NO337362B1

NO337362B1 - Elektrisk maskin, særlig synkronmotor, med redundante statorviklinger

Info

Publication number: NO337362B1
Application number: NO20082137A
Authority: NO
Inventors: Maria Bade; Axel Möhle
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2016-03-29
Also published as: RU2008118487A; CN101356708A; DE502007001864D1; EP2016661A1; AU2007247216B2; WO2007128747A1; US7786643B2; US20080272669A1; DE102006021354A1; ATE447253T1; RU2402140C2; CN101356708B; NO20082137L; AU2007247216A1; EP2016661B1

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektrisk maskin med en stator og en rotor, hvor statoren har statorspor hvor det er lagt en statorvikling med redundante og i det minste trefasede viklingssystemer. Oppfinnelsen vedrører også en elektrisk fremdrift, som innbefatter en slik elektrisk maskin så vel som et til den elektriske maskinens poltall tilsvarende antall omformere for elektrisk forsyning av de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene i den elektriske maskinen.

Slike elektriske maskiner, særlig elektromotorer så som asynkronmotorer eller synkronmotorer, er nødvendige for mange drivoppgaver, eksempelvis for drift av kompressorer. For drift av hurtigløpende kompressorer er det fordelaktig å benytte synkronmotorer. Fordelaktig utføres synkronmotorene som topolede, platede eller massive, helpolløpere eller turboløpere.

De nevnte elektriske maskiner mates fordelaktig via én eller flere parallellkoblede omformere. Omformeren er særlig en spenningsmellomkretsomformer for tilveiebringelse av en tre- eller flerfaset utgangsspenning. Omsettingen skjer via en spenningsmellomkrets med en lagringskondensator. Spenningsmellomkretsen mater på utgangssiden en pulsvekselretter som del av omformeren.

I bestemte anvendelsesområder kan det være nødvendig eller til og med være tvingende nødvendig med en redundans i en elektrisk drivanordning. Ved en elektrisk fremdrift av den foran nevnte typen foreligger det prinsipielt en mulighet for å kunne utføre omformeren og/eller den elektriske maskinen redundant.

Et kjent tiltak er ved topolede og med en strømmellomkretsomformer drevet synkronmotor å ha to viklingssystemer eller dreiestrømviklinger, som er dreiet 30° i forhold til hverandre. De to viklingssystemene mates fra en respektiv omformer.

For oppnåelse av en omformersidig redundans kan det eksempelvis være anordnet en tredje omformer, som kan tre inn istedenfor en omformer som faller ut. Alternativt kan den nominell effekten når det bare forefinnes to omformere, være utført slik at ved utfall av en omformer vil den gjenblivende omformeren i full omgang kunne overta matingen. En slik redundant omformer må dimensjoneres for en tilsvarende ytelse. Begrepet "nominell effekt" refererer seg vanligvis til den maksimalt opptatte elektriske effekt i såkalt varig drift.

Dersom imidlertid ett av viklingssystemene på motorsiden faller ut, eksempelvis som følge av en kortslutning, så vil det uavhengig av den omformersidige dimensjoneringen bare stå en halv nominell effekt henholdsvis bare en dreiemomenthalvdel til rådighet i den elektriske maskinen.

For oppnåelse av en omformer- og motorsidig redundans, er det en ulempe at en slik elektrisk maskin ytelsesmessig må dimensjoneres slik at ved utfall av ett av de to i det minste trefasede viklingssystemene, kan det andre viklingssystemet ta hele den strømmen som er nødvendig for det fullstendige dreiemomentet. Den elektriske maskinen må derfor overdimensjoneres kraftig, og ved normal drift vil hvert viklingssystem bare føre halvparten av den maksimale strømmen.

WO-84/03 400 viser en elektromotorisk maskin med en stator og en rotor. Maskinen kan være en motor eller en generator. Statoren har flere sett med viklinger, idet hver er uavhengig elektrisk koblet til en elektrisk anordning for å etablere separate effektkanaler mellom viklingene og de elektriske anordningene, som tillater samtidig, uavhengig overføring av effekt gjennom kanalene når maskinen er i drift.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en elektrisk maskin med redundante viklingssystemer, hvilke viklingssystemer bare krever en mindre grad av overdimensjonering og således for samme elektriske nominelle effekt vil ha en mindre byggestørrelse.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en egnet elektrisk drift med en slik maskin.

