FI117732B - Kiertovirtakuristin - Google Patents

Description

- .--¾ 117732 1 i

Kiertovirtakuristin

Keksinnön kohde 5

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu kiertovirtakuristimeen käytettäväksi sähkökoneen käämityksessä syntyvien kiertovirtahäviöiden vähentämiseksi, jonka käämityksen kukin vaihekäämi muodostuu vähintään kahdesta kyseiseen vaiheeseen liittyvästä rinnakkaisesta osajohtimesta, ja 10 joka kiertovirtakuristin käsittää magneettisesti johtavasta materiaalista valmistetun runko-osan ja runko-osaan muodostetun käämityksen. Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu sähkökoneeseen, jossa on staattori, joka käsittää käämityksen, jossa on ainakin yksi vaihekäämi, joka käsittää ainakin kaksi osajohdinta.

15

Keksinnön taustaa

Pyörivä sähkökone koostuu staattorista ja roottorista. Sähkökoneen staattorissa 3 on uria 3.1, joihin johtimet 4 on asennettu (kuva 1). Joh- 20 timet tehdään tavallisesti useasta rinnakkain kulkevasta osajohtimesta . .·. 4.1 valmistuksen helpottamiseksi ja virranahtohäviöiden pienentämi- • · · seksi. Kun johtimessa 4 kulkee vaihtovirtaa, kulkee osajohtimien 4.1 "f muodostamien silmukoiden läpi vaihtovuota, joka aiheuttaa niin kut- /*:’ suttuja kiertovirtoja näihin silmukoihin. Tämän seurauksena kaikkien • * · : 25 osajohtimien virrat eivät ole samassa vaiheessa eivätkä niiden ampli- i.i : tudit ole samat. Toisin sanoen osajohtimissa kulkee yhteismuotoisen • f · virran lisäksi niin kutsuttuja eromuotoisia virtoja. Tällöin koko johtimen 4 resistiiviset häviöt ovat suuremmat kuin tapauksessa, jossa sama : kokonaisvirta on tasaisesti jakautunut kaikkiin osajohtimiin 4.1. Tämä 30 ongelma korostuu erityisesti koneissa, joissa syöttötaajuus on suuri.

* · *

Kiertovirroista johtuvat ylimääräiset resistiiviset häviöt aiheuttavat kää- • * * *;!.* mityksen lämpenemistä ja rajoittavat koneesta saatavaa tehoa.

• * • · · *

Kiertovirrat häviävät, jos käämitys voidaan tehdä siten, että rinnak-35 kaisten osajohtimien 4.1 muodostamien silmukoiden läpi menevä ko-konaisvuo on nolla. Suurissa generaattoreissa kunkin osajohtimen 4.1 2 117732 paikka urassa suunnitellaan etukäteen ja käämitys toteutetaan ns.

Roebelin sauvoja käyttäen siten, että osajohdinsilmukoiden kokonais-vuo häviää lähes kokonaan. Pienemmissä koneissa tämä ei kuitenkaan ole käytännöllinen ratkaisu.

5

Pienemmissä koneissa johtimet voidaan jakaa useammaksi rinnakkaiseksi johtimeksi ja näiden johtimien paikkaa voidaan vuorotella urissa.

Tämä pienentää kiertovirtaongelman aiheuttamia lisähäviöitä mutta lisää valmistuksen työmäärää.

10

Eräs tunnettu ratkaisu on käyttää ns. litz-lankaa. Litz-lanka koostuu suuresta määrästä ohuita rinnakkaisia lankoja, jotka on punottu tai kierretty. Tällaista litz-lankaa havainnollistaa osajohdin, jota on merkitty + viitteellä 4.2 kuvassa 1. Litz-langan rakenne eliminoi tehokkaasti sen 15 sisäisten lankojen muodostamat silmukat läpäisevät kokonaisvuot, eli yhden litz-langan kaikissa langoissa kulkee samanlainen virta. Optimi-ratkaisu olisi tehdä koko johdin yhdestä paksusta litz-langasta. Käytän- ; nössä johtimet joudutaan tekemään useammasta rinnakkaisesta litz-langasta, koska yhden paksun johtimen pujottaminen uraan on hanka-20 laa.

• φ « • * ·

Kiertovirtojen aiheuttamia lisähäviöitä voidaan pienentää myös urien muotoilulla ja käämityksen valmistukseen liittyvillä ohjeistuksilla.

· • · • * · ... ...

