DE3326396A1

DE3326396A1 - Electrical machine supplied via a converter

Info

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

Abstract

The invention relates to an electrical machine which is supplied via a converter and has a stator laminate stack which supports the stator winding (2) which is connected to the converter. In order to limit the high-frequency currents produced by the harmonics of the converter voltage and hence the losses caused by said currents, it is proposed to provide stator slot closures (compound 5) which consist at least partially of a material which can be magnetised and have a construction which suppresses eddy currents. <IMAGE>

Description

ber einen Umrichter gespeiste elektrische MaschineElectrical machine fed by a converter

Die Erfindung betrifft eine über einen Umrichter gespeiste elektrische Maschine mit einem die an den Umrichter angesc-hlossene Ständerwicklung tragenden Ständerblechpaket.The invention relates to an electrical device fed via a converter Machine with a stator winding that carries the stator winding connected to the converter Stator core.

Bei den meisten Umrichtern erhält die Maschine eine Speisespannung, die gegenüber der Rotationsfaquenz der Maschine hochfrequente Wechselspannungen (Oberschwingungen) aufweist.With most converters, the machine receives a supply voltage, the high-frequency alternating voltages compared to the rotational frequency of the machine (Harmonics).

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.There are no corresponding back-EMFs for these high-frequency voltages present, so that the currents caused by these voltages only through the The leakage inductance of the machine can be limited. The high frequency harmonics the converter voltage therefore cause correspondingly high losses.

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.The invention is based on the object of providing a machine of the initially mentioned described type in such a way that the high-frequency harmonics losses caused by simple means provided in the machine itself be limited.

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.The object is achieved according to the invention in that that for the purpose of limiting high-frequency winding currents caused by the converter Magnetizable stator slot locks with a structure that suppresses eddy currents are arranged. In order to avoid symptoms of satiety, only part of the Cross-section of the stator slot locks made of magnetizable material. The stray flux lines of force are thus forced to enforce non-magnetizable partial routes. One desired leakage inductance is achieved in some cases in that the radial Dickc the stator slot locks are used more than the gtiflgs -tecllniscl1e or require strength reasons.

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.One of the first, inevitably simple in terms of the size and type of the machine The stator slot connection is provided by inserting it into the () Opening of the wound grooves in a liquid or pasty state Mass are formed, which are made from a mixture of] ltirtbarcl plastic and therein embedded small particles made of iron or magnetically soft ferrite and hardens after introduction. With the proportion of these particles in the total volume can the magnetic conductivity of such a stator slot lock without change its dimensions can be varied within wide limits. When using small Iron particles are due to their small size and the separation through the plastic practical freedom from eddy currents guaranteed. As a result of the very high specific Resistance of ferrites is the freedom from eddy currents when using ferrite particles given from the start.

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.Because the stator winding before the hardening of the plastic is traversed at least for a short time by a current, can through the slot seal permeating magnetic flux an alignment or chaining of the iron or ferrite particles are caused in the direction of the leakage flux lines of force, whereby a strong increase in the magnetic conductivity in the assigned preferred direction is achievable. Even if the iron particles are chained together, there is still no eddy current of the stand slot lock, since the metallic Power lines are separated from each other by plastic.

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.The stator slot locks can also be formed by locking wedges which are inserted into the stator slots after the machine has been wound and consist partly of iron or at least partly of soft magnetic ferrite. These locking wedges are preferably made of plastic which has been cured prior to installation formed in which small iron or iserrite particles are embedded. As a result of that the Stator slot closures by means of a magnetization device before hardening of the plastic in the direction of the stray force lines penetrating them in the machine are magnetized, the magnetic conductivity can be in the preferred direction of the Lines of force are enlarged.

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.As most types of ferrite due to their high specific resistance Even as a solid body, the locking wedges can not allow any significant eddy currents possibly consist of ferrite alone, to facilitate driving into the opening of the stator slots and achieving a non-magnetizable cross-sectional part can be covered with an elastic sliding layer.

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.The magnetizable part of the locking wedges can also consist of one another insulated iron sheets, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation Machine lying and arranged in a suitably profiled pipe made of insulating material are. The wall thickness of this pipe determines the magnetic conductivity for the Leakage flux. The fact that the iron sheets with their planes perpendicular to the axis of rotation the machine and are isolated from each other, the formation of eddy currents prevented.