Denne hensikt oppnås med en elektrisk maskin som angitt i krav 1, hvilken maskin har en stator med statorspor så vel som en rotor, idet det i statorsporene ligger redundante og i det minste trefasede viklingssystemer. Ytterligere utførelsesformer er angitt i de uselvstendige kravene 2-9.1 krav 10 er det angitt en egnet elektrisk drift med en slik elektrisk maskin. Fordelaktige utførelsesformer av den elektriske maskinen er gitt i kravene 11 og 13.

Ifølge oppfinnelsen har den elektriske maskinen et antall poler med et poltall på minst 4. Videre har den elektriske maskinen et antall statorspor som tilsvarer produktet av et fasetall og kvadratet av poltallet eller et helt multiplum derav. I de fleste tilfellene dreier det seg om en elektrisk trefasemaskin, dvs. at den elektriske maskinen har et fasetall på tre. Dreier det seg om en firpolet trefasemaskin så vil man således ha et sportall på 48 eller et helt multiplum derav.

Videre har den elektriske maskinen et til poltallet svarende antall viklingssystemer eller dreiestrømviklinger. Et respektivt til poltallet svarende antall faselike strenger er sammenfattet til en respektiv fasestrenggruppe. Fasestrenggruppene er lagt fasesyklisk og pol for pol i statorens statorspor. For hver pol og fasestrenggruppe finnes det et sporområde som svarer til poltallet. Sporbeleggingen skjer slik at de faselike strengene er fordelt i samsvar med nummereringen og jevnt i de respektive sporene i de tilhørende sporområdene.

Som følge av sporbeleggingen ifølge oppfinnelsen unngår man fordelaktig faseforskyvninger i de parallellagte viklingssystemene ved fasesynkron strømmagnetisering ved hjelp av omformeren. Slike faseforskyvninger vil fremfor alt være kritiske ved bruk av en spenningsmellomkretsomformer, særlig med hensyn til økingen av elektriske tap og overbølgeandeler i den elektriske maskinen.

Når det ved utfall av ett av viklingssystemene ikke skjer noen endring av strømtilførselen til de gjenblivende viklingssystemer, vil man med oppfinnelsen oppnå at ikke bare halvparten, men tre fjerdedeler av lastdreiemomentet står til rådighet. Ved en elektrisk maskin med et poltall på 6 vil man således ha fem sjettedeler og ved en elektrisk maskin med et poltall på 8 sogar syv åttendedeler av lastdreiemomentet til rådighet.

En annen stor fordel er at en elektrisk maskin ifølge oppfinnelsen kan gjøres mer kompakt. Særlig vil hele den nominelle effekten henholdsvis hele lastdreiemomentet hele tiden stå til rådighet når ett av viklingssystemene faller ut. Dette fordi i en firpolet elektrisk maskin vil rent teknisk viklingssystemene bare være en tredjedels overdimensjonert samtidig som strømtilførselen øker i de gjenværende viklingssystemene.

I motsetning hertil må en topolet elektrisk maskin ifølge teknikkens stand ha en strømvikling som er dobbelt overdimensjonert.

Nok en fordel er at i en firpolet elektrisk maskin hvor et ytterligere viklingssystem eller til og med et tredje viklingssystem faller ut, vil det i det minste være mulig med en nøddrift, selv om i et slikt tilfelle hele den nominelle effekten eller det hele lastdreiemomentet som regel ikke lenger står til rådighet.

Ved utfall av det andre viklingssystemet vil i en topolet elektrisk maskin som beskrevet foran, over hodet ingen videre drift være mulig, og særlig heller ingen nøddrift.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er de faselike strengene ombyttet syklisk fra pol til pol i samsvar med nummereringen. Som følge av den sykliske ombyttingen vil den foran beskrevne jevne fordelingen av de faselike strengene skje langs statorens inneromkrets. Den sykliske ombyttingen sikrer en jevn fordeling av strengene på de herfor anordnede spor.