• * • · · : 25 Patenttijulkaisu US-3,683,271 esittää teholähteen suodatinta kohinan vai- • · : mentamiseksi. Se käsittää kelarungon, johon käämitään kaksi tehonsyöttö- • · · johdinta siten, että magneettivoiden summa on nolla. Tällöin aikaansaadaan induktanssi, joka ei merkittävästi aiheuta häviöitä suodattimen kautta johdet-: tavan sähköenergian taajuudella (induktanssi on likimain nolla), mutta tehok- 30 kaasti vaimentaa suurtaajuisia signaaleita. Tehonsyöttöjohtimet ovat meno- • * · johdin ja paluujohdin. Näissä johtimissa kulkevat virrat ovat siis 180 asteen • t · *;].* vaihesiirrossa keskenään.

• · • · • · ·

Patenttijulkaisu GB 1,101,857 esittää kuristinta suurtaajuisten interferenssien 35 vaimentamiseksi. Kuristin käsittää kelasydämen ja siihen käämityt johtimet • * * (vaihe ja nollajohdin). Johtimet on käämitty vierekkäin siten, että eri johtimis- 3 117732 sa kulkevien pientaajuisten virtojen aiheuttamat magneettivuot kumoutuvat.

Siis toimintaperiaate on hyvin samankaltainen US-patentissa esitettyyn, mutta käämitykset on muodostettu eri tavalla. Tässä julkaisussa GB 1101857 esitetään ratkaisu, jossa induktioilmiön sovellusmuotoja käy-5 tetään keksinnöllisellä tavalla siten, että yhteismuotoisen virran kuristimen haitalliset haja-vuot ja sitä kautta sydämen haitallinen kyllästyminen jäävät pieniksi. .

Julkaisu Aura L. & Tonteri A.; "Sähkökoneet ja tehoelektroniikan perusteet", 10 käsittelee mm. kahden vastarinnan kytketyn tyristorisuuntaajan välistä ac-kiertovirtaa, joka johtuu kyseisten tyristorisiltojen lähtöjännitteiden vaihtokomponenteista ja jota voidaan rajoittaa tavallisella kuristimella.

Tämä teos on oppikirjatyyppinen sähkökoneita ja tehoelektroniikkaa käsittelevä perusteos, jossa ei mennä niin syvällisiin käämitysteknillisiin 15 asioihin, joihin käämityksen eri osin välisten kiertovirtojen vaimennus-menetelmät kuuluvat.

Keksinnön yhteenveto 20 Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on nostaa alalla val-, .·. litsevaa tekniikan tasoa ja aikaansaada kiertovirtakuristin, jonka avulla edellä mainittu kiertovirtailmiö saadaan eliminoitua mitä suurimmassa • · määrin. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että sähkökoneen staat- • · /·;* torikäämityksen yhteyteen kytketään yksi tai useampi kiertovirtakuristin, [·' ’· 25 jolla aikaansaadaan osajohdinten eromuotoisia virtoja kompensoiva : rakenne aiheuttamatta kuitenkaan merkittävissä määrin induktanssia • · · osajohdinten yhteismuotoiselle virralle. Keksinnön mukainen laite toimii eräänlaisena kiertovirtakuristimena (suodattimena) aiheuttamalla in-: .♦*» duktanssia eromuotoisille virroille (kiertovirroille). Nyt esillä olevan kek- ·***. 30 sinnön mukaisessa kuristimessa käytetään magneettisesti hyvin johta- vaa runkoa, johon on muodostettu aukkoja, joiden läpi osajohtimet vie- • · · dään siten, että tilanteessa, jossa kaikkien osajohtimien virta on sama, on jokaisen aukon kokonaisvirta olennaisesti nolla. Runkomateriaaliksi ;*·*; sopivat esimerkiksi sähkökoneissa käytettävät dynamolevyt, ferriitti- * .···. 35 materiaalit, pulverimetallit ja amorfiset levyt. Oleellista on, että materi- ..a aalilla on hyvä suhteellinen permeabiliteetti, korkea kyllästysvuontiheys 4 117732 ja pienet häviöt. Osajohtimet siis sijoitetaan aukkoihin siten, että joka aukon kokonaisvirta on olennaisesti nolla silloin kun kaikkien osajohti-mien virrat ovat samat. Jotta kuristin toimisi tehokkaasti, on jokaisessa aukossa oltava vähintään kaksi eri osajohdinta ja jokainen osajohdin 5 viedään sopivimmin useita kertoja aukkojen läpi. Kunkin aukon koko-naisvirran lauseke on lineaarikombinaatio osajohtimien virroista. Jotta kaikkien NS osajohtimen virta saataisiin pakotettua olennaisesti samaksi, on kuristimessa oltava vähintään NS-1 aukkoa. Aukkojen koko-naisvirrat muodostavat NS-1 lauseketta. Osajohtimet on sijoitettava 10 aukkoihin siten, että merkittäessä nämä lausekkeet nolliksi, muodostuvan yhtälöryhmän ainoa ratkaisu on se, että kaikkien osajohtimien virrat ovat samat.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle kiertovirtakuristimelle on pää-15 asiassa tunnusomaista se, että kiertovirtakuristin on järjestetty vaimentamaan sähkökoneen vaihekäämin mainituissa ainakin kahdessa rinnakkaisessa osajohtimessa kulkevien virtojen eroa siten, että kierto-virtakuristimeen on muodostettu yksi tai useampi aukko, ja mainituissa ainakin kahdessa rinnakkaisessa vaihekäämin osajohtimessa kulkevat 20 virrat on kiertovirtakuristimen käämityksen avulla järjestetty kulkemaan . .·. ainakin yhden aukon läpi siten, että aukon läpi kulkeva kokonaisvirta • · « 'V.t on olennaisesti nolla, kun vaihekäämin osajohtimissa kulkee keske- nään olennaisesti yhtä suuret ja samansuuntaiset virrat. Nyt esillä ole- /*;' van keksinnön mukaiselle sähkökoneelle on pääasiassa tunnusomaista * · · j*: ! 25 se, että sähkökone käsittää patenttivaatimuksen 1 mukaisen kiertovir- : takuristimen sähkökoneen käämityksessä syntyvien kiertovirtahäviöi- * * * den vähentämiseksi.

; Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun 30 tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaisella rat- • · · kaisulla saadaan eliminoitua kiertovirtojen aiheuttamat lisähäviöt lähes • 9 ♦ kokonaan. Näin koneesta saatava teho voidaan maksimoida ja käämi-tyksen lämpötilat minimoida. Keksinnön mukaista kiertovirtakuristinta käytettäessä staattorikäämitys voidaan tehdä yksinkertaiseksi ja hai- ; :*··. 35 vaksi, koska kiertovirtailmiötä ei tarvitse huomioida käämityksen raken netta suunniteltaessa. Usein käämitykset tehdään käsin, jolloin staatto- 5 117732 reistä tulee kiertovirtojen kannalta yksilöitä. Tämä merkitsee sitä, että niiden resistiivisten häviöiden määrässä on hajontaa. Kuristinta käytettäessä tällainen hajonta pienenee merkittävästi tai jopa poistuu ja kaikissa staattoreissa resistiivisten häviöiden määrä on lähellä teoreet-5 tista minimiä. Simulointien ja käytännön mittausten perusteella on havaittu, että tarvittava kuristimen koko on murto-osa sähkökoneen staattorin koosta. Tällöin kuristimeen tarvittavat levyt voidaan tehdä esim. sähkökoneen staattorin tai roottorin dynamolevyjä stanssattaessa jäävistä ylimääräisistä paloista.

10

Piirustusten kuvaus i Nyt esillä olevaa keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin, viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuva 1 esittää erään staattorin rakennetta ja kolmivaihekytkentää pelkistetysti, kuva 2 esittää keksinnön erästä sähköistä kytkentää kolmivaiheisen 20 käämityksen yhteyteen, • · · * ♦ * kuva 3a esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen • · .*"* kiertovirtakuristimen rakennetta edestä ja sivulta tarkastel- • « tuna, 25 • · : kuva 3b esittää erästä mahdollista osajohtimien sijoittelua kuvan 3a ·

t t I

mukaisen kiertovirtakuristimen urissa, : kuvat 4a ja 4b esittävät keksinnön erään toisen suoritusmuodon ··> · 30 mukaisen kiertovirtakuristimen rakennetta, ··· • · · *···.· ’;[/ kuvat 5a ja 5b esittävät keksinnön mukaisen kiertovirtakuristimen *···: vielä erästä suoritusmuotoa, * ' ··· • · · ♦ · · <· :*·*. 35 kuva 6a esittää osajohtimien ryhmittelymenetelmää tapauksessa, jossa osajohtimia on enemmän kuin kuristimessa aukkoja, 6 117732 kuva 6b esittää virtojen jakaumaa kuvan 6a mukaisen ryhmittelyme-netelmän avulla toteutetun kiertovirtakuristimen kanssa, ja 5 kuva 7 esittää keksinnön mukaista kiertovirtakuristinta toteutettuna toroidisydämellä

