SE462310B - Kortsluten asynkronmotor foer frekvensomriktardrift - Google Patents

Description

462. 3310 ledaren som reducerar det i ledaren inträngande fältet, och den uppnådda effekten är därför oupplösligt förbunden med en viss grad av tillsatsför- luster.

REnocöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma en motor av inledningsvis angivet slag, vilken: a) ger möjlighet att använda både gjutna och stavbaserade rotor- lindningar, b) uppvisar väsentligt reducerade tillsatsförluster, c) ger förbättrad kylning av rotorlindningen, speciellt vid höghas- tighetsmotorer.

Detta åstadkommes genom att enligt uppfinningen rotorkärnan är utformad med en magnetisk brygga som skiljer spåröppningen från spårets huvuddel, där rotorledaren är anordnad, och genom att bryggan ges en in mot rotor- ledaren krökt form.

Som nedan närmare skall beskrivas erhålles härigenom möjlighet att utforma rotorlindningen som en gjuten burlindning, en väsentlig sänkning av motorns tillsatsförluster och förbättrad kylning av rotorlindningen.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen förses bryggan med en urtagning som utgör en förlängning av spåröppningen i riktning in mot rotorledaren. Härigenom erhålles en ökning av den effektiva area som spår- öppningen uppvisar för rotorledarens läckflöde och därigenom en ökning av den differentiella läckreaktansen och en reduktion av övertonsströmmarna och tillsatsförlusterna.

Den nämnda urtagningen görs företrädesvis avsmalnande från spåröppningen i riktning mot rotorledaren, och likaså görs företrädesvis bryggans bredd avtagande från bryggans ändar mot dess centrala och längst in mot rotor- ledaren belägna del. Härigenom erhålles en mycket effektiv avskärmning av läckflödet från rotorledaren och vidare ett möjligast linjärt förlopp hos rotorns läckreaktans som funktion av motorns belastning, vilket vid en given maximal läckreaktans ger en möjligast hög differentiell läckreaktans ¿¿;_ upffi 4021 o h) i arbetspunkten och därmed en mycket effektiv reduktion av övertons- strömmar och tillsatsförluster.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5.

Figur 1 visar en del av ett snitt genom rotorn vid en maskin enligt uppfinningen. Figur 2 visar mera i detalj rotorkärnans utformning vid ett av spåren hos den i figur 1 visade rotorn. Figur 3 visar fältbilden för läckfältet vid märkström hos maskinen enligt figur 1 och 2. Figur 4 visar läckflödet som funktion av motorns belastningsström. Figurerna 5a-5f visar alternativa utföringsformer av bryggan enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figurerna 1-H visar ett exempel på en kortsluten asynkronmotor enligt uppfinningen och dess funktion. Figur 1 visar en del av ett snitt genom rotorn vinkelrätt mot motorns rotationsaxel. Rotorkärnan 1 är på vanligt sätt uppbyggd som ett paket av plåtar, vilkas plan ligger i papperets plan, dvs vinkelräta mot motorns rotationsaxel. Rotorn är försedd med en gjuten burlindning av vilken i figur 1 rotorledarna 2-6 är visade. Rotorns spår är sinsemellan lika, och i det följande skall det spår beskrivas i vilket ledaren 2 är anordnad. Spåret har en huvuddel 21, i vilken ledaren 2 ligger ingjuten. Spåret har vidare en spåröppning 22, vilken på i och för sig känt sätt är anordnad mellan spårets huvuddel 21 och rotorns mot maskinens luftgap och stator vända yta 7. En V-formad brygga 23, som utgör en del av rotorplåtsnittet, ansluter sig till rotorns övriga delar på ömse sidor om spåröppningen 22 och har sin spets riktad inåt mot rotorledaren 2 (radiellt inåt mot maskinens rotationsaxel). Figur 2 visar mera i detalj utformningen av bryggan 23. Den har två skänklar 231, 232, vilka ansluter till den övriga rotorplåten på ömse sidor om spåröppningen 22 och som möts i en spets 233. Skänklarna bildar mellan sig ett luftgap (urtagning) 234.

Urtagningens bredd e är närmast spåröppningen lika med spåröppningens 22 bredd d och avtar radiellt inåt till ett lågt värde närmast bryggans spets 233. Mellan skänklarna 231 och 232 bildas alltså ett luftgap som utgör en förlängning av spåröppningen 22 och som avsmalnar i riktning inåt mot rotorledaren. Bryggans båda skänklar har störst bredd b närmast spåröpp- 462 310 ningen, och deras bredd avtar kontinuerligt radiellt inåt till ett lågt värde a vid bryggans spets 233.

