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DE1065081B - Arrangement for suppressing the harmonics of an induction machine - Google Patents

Arrangement for suppressing the harmonics of an induction machine

Info

Publication number
DE1065081B
DE1065081B DES49288A DES0049288A DE1065081B DE 1065081 B DE1065081 B DE 1065081B DE S49288 A DES49288 A DE S49288A DE S0049288 A DES0049288 A DE S0049288A DE 1065081 B DE1065081 B DE 1065081B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
winding
rotor
bars
conductors
another
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES49288A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr Techn Alfred Grabner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DES49288A priority Critical patent/DE1065081B/en
Publication of DE1065081B publication Critical patent/DE1065081B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H02K3/20—Windings for salient poles for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Wird die Ständerwicklung eines Asynchronmotors als verteilte Wicklung ausgeführt, so bedingt diese Ausführung insbesondere bei zweipoligen Hochspannungsmotoren infolge der großen stirnseitigen Wicklungsausladung einen erheblichen Kupferaufwand. Man hat daher bereits Asynchronmotoren für Spezialzwecke, beispielsweise als Tauchpumpenmotoren, mit ausgeprägten Polen und konzentrierten Wicklungen ausgeführt. Für diese Motoren, bei denen die Wicklungen infolge der großen Schalthäufigkeit besonders kurzschlußfest ausgeführt werden müssen, bringt somit die Ausführung mit ausgeprägten- Polen und konzentrierter Ständerwicklung erhebliche Vorteile gegenüber einer verteilten Ständerwicklung mit sich. »5 If the stator winding of an asynchronous motor is designed as a distributed winding, this design requires a considerable amount of copper, particularly in the case of two-pole high-voltage motors, due to the large end-face winding overhang. Asynchronous motors have therefore already been designed for special purposes, for example as submersible pump motors, with pronounced poles and concentrated windings. For these motors, in which the windings have to be made particularly short-circuit-proof due to the high switching frequency, the design with pronounced poles and concentrated stator winding has considerable advantages over a distributed stator winding. »5

Nachteilig ist bei diesen Motoren allerdings, daß, durch die ausgeprägten Pole störend sich bemerkbar machende Oberwellen bedingt sind, die zu zusätzlichen Verlusten Anlaß geben und äußerem auch zu sogenannten Schleichdrehzahlen führen können. »oThe disadvantage of these motors, however, is that, due to the pronounced poles, they are noticeable making harmonics are caused, which give rise to additional losses and also to external so-called creep speeds. "O

Zur Erläuterung ist in Fig. 1 die Schaltungsanordnung der Ständerwicklung eines zweipoligen Asynchronmotors mit ausgeprägten Polen und konzentrierter Wicklung wiedergegeben, dessen Luftspaltfeld SB in Fig. 2 über der Polleitung t„ aufgetragen ist. Die »5 einzelnen konzentrierten Spulen sind auf die Kerne der ausgeprägten Pole 1 bis 12, wie in Fig. 3 angedeutet, aufgeschoben. Damit sich das in Fig. 2 dargestellte Luftspaltfeld Jg ergibt, befinden sich auf den ungeradzahligen Polen 1,3, 5 usw. jeweils zwei Teilspulen, deren Windungszahlen sich zur Windungszahl der auf den geradzahligen Polen 2,4, 6 usw. befindlichen Spulen wie 1 : J/T verhalten. Da die Breite der als Zähne aufzufassenden ausgeprägten Pole gleich der Breite der zur Aufnahme der Spulen dienenden offenen Nuten ist, machen sich von den mitumlaufenden Oberwellen besonders die dreizehnte und die fünfundzwanzigste Oberwelle störend bemerkbar. Diese beiden Oberwellen lassen sich in bekannter Weise dadurch unterdrücken, daß man entweder die Läuferstäbe um ein Fünfundzwanzigstel schrägt und dreizehn Läuferstäbe vorsieht oder die Läuferstäbe um ein Dreizehntel schrägt und fünfundzwanzig Läuferstäbe vorsieht. Beide Maßnahmen sind unbefriedigend, da bei einer derart geringen Anzahl von Läuferstäben, wie sie die erste Maßnahme vorsieht, die Luftspaltstreuung derart erhöht wird, daß sich ein schlechter Leistungsfaktor für den Motor ergeben würde; aber auch auch eine starke Schrägung der Läuferstäbe, wie sie die zweite Maßnähme vorsieht, ergibt eine ungünstige Ausnutzung des Motors.For explanation, FIG. 1 shows the circuit arrangement of the stator winding of a two-pole asynchronous motor with pronounced poles and concentrated winding, the air gap field SB of which is plotted in FIG. 2 over the pole line t " . The 5 individual concentrated coils are pushed onto the cores of the salient poles 1 to 12, as indicated in FIG. Thus, the air gap field Jg shown in Fig. 2 results, are located on the odd-numbered poles 1,3, 5 and so on in each case two part coils whose number of turns is the number of turns of the coils, etc. located at the even-numbered poles 2, 4, 6, such as 1 : J / T behave. Since the width of the pronounced poles to be understood as teeth is the same as the width of the open slots used to accommodate the coils, the thirteenth and twenty-fifth harmonics of the circulating harmonics are particularly noticeable in a disturbing manner. These two harmonics can be suppressed in a known manner by either inclining the rotor bars by a twenty-fifth and providing thirteen rotor bars or by inclining the rotor bars by a thirteenth and providing twenty-five rotor bars. Both measures are unsatisfactory because with such a small number of rotor bars as provided by the first measure, the air gap spread is increased to such an extent that a poor power factor would result for the motor; but also a strong inclination of the rotor bars, as provided in the second measure, results in an unfavorable utilization of the motor.