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.All embodiments of the invention have the additional advantage on that the magnetizable slot closures the influence of the slot openings on the Reduce the air-gap flux density, i.e. lower the Carter's factor. The corresponding Decreasing the reduced air gap increases the mean air gap flux density or requires a saving in excitation flow, so that better utilization the machine is achieved. Also the surface losses caused by the stand grooves in the runner are discounted.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.On the basis of several exemplary embodiments shown in the drawing the invention is explained in more detail below.

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.It shows Fig. 1 a cross section through half-open standing grooves large slot and a sealing compound introduced before hardening, Fig. 2 a half-open groove of conventional design with a locking wedge made of magnetizable Material and Fig. 3 shows an open parallel-flanked groove with a locking wedge, the consists of an insulating tube with a laminated iron filling.

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.In Fig. 1, 1 denotes stator slots in which a stator winding 2 arranged with a conventional slot insulation 3 and held in place by a flat wedge 4 is. The actual closure of the stator slots 1 forms a viscous or doughy state instilled or coated mass 5, which consists of a mixture of curable plastic and embedded small particles of iron or magnetically soft ferrite. In the left part of Fig. 1 shown empty Stator slot 1, the course of those magnetic stray force lines 6 is shown in dashed lines, which arise when the stator winding 2 conducts current and to increase the magnetic Conductivity of the slot seal can be used in the direction of the force line.

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.The stator slot 7 shown in Fig. 2 is by means of a locking wedge 8 completed in the usual form. The locking wedge 8 consists of embedded in plastic small iron or oil particles and is already in the stator slot before it is introduced 7 cured in the final shape.

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.As shown in Fig. 3, the stator slot 9 is profiled by a Isolierstoffrohr 11 closed, which is arranged in the levels of the stator plates, Contains iron sheets 10 isolated from one another. The iron sheets 10, which are made from stamping waste can be obtained, are used for eddy current suppression in the usual way isolated from each other. Due to the wall thickness of the insulating tube 11 a magnetic saturation of the iron sheets 10 is avoided during operation and the The size of the leakage flux is influenced in a desired manner.

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.The slot closure according to FIG. Z is particularly suitable for larger machines thought that an open groove is required for dents to insert the stator winding 2 is that oflit the usual slot locks a small slot spread, a large one Carter's factor and possibly high runner surface losses result.

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Claims

Claims ei ect ri cal b sxlline fed by a converter with a stator core that supports the stator winding connected to the converter, d u r c h e k e k e n n -z e i c h n e t that to limit the amount of time used by the converter caused high-frequency winding currents stator slot locks (5 or 8 resp. 11) are provided, which are at least partially made of a magnetizable material exist and have an eddy current suppressing structure.

2. Electrical machine according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n notices that only part of the cross-section of the stator slot locks (5 or 8 or Ii) consists of magnetizable material.

3. Electrical machine according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e it is not indicated that the radial thickness of the stator slot locks (5 resp. 8 or ii) is larger than manufacturing or strength reasons require.

4. Electrical machine according to claim 1, 2 or 3, d a -d u r c h it is not noted that the stator slot locks through an into the opening the wound stator grooves (1) introduced in a viscous or doughy state Mass (5) are formed, which consists of a mixture of hardenable plastic and therein embedded small particles consists of iron and hardens after introduction.

5. Electrical machine according to claim 1, 2 or 3, d a -d u r c h it is not noted that the stator slot locks through an into the opening of the wound stator slots (1) in a viscous or doughy state Mass (5) are formed, which (us a mixture vül uushärtbu rem Plastic and embedded particles made of magnetically soft ferrite and hardens after introduction.

6. Electrical machine according to claim 4 or 5, d a -d u r c h g e it is not indicated that the stator winding (2) is before the plastic has hardened has flowed at least for a short time from a current.

7. Electrical machine according to claim 1, 2 or 3, d a -d u r c h it is not noted that the stator slot locks are partially made Iron locking wedges (8) are formed.

8. Electrical machine according to claim 1, 2 or 3, d a -d u r c h it is noted that the stator slot locks by at least partially made of magnetically soft ferrite locking wedges (8) are formed.

9. Electrical machine according to claim 7 or 8, d a -d u r c h g e it is not indicated that the locking wedges (8) are made of hardened material prior to installation Plastic are made in which small iron or soft magnetic ferrite particles are embedded are.

10. Electrical machine according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the stator slot locks by means of a magnetization device before the plastic hardens in the direction that it penetrates into the machine Stray force lines are magnetized.

11. Electrical machine according to claim 7, d a d u r c h g e k e n It should be noted that the magnetizable part of the locking parts is made up of one another isolated l, isenblechen (l ()), whose l, izell is perpendicular to the axis of rotation of the machine and are in a suitably profiled insulating material (11) are arranged.