FI122756B - Vaihtovirtakoneen käämitys - Google Patents

Description

VAIHTOVIRTAKONEEN KÄÄMITYS

Keksintö kohdistuu monivaiheisen vaihtovirtakoneen käämitykseen, erityisesti staattori-käämitykseen, jossa on useita rinnakkaisia käämiryhmiä, jotka kukin ovat syötettävissä erillisillä teholähteillä, jossa staattorissa käämiryhmien sijaintia siirretään jaksottaisesti 5 siirryttäessä navasta toiseen.

Vaihtovirtakoneissa käytetään eräissä toteutuksissa useita käämitysjäijeste 1 miä, jolloin käämitykset voidaan toteuttaa ja ryhmitellä sovelluksen mukaan tarkoituksenmukaisesti. Esimerkiksi käämitys voidaan valmistaa käämeistä, jotka kytketään yhdessä sovelluksessa keskenään rinnakkain ja toisessa sovelluksessa sarjaan. Vaihtovirtakoneen tekniset arvot ja 10 ominaisuudet luonnollisesti muuttuvat.

Vaihtovirtakoneen toiminnan varmistamiseksi varustetaan joissain sovelluksissa staattori kahdella tai useammalla käämityksellä, jolloin kukin käämitys on riittävä käyttämään konetta itsenäisesti. Vaihtovirtakoneessa voi olla esimerkiksi kaksi identtistä käämitystä, jotka on sovitettu samoihin uriin, jolloin toisen vioittuessa toinen otetaan käyttöön. Tällainen 15 järjestely kuitenkin hukkaa suuren osan vaihtovirtakoneen kapasiteetista.

Moninapaisen vaihtovirtakoneen staattorikäämitykset muodostuvat vyyhtiryhmistä, joista muodostetaan haaroja kytkemällä ne joko rinnan tai sarjaan. Rinnakkaisia haaroja voidaan myös syöttää erillisistä, keskenään identtisistä jännitelähteistä. Rinnakkaisiin haaroihin kuuluvien vyyhtien on sijaittava navan alueella aina samassa kohdassa, jotta niihin indusoi-20 tuva j ännite on täsmälleen yhtä suuri j a samanvaiheinen.

Käytännössä suuritehoiset moottori käytöt edellyttävät, että usealla taajuusmuuttajalla syö-c\i o tetään joko rinnan kytkettyinä yhtä käämitystä tai useampaa erillistä käämitystä. Jos järjcs-

CSJ

4 telmältä vaaditaan osittaista redundanttisuutta, käytetään tyypillisesti keskenään vaihesiir- o ^ rettyjä taajuusmuuttajasyöttöjä. On kuitenkin yksinkertaisempaa, jos voidaan käyttää sa- c\i x 25 manvaiheisia, rinnan ohjattuja taajuusmuuttajia.

CC

Q_

Kun vaihtovirtakonetta käytetään taajuusmuuttajalla ohjattuna, on myös taajuusmuuttaja tn g varmistettava.

δ

CM

Julkaisusta W08403400 tunnetaan aikaisemmin ratkaisu, jossa staattorikäämitys on jaettu useisiin kanaviin, joita syötetään erillisesti ja jotka sijaitsevat eri kohdissa staattorin staat-30 torikehää. Eri staattorikanavat ovat sähköisesti ja magneettisesti erotettu toisistaan. Yhden 2 tai useamman kanavan ja sitä syöttävän teholähteen ollessa pois käytöstä on vastaavasti kyseinen osa staattoria tehoton.

Julkaisusta WO07128747 tunnetaan aikaisemmin kolmi-vaiheinen vaihtovirtakone, jonka napaluku on ainakin neljä ja jonka staattoriurien lukumäärä on vaiheluku kertaa napaluvun 5 neliö tai sen monikerta. Julkaisusta tunnetussa ratkaisussa käämitysjärjestelmiä on napalu-kua vastaava määrä, ja taajuusmuuttaja syöttää kutakin redundanttia käämitysjäijestelmää.

Keksinnön tarkoituksena on kehittää uusi redundantteja staattorikäämityksiä käsittävä vaihtovirtakone, jossa hyödynnetään aikaisempaa tehokkaammin vaihtovirtakoneen ja sitä ohjaavien ohjauslaitteiden ominaisuudet ja kapasiteetti. Tämän aikaansaamiseksi keksintö 10 tunnetaan siitä, että rinnakkaisten käämiryhmien lukumäärä on suurempi kuin kaksi, ja että vaihtovirtakoneen napaluku on parillinen luku, jonka suuruus on käämiryhmien lukumäärän monikerta.

Keksinnön eräät edulliset suoritusmuodot tunnetaan epäitsenäisten patenttivaatimusten ominaispiirteistä.