Alternativt kan beleggingen av sporene med faselike strenger ifølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen skje på den måten at disse atskiller seg maksimalt to sporposisjoner fra pol til pol i samsvar med nummereringen. Derved blir fordelingen av de faselike strengene på sporområdene enda mer jevn. Sammenlignet med den tidligere sporbeleggingen vil man ikke få et tilfelle hvor sporposisjonen spranglignende endrer seg mellom to poler. Den maksimale sprangbredden vil tilsvare den elektriske maskinens poltall redusert med verdien 1.

Ifølge en ytterligere utførelsesform har statoren en tolagsvikling med et øvre viklingslag og et nedre viklingslag. Disse øvre og nedre viklingslagene er forskjøvet innbyrdes tilsvarende en korde.

I en særlig utførelsesform er den elektriske maskinen en synkronmaskin, særlig en synkronmotor. Synkronmotoren kan ha en rotorvikling for dannelse av magnetfelt, eller den kan være utført med permanent magnetisering.

Leggingen ifølge oppfinnelsen av de redundante viklingssystemene henholdsvis sporbeleggingen, vil også være fordelaktig med en asynkron maskin, særlig i en asynkron motor.

Særlig kan den elektriske maskinen være en stormaskin med en nominell effekt på minst 10 kW, særlig minst 1 MW. Prinsipielt vil leggingen av de redundante viklingssystemene ifølge oppfinnelsen også være mulig i elektriske maskiner som har en lavere effekt.

Ifølge en særlig fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen er de i statorsporene lagte redundante og i det minste trefasedeviklingssystemer dimensjonert elektrisk slik at den elektriske maskinen vil kunne drives videre med sin nominelle effekt eller sitt lastdreiemoment selv ved utfall eller manglende tilføring av/til ett av viklingssystemene. I et slikt tilfelle vil, som tidligere beskrevet, statorstrømmen i de gjenværende viklingssystemene øke, slik at man vil ha den maksimale nominelle effekten eller det maksimale lastdreiemomentet til rådighet.

Fordelaktig er den elektriske maskinen en firepolet maskin, med fire i statorsporene lagte redundante trefasede viklingssystemer.

Hensikten med oppfinnelsen oppnås også med en elektrisk drift, hvilken drift innbefatter en elektrisk maskin ifølge oppfinnelsen samt minst én omformer for elektrisk forsyning av maskinens redundante og i det minste trefasede viklingssystemer.

En slik drift vil ha en redusert byggestørrelse sammenlignet med den for de kjente driftene.

En fordel i denne forbindelse er at ved utfall av en omformer vil den gjenværende omformeren kunne overta den elektriske forsyningen av viklingssystemene. I et slikt tilfelle må den elektriske effektdelen til den elektriske maskinens omformer dimensjoneres kraftigere med hensyn til utgangsstrømmen. Når det dreier seg om en firpolet elektrisk maskin, må effektdelen dimensjoneres for en omtrent 1/3 høyere utgangsstrøm.

Særlig kan omformerne drives innbyrdes fasestivt. Derved forenkles styringen av omformerne.

Ifølge en foretrukket utførelsesform er omformerne frekvensomformere, slik at derved turtallet til den elektriske maskinen og følgelig også turtallet til en drevet komponent, eksempelvis en kompressorenhet, kan varieres.

