DE2324733C3

DE2324733C3 - Single or multi-phase asynchronous machine

Info

Publication number: DE2324733C3
Application number: DE2324733A
Authority: DE
Inventors: Samy Dipl.-Ing. 1000 Berlin Akbar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1980-12-04
Also published as: SE394348B; DE2324733A1; FR2230111A1; FR2230111B3; DE2324733B2; CH572292A5

Description

3030th

Die Erfindung betrifft eine ein- oder mehrphasige Asynchronmaschine mit einem für ein hohes An- und Hochlaufmoment gewickelten Läufer dessen Wicklung aus einer Vielzahl in sich geschlossener elektrischer Kreise bestehtThe invention relates to a single or multi-phase asynchronous machine with a for a high on and Run-up torque wound rotor whose winding consists of a large number of self-contained electrical Circles

Eine derartige Asynchronmaschine ist aus dem Buch von H. Sequenz »Die Wicklungen elektrischer Maschinen«, Band 1, Springer-Verlag Wien, 1950, Seiten 346 bis 347 bekannt. Insbesondere wird in dieser Druckschrift erläutert, wie man Kurzschlußwicklungen, bei denen die Zahl der Stäbe in der Nut gleich der Zahl der Stäbe im Strang ist, mit stark verkürzten Schritten mit dem Stromverdrängungsprinzip verbinden kann. Dazu wird beispielsweise die Läuferwicklung aus Flachstäben aufgebaut, wobei jede Nut einen derartigen Flachstab aufnimmt. Die beiden Enden jedes Flachstabes sind dabei aufgeschlitzt, so daß die vier Flügel nach verschiedenen Seiten abgebogen werden können und mit den Stirnverbindungen der anderen Flachstäbe verbindbar sind, so daß je zwei zusammengeschlossene Stäbe eine kurzgeschlossene Spule mit einem gewünschten Schritt bilden. Je nach Schritt und Läufernutenzahl entstehen auf diese Weise mehrere in sich geschlossene Läuferwicklungen oder aber eine Wicklung mit mehreren Umgängen. Der Schritt bestimmt einerseits den Einfluß des Widerstandes der Stirnverbindungen und andererseits den auf den Ständer bezogenen Wirkwiderstand der Läuferwicklung In dem in der Nut liegenden Hochstab ist die Stromverdrängung wirksam. &oSuch an asynchronous machine is from the book by H.sequence »The windings electrical Machines ", Volume 1, Springer-Verlag Vienna, 1950, pages 346 to 347 known. In particular, this document explains how to make short-circuit windings where the number of bars in the slot is equal to the number of Rods in the strand is, with greatly shortened steps can connect with the current displacement principle. In addition For example, the rotor winding is built up from flat bars, with each slot having such a flat bar records. The two ends of each flat bar are slit so that the four wings are different Sides can be bent and can be connected to the end connections of the other flat bars are, so that every two rods connected together a short-circuited coil with a desired step. Depending on the step and the number of runner slots, several are created in this way closed rotor windings or a winding with several turns. The step determines on the one hand the influence of the resistance of the end connections and on the other hand that related to the stand Active resistance of the rotor winding The current displacement is in the high bar in the slot effective. &O

Es ist bekannt, den Läufer als Verdrängungsläufer auszubilden, um ein besseres An- und Hochlaufmoment zu erzielen. Derartige Läufer besitzen stets relativ hohe schmale Stäbe, die in den Nuten angeordnet sind. Aufgrund dieser Stabform wird erreicht, daß der Wirkwiderstand der Wicklung und damit das im Verhältnis gleiche Drehmoment des Motors beim An- und Hochlauf größer wird als beim Lauf mit der Drehzahl, wobei jedoch der Anlaufstrom stets bedeutend größer als erwünscht istIt is known to design the runner as a displacement runner in order to achieve a better starting and run-up torque to achieve. Such runners always have relatively high, narrow rods which are arranged in the grooves. Due to this rod shape it is achieved that the effective resistance of the winding and thus the ratio The same torque of the motor during start-up and run-up is greater than when running at the speed, whereby however, the starting current is always significantly greater than desired