Keksinnön yksityiskohtaisempi kuvaus 10 Seuraavassa selostetaan kuvissa 3a ja 3b esitetyn keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kiertovirtakuristimen 1 rakennetta. Kiertovirtakuristimen 1 runko 2 on muodostettu kaksiosaiseksi rakenteeksi. Rungon ensimmäinen osa 2.1 on tarkoitettu käämitystä varten ja toinen osa 2.2 on tarkoitettu muodostamaan osan 2.1 kanssa kiertovirtakuris-15 timeen aukkoja, joilla on suljettu magneettipiiri. Rungon ensimmäinen osa 2.1 ja toinen osa 2.2 on valmistettu esimerkiksi vastaavista rauta-levyistä, joita staattorin 3 valmistuksessa on käytetty. Tässä kuvien 3a ja 3b mukaisessa kiertovirtakuristimessa 1 on rungon ensimmäiseen osaan 2.1 muodostettu hammastus kiertovirtakuristimen käämitystä 20 varten. Hammastus käsittää sopivimmin yhtä monta hammasta 2.12 . kuin staattorikäämityksen johtimissa 4 on rinnakkaisia osajohtimia 4.1.

• · ·

Kuvien 3a ja 3b esimerkissä on seitsemän hammasta 2.12, koska • · * vastaavan staattorin 3 käämitys 6 on muodostettu johtimista, joissa on • · /·;* 7 osajohdinta, mutta on selvää, että keksintöä ei ole rajoitettu ainoas- i 25 taan tällaiseen sovellukseen, vaan käämin osajohtimien 4.1 lukumäärä ♦ · : voi olla myös erisuuri kuin seitsemän. Käämityksen 6 käämit voivat koostua myös useammasta johtimesta 4.

: ♦*· Kiertovirtakuristimen rungon ensimmäisen osan 2.1 hampaiden 2.12 30 väliin muodostuvat urat 2.11 kiertovirtakuristimen käämitystä varten. Staattorikäämityksen johtimen 4 kukin osajohdin 4.1 kierretään yhtä • · · .

‘l‘m‘ monta kierrosta jokainen oman hampaansa 2.12 ympärille, eli osajoh- din 4.1 asetetaan kahteen vierekkäiseen uraan 2.11. Tätä osajohtimien :*·*: 4.1 sijoittelua eri hampaiden ympärille esittää kuva 3b. Samassa .*··. 35 urassa 2.11 on tällöin johtimen kaksi eri osajohdinta, joiden kulku suunta käämiurassa on vastakkainen toisiinsa nähden. Mikäli samaan 7 117732 uraan 2.11 käämittyjen osajohtimien virrat ovat samansuuntaiset ja yhtä suuret, kulkee urassa olevissa osajohtimissa olennaisesti yhtä suuri virta vastakkaisiin suuntiin. Uran kokonaisvirta on täten olennaisesti nolla. Kiertovirtakuristin ei siis olennaisesti vastusta yhteismuo- ΐ 5 toista virtaa. Jos sen sijaan samaan uraan käämityissä osajohtimissa kulkevat virrat eivät ole amplitudiltaan tai vaiheeltaan samat, ne eivät kumoa toisiaan. Tämä virtojen erotus aikaansaa uraan nollasta poikkeavan kokonaisvirran ja uraan liittyvää aukkoa 5 ympäröivään magneettipiiriin magnetomotorisen voiman, mikä puolestaan vastustaa 10 eromuotoisen virran kulkua Lenzin lain mukaan. Kuristimien toimintaa voidaan tehostaa lisäämällä kierroslukua hampaiden ympäri tai kasvattamalla hampaiden pinta-alaa. Testeissä on havaittu, että hyviä tuloksia on saavutettavissa jopa kahden tai kolmen kierroksen käämityksellä. Yleensä riittää esim. neljästä kuuteen kierrosta osajohdinta koh-15 den. Kuristimen hampaiden pinta-ala ja ensimmäisen osan 2.1 ja toisen osan 2.2 välinen ilmaväli vaikuttavat suoraan kompensoinnin tehokkuuteen. Mitä suurempi hampaan pinta-ala ja mitä pienempi ilma-väli sitä tehokkaampi kompensointi. Kuristinta mitoitettaessa voidaan simuloimalla varmistaa, että vuontiheyden maksimiarvot kuristimen 20 magneettipiirissä pysyvät materiaalin lineaarisella alueella, koska magneettipiirin kyllästyminen johtaa kompensoinnin heikkenemiseen.

• ♦ · • · ·

Kuvan 3b tapauksessa kiertovirtakuristimen 1 käämit on muodostettu |···: siten, että kunkin osajohtimen käämiminen aloitetaan ja lopetetaan ao.