Zur Unterdrückung der durch die ausgeprägten Pole hervorgerufenen Oberwellen einer Drehfeld-Anordnung zur Unterdrückung der Oberwellen einer Drehfeldmaschine To suppress the harmonics of a rotating field arrangement caused by the pronounced poles for suppressing the harmonics of a rotating field machine

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin und Erlangen, Erlangen, Wemer-von-Siemens-Str. 50Siemens-Schuckertwerke Corporation, Berlin and Erlangen, Erlangen, Wemer-von-Siemens-Str. 50

Dr. techn. Alfred Grabner, Graz (Österreich),
ist als Erfinder genannt wordenDr. techn. Alfred Grabner, Graz (Austria),
has been named as the inventor

maschine mit ausgeprägten Polen und konzentrierter Ständerwicklung geht die Erfindung daher einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung besteht die Ständerwicklung einer solchen Drehfeldmaschine derart aus mehreren voneinander isolierten Käfigwicklungen gleicher Impedanz mit einer Vielzahl von Leitern oder aus voneinander isolierten kurzgeschlossenen Dämpferschleifen gleicher Impedanz mit jeweils zwei Leitern, daß die Entfernung zwischen zwei benachbarten Leitern einer Käfigwicklung oder zwischen den beiden Leitern einer Dämpferschleife gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen der zu unterdrückenden Oberwellen ist.machine with pronounced poles and concentrated stator winding, the invention is therefore different Path. According to the invention, the stator winding of such a rotating field machine consists of this several isolated cage windings of the same impedance with a large number of conductors or from mutually isolated short-circuited attenuator loops of the same impedance with two each Conductors that the distance between two adjacent conductors of a cage winding or between the two conductors of a damper loop equal to an even number of half-waves to be suppressed Harmonics is.

Es ist zwar bekannt, die Läuferwicklung eines Wechselstrommotors aus in sich selbst geschlossenen Elementen aufzubauen, die aus Kupferblech ausgestanzt werden, diese Maßnahme wird aber getroffen, damit die Läuferwicklung in einfacher Weise auf mechanischem Wege hergestellt werden kann, so daß die Herstellung wesentlich erleichtert und verbilligt wird.It is known that the rotor winding of an AC motor is self-contained To build elements that are punched out of copper sheet, but this measure is taken, so that the rotor winding can be produced in a simple manner by mechanical means, so that the production is made much easier and cheaper.