Ytterligere fordelaktige egenskaper ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en elektrisk maskin ifølge kjent teknikk, idet snittet er tatt i dreieaksen, Fig. 2 er et utsnitt av et plateavsnitt i en statorpakke i en elektrisk maskin ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 viser en elektrisk drift med en topolet trefaset elektrisk maskin med redundante viklingssystemer ifølge kjent teknikk og med to omformere for elektrisk forsyning av de to viklingssystemene, Fig. 4 viser en elektrisk drift med en eksempelvis firepolet trefaset elektrisk maskin med fire redundante viklingssystemer og eksempelvis med fire omformere for elektrisk forsyning av de fire viklingssystemene, alt ifølge oppfinnelsen, Fig. 5 er et eksempel på en første sporbeleggingsplan med ett eneste viklingslag for en firepolet trefaset elektrisk maskin ifølge oppfinnelsen, Fig. 6 viser en mulig andre sporbeleggingsplan med et øvre og nedre viklingslag ifølge oppfinnelsen, idet viklingslagene er innbyrdes forskjøvne tilsvarende en korde, Fig. 7 viser et tverrsnitt gjennom en elektrisk maskin med sporbeleggingen i fig. 5, Fig. 8 viser rent skjematisk fordelingen av faselike strenger på sporene i de tilhørende sporområdene i samsvar med nummereringen og pol for pol, ifølge oppfinnelsen, og Fig. 9 viser rent skjematisk fordelingen av faselike strenger på sporene i de tilhørende sporområdene i samsvar med nummereringen og pol for pol, ifølge en alternativ utførelsesform av fig. 6. Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en elektrisk maskin 1 ifølge teknikkens stand, idet snittet er lagt gjennom dreieaksen. Den elektriske maskinen 1 har en stator 2 og en om dreieaksen lagret rotor 5. Statoren 2 har en statorpakke 3 med en statorvikling 4 for tilveiebringelse av et magnetisk dreiefelt. Statorviklingen 4 har ikke nærmere viste flerfasede, særlig trefasede, viklingssystemer. Vanligvis er statorpakken 3 og eventuelt også rotorpakken utført som platekonstruksjoner for oppnåelse av reduserte virvelstrømtap. Henvisningstallet 6 viser til en rotoraksel som utgjør en del av rotoren 5. Fig. 2 viser et utsnitt av et platesnitt for en statorpakke 3 i en elektrisk maskin ifølge oppfinnelsen. Den elektriske maskinen kan være en elektromotor eller en generator. Den elektriske maskinen kan være en synkron maskin eller en asynkron maskin. Den elektriske maskinen er særlig en stormaskin med en nominell effekt på minst 10 kW, særlig minst 1 MW. Den elektriske stormaskinen kan også ha en elektrisk nominell effekt på flere hundre kW.

Platesnittet har tenner 7 og spor henholdsvis statorspor 8, hvor viklings strengene 9 til viklingssystemene i den elektriske maskinen ligger. I eksemplet i fig. 2 er det i utsnittet bare vist syv spor 8 av totalt 48 spor 8 i en firepolet trefaset elektrisk maskin med fire redundante viklingssystemer. Antall statorspor 8 tilsvarer ifølge oppfinnelsen produktet av et fasetall og kvadratet av poltallet i den elektriske maskinen.

Ifølge oppfinnelsen tilsvarer antall viklingssystemer poltallet i den elektriske maskinen. I foreliggende eksempel har den elektriske maskinen fire viklingssystemer. Fig. 3 viser en elektrisk drift med en topolet elektrisk maskin 1 med redundante viklingssystemer ifølge den kjente teknikken, og med to omformere 11, 12 for elektrisk forsyning av de to viklingssystemene. De to omformerne 11, 12 kan eksempelvis være pulsvekselrettere, som ut fra en inngangssidig likespenning tilveiebringer en trefaset vekselspenning ved utgangen U, V, W. De to pulsvekselretterne 11,12 drives innbyrdes fasestivt. Utgangene U, V, W tilsvarer de respektive fasene U, V, W til omformerne 11, 12. Bølgesymbolet med pil i den symbolsk viste boksen til en omformer 11,12 viser at pulsvekselretteren er en frekvensomformer for tilveiebringelse av en frekvensvariabel trefase-vekselspenning. Utgangen U, V, W fra hver omformer 11, 12 er via en respektiv trefase-forsyningsledning 21, 22 forbundet med et tilhørende trefase-viklingssystem Ul, VI, Wl; U2, V2, W2. Som nevnt foran vil ved utfall av ett av de to viklingssystmene Ul, VI, Wl; U2, V2, W2 bare ca. halvparten av den nominelle effekten henholdsvis halvparten av lastdreiemomentet stå til rådighet. Fig. 4 viser en elektrisk drift med en firepolet trefase elektrisk maskin 1 med fire redundante trefase-viklingssystemer Ul, VI, Wl; ... U4, V4, W4, og eksempelvis med fire omformere 11-14 for elektrisk forsyning av de fire viklingssystemene Ul, VI, Wl; ....;U4, V4, W4.