En motor enligt uppfinningen kan ha X motorledare 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 fig 2 angivna måtten 1,7 mm 1,8 mm - 0,5 mm 4,0 mm 11 mm tdåïmtfm || | Figur 3 visar fältbilden för maskinens läckfält vid märkström. Bryggan 23 shuntar läckflödet förbi spåröppningens 22 mot rotorledaren vända del och hindrar effektivt flödet från att intränga i rotorledaren och där orsaka tillsatsförluster. Materialet i rotorkärnans mellan rotorspåret och rotor- ytan 7 belägna del är omättat, även vid full ström hos motorn. Materialet i bryggan 23 går däremot i mättning redan vid en låg motorström, varefter läckflödet kommer att flyta dels genom utrymmet 234 mellan bryggans båda skänklar (B i fig 3) och dels genom spåröppningens 22 huvuddel (C i fig 3). Formen och dimensionerna hos bryggans båda skänklar och hos utrymmet mellan skänklarna är så valda att materialet i hela bryggan 23 går i magnetisk mättning ungefär samtidigt vid det ovan nämnda låga värdet hos motorns belastningsström. Bredden a hos bryggan närmast dess spets 233 görs lämpligen så liten som möjligt. Av tillverkningstekniska skäl och av hållfasthetsskäl kan denna bredd dock ej reduceras under ett visst värde, exempelvis 0,5 mm. En viss del av läckflödet kommer därför även att ge- nomflyta bryggans spets (området A i fig 3).

Figur 4 visar rotorns läckflöde F som funktion av motorns belastningsström I. Motorns märkström betecknas med I 1/1. Flödeskomponenten FA betecknar 4 6 2 'å ”i 0 den del av läckflödet som.genomf1yter bryggans spets 233 (området A).

Eftersom bryggan är så dimensionerad att dess material blir magnetiskt mättat redan vid en låg belastningsström hos motorn ökar flödeskomponenten FA snabbt till ett mättningsvärde och blir därefter konstant vid ökande belastningsström I. Den genom området B mellan bryggans skänklar flytande flödeskomponenten betecknas med FB och växer linjärt med belastnings- strömmen I. I figur 4 visas den flödeskomponent som utgörs av summan av komponenterna FA och FB; Den genom själva spåröppningen 22 flytande flödeskomponenten betecknas med FC. Kurvan FA + FB + FC i figur 4 visar summan av de tre nu nämnda flödeskomponenterna, dvs det totala läckflödet. som framgår av figur i: är an: totala läokfloaot en nära linjär funktion av motorns belastningsström. Vid en viss given läckreaktans (vilken är be- gränsad uppåt av kraven på motorns maximala moment) erhålles därför en differentiell reaktans som är så hög som möjligt vid en motorbelastning i närheten av motorns märkbelastning. Eftersom det är den differentiella läckreaktansen som begränsar övertonsströmmarna erhålles vid maskinen en- ligt uppfinningen en mycket god begränsning av dessa strömmar och därmed av maskinens tillsatsförluster. En motor enligt uppfinningen är av dessa skäl speciellt lämpad för drift av objekt som har konstant belastnings- moment, t ex kompressorer.

Vid en motor av aktuellt slag är det viktigt att spåröppningarna 22 är fria från ledarmaterial, eftersom annars mycket stora tillsatsförluster skulle genereras i det där befintliga ledarmaterialet.

Den ovan beskrivna utformningen av en maskin enligt uppfinningen ger flera väsentliga fördelar jämfört med tidigare kända motorer för frekvensomrik- tardrift: a) Bryggan 23 förhindrar effektivt att vid framställning av en bur- lindning genom gjutning det smälta ledarmaterialet tränger in i spåröppningen och där orsakar tillsatsförluster. b) Genom de extra flödesvägar som utbildas genom bryggans spets (A i fig 3) och genom området mellan bryggans skänklar (B i fig 3) erhålles en höjning av rotorns läckreaktans och därmed en reduk- tion av övertonsströmmar och tillsatsförluster. Till detta bidrar den goda linearitet hos läckflödet som funktion av belastningen som kan erhållas vid en maskin enligt uppfinningen, vilket ger en hög differentiell reaktans i arbetspunkten. g w c) 4 6 šryšgalnoß shuntar läckflödet förbi spåröppningen och avskärmar därför effektivt rotorledaren från läckflödet. Härigenom för- hindras på ett mycket effektivt sätt de eljest vid höga frekven- ser uppträdande virvelströmsförlusterna i ledarmaterialet, och den effektiva rotorresistansen för övertonerna reduceras kraf- tigt. d) Genom att rotorledaren utefter hela sin omkrets, även vid spåröppningen, ligger an mot rotorplåtarna erhålles en effektivare borttransport av förlustvärme från rotorledarna än vid tidigare kända maskiner av liknande slag. Speciellt fördelaktig blir denna förbättrade kylning vid höghastighets- motorer, där för att hålla nere ventilationsförlusterna spåröppningarna 22 måste täppas till närmast luftgapet så att rotorn får en slät yta, och där följaktligen någon nämnvärd kylning via spåröppningen icke kan äga rum.