Die Erfindung beruht hingegen auf der Erkenntnis, daß sich bei Drehfeldmaschinen mit ausgeprägten Polen die durch diese ausgeprägten Pole hervorgerufenen Oberwellen ohne Benachteiligung des Leistungsfaktors und der Ausnutzung der Maschine in einfacher Weise unterdrücken lassen, wenn man gegen-The invention, however, is based on the knowledge that with induction machines with pronounced Poles the harmonics caused by these pronounced poles without penalizing the power factor and the utilization of the machine can be suppressed in a simple way if one

909 627/189909 627/189

Claims (6)

1 einander isolierte Käfigwicklungen bzw. Dämpferschleifen vorsieht, deren Spulenweite derart ist, daß die Entfernung zwischen zwei benachbarten kurzgeschlossenen Leitern gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen der zu unterdrückenden Harmonischen ist. In Anwendung der Erfindung auf das in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebene Ausführungsbeispiel eines zweipoligen Asynchronmotors ergibt sich die in Fig. 4 angedeutete Läuferwicklung. Von den Stäben des Läufers ist hierbei jeweils jeder zweite zu einer Käfigwicklung zusammengefaßt, so daß sich damit die voneinander isolierten Käfigwicklungen K1 und K2 ergeben, die jeweils aus dreizehn Stäben bestehen. Der Abstand der kurzgeschlossenen Stäbe einer Käfigwicklung ist derart gewählt, daß zwischen diesen eine geradzahlige Anzahl von Halbwellen der zu unterdrückenden Oberwellen liegt. In dem in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel liegen also zwischen den Stäben 13 und 14, die zu der aus dreizehn Stäben ao bestehenden Käfigwicklung K1 gehören, zwei Halbwellen der dreizehnten Oberwelle. Da somit die Entfernung zwischen den beiden benachbarten Leitern einer Käfigwicklung gleich der Summe aus einer positiven und einer negativen Halbwelle der dreizehnten »5 Oberwelle ist, induziert diese Oberwelle keine Spannung in der betreffenden Kurzschlußschleife. Die störende fünfundzwanzigste Oberwelle wird durch entsprechende Schrägung der Läuferstäbe um ein Fünfundzwanzigstel unterdrückt. Würde man beispielsweise die Käfigwicklung K2 fortlassen, so daß die Läuferwicklung insgesamt nur aus den dreizehn Stäben der Käfigwicklung K1 besteht, so würde sich, da der Maschinenluftspalt δ klein ist, der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnete Streufluß <PS ausbilden, der mit den Stäben der Kafigwicklungif1 nicht verkettet ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zweiten Käfigwicklung Kv die von der ersten Käfigwicklung isoliert ist, wird der Streufluß Φ$ stark vermindert, da in den Weg dieses Streuflusses die Läufernuten mit der Breite b eingeschaltet sind. Es kann sich nun ergeben, daß der erste und der λγ-te Stab einer Käfigwicklung eine Schleife bilden, deren Länge gleich einer ungeradzahligen Anzahl von Halbwellen einer bestimmten Ordnungszahl ist. In +5 diesen Fällen sind die einzelnen voneinander isolierten Leiter der Läuferwicklung zu voneinander isolierten Einzelschleifen zusammenzufassen. In Fig. 5 ist als Ausführungsbeispiel hierfür die Läuferwicklung eines vierpoligen Asynchronmotors wiedergegeben, bei dem die fünfte Oberwelle unterdrückt werden soll. Die Läuferwicklung besteht aus voneinander isolierten Einzelschleifen. Die Entfernung zwischen den beiden Leitern einer solchen Schleife, von denen zur Verdeutlichung einige in der Fig. 5 stärker gezeichnet sind, ist dabei gleich einer geradzahligen Anzahl von Halbwellen der fünften Oberwelle. In dem gewählten Aueführungsbeispiel sind die voneinander isolierten Einzelschleifen um vier Fünftel der Polteilung gesehnt, so daß die beiden zu einer Einzelschleife gehörenden Leiter vier Halbwellen der fünften Oberwelle voneinander entfernt sind. In jeder Nut liegen zwei Stäbe, die voneinander isoliert sind und zu zwei aneinandergrenzenden Einzelschleifen gehören, so daß sich eine Zweischichtwicklung mit zwei Stäben pro Nut ergibt. Zum Zweck der Stromverdrängung werden bekanntlich hohe Stäbe angestrebt. Zwei Stäbe übereinander würden aber bei einer vorgegebenen Nutenzahl und Nutentiefe für eine wirksame Stromverdrängung 081 zü niedrige Stäbe ergeben. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens werden daher die beiden Stäbe in der Nut nebeneinander angeordnet, wobei ihre Stirnverbindungen etwa die halbe Stabhöhe besitzen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in den Fig. 6 bis 11 wiedergegeben. Außerhalb der Nut wird der Stab 15, der aus einem beispielsweise 2 mm dicken und 4 mm hohen Blechstreifen besteht, umgebogen, so daß er im Bereich der Stirnverbindungen etwa die halbe Stabhöhe h und die doppelte Breite hat, wie dies in den Fig. 7 und 8 angedeutet ist. Wird nun, wie in der Fig. 9 gezeigt, einem auf diese Weise hergestellten Stab ein in gleicher Weise hergestellter, axial um 180° gedrehter Stab gegenübergestellt, so liegen die beiden Stäbe in der Nut entsprechend Fig. 6 nebeneinander, während ihre Stirnseiten (Fig. 10) wie bei einer gewöhnlichen Zweischichtwicklung gegabelt werden können (Fig. 11). Die Stromverdrängung kann sich in der Nut voll auswirken, da hier beide Stäbe mit voller Höhe nebeneinanderliegen. Da die induzierten Spannungen pro Schleife klein sind, braucht, sofern eine dünne Nuthülse vorgesehen ist, nur einer der beiden Stäbe isoliert zu werden, während der zweite blank bleiben kann. Damit die bei Asynchronmotoren mit ausgeprägten Polen im Ständer auftretenden zusätzlichen Verluste im Läufer, die vom Feldgradienten des Hauptfeldes herrühren, vermindert werden, kann man den ausgeprägten Polen in aus dem Gleichstrommaschinenbau bekannter Weise an den Flanken einen auslaufenden Luftspalt geben. Um diese Verluste weiterhin herabzusetzen, empfiehlt es sich, die Läuferstäbe auf die aktive Länge zu schlitzen, wie es beispielsweise in Fig. 12 gezeigt ist. Trotz dieser Unterteilung der Läuferstäbe bleiben jedoch die Wirbelströme, die vom Nutenquerfeld des Läuferstabstromes herrühren, bestehen. Patentansprüche:1 provides isolated cage windings or damper loops, the coil width of which is such that the distance between two adjacent short-circuited conductors is equal to an even number of half-waves of the harmonics to be suppressed. When the invention is applied to the embodiment of a two-pole asynchronous motor shown in FIGS. 1 to 3, the rotor winding indicated in FIG. 4 results. Of the bars of the rotor, every second one is combined to form a cage winding, so that the cage windings K1 and K2, which are isolated from one another and each consist of thirteen bars, result. The distance between the short-circuited bars of a squirrel cage winding is selected such that there is an even number of half-waves of the harmonics to be suppressed between them. In the embodiment shown in FIG. 4, two half-waves of the thirteenth harmonic are located between the bars 13 and 14, which belong to the cage winding K1 consisting of thirteen bars ao. Since the distance between the two adjacent conductors of a squirrel cage winding is equal to the sum of a positive and a negative half-wave of the thirteenth »5 harmonic, this harmonic does not induce any voltage in the relevant short-circuit loop. The interfering twenty-fifth harmonic is suppressed by a corresponding inclination of the rotor bars by a twenty-fifth. If, for example, the cage winding K2 were to be omitted, so that the rotor winding only consists of the thirteen bars of the cage winding K1, then, since the machine air gap δ is small, the leakage flux <PS, shown in broken lines in FIG the cage winding if1 is not linked. The inventive arrangement of the second squirrel cage winding Kv, which is isolated from the first squirrel cage winding, the leakage flux Φ $ is greatly reduced, since the rotor slots with the width b are switched in the path of this leakage flux. It can now turn out that the first and the λγ-th rod of a squirrel cage winding form a loop, the length of which is equal to an odd number of half-waves of a certain ordinal number. In +5 these cases, the individual conductors of the rotor winding that are insulated from one another must be combined to form individual loops that are insulated from one another. In Fig. 5, the rotor winding of a four-pole asynchronous motor is shown as an embodiment, in which the fifth harmonic is to be suppressed. The rotor winding consists of individual loops isolated from one another. The distance between the two conductors of such a loop, some of which are shown in greater detail in FIG. 5 for clarity, is equal to an even number of half-waves of the fifth harmonic. In the selected embodiment, the individual loops isolated from one another are longed by four fifths of the pole pitch, so that the two conductors belonging to a single loop are four half-waves of the fifth harmonic away from one another. In each slot there are two bars that are insulated from one another and belong to two adjacent individual loops, so that there is a two-layer winding with two bars per slot. For the purpose of current displacement, high bars are known to be aimed for. Two rods on top of one another would result in rods that are too low for an effective current displacement 081 given a given number of slots and slot depth. In a further development of the concept of the invention, the two rods are therefore arranged next to one another in the groove, with their end connections being approximately half the rod height. An exemplary embodiment for this is shown in FIGS. 6 to 11. Outside the groove, the rod 15, which consists of a sheet metal strip 2 mm thick and 4 mm high, for example, is bent over so that it has approximately half the rod height h and twice the width in the area of the end connections, as shown in FIGS 8 is indicated. If, as shown in FIG. 9, a rod produced in this way is compared with a rod produced in the same way and rotated axially through 180 °, the two rods lie next to one another in the groove according to FIG. 6, while their end faces (FIG . 