De fire redundante og trefasede viklingssystemene Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4 er lagt i statorsporene 8 i den elektriske maskinen 1. Særlig er de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4 dimensjonert slik elektrisk at den elektriske maskinen 1 ved bortfall eller manglende innmating i et viklingssystem Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4 fremdeles kan drives med sin nominelle effekt henholdsvis sitt lastdreiemoment.

Generelt har den elektriske driften i det minste ett til den elektriske maskinens 1 poltall PZ svarende antall omformere 11-14 for elektrisk forsyning av de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4 i den elektriske maskinen 1. I det minste én omformer 11-14 er nødvendig for elektrisk forsyning av de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4. Den elektriske maskinen 1 i fig. 4 kan alternativt ha et helt poltall på 6, 8, 10 eller mer. Fasetallet til den elektriske maskinen 1 kan være 4, 5, 6 eller mer.

Omformerne 11-14 er fortrinnsvis pulsvekselrettere eller frekvensomformere for tilveiebringelse av en i det minste trefaset vekselspenning ved utgangene U, V, W. Omformerne 11-14 (i eksemplet i fig. 4 er disse de fire viste pulsvekselretterne 11-14) drives innbyrdes fasestivt henholdsvis fasesynkront. Utgangen U, V, W fra hver omformer 11-14 er over en respektiv trefaset forsyningsledning 21-24 forbundet med et tilhørende trefaset viklingssystem Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4. Som nevnt foran vil ved utfall av ett av de fire viklingssystemene Ul, VI, Wl; U2, V2, W2 fordelaktig fremdeles ca. % av den nominelle effekten henholdsvis ca. % av lastdreiemomentet stå til rådighet.

Fig. 5 viser et eksempel på en første sporbeleggingsplan med ett eneste viklingslag for en firepolet trefaset elektrisk maskin. Den elektriske maskinen har ifølge oppfinnelsen et antall NZ statorspor, hvilket antall svarer til produktet av fasetallet og kvadratet av poltallet PZ eller et multiplum av dette. I det viste tilfellet er antall NZ statorspor 48. Det vil likeledes være mulig å bruke hele multiplum av dette antallet, eksempelvis 96 eller 144. Den elektriske maskinen har ifølge oppfinnelsen et antall viklingssystemer Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4 som svarer til poltallet PZ. Tilsvarende er det derfor i fig. 5 benyttet fire viklingssystemer Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4.

Som fig. 5 viser er ifølge oppfinnelsen et respektivt til poltallet PZ svarende antall faselike strenger U1-U4, VI-V4, W1-W4 sammenfattet til en respektiv fasestrenggruppe PU, PV, PW. I samsvar med den fortløpende nummereringen av statorsporene fra 1-48 tilhører de fire faselike strengene U1-U4 fasestrenggruppen PU, de fire faselike strengene VI-V4 tilhører fasestrenggruppen PV, og de fire faselike strengene W1-W4 tilhører fasestrenggruppen PW.

Videre er ifølge oppfinnelsen fasestrenggruppene PU, PV, PW lagt fasesyklisk og pol for pol i statorsporene i statoren. I eksemplet i foreliggende fig. 5 belegger fasestrenggruppen PU sporene 1-4, 13-16, 25-28 og 37-40, alt i samsvar med poltallet PZ=4 i den elektriske maskinen. De to fasestrenggruppene PV henholdsvis PW er anordnet forskjøvet 8 henholdsvis 4 spor i forhold til fasestrenggruppen PU.

Ifølge oppfinnelsen forefinnes det et til poltallet PZ svarende sporområde N1-N4 for hver pol og fasestrenggruppe PU, PV, PW. I eksemplet i fig. 5 belegger en fasestrenggruppe PU, PV, PW et sporområde som består av fire spor. Statorsporene er fortløpende nummerert i samsvar med poltallet i den elektriske maskinen, i samsvar med en rekkefølge NI, N2, N3, N3, NI, N2, ..., dvs. i samsvar med poltallmodulen i den elektriske maskinen.

