FI106080B - Oikosulkumoottori - Google Patents

Description

! 106080

Oikosulkumoottori Tämän keksinnön kohteena on oikosulkumoottori erityisesti taajuusmuuttajakäyttöä varten, joka oikosulku-5 moottori käsittää staattorin, sen aksiaalisiin uriin sovitetun staattorikäämityksen jaettuna ainakin kahteen vyyh-tiryhmään kutakin syöttävän vaihtojännitteen vaihetta varten ja kytkettynä syöttävään vaihtojännitteeseen siten, että staattorin perustaajuisten uravirtojen summa on kai-10 kiila ajanhetkillä oleellisesti nolla, ja staattorin suhteen pyörimään sovitetun roottorin.

Viime aikoina taajuusmuuttajilla syötettyjen oi-kosulkumoottoreiden laakerivauriot ovat lisääntyneet ja syyksi on havaittu nimenomaan taajuusmuuttajakäytön aihe-15 uttamat vaikutukset laakeriin kohdistuviin jännite- ja virtarasituksiin. Käytännön mittauksissa on havaittu, että taajuusmuuttajat aiheuttavat kolmea eri tyyppistä jännitettä, jotka vaikuttavat laakeriin. Jännitteet voidaan kytkeytymismekanisminsa puolesta jakaa kapasitiivisiin ja 20 induktiivisiin jännitteisiin. Induktiivisessa kytkennässä yhteismuotoisen jännitteen aiheuttama moottorin, taajuus-muuttajan ja· maadoitusten muodostamassa virtapiirissä kiertävä yhteismuotoinen virta indusoi moottorissa tapah-. tuvan epäsymmetrisen kapasitiivisen virtahukan takia akse- 25 Iin päiden välille jännitteen, jonka suuruus riippuu virran amplitudista ja sen muutosnopeudesta. Nämä puolestaan riippuvat taajuusmuuttajan tehokomponenttien jännitteen-nousu nopeudesta sekä yhteismuotoisen virtapiirin hajaka-pasitansseista sekä muista vaikuttavista impedansseista.

• : 30 Jännite aiheuttaa moottorin akseleiden päiden välillä laa- kereiden ja rungon kautta kiertävän virran. Virran suuruus riippuu laakerivirtapiirin impedansseista sekä maadoitus-virran suuruudesta.

Normaalisti oikosulkumoottori rakennetaan siten, 35 että kaikki liitäntäjohdot tuodaan staattorikäämityksen vyyhdenpäähän moottorin D-päässä ja syötetään sitten 2 . 106080 staattoriurissa kulkeviin käämitysosuuksiin. Pientaajuis-ten virtojen näkemä hajakapasitanssi käämityksen ja rungon välillä on erittäin pieni, joten pituussuuntaista kapasi-tiivista virtahukkaa ei tapahdu ja moottorin uravirtojen 5 summa on kaikilla ajanhetkillä nolla.

Suurtaajuinen nollavirta käyttäytyy kuitenkin toisin. Koska virta kulkee käämityksestä maadoitettuun runkoon avaruudellisesti jakaantuneen hajakapasitanssin kautta, on moottorin pituussuuntainen suurtaajuinen virtaja-10 kauma epäsymmetrinen. Eli jos kaikkien staattoriurien virrat lasketaan yhteen, niiden summa ei ole nolla. Aksiaalinen nettovirta aiheuttaa ilmaväliin vastaavan suurtaajuisen nollavuon, joka sulkeutuu akselin ympäri. Koska akseli on nyt muuttuvan magneettivuon ympäröimä, siihen indusoi-15 tuu induktiolain perusteella jännite, jonka aiheuttama virta pyrkii vastustamaan vuon muutoksia, mikäli virtapiiri sulkeutuu laakereiden ja rungon kautta.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada oikosulkumoottori, jossa akselin päiden välille ei synny 20 suurtaajuisen nettovirran aiheuttamaa jännitettä eikä siten myöskään laakerivaurioita aiheuttava virta kulje laakereiden läpi.

Edellä mainittuun tavoitteeseen päästään keksinnön . mukaisen oikosulkumoottorin avulla, jolloin tunnusomaista, 25 että puolet kunkin vaiheen vyyhtiryhmistä on kytketty syöttävään vaihtojännitteeseen staattorin toisessa päässä ja toinen puoli kunkin vaiheen vyyhtiryhmistä staattorin toisessa päässä.

