SE462251B - Kortsluten asynkronmotor foer frekvensomriktardrift - Google Patents

Description

462 25.1 sjunkande varvtal samtidigt som motorns egenkylning försämras med av- tagande varvtal. Speciellt utgör detta en nackdel vid sådana motordrifter där belastningen avtar med varvtalet, eftersom verkningsgraden där kommer att bli låg vid lägre varvtal.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma en motor av inledningsvis angivet slag, där med bibehållande av motorns övriga egenskaper en reduktion av över- tonsförlusterna erhålles. Uppfinningen avser vidare att åstadkomma en motor, där den övertonsströmmarna begränsande differentiella läckreaktan- sen inom motorns normala arbetsområde ökar med avtagande belastning.

Vad som kännetecknar en motor enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.a FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-3. Figur 1 visar en del av ett snitt vinkelrätt mot rotations- axeln hos en motor enligt uppfinningen. Fig 2 visar mera i detalj ett rotorspår med angränsande delar av rotorkärnan. Figur 3 visar läckflöde som funktion av belastningsström hos motorn.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en del av ett snitt genom en motor enligt uppfinningen i ett plan som är vinkelrätt mot motorns rotationsaxel. Motorn har en laminerad rotorkärna 1, dvs rotorkärnan är uppbyggd som ett plàtpaket, med plåtarnas plan parallella med figurens plan. I figuren visas även schematiskt motorns stator 2 och luftgapet 3 mellan rotorn och statorn. Luftgapets tjocklek är i figuren betecknad med d. Rotorn har ett flertal i huvudsak axiellt förlöpande och längs rotorns omkrets jämnt fördelade rotorledare 4, 5, 6 etc. I det visade exemlet utförs rotorlindningen av en s k gjuten burlindning, dvs rotorledarna utgörs av i rotorspåren ingjuten metall, exempelvis aluminium eller en aluminiumlegering. Mellan varje rotorledare och rotorns mot statorn vända yta ll är tunna slitsar H2, 52, 62 anordnade i rotorkärnan. Slitsarna löper i radiell riktning i huvudsak utefter hela avståndet mellan varje rotorledare och rotoryta 11. I axiell riktning löper slitsarna längs rotorns hela axiella utsträckning. Rotorspåren och 462 251 rotorledarna är droppformade, dvs deras mot rotorytan 11 vända delar är krökta, varigenom uppnås att avståndet mellan ett rotorspår och rotorytan är minst vid spårets centrala del och ökar mot sidorna av spåret.

Figur 2 visar mera i detalj den i ett rotorspår 41 anordnade rotorledaren 4 samt angränsande delar av rotorkärnan. Rotorspåret 41 har raka kanter 411, 412 samt cirkelbågformad botten 414 och topp 413. Krökningsradien hos rotorspårets toppdel är betecknad med R och krökningsradien hos spårets botten med r. Rotorspårets höjd är betecknad med H och avståndet mellan rotorspårets topp och rotorytan 11 är betecknat med h.

Den mellan rotorspåret och rotorytan anordnade slitsen 42 sträcker sig i radiell riktning utefter väsentligen hela avståndet mellan rotorspåret och rotorytan. Närmast rotorspåret 41 är en brygga 43 anordnad. Denna brygga hindrar ledarmaterialet från att vid gjutningen tränga in i slitsen.

Närmast rotorytan 11 är vidare en andra brygga 44 anordnad i syfte att minska rotorns luftfriktionsförluster. De båda nu nämnda bryggorna utföres lämpligen med så liten utsträckning i radiell led som det av tillverk- ningstekniska skäl är möjligt att åstadkomma.

Den mellan rotorspåret och rotorytan belägna delen av rotorkärnan beteck- nas i figur 2 med hänvisningssiffran 7. Slitsens 42 bredd, dvs dess ut- sträckning i tangentiell riktning, betecknas i figuren med b.

En motor enligt uppfinningen kan ha 28 rotorledare och i övrigt följande data: Märkspänning 380 V Märkström 155 A Märkvarvtal 9000 r/m Märkeffekt 80 kW Rotordiameter 211 mm och vidare de i figur 2 angivna måtten = 3,5 mm = 5,5 mm 27,5 mm _ 3,5 mm = 0,2 mm 2 mm. mdiïtrlbdtá u ||| 462 251 De båda bryggornas 43, 44 utsträckning i radiell led kan vara 0,2 mm.