15 Keksinnössä eri haaroihin kuuluvien vyyhtien sijainti kiertää säännöllisesti napojen alueella ja nämä vyyhdet on kytketty sarjaan. Kun vakoluku on sama kuin erillisten käämitysten lukumäärä tai tämän monikerta, eri käämityksiin kuuluvat haarat voidaan tehdä sähköisesti täysin identtisiksi. Vyyhtien kiertävän sijainnin etu on se, että myös yhden syöttävän järjestelmän puuttuessa koneen ilmaväliin muodostuu symmetrinen pyörivä magneettikenttä.

20 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa rinnakkaisten käämitysjärjestelmien ja niitä syöttävien taajuusmuuttajien ideaa hyödynnetään uudella tavalla. Täsmällisesti ilmaistuna keksintö cv 5 koskee tapauksia, joissa napaluku on parillinen kokonaisluku arvoltaan N kertaa käämitys-

(M

4 ten lukumäärä, kun N on kokonaisluku, jonka arvo on vähintään kaksi, ja jossa kutakin o 4- vaihtovirtakoneen käämitystä syötetään omalla taajuusmuuttajalla, cv

X

£ 25 Erään keksinnön suoritusmuodon mukaan sähkökone on kolmella taajuusmuuttajalla syö- °° tetty kolme käämiryhmää käsittävä sähkökone, jonka napaluku N|*3*2, jossa Ni on koko in g naisluku, kuten 6-, 12- tai 18-napainen sähkökone. Erään toisen keksinnön suoritusmuodon mukaan sähkökone on neljällä taajuusmuuttajalla syötetty neljä käämiryhmää käsittävä sähkökone, jonka napaluku N2*4, jossa N2 on kaksi tai sitä suurempi kokonaisluku, kuten 30 neljällä taajuusmuuttajalla syötetty 8-, 12-, 16- tai 20-napainen sähkökone. Yhden taa- 3 juusmuuttajan vikaantuessa on edelleen käytössä vastaavasti 2/3 tai 3/4 nimellistehosta. Tätä suurempaakin tehoa voidaan käyttää, mikäli tilapäisesti vaihtovirtakoneelle ja sitä syöttäville taajuusmuuttajille sallitaan mitoitusarvoa suurempi lämpenemä, esimerkiksi sallitaan lämpötilaluokan F mukaisen koneen kuormittamista nimellistehon mitoitusläm-5 penemäluokkaa B suuremmalla teholla.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan vaihtovirtakoneen ja sitä syöttävien taajuus-muuttajien vaiheluku on vähintään kolme. Vaihtovirtakone voi olla normaalin kolmivaiheisen koneen lisäksi myös viisivaiheinen tai muu useampivaiheinen kone..

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten piirustuksiin, joissa 10 - Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista vaihtovirtakonetta, jota syötetään kol mella taajuusmuuttajalla,

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen vaihtovirtakoneen käämitystä, - Kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista vaihtovirtakonetta, jota syötetään neljällä taajuusmuuttaj alla, 15 - Kuvio 4 esittää kuvion 3 mukaisen vaihtovirtakoneen käämitystä.

Eräs keksinnön mukainen vaihtovirtakone 2 käsittää kolme käämitysjärjcstclmää 4, 6 ja 8, jotka kukin käsittävät kolmivaiheisen käämityksen. Käämitysj ärj estelmä 4 käsittää vaihe-käämit Ui, Vi, Wi, joita syötetään taajuusmuuttajasta 10. Vastaavasti käämitysjärjestelmä 6 käsittää vaihekäämit U2, V2, W2, joita syötetään taajuusmuuttajasta 12 ja käämitysjärjes-20 telmä 8 käsittää vaihekäämit U3, V3, W3, joita syötetään taajuusmuuttajasta 14. Taajuus-o muuttajat 10, 12, ja 14 on kuvattu säädettävinä vaihtosuuntaajina, jotka muodostavat vaih- g tuvataajuisen lähtöjännitteen tasajännitteestä. On ymmärrettävä, että käytännön toteutuk- sessa tasajännite muodostetaan sähkönjakeluverkosta tunnetulla tavalla. Taajuusmuuttajat x 10, 12 ja 14 ovat itsenäisiä laitteita, jotka toimivat toisistaan riippumatta niin että niiden

CL

25 toiminta ei ole riippuvainen muiden rinnakkaisten taajuusmuuttajien toiminnasta. Keksin-

OO

jn nön mukaisesti taajuusmuuttajia ohjataan synkronoidusti, jolloin niiden lähtötaajuudet ja ^ lähtöjännitteet ovat olennaisesti samat.