Ifølge oppfinnelsen utføres sporbeleggingen slik at de faselike strengene U1-U4, VI-V4, W1-W4 er jevnt fordelt i samsvar med sin nummerering på de respektive sporene henholdsvis sporpos isj onene NI, ...., N4 i de tilhørende sporområdene N1-N4.

Dette skal forklares nærmere for én enkelt streng Ul i fasegruppen PU i fig. 5. Strengen Ul belegger ved den første polen sporet 1 i en sporposisjon NI, i den andre polen belegger den sporet 14 i en sporposisjon N3, ved de tredje polen sporet 27 i en sporposisjon N3 og ved den tredje polen, sporet 40 i en sporposisjon N4. Samtlige sporposisjoner NI, ..., N4 i et sporområde N1-N4 er således jevnt fordelt med strengen Ul i fasegruppen PU.

I samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen er i eksemplet i fig. 5 de faselike strengene U1-V4, VI-V4, W1-W4 syklisk ombyttet fra pol til pol i samsvar med nummereringen. Dette er vist symbolsk i fig. 5 ved hjelp av de langstrakte kretsene med en respektiv retningspil som viser den sykliske ombyttingsretningen. Fig. 6 viser et eksempel på en andre sporbeleggingsplan med et øvre og et nedre viklingslag OW, UW. Viklingslagene er innbyrdes forskjøvet tilsvarende en korde VS ifølge oppfinnelsen. Sporbeleggingen for det øvre viklingslaget OW tilsvarer sporbeleggingen i fig. 5. Det andre, dvs. her det nedre viklingslaget UW, er eksempelvis forskjøvet 10 spor i forhold til det øvre viklingslaget OW. Fig. 7 er et tverrsnitt gjennom en elektrisk maskin 1 med en sporbelegging som i fig. 5. Fig. 7 viser for bedre forståelse den syklisk jevne fordelingen av faselike strenger U1-U4, VI-V4, W1-W4 i de respektive sporene henholdsvis sporposisjonene NI, ..., N4 i de tilhørende sporområdene N1-N4. Figuren er utformet i samsvar med den virkelige romlige anordningen i den indre omkretsen av statoren 2 i den elektriske maskinen 1. Fig. 8 viser skjematisk fordelingen av de faselike strengene U1-U4, VI-V4, W1-W4 i samsvar med nummereringen og pol for pol i sporene NI, ..., N4 i de tilhørende sporområdene N1-N4.

I eksemplet i fig. 8 er det vist fordelingen av de faselike strengene U1-U4, VI-V4, W1-W4 for de faselike strengene U1-U4 i fasen U. Fordelingen av de to andre fasene V, W skjer forskutt fire henholdsvis åtte spor langs statorens inneromkrets i den elektriske maskinen. I eksemplet i fig. 8 er de respektive sporposisj onene til de faselike strengene U1-U4 vist fra første pol til fjerde pol, ovenfra og nedover. Etter den fjerde polen følger en første pol. I fig. 8 er det loddrett og med stiplede linjer vist respektive like sporposisjoner NI,N4 for mulig belegging av de parallelle og faselike strengene U1-U4. Loddrette og tykke linjer viser beleggingen av én av de faselike strengene U1-U4 i den tilsvarende sporposisj onen NI, ..., N4. De tverrgående og tynne linjene viser koblingen av de faselike strengene U1-U4 ved enden av et viklingshode.

Beleggingen av sporene skjer eksempelvis motsatt sporbeleggingen i fig. 5. Hensikten her er å vise at det for en mulig sporbelegging alltid vil være mulig å bruke en motsatt sporbelegging i samsvar med dreieretningen til det strømtilførte dreiefeltet.

Ifølge oppfinnelsen skjer sporbeleggingen slik at de faselike strengene U1-U4 vil være fordelt jevnt og i samsvar med sin nummerering i sporposisj onene NI, ..., N4 i de tilhørende sporområdene N1-N4.