: 25 hampaan samassa päädyssä. On kuitenkin mahdollista toteuttaa kää- : mitys siten, että kunkin osajohtimen käämimisen aloitus ja lopetus suo- ritetaan hampaan vastakkaisissa päädyissä. Tällöin käämiin tulee kokonaisten kierrosten lisäksi puoli kierrosta, mikä aikaansaa jonkin ver- * ran induktanssia myös yhteismuotoiselle virralle. Tällaista rakennetta .···! 30 voidaan käyttää, mikäli myös yhteismuotoista induktanssia tarvitaan.

• · · **» : Kuvissa 4a ja 4b on esitetty keksinnön eräs muunnelma, jossa taso- • · · maisissa levyissä 2.3, 2.4 on hampaita 2.32, 2.42. Osajohtimet 4.1 si-joitetaan hampaiden väleihin 2.31, 2.41 siten, että jokaisesta välistä .···. 35 kulkee täsmälleen yksi osajohdin 4.1. Tämän jälkeen toinen tasomai- nen levy 2.4 taitetaan ensimmäisen tasomaisen levyn 2.3 päälle, jolloin 117732 8 ... :.

syntyy aukkoja, joista jokaisessa kulkee kaksi osajohdinta, joissa virrat kulkevat eri suuntiin.

Kuvissa 5a ja 5b on esitetty muunnelma kuvien 4a ja 4b rakenteesta.

5 Tässä kiertovirtakuristimessa kuvien 4a ja 4b hampaat on jaettu useammaksi pienemmäksi hampaaksi, jolloin aukkojen 5 määrä kasvaa huomattavasti. Tässä suoritusmuodossa kiertovirtakuristimen 1 runko 2 käsittää kaksi edullisesti samanlaista levymäistä osaa 2.3, 2.4, joissa on hampaita 2.32, 2.42. Johtimen 4 osajohtimet 4.1 sijoitetaan ham-10 päiden väleihin 2.31, 2.41 esimerkiksi esitetyllä tavalla portaittain. Kuvassa 5a on esitetty neljä osajohdinta 4.1 asetettuna hampaiden 2.32, 2.42 väleihin 2.31, 2.41. Kun osajohtimet 4.1 on asetettu paikoilleen, voidaan kiertovirtakuristimen rungon 2 osat 2.3, 2.4 asettaa toisiaan vasten siten, että molempien osien 2.3, 2.4 hampaat ovat olennaisesti 15 vastakkain. Tällöin muodostuu kuvan 5b mukainen rakenne, jossa on suuri määrä aukkoja 5.

Vielä eräänä esimerkkinä kuristimen valmistamiseksi mainittakoon menetelmä, jossa magneettiseen kappaleeseen muodostetaan esim. po-20 raamalla reikiä, joiden läpi osajohtimet viedään edellä esitettyä periaatetta noudattaen siten, että jokaisessa reiässä kulkevien virtojen summaksi pyritään saamaan nolla, kun kaikkien aukon läpi kulkevien osajohtimien virta on sama.

• · ··· • · i 25 Keksinnön mukainen kiertovirtakuristin voidaan valmistaa myös siten, * * : että staattorin 3 magneettipiiriin muodostetaan valmistuksen yhtey- dessä rei’itys, hammastus tai muulla tavoin toteutettu aukotus, joiden yhteyteen osajohtimet 4.1 voidaan sijoittaa.

• · * * « • t · * · · * .···. 30 Kullekin sähkökoneen johtimelle 4, jolle kompensointi halutaan suorit- .·) taa, muodostetaan oma kiertovirtakuristimensa 1. Tällöin esim. kuvan 2 • · · tapauksessa tarvitaan kolme eri kiertovirtakuristinta 1, joiden rakenne :...! on keskenään sopivimmin olennaisesti samanlainen. Kunkin kiertovir- takuristimen 1 käämitys muodostetaan esimerkiksi staattorin käämistä .···. 35 joko alkupäästä tai loppupäästä. Tällöin staattorin kunkin johtimen yh teen päähän jätetään riittävästi vapaata johdinta. Tämän vapaaksi jä- 9 117732 tetyn johtimen osajohtimet käämitään kiertovirtakuristimeen 1 edellä kerrotulla tavalla. Kuvan 2 mukaisessa tapauksessa suoritetaan siis kolmen johtimen 4 osajohtimien 4.1 käämiminen kolmeen kiertovirtakuristimeen 1.