Es ist auch bekannt, zur Verkleinerung des Anlaufstromes Doppelnutläufer zu verwenden, wobei im Läi'f er eine äußere und innere Wicklung vorgesehen ist Die Funktionsweise eines derartigen Doppelnutläufers entspricht im wesentlichen der Funktionsweise eines Verdrängungsläufers. Der relativ hohe Wirkwiderstand der äußeren Wicklung kann jedoch durch den niedrigen Wirkwiderstand der inneren Wicklung nicht ganz kompensiert werden. Leistungseinbußen sind die Folge. Ferner ist bekannt, bei Einphasen-Asynchronmaschinen mit einem Anlaufkondensator zu arbeiten, um ein ausreichendes Anzugsmoment zu erhalten. Ein derartiger Anlaufkondensator muß dann nach dem Hochlauf des Motors durch einen Fliehkraftschalter abgeschaltet werden.It is also known to reduce the starting current To use double groove runner, with an outer and inner winding being provided in the run The functioning of such a double groove runner essentially corresponds to the functioning of a Displacement rotor. However, the relatively high resistance of the outer winding can be reduced by the low The effective resistance of the inner winding cannot be fully compensated. The result is a loss of performance. It is also known to work with a starting capacitor in single-phase asynchronous machines to obtain a sufficient tightening torque. Such a starting capacitor must then after Motor start-up can be switched off by a centrifugal switch.

Alle diese bekannten Maßnahmen sind mit erheblichen Nachteilen verbunden, die im erforderlichen Aufwand, in den höheren Verlusten und dem entstehenden Leistungsabfall zu sehen sind. Außerdem müssen selbst bei Verwendung der vorstehend geschilderten Maßnahmen noch relativ hohe Stillstandsströme in Kauf genommen werden, und auch die erzielbaren An- und Hochlaufmomente lassen noch zu wünschen übrig.All of these known measures are associated with considerable disadvantages, the effort required, can be seen in the higher losses and the resulting drop in performance. You also have to yourself when using the measures outlined above, relatively high standstill currents are still acceptable can be taken, and the attainable starting and run-up torques leave a lot to be desired.

Durch die Erfindung wird unter Abkehr von den bisher bekannten Maßnahmen eine grundsätzlich andere Losungsweise der bestehenden Probleme aufgezeigt By departing from the previously known measures, the invention basically provides a other way of solving the existing problems

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Asynchronmaschine der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie ein hohes An- und Hochlaufmoment besitzt ohne zur bekannten Maßnahme der Erhöhung des ohmschen Widerstandes zu greifen.Accordingly, the object of the invention is to provide an asynchronous machine of the type mentioned above to design that it has a high starting and run-up torque without the known measure of Increase in ohmic resistance.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder elektrische Kreis aus mindestens zwei Spulen oder Spulengruppen besteht, die im wesentlichen um eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt sind.This object is achieved according to the invention in that each electrical circuit consists of at least two Coils or groups of coils, which are offset from one another essentially by half a pole pitch are.

Durch diese Maßnahme wird in überraschend einfacher Weise das angestrebte hohe An- und Hochlaufmoment erreicht, und zwar bei vergleichsweise geringen Strömen und damit geringen Verlusten.This measure provides the desired high starting and run-up torque in a surprisingly simple manner achieved with comparatively low currents and thus low losses.

Die Wirkungsweise der Läuferwicklung nach der Erfindung beruht auf folgender Annahme:The mode of operation of the rotor winding according to the invention is based on the following assumption:

Die sogenannte Läuferstillstandsspannung, die in einem beliebigen Sekundärkreis bei beliebiger Feldlage wirksam ist, ergibt jeweils eine durchschnittliche Windungsspannung, deren halbe Halbwellen-Fläche stets erheblich kleiner ist als der primäre Hauptfluß Φ. Dies hat zur Folge, daß die Einschalt- bzw. Stillstandsströme wesentlich niedriger sind als bei bekannten Maschinen dieser Art.The so-called rotor standstill voltage, which is effective in any secondary circuit at any field position, results in an average winding voltage whose half half-wave area is always considerably smaller than the primary main flux Φ. As a result, the inrush and standstill currents are significantly lower than in known machines of this type.

