dessen Ausbildung gemäß 1b führt. Der veränderte magnetische Fluss 9 in 1b führt nun nicht mehr durch den Statorpol 5, sondern durch einen Luftspalt 10 zwischen Statorkranz und Rotor 2. Dies ist aber im Gegensatz zu dem Statorpol 5 ein Bereich verminderter Permeabilität. Dies führt zu erheblichen Kurzschlussströmen.
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2a zeigt eine elektrische Maschine 1 aus dem Stand der Technik mit einer Doppelrotoranordnung. Der Rotor 2 umfasst ein erstes, innenliegendes Rotorelement 11 und ein zweites, außenliegendes Rotorelement 12. Das erste und das zweite Rotorelement 11, 12 sind konzentrisch angeordnet und umgeben die Stator 4. Die Rotorelemente 11, 12 tragen Permanentmagneten 3. Die Statorpole 5 des Stators 4 sind in radialer Richtung nach innen und nach außen hervorspringend angeordnet und tragen jeweils Statorpolwicklungen 8.
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2b zeigt die elektrische Maschine 1 aus 2a, wobei in der innenliegenden Statorspule 8 ein Windungsschluss aufgetreten ist. Der magnetische Fluss 9 wird dadurch umgelenkt und durchdringt nun wiederum Bereiche verminderter Permeabilität, nämlich den Luftspalt 10 was zu hohen Kurzschlussströmen führt.
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3a zeigt eine elektrische Maschine 1 gemäß der Erfindung. Im Gegensatz zu der elektrischen Maschine aus den 1 und 2, trägt der Statorpol 5 keine Statorpolwicklungen 8. Es sind keine Polspulen vorhanden. Auf jeden der Joche 7 sind Jochwicklungen 13 angeordnet. Die Jochwicklungen 13 bilden elektrische Spulen, Jochspulen, aus. Die Spulenachsenrichtungen der Jochspulen entsprechen in etwa der Umfangsrichtung des Stators 5. Auf jedem Joch sind zwei Jochspulen angeordnet, wobei ein Statorpol 5 jeweils von zwei Jochspulen umschlossen ist. Die Jochspulen sind in den Nuten 5a angeordnet und zu einem jeweiligen Statorpol 5 hin versetzt angeordnet. Die Jochwicklungen sind in Umfangsrichtung jeweils mindestens durch eine Breite des Statorpols 5 voneinander beabstandet. (Eine ursprüngliche Polspule ist aufgeteilt in zwei Jochspulen. Pro Nut müssen Jochspulen der zwei benachbarten Zähne untergebracht werden. Deswegen ist die Spule 13 nicht in der Mitte des Slots gezeichnet)..
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In einem normalen Betriebszustand bildet sich der magnetische Fluss 9 analog zu dem magnetischen Fluss 9 in der Maschine aus 1 aus. Das Joch 7 ist in radialer Richtung so dimensioniert, dass sein Querschnitt eine zusätzliche Tiefe (d.h. eine radiale Ausdehnung) aufweist, die mindestens halb so groß ist wie die Breite eines Statorpols 5 in Umfangsrichtung. Dadurch wird gewährleistet, dass das Joch 7 ausreichend dimensioniert ist, um den magnetischen Fluss aufzunehmen und einen hinreichend kleinen magnetischen Widerstand aufweist. Die Dimensionierung des Joches 7 beeinflusst die Größe des Kurzschlussstromes in der schadhaften Jochspule. Insbesondere dann, wenn die Tiefe des Querschnittes des Joches 7 der Breite des Statorpols entspricht, kann kein Kurzschlussstrom in der schadhaften Spule mehr festgestellt werden.
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3b zeigt die elektrische Maschine aus 3a, wobei in einer der Jochspulen 13 ein Windungsschluss aufgetreten ist. Der magnetische Fluss 9 wird durch das in der Jochspule erzeugte magnetische Gegenfeld umgelenkt. Im Gegensatz zu der Maschine aus 1b, verläuft der geänderte magnetische Fluss aber nicht durch Bereiche verminderter Permeabilität (nämlich den Luftspalt 10), sondern parallel zu dem magnetischen Fluss durch die gegenüberliegende intakte Jochspule 13. Der geänderte magnetische Fluss verläuft durch Bereiche hoher Permeabilität nämlich weiterhin durch den Statorpol 5 und nicht durch den Luftspalt 10. Leistungsverluste werden dadurch vermindert. Die Jochspulen sind elektrisch in Reihe geschaltet, um einen umlaufenden Fluss im Normalbetrieb zu vermeiden.