Den ovan beskrivna motorn utgör endast ett exempel på hur en motor kan utformas enligt uppfinningen. Uppfinningen kan med fördel tillämpas såväl på små som på stora motorer och på motorer både för låga och mycket höga hastigheter.

Den ovan beskrivna utformningen av bryggan 23 är också endast ett exempel och flera andra former är tänkbara. Figur Sa-Sf visar några exempel på andra tänkbara former. Figur Ba visar en teoretiskt fördelaktig utförings- form, där både utsidorna och insidorna hos skänklarna 231 och 232 är raka och möts i en punkt vid bryggans spets 233. Av tillverkningstekniska skäl måste dock denna form modifieras, och den i figur 1-3 visade utformningen av bryggan utgör en praktiskt lämplig god approximation av den i figur 5a visade formen.

Figur 5b och 5f visar två andra tänkbara utföringsformer, där utrymmet mellan bryggans båda skänklar har konstant bredd. Figur 5c, 5d och 5f visar alternativa utföringsformer, där bryggans bredd är konstant utefter bryggans längd. Dessa utföringsformer är praktiskt användbara och ger fördelar jämfört med tidigare kända maskiner, men jämfört med utform- ningarna enligt figur 1-3 och figur 5a erhålles en mindre effektiv avskärmning av flödet från rotorledaren och en sämre linearitet, dvs en lägre differentiell reaktans vid märklast. Figur 5d skiljer sig från figur

Claims (9)

4-62 ÉSÉÛ 5f genom att bryggans höjd (i radiell riktning) är större hos bryggan enligt figur 5f. Detta ger en förstoring av den ytterligare flödesväg som erhålles mellan bryggans skänklar och därmed som ovan nämnts en högre läckreaktans. Det har visat sig att, för att fördelarna med uppfinningen i väsentlig grad skall erhållas, bryggans höjd (h i fig 2) bör överstiga bredden hos spåröppningen (d i fig 2). Figur 5 e visar en variant av figur 5a, där sidorna hos bryggskänklarna inte utgörs av räta linjer utan är något krökta. Bryggans totala bredd (d + 2b i fig 2) får avpassas för den individuella motorn på sådant sätt att den görs så stor att en effektiv shuntning av läckflödet förbi spåröppningen erhålles men icke så stor att ett nämnvärt läckflöde uppträder mellan bryggans skänklar och rotorspårets radiellt riktade kanter. I de ovan beskrivna utföringsexemplen är bryggan enligt uppfinningen en del av rotorplåtpaketet. Alternativt kan bryggan utföras som en separat del. Vid en stavbaserad rotorlindning kan bryggan exempelvis anbringas vid rotorstaven, t ex limmad vid denna, och tillsammans med staven föras in i rotorspåret. PATENTKRAV

1. Kortsluten asynkronmotor för frekvensomriktardrift med en rotor som har en rotorkärna (1) med ett flertal i huvudsak axiellt förlöpande rotor- spår (t ex 21, 22), i vilka rotorledare (2-6) är anordnade, varvid varje rotorspår har en huvuddel (21) i vilken en rotorledare (2) är anordnad och en mellan huvuddelen (21) och rotorns mot motorns luftgap vända yta (7) anordnad spåröppning (22), k ä n n e t e c k n a d av en magnetisk brygga (23) är anordnad att skilja spåröppningen (22) från spårets huvud- del (21), att bryggans ändar ansluter till rotorkärnans övriga del på ömse sidor om spåröppningen, samt att bryggan har en in mot rotorledaren (2) krökt form.

2. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att bryggans (23) bredd (a, b) är mindre (a) vid bryggans centrala del (233) än vid bryggans ändar (b). 462 510

3. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d av att bryggans bredd avtar kontinuerligt från ändarna mot den centrala delen (233).

4. Kortsluten asynkronmotor enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet mellan bryggans (23) höjd (h) och spåröppningens (22) bredd (d) är större än 1.

5. Kortsluten asynkronmotor enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d av att bryggan (23) är försedd med en urtagning (234) som bildar en förlängning av spåröppningen (22) in mot rotorledaren (2).

6. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 5 k ä n n e t e c k n a d av att urtagningens (234) bredd (e) avtar från spåröppningen (22) i riktning in mot rotorledaren.

7. Kortsluten asynkronmotor enligt patentkrav 6 k ä n n e t e c k n a d av att urtagningens bredd (e) avtar kontinuerligt från spåröppningen i riktning in mot rotorledaren.

8. Kortsluten asynkronmotor enligt något av patentkraven 5-7 k ä n n e t e c k n a d av att bryggan (23) är U- eller V-formad med två på ömse sidor om bryggans mitt (233) anordnade skänklar (231, 232), vilka mellan sig bildar nämnda urtagning (23U).

9. Kortsluten asynkronmotor enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d av att spåröppningen (22) är fri från rotor- ledare.