Dies geschieht dadurch, daß die Sekundärströme jeweils mindestens durch zwei in Reihe geschaltete Spulen hindurchfließen müssen, die um eine halbe Polteilung gegeneinander verschoben sind, so daß die erwähnten Ströme sich auf Grund ihrer um eine Viertelperiode verschobenen Phasenlage in je einer der beiden Spulen voll zur Drehmomentbildung beitragen können. Die Raumlagu der Spulen ist eine Gewähr für die Anpassung an die jeweilige Phasenlage der Ströme, die sie durchfließen, um mit dem Induktionsfluß ein Drehmoment auszuüben. This is done in that the secondary currents are each connected by at least two in series Coils must flow through, which are shifted by half a pole pitch against each other, so that the mentioned currents due to their phase position shifted by a quarter period in each of the both coils can fully contribute to the generation of torque. The spatial lag of the coils is a guarantee for the adaptation to the respective phase position of the currents which flow through them in order to exert a torque with the induction flux.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes des Hauptanspruches angegeben.The subclaims contain expedient refinements of the subject matter of the main claim specified.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile beste-The advantages achieved by the invention best-

hen vor allem darin, daß bei einfachem Aufbau der Asynchronmaschine im Vergleich zu bekannten Maschinen wesentlich niedrigere Einschalt- bzw. Stillstandsströme und gleichzeitig höhere An- und Hochlaufmomente erhalten werden, daß die auftretenden Verluste vergleichsmäßig gering sind und daß der Scheitelwert der Leistungskennlinie im Bereich der höheren Rotorfrequenzen liegt, und zwar ohne daß dies mit größeren Verlusten verbunden ist. Die geschilderten Vorteile werden durch durchgeführte Versuche bestätigt.mainly because the simple structure of the Asynchronous machine compared to known machines, significantly lower inrush and standstill currents and at the same time higher starting and run-up torques are obtained that the occurring Losses are comparatively low and that the peak value of the power characteristic is in the range of higher rotor frequencies, without this being associated with major losses. The described The advantages are confirmed by tests carried out.

Die Wirkungsweise einer Asynchronmaschine wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert, wobei das Zusammenwirken des Läufers mit einem mit Haupt- und Hilispolen versehenen Ständer beschrieben wird; in der Zeichnung zeigenThe mode of operation of an asynchronous machine is explained below with reference to the drawing, with the interaction of the rotor with a stator provided with main and hilis poles is described will; show in the drawing

Fig. 1 bis 6 schematische Darstellungen einer zweipoligen, einphasig betriebenen Asynchronmaschine, wobei der Ständer durch das Hauptfeld Φ und das Hilfsfeld φ symbolisiert ist,1 to 6 are schematic representations of a two-pole, single-phase operated asynchronous machine, the stator being symbolized by the main field Φ and the auxiliary field φ,

Fig. 7 den Schaltplan der in Fig. 3 bis 6 skizzierten Ankerwicklung bei einem 8 Nuten aufweisenden Anker und7 shows the circuit diagram of the armature winding sketched in FIGS. 3 to 6 with an armature having 8 slots and

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht eines elektrischen Kreises der Läuferwicklung bei gleicher Feldlage wie in Fig. 1.8 is a schematic perspective view of an electrical circuit of the rotor winding in same field position as in Fig. 1.

In den Fig. 1 bis 6 sind mit X und Y zwei um 45° gegen die Achsen X und Y verdrehte, auf die Läuferwicklung bezogene Achsen bezeichnet, die die Quadranten Γ und ΙΙΓ bzw. ΙΓ und IV abgrenzen. Die Sekundärwicklung besteht aus Normal- und Kurzschleifen. Je eine Normalschleife 2 und zwei in Reihe gewickelte Kurzschleifen 3 bilden zusammen einen geschlossenen elektrischen Kreis.In FIGS. 1 to 6, X and Y denote two axes which are rotated by 45 ° relative to the axes X and Y and which are related to the rotor winding and which delimit the quadrants Γ and ΙΙΓ or ΙΓ and IV. The secondary winding consists of normal and short loops. One normal loop 2 and two short loops 3 wound in series together form a closed electrical circuit.

