NO140952B - Anordning, spesielt til bruk ved synkronmotorer med massive poler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en anordning, spesielt til bruk ved synkronmotorer med massive poler, til beskyttelse av polklorne mot forbrenninger og til forbedring av de nevnte motorers startegenskaper, især til forbedring av asynkrondreiemomentets forlop og til reduksjon av pendelmomentet.

Synkronmotorer med massive poler er kjent. Disse motorene er fordelaktige på grunn av den egenskap at de kan oppta den rotor-varme som fremkalles under start. De kan oppta store energimeng-der under start som varme på hele rotoroverflaten. Dessuten vil de på grunn av poljernets ringe ledeevne fremkalle et stort startmoment.

Derimot er asynkronmomentet i nærheten av synkrondreietallet under tiden ikke tilstrekkelig. Av denne grunn er bruken av disse motorer umulig for mange driftstilfelle, som f.eks. til gjensyn-kronisering ved last i tilknytning til et spenningsavbrudd.

Ved asynkront startende synkronmotorer vil det dessuten ikke ba-re fremkalles et asynkronmoment, men også et uonsket pendelmoment med betydelig amplityde, slik at hele dreiemomentet pulse-rer med verdien av asynkronmomentet med. dobbelt etterslepnings-frekvens (se "Anlaufverfahren bei Synchronmaschinen, Brown, Boveri Mitteilungen, bd 54, nr. 9, s. 618-619). Dette pendelmoment som hovedsakelig fremkalles av rotorens elektriske aniso-tropi, betyr en ekstra påkjenning for motorakselen, koblingene og de ovrige tilkoblede akslene, en belastning som eventuelt kan medfore fare.

Ved konstruksjonen av de massive polene uten polforbindelser må det videre tas hensyn til effekten av "kloforbrenninger". De strommer som induseres på poloverflatem av det tidsmessig foranderlige tverrfelt, flyter minste motstands vei, ofte fra pol til pol, over klorne og forårsaker "kloforbrehninger" (se "An-lauf und Laufruhe schnellaufender Pumpengruppen" av K. Abegg, Bulletin SEV 56, 1965, 10, 15.mai).

Ulempene ved massive poler er således:

a. et ugunstig dreiemomentforlop i nærheten av synkronturtal-let,

b. et stort pendelmoment,

c. fare for kloforbrenninger.

Disse ulemper har hittil om nodvendig delvis kunnet unngås ved anbringelse av dempningsringer på begge; sider eller ved polforbindelser. Anbringelse av dempningsringer er imidlertid forbundet med forskjellige konstruksjons- og driftsmessige vanskeligheter : a. varmeekspansjoner som betinger en elastisk forbindelse fra

pol til pol,

b. dårligere kjbleforhold som folge av delvis tildekking av

pollukene,

c. vanskeligheter ved demontering av polene.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å unngå ulempene ved de kjen-te anordningene og tilveiebringe en anordning til bruk ved synkronmotorer med massive poler, som bedrer disse motorers startegenskaper og beskytter deres polklor mot forbrenninger og som "videre har en konstruksjon, som er enkel og rimelig og sikrer trygg drift uten forstyrrelser.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved en anordning, som er kjennetegnet ved minst én leder, som er anordnet på begge sidene av polene under polskoen, og som med poloverflåtene over elektrisk ledende forbindelseselementer er elektrisk forbundet med begge kortsider av polene på en slik måte at den og de elektrisk ledende forbindelseselementer tjener som ledningsbane for de strøm-mer som induseres på poloverflaten som følge av det tidsmessig foranderlige tverrfelt, og bevirker slutning av de nevnte strømmer rundt tverrfeltet.

Anordningen ifolge oppfinnelsen er en beskyttelses- og start-vikling, som hovedsakelig virker i tverraksen, men ikke trenger en forbindelse fra pol til pol. Denne "tverrvikling" vil fremby en bedre bane for de strommer som induseres på poloverflaten under start, for slutning rundt tverrfeltet, slik at disse strommer ikke lenger må flyte fra pol til pol gjennom klorne. Den danner dessuten en parallell krets med den massive polover-flate og bedrer derved asynkronmomentets forlop ved lave etterslepningsverdier (Schlupfwert) og reduserer pendelmomentet, dog uten å redusere de positive egenskaper av de massive polene ved store etterslepningsverdier.