5

Kiertovirtakuristin voidaan valmistaa myös erillisenä komponenttina erotettuna staattorin valmistuksesta. Tällöin kuristin ja staattori käämitään omista osajohtimistaan edellä esitetyllä tavalla ja lopuksi staattorin ja kuristimen osajohtimet yhdistetään toisiinsa esimerkiksi juottamalla * 10 tai puristusliitoksilla.

Seuraavassa selostetaan vielä keksinnön erään suoritusmuodon mukaista menetelmää sellaisen sähkökoneen staattorin 3 valmistamiseksi, jossa johtimen osajohtimien lukumäärä on suurempi kuin kiertovirtaku-15 ristimen 1 aukkojen 5 lukumäärä tai jostain muusta syystä halutaan vähentää erikseen käsiteltävien osajohdinten määrää. Suoritetaan staattorin 3 käämiminen sinänsä tunnetusti kuitenkin siten, että eri vaiheiden käämien ainakin yhteen päähän jätetään riittävästi vapaata johdinta 4, jonka osajohtimet 4.1 voidaan käämiä kiertovirtakuristimeen 1.

20 Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää yllä mainittua erillistä kiertovirtakuris- . .·. tinta. Kun staattorin 3 käämiminen on suoritettu, mitataan eri vaiheiden • * · käämien osajohtimien virrat esim. pihtivirtamittarilla. Mittauksessa staattoriin syötetään sinimuotoista virtaa. Tämän jälkeen mittauksen .***:' perusteella ryhmitellään osajohtimet johdinkohtaisesti ryhmiin siten, • · · j-: : 25 että ne osajohtimet, joiden virtojen amplitudit ja vaiheet ovat lähellä toi- : siaan niputetaan omaksi ryhmäkseen ja niitä käsitellään kiertovirtaku- * · ristinta käämittäessä kuten yhtä osajohdinta. Kussakin ryhmässä tulee olla oleellisesti sama määrä osajohtimia.

• · • * * • · · *···' 30 Yllä mainittu ryhmittely voidaan toteuttaa esimerkiksi seuraavasti: • · ·

Osajohtimien mittauksen jälkeen piirretään kunkin johtimen osajohtimi-en virrat omaan kompleksitasoonsa. Kuvassa 6a on esitetty erään *·;·* staattorin yhden vaiheen osajohtimien virrat kompleksitasoon piirretty- :T: nä. Osajohtimia on 56 kappaletta. Kompleksiluvun amplitudi ilmaisee 35 kyseisen osajohtimen virran amplitudin ja vaihekulma vaiheen. Seu-raavaksi mittaustuloksista etsitään ne kaksi osajohdinta, joiden virrat 10 117732 ovat kompleksitasossa kauimpana toisistaan (yhdistetty yhtenäisellä viivalla 601 kuvassa 6a). Sitten kompleksitaso jaetaan haluttuun määrään alueita (tässä tapauksessa 7 ryhmää ja aluetta) piirtämällä mainittua suoraa vastaan olennaisesti kohtisuoraan suoria (katkoviivat 602 5 kuvassa 6a) siten, että kahden peräkkäisen suoran väliin jää aina sama määrä osajohtimien mittaustuloksia. Kahden vierekkäisen suoran väliin jäävät osajohtimet niputetaan yhdeksi nipuksi. Kuvassa 6a on esitetty virtojen jakauma ilman kiertovirtakuristinta ja kuvassa 6b on esitetty virtojen jakauma, kun osajohdinryhmät on käämitty kuvan 3 10 mukaiseen kiertovirtakuristimeen. Tässä tapauksessa ilman kiertovirtakuristinta häviökerroin k on n. 1,14, eli staattorissa on n. 14 % kiertovir-roista johtuvia ylimääräisiä kuparihäviöitä teoreettiseen minimiin verrattuna. Kuristimen kanssa häviökerroin k on n. 1,03, eli ylimääräisiä häviöitä on vain n. 3 %. Tämä on käytännössä hyvä tulos. Mikäli osa-15 johtimien määrä ei ole jaollinen hampaiden määrällä, voidaan osa osajohtimista (edullisimmin ne osajohtimet, joiden virta ilman kiertovirtakuristinta on lähellä virtojen keskiarvoa) jättää käämimättä kuristimeen siten, että kuristimeen käämittävien osajohtimien määrä on jaollinen hampaiden määrällä. Toisaalta riittävän hyvään tulokseen voi-20 daan päästä, vaikka jokaisessa ryhmässä ei olisikaan samaa määrää . osajohtimia.