Auf Grund der Verschiebung der Normal- und Kurzschleifen eines Kreises um eine halbe Polteilung gegeneinander ergibt sich folgendes:Due to the shift of the normal and short loops of a circle by half a pole pitch against each other results in the following:

Bei den durch die Fig. 1 und 2 gekennzeichneten Lagen eines Sekundärkreises im Hauptfeld Φ, haben die von Φ in der Normalschleife 2 (Fig. 1) sowie in den Kurzschleifen 3 (Fig. 2) induzierten EMK e„ und e_k die höchsten Werte; die angeschlossenen Kurzschleifen 3 in Fig. 1 sowie die Normalschleife 2 in F i g. 2 bleiben von der Einwirkung des Hauptfeldes Φ unberührt.In the positions of a secondary circuit in the main field Φ identified by FIGS. 1 and 2, the EMF e "and e _k induced by Φ in normal loop 2 (FIG. 1) and in short loops 3 (FIG. 2) have the highest values ; the connected short loops 3 in FIG. 1 and the normal loop 2 in FIG. 2 remain unaffected by the action of the main field Φ.

Bei jeder anderen Feldlage des Sekundärkreises wirken die EMK e„ und e_k entweder mit- oder gegeneinander. In every other field position of the secondary circuit, the EMF e and e _k either act with or against each other.

Im allgemeinen sind die durchschnittlichen Windungsspannungen in den Sekundärkreisen relativ so niedrig, daß die Stillstands- bzw. Einschaltsströme erheblich unter den üblichen Werten bleiben.In general, the average winding voltages in the secondary circuits are relatively like this low so that the standstill or inrush currents remain considerably below the usual values.

Bei einer voll gewickelten Maschine kann die Sekundärwicklung wie folgt eingeteilt weiden:On a fully wound machine, the secondary winding can divided as follows:

- Die Normalschleifen, deren Seiten innerhalb der Quadranten Γ und III' liegen (Fig. 3) und die angeschlossenen Kurzschleifen (Fig. 4);- The normal loops, the sides of which lie within the quadrants Γ and III '(Fig. 3) and the connected short loops (Fig. 4);

- Die Normalschleifen, deren Seiten innerhalb der Quadranten II' und IV liegen (Fig. 5) und die angeschlossenen Kurzschleifen (Fig. 6).- The normal loops, the sides of which lie within quadrants II 'and IV (Fig. 5) and the connected short loops (Fig. 6).

Die Abbildungen nach den Fig. 4 und 6 dienen vor allem zur Erzielung einer möglichst guten Übersich*- lichKeit.The illustrations according to FIGS. 4 and 6 serve above all to achieve the best possible overview * - opportunity.

Die von EMK e_n und e_k hervorgerufenen Ströme sind durch Plus- und Punktzeichen gekennzeichnet. Auf Grund ihrer Verteilung auf der Läuferoberfläche können diese Induktionsströme kein Anzugsmoment mit Φ ausüben. Es bedarf der Mitwirkung des Hilfsfeldes φ, um ein Drehmoment zu bewirken.The currents caused by EMK e _n and e _k are indicated by plus and dot symbols. Due to their distribution on the rotor surface, these induction currents cannot exert a tightening torque with Φ. The auxiliary field φ needs to be involved in order to produce a torque.

Die von φ in den Normal- und Kurzschleifen induzierten EMK e„' und e_k beeinflussen die von e_n und e_k hervorgerufenen Induktionsströme wie folgt:The EMF e "'and e _k induced by φ in the normal and short loops influence the induction currents caused by e _n and e _{k as follows:}

Dadurch, daß die EMK e_n, e_k und <?'„, e\ wie die Felder Φ und φ um vorzugsweise eine Viertelperiode in der Phasenlage verschoben sind, weist jede dieser EMK-Gruppen die gleiche Phasenlage wie die von der anderen EMK-Gruppe hervorgerufenen Ströme oder die gegensätzliche Phasenlage auf. Das Ergebnis ist eine Förderung bzw. Unterdrückung dieser Ströme, d. h. verstärkte Phasenverschiebung der Läuferströme. Because the EMF e _n , e _k and <? '", E \ like the fields Φ and φ are shifted by preferably a quarter period in the phase position, each of these EMF groups has the same phase position as that of the other EMF group. Group caused currents or the opposite phase position. The result is a promotion or suppression of these currents, ie increased phase shift of the rotor currents.

