DE9305174U1

DE9305174U1 - Three-phase asynchronous motor with frequency converter

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Publication number: DE9305174U1
Application number: DE9305174U
Authority: DE
Original assignee: FRANZ MORAT KG ELEKTRO FEINMEC
Current assignee: FRANZ MORAT KG ELEKTRO FEINMEC
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2003-04-06

Description

Franz Morat KG
5670Franz Morat KG
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Three-phase asynchronous motor with frequency converter

Die Erfindung betrifft einen Drehstrom-Asynchronmotor mit Frequenzumrichter zum Wandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie und insbesondere einen Drehstrom-Asynchronmotor mit einem 4-Quadranten-Frequenzumrichter.The invention relates to a three-phase asynchronous motor with a frequency converter for converting electrical energy into mechanical energy and in particular to a three-phase asynchronous motor with a 4-quadrant frequency converter.

Nach dem Stand der Technik werden Drehstrom-Asynchronmotoren in Verbindung mit Frequenzumrichtern verwendet, um im gewerblichen und industriellen Einsatz ein bestimmtes Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahl bereitzustellen. Dabei bewirkt ein elektrisches Drehfeld in der Statorwicklung des Drehstrom-Motors eine Flußänderung in den Leiterschleifen des Rotors. Die in den Leiterschleifen induzierte Spannung läßt einen Strom durch die Leiterschleifen fließen. Dieser Läuferstrom bewirkt ein Magnetfeld und damit ein Drehmoment, das den Läufer in der Drehrichtung des Statordrehfeldes dreht.According to the state of the art, three-phase asynchronous motors are used in conjunction with frequency converters to provide a certain torque at a certain speed in commercial and industrial applications. An electrical rotating field in the stator winding of the three-phase motor causes a flux change in the conductor loops of the rotor. The voltage induced in the conductor loops causes a current to flow through the conductor loops. This rotor current causes a magnetic field and thus a torque that rotates the rotor in the direction of rotation of the stator rotating field.

Das dazu erforderliche Drehfeld wird von einem Frequenzumrichter bereitgestellt, der eine gegebene Gleichoder Wechselspannung in eine Wechselspannung mit bestimmter Spannung, Frequenz und Phasenwinkel umformt. Dabei wird häufig ein Zwischenkreisumrichter verwendet, der aus Gleichrichter, Gleichstromzwischenkreis und Wechselrichter besteht.The rotating field required for this is provided by a frequency converter, which converts a given direct or alternating voltage into an alternating voltage with a specific voltage, frequency and phase angle. An intermediate circuit converter is often used, which consists of a rectifier, a direct current intermediate circuit and an inverter.

Bisher sind in herkömmlichen Drehstrom-Asynchronmotoren mit Frequenzumrichter die beiden Komponenten -Elektromotor und Frequenzumrichter- als zwei räumlich getrennte Einheiten ausgeführt. Diese sind mit mehr oder weniger langenUp to now, in conventional three-phase asynchronous motors with frequency converters, the two components - electric motor and frequency converter - have been designed as two spatially separate units. These are connected to more or less long

Verbindungsleitungen verbunden, welche geschirmt sein müssen. Die räumliche Trennung und die Verbindungsleitung haben die damit zusammenhängende Probleme, wie z.B. Abstrahlung nach außen oder Störstrahlung von außen zur Folge. Daraus ergeben sich Störungen des Funkverkehrs (extern) bzw. des Frequenzumrichters (intern). Dies gilt insbesondere bei paralleler Leitungsführung, wie sie z.B. in SchaItschränken üblich ist.Connecting cables, which must be shielded. The spatial separation and the connecting cable result in associated problems, such as radiation to the outside or interference from the outside. This results in interference with radio traffic (external) or the frequency converter (internal). This is particularly true for parallel cable routing, as is common in switch cabinets, for example.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die oben aufgezeigten Schwierigkeiten nicht auftreten.It is therefore an object of the present invention to provide a device in which the difficulties outlined above do not occur.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Gebrauchsmusteranspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention in a device according to the preamble of utility model claim 1 by the features contained in its characterizing part. Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung befinden sich also der Elektromotor und der Frequenzumrichter in einem gemeinsamen verlängerten Motorgehäuse, wobei sie sehr platzsparend hintereinander angeordnet sein können.In the device according to the invention, the electric motor and the frequency converter are located in a common extended motor housing, whereby they can be arranged one behind the other in a very space-saving manner.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Querschnittansicht der Vorrichtung zeigt.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, the only figure of which shows a cross-sectional view of the device.

