DE3326396A1

DE3326396A1 - Ueber einen umrichter gespeiste elektrische maschine

Info

Publication number: DE3326396A1
Application number: DE19833326396
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Wien Rosenberg
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1985-01-31
Also published as: JPS6039333A

Description

ber einen Umrichter gespeiste elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine über einen Umrichter gespeiste elektrische Maschine mit einem die an den Umrichter angesc-hlossene Ständerwicklung tragenden Ständerblechpaket.
Bei den meisten Umrichtern erhält die Maschine eine Speisespannung, die gegenüber der Rotationsfaquenz der Maschine hochfrequente Wechselspannungen (Oberschwingungen) aufweist.
Zu diesen hochfrequenten Spannungen sind keine entsprechenden Gegen-EMKe vorhanden, so daß die von diesen Spannungen hervorgerufenen Ströme nur durch die Streuinduktivität der Maschine begrenzt werden. Die hochfrequenten Oberschwingungen der Umrichterspannung verursachen daher entsprechend hohe Verluste.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß die durch die hochfrequenten Oberschwingungen verursachten Verluste durch einfache, in der Maschine selbst vorgesehene Mittel begrenzt werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß zwecks Begrenzung hochfrequenter, vom Umrichter verursachter Wicklungsströme magnetisierbare Ständernutverschlüsse mit einem Wirbelströme unterdrückenden Aufbau angeordnet sind. Um Sättigungserscheinungen zu vermeiden, besteht nur ein Teil des Querschnittes der Ständernutverschlüsse aus magnetisierbarem Werkstoff. Die Streuflußkraftlinien sind dadurch gezwungen, auch nichtmagnetisierbare Teilwege zu durchsetzen. Eine gewünschte Streuinduktivität wird fallweise dadurch erreicht, daß die radiale Dickc der Ständernutverschlüsse größer beniessen i st , als des Ü t 1 gtiflgs -tecllniscl1e oder Festigkeitsgründe erforden.
Eine von der Maschrnengröße und -art unablwängigc einfache Iierste ilung der Ständernutvcrschliissc crgibt s ich dadurch, daß diese durch eine in die ()ffnung der bewickelten Nuten in zäiiflüssigem oder teigigem Zustand eingebrachte Masse gebildet sind, die aus einem Gemisch von aus]ltirtbarcl Kunststoff und darin eingebetteten kleinen Teilchen aus Eisen oder weichmagnetischem Ferrit besteht und nach dem Einbringen aushärtet. Mit dem Anteil.dieser Teilchen am Gesamtvolumen kann die magnetische Leitfähigkeit eines solchen Ständernutverschlusses ohne änderung seiner Abmessungen in weiten Grenzen variiert werden. Bei Verwendung von kleinen Eisenteilchen ist aufgrund ihrer Kleinheit und der Trennung durch den Kunststoff praktische Wirbelstromfreiheit gewährleistet. Infolge des sehr hohen spezifischen Widerstandes von Ferriten ist bei Verwendung von Ferritteilchen die Wirbelstromfreiheit von vornherein gegeben.
Dadurch, daß die Ständerwicklung vor dem Aushärten des Kunststoffes zumindest kurzzeitig von einem Strom durchflossen ist, kann durch den den Nutverschluß durchsetzenden magnetischen Fluß eine Ausrichtung bzw. Aneinanderkettung der Eisen- oder Ferritteilchen in Richtung der Streuflußkraftlinien bewirkt werden, wodurch eine starke Erhöhung der magnetischen Leitfähigkeit in der zugeordneten Vorzugsrichtung erzielbar ist. Auch bei einer Aneinanderkettung der Eisenteilchen bleibt die Wirbelstromfreiheit des Ständernutverschlusscs gewahrt, da die wie Drähte verlaufenden metallischen Kraftlinienbahnen durch Kunststoff voneinander getrennt sind.