Vid en motor enligt uppfinningen är dimensioneringen så gjord att de centrala delarna av kärnpartierna 7, dvs delarna närmast slitsarna, vid märkström hos motorn arbetar vid magnetiseringskurvans knä eller nära detta knä. Såväl flöde som ström är tidsvariabla storheter och magneti- seringskurvan förutsätts i detta sammanhang avse effektivvärdena hos dessa båda storheter. Vid normalt förekommande plåtkvaliteter innebär det ovan nämnda villkoret att vid märkström hos motorn flödestätheten i de närmast slitsen 42 belägna delarna av rotorkärnan bör ligga mellan 1,5 T och 2,2 T för att fördelarna med uppfinningen skall erhållas.

I figur 3 visas läckflöde LF som funktion av motorströmmen I. Med Il/1 betecknas motorns märkström och med Il/2 motorströmmen vid halv belast- ning. Kurvan A i figur 3 visar läckflödet som funktion av strömmen vid en tidigare känd maskin med slutna rotorspår. De mellan rotorspåren och rotorytan belägna delarna av rotorkärnan går i mättning redan vid låg motorström, vilket medför att kurvan A inom praktiskt taget hela delen av motorns belastningsområde utgörs av en praktiskt taget rät linje med låg lutning. Den differentiella reaktansen är därför som inledningsvis nämnts låg inom större delen av motorns arbetsområde, vilket ger de inledningsvis nämnda nackdelarna.

Med B och C betecknas i figur 3 två exempel på motsvarande kurvor vid en maskin enligt uppfinningen. Utseendet hos dessa båda kurvor kan styras genom lämpligt val av dimensionerna hos slitsen 42 samt av dimensioner och form hos den mellan spåret och rotorytan belägna kärndelen 7. Som framgår av figur 3 är inom större delen av arbetsområdet (utom vid de lägsta be- lastningarna) lutningen hos kurvorna B och C större än lutningen hos kurvan A. Detta innebär att vid en maskin enligt uppfinningen den diffe- rentiella läckreaktansen är avsevärt högre än vid en tidigare känd maskin och därför övertonsförlusterna lägre. Som framgår av figur 3 ökar vidare lutningen hos kurvorna B och C väsentligt med avtagande ström. Detta innebär itt den differentiella läckreaktansen ökar när motorns belastning avtar, ;_lket av de inledningsvis angivna orsakerna medför väsentliga för- delar, i synnerhet vid sådana motordrifter där belastningsmomtentet avtar med varvtalet och frekvensen, t ex vid drift av kompressorer eller pumpar.

O) 462 251 Genom anpassning av slitsarnas bredd och av formen hos rotorspårets mot rotorytan vända del kan formen hos den kurva som anger läckflödet som funktion av strömmen styras inom vida gränser. Såväl rotorspårreaktansen som den differentiella rotorspårreaktansen kan därigenom optimeras för de vid varje motordrift rådande övertons- och belastningsförhållandena. Vid den ovan beskrivna motorn erhölls ett förhållande mellan de differentiella rotorspårreaktanserna vid halvbelastning resp vid märklast på cirka 3,6.

Det har visat sig att för att väsentliga fördelar skall åstadkommas nämnda förhållande inte bör understiga 1,25. Vid omriktarmatade motorer av aktuellt slag blir motorns maximala moment lägre vid dellast än vid märk- ström. Vid motorer enligt uppfinningen blir denna reduktion av maximal- momentet mindre än vid tidigare kända motorer, vilket utgör en ytterligare fördel hos en motor,enligt uppfinningen.