Nach Fig. 1 sind ein Elektromotor 3, 4, 6, 10 aus einem Läufer 3, einem Stator 4, einer Welle 6 und einem Motorgehäuse 10 und ein Frequenzumrichter 5 in einem gemeinsamen, verlängerten Elektromotorgehäuse 8, welches ein doppelwandiges Strang-Preßteil ist, untergebracht. Ein Lagerschild 9 des Motors trennt den Elektro-Motor 3, 4, 6, und den Frequenzumrichter 5 mechanisch. Die durchgeführte Motorwelle 6 nimmt an ihrem Ende Drehimpulsgeber bzw. eineAccording to Fig. 1, an electric motor 3, 4, 6, 10 consisting of a rotor 3, a stator 4, a shaft 6 and a motor housing 10 and a frequency converter 5 are housed in a common, extended electric motor housing 8, which is a double-walled extruded part. A bearing plate 9 of the motor separates the electric motor 3, 4, 6, and the frequency converter 5 mechanically. The motor shaft 6 that passes through it has a rotary pulse encoder or a

Bremse auf. Die Welle 6 ragt also in den Frequenzumrichterbereich hinein. Ein üblicherweise hier angebrachter Lüfter bzw. Axialventilator (7) befindet sich am Ende der Gesamtvorrichtung, also noch hinter dem Frequenzumrichter (5). Als "Fremdlüfter" bringt er eine konstante Kühlleistung unabhängig von der Regeldrehzahl des Motors. Das Motorgehäuse (8a) ist von einem als Gehäuse dienenden Doppelmantel-Kühlsystem (8) umgeben, welches aus zwei Halbschalen besteht (nicht gezeigt), die durch Schnappverbindungen am Umfang des Gehäuses gehalten werden. Dadurch ist ein geführter Kühlstrom über den Frequenzumrichter (5) und den Motor (3, 4, 6) gewährleistet. Ein für den Frequenzumrichter (5) üblicher Kühlkörper entfällt. Die Vorrichtung kann bei Bedarf über einen Flanschlagerschild (1, 2) angeflanscht werden. Auch eine Befestigung der Vorrichtung über einen Fuß (nicht gezeigt) ist möglich. Die Einschaltdauer des verwendeten 4-poligen Motors beträgt durch das patentierte Mantel-Kühlsystem und bei allen zulässigen Belastungen 100%. Bedienung, Justage, Schnittstelle für eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und dergleichen befinden sich in einem Norm-Motor-Klemmenkasten .Brake on. Shaft 6 therefore extends into the frequency converter area. A fan or axial fan (7) usually installed here is located at the end of the entire device, i.e. behind the frequency converter (5). As an "external fan" it provides a constant cooling output regardless of the control speed of the motor. The motor housing (8a) is surrounded by a double-jacket cooling system (8) that serves as a housing, which consists of two half-shells (not shown) that are held to the circumference of the housing by snap connections. This ensures a guided cooling flow over the frequency converter (5) and the motor (3, 4, 6). A heat sink, which is usual for the frequency converter (5), is not required. The device can be flanged on using a flange bearing shield (1, 2) if required. The device can also be attached using a foot (not shown). The duty cycle of the 4-pole motor used is 100% thanks to the patented jacket cooling system and at all permissible loads. Operation, adjustment, interface for a programmable logic controller (PLC) and the like are located in a standard motor terminal box.

Bei dem in der digitalen Version bevorzugt verwendeten 4-Quadranten-Frequenzumrichter handelt es sich um ein Gerät mit eingebautem Transputer als Mikroprozessor. Die Leistungsmerkmale des digitalen Frequenzumrichters kommen hier zum Tragen. Es sind verschiedene Modulationen möglich, wie z.B. sinusbewertete PWM, Vektormodulation usw.. Der Frequenzumrichter ist beispielsweise ein impulsweitenmodulierten (PWM) Frequenzumrichter mit sinusbewerteter Ausgangsspannung und Gleichstromzwischenkreis. Die Taktfrequenz liegt bei 17 kHz und garantiert dadurch Geräuschlosigkeit. Zur Impulserzeugung wird die sinusbewertete Pulsweitenmodulation zum Antreiben des Elektromotors verwendet. Die digitale Erzeugung der drei umThe 4-quadrant frequency converter used in the digital version is a device with a built-in transputer as a microprocessor. The performance characteristics of the digital frequency converter come into play here. Various modulations are possible, such as sine-weighted PWM, vector modulation, etc. The frequency converter is, for example, a pulse-width modulated (PWM) frequency converter with sine-weighted output voltage and DC intermediate circuit. The clock frequency is 17 kHz and therefore guarantees noiselessness. The sine-weighted pulse width modulation is used to generate the pulse to drive the electric motor. The digital generation of the three