Keksinnön mukaisen ratkaisun ideana on, että suur-30 taajuinen nettovirta pannaan kulkemaan käämityksessä ikään kuin itseään vastaan, jolloin sen induktiovaikutus akselin suhteen kumoutuu. Koska käämitys on kuitenkin kytketty siten, että perustaajuisten uravirtojen summa, suunta huomioon ottaen, on samalla tavoin kuin perinteisessä mootto-35 rissa eli siten, että staattorin perustaajuisten uravirtojen summa on kaikilla ajanhetkillä oleellisesti nolla, on 3 106080 se sähköiseltä suoritusarvoiltaan muuten täysin samanalai-nen kuin vastaava perinteinen käämitys.

Seuraavassa keksinnönmukaista oikosulkumoottoria kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustuk-5 seen, jossa kuvio 1 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen perinteisestä oikosulkumoottorista, kuvio 2 esittää tavanomaisen oikosulkumoottorin staattorin jaetun yksikerroskäämityksen yhtä vaihetta, 10 kuvio 3 esittää tekniikan tason mukaista tapaa staattorikäämityksen vyyhtiryhmien kytkemiseksi ja kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen tavan staattorikäämityksen vyyhtiryhmien kytkemiseksi.

Kuviossa 1 on esitetty poikkileikkaus perinteisestä 15 oikosulkumoottorista, joka käsittää staattorin 1 käämityk- sineen 2 ja staattorin suhteen pöyrivän roottorin 4. Staattorin aksiaalisiin uriin sovitettu staattorikäämitys 2 on jaettu ainakin kahteen vyyhtiryhmään kutakin syöttävän vaihtojännitteen vaihetta varten ja kytketty syöttä-20 vään vaihtojännitteeseen siten, että staattorin perustaa- juisten uravirtojen summa on kaikilla ajanhetkillä oleellisesti nolla. Toista moottorin päätä on merkitty viite-merkinnällä D ja toista viitemerkinnällä N. Perinteisessä . oikosulkumoottorissa kaikki staattorikäämityksen liitäntä- • * 25 johdot tuodaan moottorin D-vyyhdenpäähän, josta virta syötetään staattoriuriin. Tämä perinteinen staattorikäämityksen eri vaiheiden vyyhtiryhmien syöttötapa ilmenee havainnollisesti kuviosta 3, josta nähdään, että kaikki vyyhtiryhmien, kuten 3A ja 3B, syöttöjohdot on tuotu moottorin ' : 30 päähän D, jossa ne kytketään syöttävän vaihtojännitteen eri vaiheisiin. Todettakoon, että kuvio 3 ei esitä minkäänlaista toimivaa käämitystä vaan ainoastaan havainnollistaa käämityksen virran syöttötapaa.

Perinteistä staattorikäämitystä 2 ja sen syöttöta-35 paa on havainnollistettu myös kuviossa 2, jossa yhden vaiheen käämitykset on kytketty vaihejännitteiden VI ja V2 4 106080 väliin, jolloin staattorin aksiaalisuuntaisissa urissa kulkevia käämitysosuuksia on merkitty ympyröillä ja risteillä, jolloin ympyrä esittää virran suuntaa paperista poispäin ja risti tarkoittaa virran suuntaa paperiin päin.

5 Staattorin kehänsuunnassa kulkevat vyyhtiosuudet muodostavat rengasmaiset vyyhtiosuudet moottorin molempiin päihin .

Kuten edellä on käynyt ilmi, kulkee suurtaajuinen nollavirta käämityksestä maadoitettuun runkoon avaruudel-10 lisesti jakaantuneen hajakapasitanssin kautta, jolloin moottorin pituussuuntainen suurtaajuinen virtajakauma on epäsymmetrinen. Eli jos kaikkien staattoriurien virrat lasketaan yhteen, niiden summa ei ole nolla. Tämä aksiaalinen nettovirta aiheuttaa ilmaväliin vastaavan suurtaa-15 juisen nollavuon, joka sulkeutuu akselin ympäri. Koska akseli on nyt muuttuvan magneettivuon ympäröimä, siihen indusoituu induktiolain perusteella jännite, jonka aiheuttama virta pyrkii vastustamaan vuon muutoksia, mikäli virtapiiri sulkeutuu laakereiden ja rungon kautta. Kuviossa 1 20 tätä syntyvää jännitettä ja sen aiheuttamaa virtaa on havainnollistettu jännitelähteellä Vs.