C\l

Kuvion 2 taulukossa on kuvattu kaaviomaisesti kuvion 1 mukaisessa järjestelmässä käämien jakautuminen vaihtovirtakoneen staattorin uriin eräässä keksinnön mukaisessa suori- 4 tusmuodossa, kun vaihtovirtakoneessa on kuusi napaa, jotka ovat tasaisesti jakautuneina staattorin kehälle. Kussakin navassa on kuviossa 2 merkitty ylimmäksi navan numero riville 20. Riville 22 on merkitty uran järjestysnumero 1 - 54. Riville 24 on merkitty uran ylempään kerrokseen sovitetun vaihekäämin symboli ja riville 26 uran alempaan kerrok-5 seen sovitetun vaihekäämin symboli. Vaihtovirtakoneessa on jänteistämätön käämitys, jossa on kolme käämiryhmää ja jossa vaihekäämejä on merkitty Ui, Vi ja Wi, jossa i on 1, 2 ja 3. Vaihtovirtakoneen napaluku on kaksi kertaa käämijärjcstclmien lukumäärä eli kuusi. Kuvion 2 esittämän staattorin vakoluku, so. vaihetta ja napaa kohden olevien urien lukumäärä on kolme. Navan 1 alueella, urat 1-9, käämiryhmien vaihekäämit sijaitsevat vai-10 heittain ylemmässä kerroksessa käämiryhmännumeron mukaisessa järjestyksessä 1, 2, 3. Navan 2 alueella, urat 10 - 18, käämiryhmät on siirretty yhden uran verran, jolloin käämi-ryhmien vaihekäämit sijaitsevat järjestyksessä 2, 3, 1. Navan 3 alueella, urat 19-27, vaihekäämit sijaitsevat järjestyksessä 3, 2, 1. Vastaavasti napojen 4, 5 ja 6 alueella urien 28 -54 kohdalla vaihekäämien sijainti vastaa napojen 1, 2 ja 3 sijainteja. Urien alemman ker-15 roksen osalta on käämiryhmien vaihekäämit Ui, Vi ja Wj kierrätetty samalla tavalla.

Jos kuvion 2 esittämässä keksinnön suoritusmuodossa yksi käämiryhmä jää pois käytöstä käämin tai sitä syöttävän teholähteen vioittumisen vuoksi, vaihtovirtakone voi toimia alkuperäisillä mitoitusarvoillaan 2/3 teholla. Jos vaihtovirtakoneelle ja sitä syöttävälle teholähteelle sallitaan lyhytaikainen tai pitkäaikainen 50 prosentin ylikuormitus, voidaan konetta 20 käyttää vastaavasti lyhyt- tai pitkäkestoisesti mitoitustehollaan.

Kuviossa 3 on kuvattu eräs toinen keksinnön mukainen suoritusmuoto, jossa neljällä taajuusmuuttajalla syötetään vaihtovirtakonetta, jossa on neljä rinnakkaista käämitysj ärj estelev mää. Kuvion 3 mukainen vaihtovirtakone 30 käsittää kolme käämitysj ärj cstclmää 32, 34, ^ 36 ja 38, jotka kukin käsittävät kolmivaiheisen käämityksen. Käämitysj ärj cstelmä 32 käsit- i ^ 25 tää vaihekäämit Ui, Vi, Wi, joita syötetään taajuusmuuttajasta 40. Vastaavasti käämitysjär- i jestelmä 34 käsittää vaihekäämit U2, V2, W2, joita syötetään taajuusmuuttajasta 42, ja kää-Ϊ mitysjärjcstelmä 36 käsittää vaihekäämit U3, V3, W3, joita syötetään taajuusmuuttajasta 44

CL

oq ja kääm i t ysj ärj cstelmä 38 käsittää vaihekäämit U4, V4, W4, joita syötetään taajuusmuutta- 00 ^ jasta 46. Taajuusmuuttajat 40, 42, 44 ja 46 vastaavat ominaisuuksiltaan kuvion 1 taajuus- o 5 30 muuttajia 10, 12 ja 14.