Ved den første polen vil strengen Ul i eksemplet i fig. 8 eksempelvis innta sporposisj onen NI, dvs. den første sporposisj onen NI i sporområdet N1-N4. Den første posisjonen NI følger i samsvar med den matematiske modulasjonsfunksjonen av resten av divisjonen av det aktuelle fortløpende spornummer og verdien 4, som svarer til poltallet.

Ved pol 2 inntar strengen Ul eksempelvis sporposisj onen N4 i samsvar med modulasjonsfunksjonen N4=16 mod 4, hvor tallet 16 svarer til det fortløpende spornummeret. For bedre forståelse har man istedenfor den egentlige matematiske modulasjonsfølgen 0 - 1 - 2- 3-0 - 1 ... valgt den mer hensiktsmessige rekkefølgen 1-2-3-4-1-..., idet sporposisj onen N4 vil svare til den egentlige og matematisk mer riktige sporposisj onen NO.

Ved pol 3 vil strengen Ul innta sporposisj onen N3 i samsvar med modulasjonsfunksjonen N3=37 mod 4, idet tallet 27 svarer til det fortløpende spornummeret.

Ved pol 4 inntar strengen Ul sporposisj onen N2 i samsvar med modulasjonsfunksjonen N2=38 mod 4, hvor tallet 38 tilsvarer det fortløpende spornummeret.

Fig. 9 viser skjematisk fordelingen av de faselike strengene U1-U4, VI-V4, W1-W4 i samsvar med nummereringen og pol for pol i sporposisj onene NI, ..., N4 i de tilhørende sporområdene N1-N4, i samsvar med en alternativ utførelsesform av den som er vist i fig. 8.

I eksemplet i fig. 9 er igjen fordelingen av de faselike strengene vist for de faselike strengene U1-U4 i fasen U. Fordelingen av de to andre fasene V og W vil være fire henholdsvis åtte spor forskjøvet langs statorens inneromkrets i den elektriske maskinen.

Fordelingen i fig. 8 atskiller seg fra fordelingen av de enkelte strenger U1-U4 ved at beleggingen av sporene fra pol til pol atskiller seg med maksimalt to sporposisjoner. Således skjer fordelingen jevnt i statorens omkretsretning.

Til sammenligning endrer strengens Ul sporposisjon seg med tre sporposisjoner fra pol 1 til pol 2. Ved en sporbelegging som i fig. 8 vil sprangvidden øke med antall poler i den elektriske maskinen. Sprangvidden vil derimot forbli begrenset til maksimalt 2 når det brukes en sporbelegging som vist i fig. 9.

Sammenfattende har den elektriske maskinen 1 en stator 2 og en rotor 5, hvilken stator 2 har statorspor 8 hvor det er lagt en statorvikling 4 med redundante og i det minste trefasede viklingssystemer Ul, VI, Wl; U2, V2, W2. Ifølge oppfinnelsen har den elektriske maskinen 1 et antall poler med et poltall PZ på minst 4. Den elektriske maskinen 1 har et antall NZ statorspor 8, hvilket antall svarer til produktet av et fasetall og kvadratet av poltallet PZ eller et heltallet multiplum av dette. Dessuten har den elektriske maskinen et til poltallet PZ svarende antall i det minste trefasede viklingssystemer Ul, VI, Wl; ....; U4, V4, W4. Et respektivt antall faselike strenger U1-U4, VI-V4, W1-W4 i samsvar med poltallet PZ, er sammenfattet til en respektiv fasestrenggruppe PU, PV, PW. Fasestrenggruppene PU, PV, PW er lagt fasesyklisk og pol for pol i statorsporene 8 i statoren 2. For hver pol og fasestrenggruppe PU, PV, PW forefinnes det et til poltallet PZ svarende sporområde N1-N4, og sporbeleggingen er slik at de faselike strengene U1-U4, VI-V4, W1-W4 vil være jevnt fordelt over sporposisj onene NI, ..., N4 i de tilhørende sporområdene N1-N4, i samsvar med nummereringen.

Oppfinnelsen vedrører en elektrisk drift, innbefattende en slik elektrisk maskin 1 så vel som minst én omformer 11-14 for elektrisk forsyning av de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene 4 i den elektriske maskinen 1.