120° phasenverschobenen Impulsmuster ist so ausgelegt, daß das ausgangsseitige Drehfeld in jeder Phasenlage angehalten und aus derselben wieder gestartet werden kann. Diese Art der Steuerung bietet in vielen Anwendungen Vorteile. So ist z.B. bei Positionierantrieben ein absolut ruckfreies Anfahren und Reversieren möglich. Der ausgezeichnete Rundlauf der Motoren bleibt durch die hohe Auflösung des Sinussignals bis zum Stillstand des Motors erhalten.The 120° phase-shifted pulse pattern is designed so that the output rotating field can be stopped in any phase position and started again from the same position. This type of control offers advantages in many applications. For example, positioning drives can start and reverse absolutely smoothly. The excellent concentricity of the motors is maintained until the motor comes to a standstill thanks to the high resolution of the sine signal.

Durch die räumliche Anordnung des Elektromotors und des Frequenzumrichters in einem gemeinsamen Gehäuse, welches als Faradayscher Käfig dient, ist die Störsicherheit der Vorrichtung sowohl als Sender als auch als Empfänger erheblich verbessert. Die Vorrichtung erreicht am Netz mit einem geeigneten Netzfilter den Funkentstörgrad B nach EN 55011. Der Frequenzumrichter erreicht die Störfestigskiasse nach IEC 801-4/5.The spatial arrangement of the electric motor and the frequency converter in a common housing, which serves as a Faraday cage, significantly improves the interference immunity of the device both as a transmitter and as a receiver. With a suitable mains filter, the device achieves radio interference suppression level B according to EN 55011. The frequency converter achieves the interference immunity class according to IEC 801-4/5.

Durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Schutzart IP 54 bezüglich des Berührungs- und Fremdkörperschutzes und des Wasserschutzes erreicht.The device of the present invention achieves protection class IP 54 with regard to contact and foreign body protection and water protection.

Die Erfindung ist nicht nur auf das ausführlich beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern auf alle Drehstrommotoren und Frequenzumrichter, die gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht werden, um dadurch Platz zu sparen und um insbesondere die Abstrahlungen nach außen und Störstrahlungen von außen abzuschirmen. Sie ermöglicht insbesondere einen wesentlichen wirtschaftlichen Vorteil (gutes Preis/Leistungsverhältnis).The invention is not only limited to the embodiment described in detail, but to all three-phase motors and frequency converters that are housed together in one housing in order to save space and in particular to shield external radiation and interference from the outside. In particular, it enables a significant economic advantage (good price/performance ratio).

Claims

Franz Morat KG 5670 Claims:

1. Device for converting electrical energy into mechanical energy with

- a three-phase motor (3,4,6),
a frequency converter (5) and

- a housing (8),
characterized in that

the three-phase motor and the frequency converter are located together in the common housing.

2. Device according to claim 1, characterized in that the three-phase motor is a three-phase asynchronous motor and the frequency converter is an analog/digital 4-quadrant frequency converter.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that an axial fan (7) independent of the motor speed is arranged at the end of the device opposite the three-phase motor.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a shaft (6) of the three-phase motor projects into the frequency converter to accommodate pulse generators.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by a foot and/or a flange bearing plate (1, 2), which is provided at one end of the housing.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a bearing plate (9) of the three-phase motor mechanically separates the three-phase motor and the frequency converter.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the frequency converter (5) is implemented using digital circuit technology.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the frequency converter (5) is a digital pulse width modulated (PWM) 4-quadrant frequency converter with sine-weighted output voltage and DC intermediate circuit.

9. Device according to claim 8, characterized in that the frequency converter (5) is a transputer.