10) can be bifurcated like a normal two-layer winding (Fig. 11). The current displacement can have its full effect in the groove, since here both bars lie next to each other at full height. Since the induced voltages per loop are small, only one of the two rods needs to be insulated if a thin grooved sleeve is provided, while the second can remain bare. In order to reduce the additional losses in the rotor that occur in asynchronous motors with pronounced poles in the stator, which result from the field gradient of the main field, the pronounced poles can be given a tapering air gap on the flanks in a manner known from DC machine construction. In order to further reduce these losses, it is advisable to slit the rotor bars to the active length, as shown in FIG. 12, for example. In spite of this subdivision of the rotor bars, however, the eddy currents that originate from the groove transverse field of the rotor bar current remain. Patent claims: 1. Anordnung zur Unterdrückung der durch die ausgeprägten Pole hervorgerufenen Oberwellen einer Drehfeldmaschine mit ausgeprägten Polen und konzentrierter Ständerwicklung, deren Läuferwicklung als Käfigwicklung aus in sich selbst geschlossenen Elementen aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung derart aus mehreren voneinander isolierten Käfigwicklungen gleicher Impedanz mit einer Vielzahl von Leitern oder aus voneinander isolierten kurzgeschlossenen Dämpferschleifen gleicher Impedanz mit jeweils zwei Leitern besteht, daß die Entfernung zwischen zwei benachbarten Leitern einer Käfigwicklung oder zwischen den beiden Leitern einer Dämpferschleife gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen der zu unterdrückenden Oberwellen ist. 1. An arrangement for suppressing caused by the salient poles harmonics of an induction machine with salient poles and concentrated stator winding, the rotor winding is constructed as a cage winding made of Ge in itself closed elements, characterized in that the rotor winding in such a way the same from a plurality of mutually insulated cage windings impedance with a plurality of conductors or isolated from each other short-circuited attenuator loops of the same impedance, each with two conductors, that the distance between two adjacent conductors of a cage winding or between the two conductors of a damper loop is equal to an even number of half- waves of the harmonics to be suppressed. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossenen Schleifen als Zweischichtwicklung angeordnet sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the short-circuited loops are arranged as a two-layer winding. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Nut befindlichen, zu zwei verschiedenen Schleifen gehörenden Leiter in der Nut nebeneinanderliegen und die Stirnverbindungen dieser Leiter etwa die halbe Stabhöhe besitzen.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the located in a groove, too Two conductors belonging to different loops lie next to each other in the groove and the end connections this ladder have about half the bar height. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Schleifen in halber Höhe der Nut auf die aktive Leiterlänge geschlitzt sind.4. Arrangement according to claims 2 and 3, as by in that the conductors of the loops are slotted at half height of the groove on the active conductor length. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Läuferwicklung geschrägt sind.5. Arrangement according to claim 1 or one of the preceding claims, characterized in that the conductor of the rotor winding beveled are. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-6. Arrangement according to claim 1 or one of the preceding claims, characterized in net, daß die Leiter sich in offenen Nuten befinden.net that the conductors are in open grooves. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 123 621; österreichische Patentschrift Nr. 98110.Documents considered: German Patent No. 123 621; Austrian patent specification No. 98110. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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