Die Ständernutverschlüsse können auch durch Verschlußkeile gebildet sein, die nach dem Bewickeln der Maschine in die Ständernuten eingeschoben werden und teilweise aus Eisen oder zumindest teilweise aus weichmagnetischem Ferrit bestehen. Vorzugsweise sind diese Verschlußkeile aus vor dem Einbau ausgehärtetem Kunststoff gebildet, in dem kleine Eisen- oder Iserritteilchen eingebettet sind. Dadurch, daß die Ständernutverschlüsse mittels einer Magnetisierungsvorrichtung vor dem Aushärten des Kunststoffes in Richtung der sie in der Maschine durchsetzenden Streukraftlinien magnetisiert sind, kann die magnetische Leitfähigkeit in der Vorzugsrichtung der Kraftlinien vergrößcrt werden.
Da die meisten Ferritarten aufgrund ihres hohen spezifischen Widerstandes auch als Massivkörper keine nennenswerten Wirbelströme gestatten, können die Verschlußkeile gegebenenfalls aus Ferrit allein bestehen, die zur Erleichterung des Eintreibens in die Oeffnung der Ständernuten und Erzielung eines nichtmagnetisierbaren Querschnitt-Teiles mit einer elastischen Gleitschicht umkleidet werden können.
Der magnetisierbare Teil der Verschlußkeile kann auch aus voneinander isolierten Eisenblechen bestehen, deren Ebenen senkrecht zur Rotationsachse der Maschine liegen und die in einem passend profilierten Rohr aus Isolierstoff angeordnet sind. Die Wandstärke dieses Rohres bestimmt die magnetische Leitfähigkeit für den Streufluß. Dadurch, daß die Eisenbleche mit ihren Ebenen senkrecht zur Rotationsachse der Maschine liegen und gegeneinander isoliert sind, wird die Ausbildung von Wirbelströmen verhindert.
Alle Ausführungsformen der Erfindung weisen den zusätzlichen Vorteil auf, daß die magnetisierbaren Nutverschlüsse den Einfluß der Nut öffnungen auf die Luftspaitflußdichte vcrringern, d.h. den Carter'schen faktor verkleinern. Die entsprechende Verminderung des reduzierten Luftspaltes erhöht die mittlere Luftspaltflußdichte bzw. bedingt eine Ersparnis an Erregerdurchflutung, so daß eine bessere Ausnutzung der Maschine erzielt wird. Auch die von der Ständernutung bewirkten Oberflächenverluste im Läufer werden herabgesetzt.
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch halboffene Standernuten mit großem Nutschlitz und einer vor dem Aushärten eingebrachten Verschlußmasse, Fig. 2 eine halboffene Nut üblicher Ausbildung mit einem Verschlußkeil aus magnetisierbarem Werkstoff und Fig. 3 eine offene parallelflankige Nut mit einem Verschlußkeil, der aus einem Isolierstoffrohr mit geblechter E.isenfüllung besteht.
In Fig. 1 sind mit 1 Ständernuten bezeichnet, in denen eine Ständerwicklung 2 mit einer üblichen Nutisolation 3 angeordnet und durch einen flachen Keil 4 festgehalten ist. Den eigentlichen Verschluß der Ständernuten 1 bildet eine in zähflüssigem oder teigigem Zustand eingeträufelte bzw. eingestrichene Masse 5, die aus einem Gemisch von aushärtbarem Kunststoff und darin eingebetteten kleinen Teilchen aus Eisen oder weichmagnetischem Ferrit besteht. In der im linken Teil der Fig. 1 leer dargestellten Ständernut 1 ist der Verlauf jener magnetischen Streukraftlinien 6 gestrichelt eingezeichnet, die bei Stromführung der Ständerwicklung 2 entstehen und zur Erhöhung der magnetischen Leitfähigkeit des Nutverschlusses in Kraftlinienrichtung ausgenutzt werden können.
Die in Fig. 2 dargestellte Ständernut 7 ist mittels eines Verschlußkeiles 8 üblicher Form abgeschlossen. Der Verschlußkeil 8 besteht aus in Kunststoff eingebetteten kleinen Eisen- oder l:erritteilchen und ist bereits vor dem Einbringen in die Ständernut 7 in der endgültigen Form ausgehärtet.