(M

Kuvion 4 taulukossa on kuvattu kaaviomaisesti kuvion 3 mukaisessa jäijestclmässä käämien jakautuminen vaihtovirtakoneen staattorin uriin eräässä keksinnön mukaisessa suori- 5 tusmuodossa, kun vaihtovirtakoneessa on 12 napaa, jotka ovat tasaisesti jakautuneina staat-torin kehälle. Kussakin navassa on kuvion 4 taulukossa merkitty ylimmäksi navan numero riville 50. Riville 52 on merkitty uran jäijestysnumcro 1 - 144. Riville 54 on merkitty uran ylempään kerrokseen sovitetun käämiryhmän vaihekäämin symboli ja riville 56 uran alem-5 paan kerrokseen sovitetun käämiryhmän vaihekäämin symboli. Vaihtovirtakoneessa on jänteistämätön käämitys, jossa on neljä käämiryhmää ja jossa vaihekäämejä on merkitty Ui, Vi ja Wi, jossa i on 1, 2, 3 ja 4. Vaihtovirtakoneen napaluku on kolme kertaa käämijärjes-telmien lukumäärä eli 12. Kuvion 4 esittämän staattorin vako luku, so. vaihetta ja napaa kohden olevien urien lukumäärä on neljä. Navan 1 alueella, urat 1-12, käämiryhmien 10 vaihekäämit sijaitsevat ylemmässä kerroksessa käämiryhmännumeron mukaisessa järjestyksessä 1, 2, 3, 4. Navan 2 alueella, urat 13 - 24, käämiryhmien vaihekäämit on siirretty yhden uran verran, jolloin käämiryhmien vaihekäämit sijaitsevat järjestyksessä 2, 3, 4, 1. Navan 3 alueella, urat 25 - 36, käämiryhmien vaihekäämit sijaitsevat järjestyksessä 3,4, 1, 2. Navan 4 alueella, urat 37 - 48, käämiryhmien vaihekäämit sijaitsevat järjestyksessä 4, 1, 15 2, 3. Napojen 5, 6, 7 ja 8 alueella urien 49 - 96 kohdalla ja vastaavasti napojen 9, 10, 11 ja 12 alueella urien 97 - 144 kohdalla käämiryhmien vaihekäämien sijainti vastaa käämiryhmien vaihekäämien sijainteja navoissa 1, 2, 3 ja 4 eikä niitä ole erikseen kuvattu. Urien alemman kerroksessa on vaihekäämit Ui, V; ja Wi kierrätetty samalla tavalla.

Jos kuvion 4 esittämässä keksinnön suoritusmuodossa yksi käämiryhmä jää pois käytöstä 20 käämin tai sitä syöttävän teholähteen vioittumisen vuoksi, vaihtovirtakone voi toimia alkuperäisillä mitoitusarvoillaan 3/4 teholla. Jos vaihtovirtakoneelle ja sitä syöttävälle teholähteelle sallitaan lyhytaikainen tai pitkäaikainen 33 prosentin ylikuormitus, voidaan konetta käyttää vastaavasti lyhyt- tai pitkäkestoisesti mitoitustehollaan. Kuvion 4 esittämässä suo- £! ritusmuodossa kahden käämiryhmän tai niitä syöttävän teholähteen vioittuminen sallii jär- o ^ 25 jestelmän käyttämisen puolella mitoitustehostaan jatkuvasti.

sr o ^ Keksintöä on edellä kuvattu sen eräiden suoritusmuotojen avulla. Patentin suojapiiri voi g kuitenkin vaihdella patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa. Esimerkiksi kuvatun koi- qq mivaiheisen vaihtovirtakoneen ja taajuusmuuttajan sijasta järjestelmän vaiheluku voi olla oo myös suurempi, o δ

CM

Claims (4)

1. Monivaiheisen vaihtovirtakoneen staattorikäämitys, jossa on useita rinnakkaisia käämi-ryhmiä (Ui,Vi,Wi;U2,V2,W2;U3,V3,W3), jotka kukin ovat syötettävissä erillisillä teholähteillä (10,12,14), jossa staattorissa käämiryhmien sijainti navan sisällä siirretään jaksottai-5 sesti siirryttäessä navasta (20) toiseen, jolloin eri haaroihin kuuluvien vyyhtien sijainti kiertää säännöllisesti napojen alueella, tunnettu siitä, että rinnakkaisten käämiryhmien (Ui,Vi,Wi;U2,V2,W2;U3,V3,W3) lukumäärä on suurempi kuin kaksi, ja että vaihtovirtakoneen (2) napaluku on parillinen luku, jonka suuruus on käämiryhmien lukumäärän moni-kerta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen staattorikäämitys, tunnettu siitä, että vaihtovirtakone (2) on vähintään kolmivaiheinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen staattorikäämitys, tunnettu siitä, että rinnakkaisten käämiryhmien (Ui,Vi,Wi;U2,V2,W2;U3,V3,W3) lukumäärä on kolme, jolloin vaihtovirtakoneen napaluku onN|*3*2, jossa Ni on kokonaisluku.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen staattorikäämitys, tunnettu siitä, että rinnakkais ten käämiryhmien (Ui,Vi,Wi;U2,V2,W2;U3,V3,W3;U4,V4,W4) lukumäärä on neljä, jolloin vaihtovirtakoneen napaluku on N2*4, jossa N2 on kaksi tai sitä suurempi kokonaisluku. OJ δ CM O CM X cc CL CO CO LO LO O δ CM