Hat beispielsweise die EMK e'_n die gegensätzliche Phasenlage wie die nach Fig. 5 und 6 fließenden Ströme, se muß e\ die gleiche Phasenlage wie die nach Fig. 3 und 4 fließenden Ströme aufweisen. Die resultierenden Phasenverschiebungen ergeben in der Teilwicklung gemäß Fig. 5 und 6 überwiegend Ströme, die mit φ ein Anzugsmoment ausüben und in der Teilwicklung der Fig. 3 und 4 überwiegend Ströme, die mit Φ ein Anzugsmoment ausüben. Beide Anzugsmomente wirken zusammen nach dem Drehsinn 4.For example, if the EMF e ' _{n has} the opposite phase position to the currents flowing according to FIGS. 5 and 6, then e \ must have the same phase position as the currents flowing according to FIGS. 3 and 4. The resulting phase shifts in the partial winding according to FIGS. 5 and 6 predominantly result in currents which exert a tightening torque with φ and predominantly currents in the partial winding of FIGS. 3 and 4 which exert a tightening torque with Φ. Both tightening torques work together according to the direction of rotation 4.

Hieraus ergibt sich, daß alle Ströme zur Bildung eines Anzugsmomentes beitragen, dessen Wert wesentlich höher liegt als bei vergleichbar η Asynchronmaschinen mit Kurzschlußläufern, obwohl "die Stillstandsströme erheblich niedriger als üblich sind.It follows from this that all currents contribute to the formation of a tightening torque, the value of which is essential is higher than with comparable η asynchronous machines with squirrel cage rotors, although "the standstill currents are considerably lower than usual.

Die Wirkungsweise der Sekundärwicklung im Drehfeld ist analog zu der vorstehend geschilderten Funktionsweise, zu deren besseren Verständnis die Fig. 7 und 8 ein Ausführungsbeispiel der Wicklung und eine perspektivische Ansicht des Sekundärkreises vermitteln.The mode of operation of the secondary winding in the rotating field is analogous to that described above Mode of operation, for a better understanding, FIGS. 7 and 8 show an exemplary embodiment of the winding and provide a perspective view of the secondary circuit.

Die F i g. 7 stellt einen Schaltplan einer Ankerwicklung dar. Die Wicklung besteht aus vier Sekundärkreisen, die jeweils um eine Viertelpolteilung gegeneinander versetzt sind.The F i g. 7 shows a circuit diagram of an armature winding. The winding consists of four secondary circuits, which are each offset from one another by a quarter pole pitch.

Jeder Sekundärkreis enthält eine Normal- und zwei Kurzschleifen, wie sie in den Fig. 1 bis 6 skizziert und durch die Ziffern 2 und 3 gekennzeichnet sind.Each secondary circuit contains a normal and two short loops, as outlined in FIGS. 1 to 6 and are identified by the numbers 2 and 3.

Die relative Feldlage der Schleifen, die zu einem Sekundärkreis gehören, ist perspektivisch in Fig. 8 dargestellt, die eine perspektivische Wiedergabe der Fig. 1 ist.The relative field position of the loops belonging to a secondary circuit is shown in perspective in FIG. 8 which is a perspective view of FIG.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Single or multi-phase asynchronous machine with one for a high starting and ramp-up torque wound rotor, the winding of which consists of a large number of self-contained electrical circuits consists, characterized in that each electrical circuit consists of at least two coils or coil groups which are offset from one another essentially by half a pole pitch.

2. Asynchronous machine according to claim 1, wherein the coils have bars which are in the rotor grooves are embedded and thereby form the electrical circuits, characterized in that on the one the end faces of the rotor (1) such rods are joined in pairs that a displacement of one pole pitch against each other, but in pairs on the other end face those which have a shift of half a pole pitch from one another.

3. Asynchronous machine according to claim 1, characterized in that the mutually shifted Coils of a circle (2,3) differ from one another by their width and / or by their number of turns differentiate.