Nach der Darstellung in Fig. 3 ist die Ständernut 9 durch ein profiliertes Isolierstoffrohr 11 verschlossen, das in den Ebenen der Ständerbleche angeordnete, gegeneinander isolierte Eisenbleche 10 enthält. Die Eisenbleche 10, die aus Stanzabfall gewonnen werden können, sind zur Wirbel- stromunterdrückung in der üblichen Weise gegeneinander isoliert. Durch passende Wandstarke des Isolierstoffrohres 11 wird eine magnetische Sättigung der Eisenbleche 10 im Betrieb vermieden und die Größe des Streuflusses in in gewünschter Weise beeinflußt.
Der Nutvcrschluß nach Fig. z ist im besonderen für größere Maschinen gedacht, bei dellen zum Einbringen der Ständerwicklung 2 eine offene Nut crforderlich ist, die oflit den üblichen Nutverschlüssen eine geringe Nutstreuung, einen großen Carter'schen Faktor und gegebenenfalls hohe Läufer-Oberflächenverluste ergibt.
1 1 Patentansprüche 3 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche Über einen Umrichter gespeiste ei ekt ri sche b sxlline mit einem die an den Umrichter angeschlossene Ständerwicklung tragenden Ständerblechpaket, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Begrenzung der durch den Umrichter verursachten hochfrequenten Wicklungsströme Ständernutverschlüsse (5 bzw. 8 bzw. 11) vorgesehen sind, die umindest teilweise aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehen und einen Wirbeströme unterdrückenden Aufbau aufweisen.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nur ein Teil des Querschnittes der Ständernutverschlüsse (5 bzw. 8 bzw. Ii) aus magnetisierbarem Werkstoff besteht.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die radiale Dicke der Ständernutverschlüsse (5 bzw. 8 bzw. ii) größer bemessen ist als es fertigungstechnische oder Festigkeitsgründe erfordern.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ständernutverschlüsse durch eine in die Oeffnung der bewickelten Ständernuten (1) in zähflüssigem oder teigigem Zustand eingebrachte Masse (5) gebildet sind, die aus einem Gemisch von aushärtbarem Kunststoff und darin eingebetteten kleinen Teilchen aus Eisen besteht und nach dem Einbringen aushärtet.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ständernutverschlüsse durch eine in die Oeffnung der bewickelten Ständernuten (1) in zähfiüssigem oder teigeigem Zustand eingebrachte Masse (5) gebildet sind, die (us einem Gemisch vül uushärtbu rem Kunststoff und darin eingebetteten Teilchen aus weichmagnetischem Ferrit besteht und nach dem Einbringen aushärtet.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ständerwicklung (2) vor dem Aushärten des Kunststoffes zumindest kurzzeitig von einem Strom d.u;rchflossen ist.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ständernutverschlüsse durch teilweise aus Eisen bestehende Verschlußkeile (8) gebildet sind.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ständernutverschlüsse durch zumindest teilweise aus weichmagnetischem Ferrit bestehende Verschlußkeile (8) gebildet sind.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verschlußkeile (8) aus vor dem Einbau ausgehärtetem Kunststoff bestehen, in dem kleine Eisen- bzw. weichmagnetische Ferritteilchen eingebettet sind.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ständernutverschlüsse mittels einer Magnetisierungsvorrichtung vor dem Aushärten des Kunststoffes in Richtung der sie in der Maschine durchsetzenden Streukraftlinien magnetisiert sind.
11. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der magnetisierbare Teil der VerschlIlßeile aus vene inander isolierten l,isenblechen (l()) besteht , deren I,izellell senkrecht zur Rotationsachse der Maschine liegen und di e in e i nem passend profilierten isolierstoffitohit (11) angeordnet sind.