• · · • ·» • · • ·

Mikäli kiertovirtailmiön aiheuttamia lisähäviöitä ei tarvitse eliminoida * · aivan kokonaan, voi riittää varsin pienikin ryhmien määrä. Tällöin kier-25 tovirtakuristimessa tarvittavat aukot voidaan toteuttaa käyttämällä kau- i pallisesti saatavissa olevia muuntajasydämiä, kuten E-sydämiä, toroi- deja, tms. Kuvassa 7 on esitetty kiertovirtakuristin tehtynä siten että johtimen osajohtimet, tässä tapauksessa 4 kpl, on jaettu edellä esite-tyllä ryhmittelymenetelmällä kahteen kahden osajohtimen ryhmään ja 30 ryhmät on käämitty yhden toroidin ympärille. Useampiaukkoinen kierto-virtakuristin voitaisiin toteuttaa useammalla toroidilla.

• · « • · · • · · * · **;· Mikäli osajohtimien virrat mitataan, voidaan rakentaa myös sellainen :T: kiertovirtakuristinrakenne, jossa ei ole reikiä vaan joka muistuttaa säh- 35 kökoneen staattorin uraa. Ajatuksena on se, että kiertovirtakuristimeen * · « muodostetaan yksi tai useampi ura, joihin osajohtimet sijoitellaan siten v 11 117732 j että kyseisissä urissa osajohdinsilmukoiden läpi menevät magneettivuot kompensoivat varsinaisissa sähkökoneen staattorin urissa osajohdinsilmukoiden läpi menevät vuot. Kiertovirtakuristin koostuu tällöin urista, joihin osajohtimet sijoitetaan oleellisesti samaan järjestykseen 5 kuin kuvassa 6 esitettyjen osajohtimia vastaavien mittaustuloksien kohtisuorat projektiot osuvat suoralle 601.

Mainittakoon, että kaikki edellä esitetty pätee myös koneisiin joiden käämitys on tehty litz-langasta. Tällöin litz-lankoja käsitellään kiertovir-10 takuristinta muodostettaessa kuten osajohtimia. Litz-lankojen sisäisiä säikeitä ei siis ole tarpeen erotella toisistaan, koska kunkin litz-langan säikeiden virrat ovat hyvin lähellä toisia saman litz-langan säikeiden virtoja.

15 Edellä käsitellyssä staattorikäämityksessä 6 muodostuu yksi käämi yhdestä johtimesta 4. Kiertovirtakuristinta 1 voidaan kuitenkin soveltaa myös tapaukseen, jossa käämi muodostuu useammasta johtimesta.

Tällöin voidaan kunkin johtimen yhteydessä käyttää omaa kiertovirtaku-ristinta tai rinnakkaisia johtimia voidaan käsitellä yhtenä johtimena, jo-20 hon asennetaan yksi yhteinen kiertovirtakuristin.

• · · • » · .···. Kiertovirtakuristimen sovellettavuus ei myöskään rajoitu edellä käsitel- • · 1 '"'l' tyyn kolmioon kytkettyyn kolmivaihekäämityksen 6 yhteyteen, vaan !**:’ kiertovirtakuristinta voidaan soveltaa myös vaihtosähkökoneessa, jossa 25 vaiheiden määrä on muu kuin kolme tai jonka kytkentä on muu kuin ·* · · · kolmio. Kiertovirtakuristimen sovellettavuutta ei myöskään rajoita staattorikäämityksen johdinkierrosten sijoittelu staattorin uriin.

j.;’: Joissakin sovelluksissa voi riittää se, että kiertovirtakuristinta 1 käyte- 30 tään vain osassa vaiheita. Tällöin voidaan staattorista 3 mitata, missä vaiheissa kiertovirtojen häviöt ovat suurimmat ja käyttää kiertovirtaku-ristinta vain tällaisessa vaiheessa tai vaiheissa.

* * * · M* :T: Esitettyä keksintöä voidaan muunnella monella muullakin tavalla.

35 Oleellista on, että kuristimen magneettipiiriin syntyy aukkoja, joiden läpi { * 1 * Il menevät kokonaisvirrat halutaan pitää nollassa. Toisin sanoen kuristin ' 12 1 17732 konstruoidaan siten, että tietyllä johtimen kokonaisvirralla magneettikentän energia saavuttaa minimin, kun kaikkien osajohtimien virta on olennaisesti sama.

5 On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

. .r i • 1 1 • 1 · **··'

• · -V

• · • · · • t • · **· • 1 • · 1 * f · ···' * » · • · · .

····.