Claims

1. Elektrisk maskin med en stator (2) og en rotor (5), hvor statoren (2) har statorspor (8) hvor det ligger en statorvikling (4) med redundante og i det minste trefasede viklingssystemer (Ul, VI, Wl; U2, V2, W2), karakterisert vedat a) den elektriske maskinen har et antall poler med et poltall (PZ) på minst fire, b) den elektriske maskinen har et antall (NZ) statorspor (8) som tilsvarer produktet av et fasetall og kvadratet av poltallet (PZ) i den elektriske maskinen eller et helt multiplum derav, c) den elektriske maskinen har et antall viklingssystemer (Ul, VI, Wl; ...; U4, V4, W4) som tilsvarer poltallet (PZ), d) et respektivt til poltallet (PZ) svarende antall faselike strenger (U1-U4, VI-V4, W1-W4) er sammenfattet til en respektiv fasestrenggruppe (PU, PV, PW), e) fasestrenggruppene (PU, PV, PW) ligger fasesyklisk og pol for pol i statorens statorspor (8), f) det for hver pol og fasestrenggruppe (PU, PV, PW) forefinnes et respektivt til poltallet (PZ) svarende sporområde (N1-N4), og g) sporbeleggingen er slik at de faselike strengene (U1-U4, VI-V4, W1-W4) er fordelt i samsvar med nummereringen og jevnt i sporposisj onene (NI, ..., N4) til de tilhørende sporområdene (N1-N4).

2. Elektrisk maskin ifølge krav 1, karakterisert vedat de faselike strengene (U1-V4, VI-V4, W1-V4) er syklisk ombyttet fra pol til pol i samsvar med sin nummerering.

3. Elektrisk maskin ifølge krav 1, karakterisert vedat notbeleggingene av faselike strenger (U1-V4, VI-V4, W1-W4) atskiller seg maksimalt to sporposisjoner fra pol til pol i samsvar med nummereringen.

4. Elektrisk maskin ifølge krav 2 eller 3, karakterisert vedat statoren (2) har en mellomlagvikling med et øvre og et nedre viklingslag (OW, UW), og at det øvre og det nedre viklingslaget (OW, UW) er innbyrdes forskjøvne tilsvarende en korde (VW).

5. Elektrisk maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den elektriske maskinen er en synkronmaskin, særlig en synkronmotor.

6. Elektrisk maskin ifølge et av kravene 1-4, karakterisert vedat den elektriske maskinen er en asynkron maskin, særlig en asynkron motor.

7. Elektrisk maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den elektriske maskinen er en stormaskin med en nominell effekt på minst 10 kW, særlig minst 1 MW.

8. Elektrisk maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat de i statorsporene (8) lagte redundante og i det minste trefasede viklingssystemene (Ul, VI, Wl; ...; U4, V4, W4) er dimensjonert slik elektrisk at den elektriske maskinen ved utfall eller manglende tilføring av/til et viklingssystem (Ul, VI, Wl; ...; U4, V4, W4) fremdeles kan drives med sin nominelle effekt henholdsvis sitt lastdreiemoment.

9. Elektrisk maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den elektriske maskinen er en firepolet maskin, med fire i statorsporene (8) lagte redundante og trefasede viklingssystemer (Ul, VI, Wl; ...;U4, V4, W4).

10. Elektrisk drift, innbefattende en elektrisk maskin (1) ifølge et av de foregående krav så vel som minst én omformer (11-14) for elektrisk forsyning av de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene (Ul, VI, Wl; ...; U4, V4, W4) i den elektriske maskinen (1).

11. Elektrisk drift ifølge krav 10, karakterisert vedat den elektriske driften har i det minste ett til den elektriske maskinens (1) poltall (PZ) svarende antall omformere (11-14) for elektrisk forsyning av de redundante og i det minste trefasede viklingssystemene (Ul, VI, Wl; ...; U4, V4, W4) i den elektriske maskinen (1).

12. Elektrisk drift ifølge krav 10 eller 11, karakterisert vedat omformerne (11-14) er innbyrdes fasestivt drivbare.

13. Elektrisk drift ifølge et av kravene 10-12, karakterisert vedat omformerne (11-14) er frekvensomformere.