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4a zeigt die elektrische Maschine 1 aus 3a und b, mit einem Doppelrotor. In einem normalen Betriebszustand bildet sich der magnetische Fluss analog zu dem magnetischen Fluss in der elektrischen Maschine aus 2a aus.
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4b zeigt die elektrische Maschine 1 aus 4a, wobei in einer der Jochspulen 13 ein Windungsschluss aufgetreten ist. Auch hier bildet sich der magnetische Fluss, der infolge der Umlenkung durch das von der schadhaften Jochspule induzierte magnetische Gegenfeld entsteht, parallel zu dem magnetischen Fluss durch die verbleibende intakte Jochspule aus und führt daher nicht durch Bereiche verminderter Permeabilität.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine 1 einen Doppelrotor mit 10 Rotorpolen und 12 Statorpole 5 umfasst. Die obere Zeichnung der 5 zeigt einen normalen Betriebszustand und die Ausbildung des magnetischen Flusses hierbei. Inder unteren Zeichnung der 5 liegt in einer der Jochwicklungen ein Windungsschluss vor, wobei die schadhafte Jochwicklung ein magnetisches Gegenfeld 15 erzeugt, welches zu einer Umleitung des magnetischen Flusses 9 führt. Aufgrund der feinen Polteilung lassen sich mit diesem Maschinentyp hohe Drehmomentdichten erzielen. Die bekannten Maschinen dieses Typs vermeiden ein Joch 7, um die Drehmomentdichte zusätzlich zu erhöhen. Hier wird jedoch ein Joch hinzugefügt zur tangentialen Flussführung im Falle eines Kurzschlusses (siehe ). Die Jochspulen sind um eine Nutbreite versetzt. Dies ermöglicht die Ausrichtung der Nord- und Südpole der beiden Rotorelemente 11,12 und das Joch 7 wird im Normalbetrieb nicht durch den magnetischen Fluss ausgenutzt. Daher kann es mit minimalen Abmessungen konstruiert werden. Zusätzlich trägt das Joch 7 zur strukturellen Stabilität der des Stators 4 bei und ermöglicht die Trennung der einzelnen Jochspulen im einlagigen Wicklungsschema. Das Konzept kann auch als Zweischicht-Wicklungsschema realisiert werden. Eine weitere Variante ist der Einsatz der Jochspulen auf einer mehrspurigen Maschine.
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Die 6a-c zeigen eine elektrische Maschine wie zu 5 beschrieben, jedoch mit zwei getrennten Zweiphasen-Wicklungssystemen 16. Jedes Zweiphasensystem 16 erzeugt eine umlaufende magnetische Kraft. Die magnetischen Kräfte wirken einander jedoch entgegen und bewirken, dass bei symmetrischem Betrieb (d.h. Betrieb mit zwei intakten Jochspulen) kein umlaufender magnetischer Fluss entsteht. Dies führt zu einem hohen Leistungsfaktor.
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6b zeigt den Betrieb der elektrischen Maschine 1 aus 6a, mit Windungs-Kurzschluss-Schaltung. Der Ausfallstrom ist, wie zu 3 erörtert, begrenzt.
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6c zeigt den Ausfallmodus mit Klemmschaltung in dem ersten Wicklungssystem und offenem Kreislauf in dem zweiten Wicklungssystem. Dieser Fall entspricht einem DC-Zwischenkreis-Kurzschluss in einem Wicklungssystem. Aufgrund des asymmetrischen Betriebs (d.h. Betrieb mit nur einer intakten Jochspule) wird ein umlaufender Fluss erzeugt, der die Kurzschlussströme deutlich unter den Wert treibt, der vom Leistungsfaktor unter symmetrischen Bedingungen erwartet wird. Dies ermöglicht Designs mit hohem Leistungsfaktor bei Normalbetrieb und kleine Kurzschlussströme aufgrund der Induktivitätserhöhung, wenn eine Jochspule ausfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Maschine
- 2
- Rotor
- 3
- erster Permanentmagnet
- 4
- Stator
- 5
- Statorpole
- 5a
- Nuten
- 6
- brückenartige Verbindungen
- 7
- Joche
- 8
- Statorpolwicklungen (Polspulen)
- 9
- magnetischer Fluss, Flusslinien
- 10
- Luftspalt
- 11
- erstes Rotorelement
- 12
- zweites Rotorelement
- 13
- Jochwicklungen
- 14
- Rotorpole
- 15
- magnetisches Gegenfeld
- 16
- zwei Phasen Wicklungssystem