Käämityksessä kulkevan suurtaajuisen nollavirran vaikutus voidaan kuitenkin kumota, mikäli käämityksen kyt-kentätapaa muutetaan keksinnön mukaisella tavalla. Tämän • · 25 keksinnönmukaisen kytkentätavan perusideana on saada myös suurtaajuinen virtasumma staattorin yli nollaksi. Käytännössä tämä onnistuu siten, että virtaa syötetään staatto-riuriin tasapuolisesti molemmista vyyhdenpäistä, jolloin suurtaajuisen yhteismuotoisen nollavirran induktiovaikutus 30 akselissa kumoutuu ja kaikkien sekä perus- että suurtaajuisten virtojen summa on nolla. Kuten kuviosta 4 ilmenee, on nyt puolet eli käytännössä osuus 3A kunkin vaiheen vyyhtiryhmistä kytketty syöttävään vaihtojännitteeseen staattorin N-päässä ja toinen puoli eli 3B staattorin toi-35 sessa päässä eli D-päässä. Puolet vaiheiden vyyhtiryhmistä on siten käännetty pituussuunnassa toisin päin, mutta kui- 5 106080 tenkin kytketty siten, että perustaajuisten uravirtojen suunnat pysyvät samoina verrattuna normaalikäämitykseen. Käännettyjen vyyhtiryhmien napaisuus on siten vaihdettu perustaajuisten uravirtojen suunnan säilyttämiseksi. Koska 5 yhteismuotoinen nollavirta on samanvaiheinen kaikissa vaiheissa, se jakaantuu tasan siten, että osa virrasta menee uriin moottorin N -päästä ja osa D-päästä, jolloin kaikkien virtojen summa suunta huomioonottaen on kaikilla ajan-hetkiliä nolla. Tällöin virtajakauma on pituussuunnassa 10 mahdollisimman symmetrinen eikä nettovirtaa enää pääsee syntymään. Akseliin ei tällöin indusoidu pitkittäistä suurtaajuista jännitettä, joka voisi aiheuttaa laakereiden kautta kulkevan virran.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan useita 15 merkittäviä käytännön etuja. Tunnetusti eräs tapa laakereiden kautta kulkevan virran eliminoimiseksi on ollut käyttää eristettyjä laakereita. Nyt tällaiseen eristettyjen laakereiden käyttöön ei ole tarvetta, jolloin myöskään tällaisten erikoislaakereiden saanti ei aiheuta ongelmia 20 moottorivalmistajalle tai asiakkaalle. Keksinnön mukainen ratkaisu ei myöskään aiheuta merkittävää lisähintaa moottorille, kuten erityislaakereiden käyttö. Keksinnön mukaisella ratkaisulla ei ole myöskään vaikutuksia moottorin .muuhun konstruktioon, joskin sen eduksi voidaan katsoa, 25 että symmetriset vyyhdenpäät tasaavat myös moottorin lämpötilaeroja. Myöskään laiteinvestointien tarvetta ei kek-sinnönmukaisesta rakenteesta seuraa.

Yllä keksinnön mukaista oikosulkumoottoria on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon pohjalta. 30 Tulee kuitenkin ymmärtää, että käytännössä keksinnön mukaista perusideaa staattorikäämityksen vyyhtiryhmien molemmista päistä tapahtuvasta syötöstä voidaan soveltaa kaikkiin oikosulkumoottoreihin.

Claims (1)

1. 6 106080 Patenttivaatimus Oikosulkumoottori erityisesti taajuusmuuttajakäyt-töä varten, joka oikosulkumoottori käsittää staattorin 5 (1) , sen aksiaalisiin uriin sovitetun staattorikäämityksen •(2) jaettuna ainakin kahteen vyyhtiryhmään (3A, 3B) kutakin syöttävän vaihtojännitteen vaihetta varten ja kytkettynä syöttävään vaihtojännitteeseen siten, että staattorin perustaajuisten ja suurtaajuisten uravirtojen summa on 10 kaikilla ajanhetkillä oleellisesti nolla, ja staattorin suhteen pyörimään sovitetun roottorin (4), tunnet -t u siitä, että puolet (3A) kunkin vaiheen vyyhtiryhmistä on kytketty syöttävään vaihtojännitteeseen staattorin toisessa päässä (N) ja toinen puoli (3B) kunkin vaiheen vyyh-15 tiryhmistä staattorin toisessa päässä (D). 9 • 9 9 " 7 106080 Kortslutningsmotor speciellt för frekvensom-vandlardrift, vilken kortslutningsmotor omfattar en 5 stator (1) , en i dess axiala spar anordnad stator- lindning (2) fördelad pä ätminstone tvä lindnings-grupper (3A, 3B) för varje fas i matarväxelspänningen och kopplad till matarväxelspänningen sä att summan av statorns basfrekventa och högfrekventa spärströmmar vid 10 varje tidpunkt är väsentligen noll, och en i förhällande tili statorn roterande anordnad rotor (4), kännetecknad av att hälften (3A) av lind-ningsgrupperna för respektive fas är anslutna tili matarväxelspänningen i statorns ena ände (N) och den 15 andra hälften (3B) av lindningsgrupperna för respektive fas är anslutna tili matarväxelspänningen i statorns andra ände (D). <