» · · • · * · ·1· • · • · · • · · • · · « * # · • · * · ··· • · · # · · ' • · 1 • · • · · Ί • · · i • · 1 • · · 1 · • · • · • » ·

Claims (10)

117732 13

1. Kiertovirtakuristin (1) käytettäväksi sähkökoneen käämityksessä (6) syntyvien kiertovirtahäviöiden vähentämiseksi, jonka käämityksen (6) 5 kukin vaihekäämi (4) muodostuu vähintään kahdesta kyseiseen vaiheeseen liittyvästä rinnakkaisesta osajohtimesta (4.1), ja joka kiertovirtakuristin (1) käsittää magneettisesti johtavasta materiaalista valmistetun runko-osan (2) ja runko-osaan muodostetun käämityksen, tunnettu siitä, että kiertovirtakuristin (1) on järjestetty vaimentamaan 10 sähkökoneen vaihekäämin (4) mainituissa ainakin kahdessa rinnakkaisessa osajohtimessa (4.1) kulkevien virtojen eroa siten, että kiertovirta-kuristimeen (1) on muodostettu yksi tai useampi aukko (5), ja mainituissa ainakin kahdessa rinnakkaisessa vaihekäämin (4) osajohtimessa (4.1) kulkevat virrat on kiertovirtakuristimen (1) käämityksen avulla 15 järjestetty kulkemaan ainakin yhden aukon (5) läpi siten, että aukon (5) läpi kulkeva kokonaisvirta on olennaisesti nolla, kun vaihekäämin (4) osajohtimissa (4.1) kulkee keskenään olennaisesti yhtä suuret ja samansuuntaiset virrat.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiertovirtakuristin (1), tunnettu , siitä, että mainittu ainakin yksi aukko (5) on muodostettu muodosta- maila kiertovirtakuristimen (1) runko (2) kahdesta kappaleesta (2.1,2.2, 2.3, 2.4), joihin kappaleisiin (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) on muodostettu ainakin • t /··' ensimmäinen ja toinen hammas (2.12, 2.32, 2.42) siten, että yhdistet- : 25 täessä rungon (2) kappaleet (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) syntyy runkoon (2) mai- * · : nitut ainakin yksi tai useampi aukko (5). •«· • · * · * * ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiertovirtakuristin (1), tunnettu • siitä, että mainittu ainakin yksi tai useampi aukko (5) on muodostettu • · · · .···. 30 kiertovirtakuristimen runkoon (2) poraamalla tai lävistämällä.

• · · • · · : 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiertovirtakuristin (1), tunnettu * * · siitä, että mainittu ainakin yksi tai useampi aukko (5) on muodostettu muodostamalla kiertovirtakuristimen runkoon (2) yksi tai useampi ura. • * • · · 35 14 117732

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen kiertovirtakuristin (1), tunnettu siitä, että kiertovirtakuristimen yhteyteen sijoitetun johtimen (4) osajohtimet (4.1) on jaoteltu ryhmiin siten, että kunkin ryhmän osa-johtimien virtojen amplitudit ja vaiheet on mitattu sinimuotoisella virralla 5 ilman kiertovirtakuristinta, jolloin sellaiset osajohtimet, joissa virtojen amplitudit ja vaiheet ovat lähellä toisiaan, on sijoitettu samaan ryhmään, ja kutakin ryhmää on käsitelty yhtenä osajohtimena kiertovirtakuristimen käämitystä muodostettaessa.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen kiertovirtakuristin (1), tunnettu siitä, että johtimen kukin osajohdin (4.1) on muodostettu yhdestä yhtenäisestä langasta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen kiertovirtakuristin (1), 15 tunnettu siitä, että johtimen kukin osajohdin (4.1) on muodostettu lan- ' gasta, joka koostuu useista säikeistä.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1—7 mukainen kiertovirtakuristin (1), tunnettu siitä, että mainittu yksi tai useampi aukko (5) on muodostettu 20 staattorin (3) magneettipiirin yhteyteen. • « · • · ‘.V.

9. Sähkökone, jossa on staattori (3), joka käsittää käämityksen (6), *:::' jossa on ainakin yksi vaihekäämi (4), joka käsittää ainakin kaksi osa- • * /·;* johdinta (4.1), tunnettu siitä, että sähkökone käsittää patenttivaati- : 25 muksen 1 mukaisen kiertovirtakuristimen (1) sähkökoneen käämityk- • · : sessä (6) syntyvien kiertovirtahäviöiden vähentämiseksi. ··· • · • · »»·

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sähkökone, tunnettu siitä, että : mainittu yksi tai useampi aukko (5) on muodostettu staattorin (3) mag- • · · · :***; 30 neettipiirin yhteyteen. *·· * · · • · · • · * * ··* • · • · ··· • · · • * * *** «·· • · • · *·· 15 117732