Den ovan beskrivna motorn utgör endast ett exempel på hur en motor kan utformas enligt uppfinningen. Uppfinningen är sålunda tillämpbar vid motorer med andra typer av rotorlindningar än gjutna burlindningar, exempelvis stavlindningar. Fördelarna hos uppfinningen erhålles i högsta möjliga grad vid en motor som dels har de ovan beskrivna slitsarna och dels uppvisar den ovan beskrivna krökta formen hos rotorspårens mot rotorytan vända delar. Vid en motor enligt uppfinningen kan dock slitsarna 42 etc slopas i vissa rotorplåtar eller i alla rotorplåtarna. Likaså kan rotorspårens mot rotorytan vända delar ges en annan form än den ovan beskrivna cirkelbågformen. Väsentligt för att fördelarna med uppfinningen skall erhållas är dock att formen hos rotorspårets mot rotorytan vända del och avståndet h är så valda att en i tangentiell riktning begränsad del av kärnpartiet 7 ovanför varje rotorspår arbetar vid eller nära magnetise- ringskurvans knä. Som ett alternativ till slitsarna 42 etc kan motsvarande delar av rotorplåtarna behandlas, t ex mekaniskt eller termiskt så att deras magnetiska egenskaper försämras. Bryggorna 44 närmast rotorytan 11 ger en väsentlig sänkning av friktionsförlusterna vid motorer som arbetar vid höga varvtal. I de fall friktionsförlusterna är av mindre betydelse, t ex vid lågvarviga motorer, kan dessa bryggor slopas. I de fall rotor- lindningen icke utgöres av en gjuten burlindning kan likaså bryggorna 43 närmast rotorspåret slopas.

Den ovan beskrivna motorn enligt uppfinningen kan med fördel användas tillsammans med en frekvensomriktare som styrs så att motorns luftgaps- flöde ökar vid minskande varvtal. Härigenom fås en omfördelning av för-

Claims (8)

462 251 lusterna så att järnförlusterna i motorn ökar medan kopparförlusterna minskar på grund av minskade stator- och rotorströmmar. Detta ger till- sammans med spårformen enligt uppfinningen en höjning av läckreaktansen och därmed en sänkning av övertonsförlusterna. PATENTKRAV

1. Kortsluten asynkronmotor för frekvensomriktardrift med en rotor som har en kärna (1) med ett flertal axiellt förlöpande rotorspår (41), i vilka rotorledare är anordnade och vid vilka rotorkärnan mellan varje rotorspår och rotorns yta (11) har ett kärnparti (7), k ä n n e t e c k - n a d därav, att dessa kärnpartier (7) är så utformade att vid märkström hos motorn den av rotorledarnas läckfält orsakade flödestätheten inom partierna är sådan att åtminstone någon del av varje parti arbetar vid magnetiseringskurvans knä.

2. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att nämnda kärnpartier (7) är så utformade att vid märkström hos motorn den av rotorledarnas läckfält orsakade flödestätheten i åtminstone någon del av varje kärnparti (7) ligger mellan 1,5 T och 2,2 T.

3. Kortsluten asynkronmotor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda kärnpartier (7) är så utformade att motorns differentiella reaktans med avseende på läckfältet är minst 1,25 ggr större vid en till halva märkströmmen uppgående motorström än vid märkström.

4. Kortsluten asynkronmotor enligt något av föregående patentkrav vid vilken rotorkärnan (1) utgörs av ett plåtpaket, k ä n n e t e c k n a d därav, att åtminstone vissa av plåtarna inom nämnda kärnpartier (7) är försedda med radiellt riktade slitsar (42) mellan varje rotorspår (41) och rotorytan (11).

5. Kortsluten enligt patentkrav 4 vid en motor med gjuten burlindning, k ä n n e t e c k n a d därav, att slitsarna (42) närmast rotorspåren (41) är försedda med bryggor (43) för att hindra ledarmaterialet att intränga i slitsarna vid gjutningen. n 1:62 251

6. Kortsluten asynkronmotor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att rotorspårens (41) mot rotorytan (11) vända delar är krökta så att avståndet mellan varje spår och rotorytan är minst vid spårets centrala del och ökar mot spârets kanter.

7. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k - n a d därav, att kärnpartierna (7) mellan rotorspåren (41) och rotorytan (11) är så utformade att vid märkström hos motorn den av rotorledarnas läckfält orsakade flödestätheten är sådan att nämnda centrala del av varje kärnparti arbetar vid magnetiseringskurvans knä.

8. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den av läckfältet orsakade flödestätheten inom nämnda centrala del ligger mellan 1,5 T och 2,2 T.