I det fSigende skal noen utforelsesformer av oppfinnelsens gjen-stand beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et frontriss av en konvensjonell, massiv pol med polsko, polkjerne, klor og tverrfeltets feltlinjer,

fig. 2 er en perspektivisk gjengivelse av en konvensjonell rotor med fire massive poler ifolge fig. 1, idet de mulige baner a og b for strommene er vist,

fig. 3 er et frontriss av en massiv pol, hvor det under polskokantene er vist lederstaver med rektangulært tverrsnitt ifolge. en forste utforelsesform av oppfinnelsen,

fig. 4 er et riss i likhet med fig. 3 av en massiv pol med lederstaver med L-formet tverrsnitt ifolge en andre utforelsesform av oppfinnelsen,

figurene 5,6 og 7 viser anordninger av lederstaver på sideflaten av polkjernen ifolge en tredje, fjerde og femte utforelsesform av oppfinnelsen,

fig. 8 viser en utforelsesform som ligner den som er vist i fig. hvor polskoen i midten har en aksialt forlopende, godt ledende ekstrastav med rektangulært tverrsnitt,

fig. 9 viser en utforelsesform som ligner den som er vist i fig. 8, hvor den godt ledende ekstrastav har sirkulært tverrsnitt,

fig. 10 er en skjematisk gjengivelse av en koblingsanordning for igangsetting av en vanlig synkronmotor,

fig. 11 viser forlopet av asynkronmomentet rn og pendelmomentet nip ved en vanlig synkronmotor med massive poler uten tverrvikling under igangsetting ved koblingsanordningen ifolge fig. lo,

fig. 12 viser en koblingsanordning for igangsetting av en synkronmotor med massive poler og med tverrviklingen ifolge oppfinnelsen, og

fig. 13 viser forlopet av asynkronmomentet mg og pendelmomentet nip ved en synkronmotor med massive poler og med tverrviklingen ifolge oppfinnelsen i en av utforelsesformene som vist i fig. 8 og 9, under igangsetting ved koblingsanordningen ifolge fig. 12.

Fig. 1 viser polen 1 med polskoen 2, polkjernen 3, polklorne 4 og feltlinjene 7 i tverrfeltet $ (eksiterende felt uten rotor-tilbakevirkning). Som vist forblir storstedelen av feltet i polskoen 2. Når tverrfeltet $ forandrer seg tidsmessig, induseres det strommer på polskooverflaten, som slutter seg rundt feltet. Disse strommer vil folge minste motstands vei og kan slå inn på en av banene a eller b, som delvis sees i fig. 1, men vil fremgå bedre av fig. 2. I figurene betegner 8 en strømret-ning, som kommer ut av tegningens plan og 9 en stromretning som går inn i tegningens plan.

Hvis banen a er minste motstands vei, flyter strommen ved 8 ut av polskoen 2 og på fremre kortside av polskoen 2 mot polskokanten 6. Ved 9 flyter strommen aksialt under polskokanten 6 mot bakre kortside av polskoen 2 og deretter langs bakre kortside av polskoen 2 mot polskooverflaten 5 og til slutt aksialt, langs polskooverflaten 5 forover, tilbake til 8. Dermed er kretsen sluttet.

Hvis derimot bane b er minste motstands vei, vil strommen ved 8 flyte ut av polskoen 2, langs fremre kortside av polen 1 i ret-ning av kloen 4. Herfra flyter strommen mot kloen 4 for nærlig-gende pol IB og langs dennes fremre kortside til polskoverflaten 5. Ved 8B flyter strommen aksialt langs polskooverflaten 5 mot bakre kortside av polen IB, deretter langs kortsiden mot kloen 4 av samme pol, herfra over til kloen 4 for pol 1, langs bakre kortside av pol 1 mot dennes polskooverflate 5 og til slutt aksialt langs denne polskooverflate forover, tilbake til 8. Dermed er denne krets sluttet.

Når strommen slår inn på bane b, dvs. når bane b via polkjerne-ne 3 og klorne 4 har langt mindre motstand enn banen a, kan det flyte en sterk strom fra en pol 1 til den andre polen IB, via klorne og forårsake forbrenninger.

Figurene 3-9 viser forskjellige utforelsesformer av oppfinnelsen, som hindrer de nevnte forbrenninger ved at banen a ved hjelp av en tverrvikling gjores til minste motstands vei.

Ved den anordning som er vist i fig. 3, består tverrviklingen

av to godt ledende staver 10, som hver forloper under en polskokant 6 i polens 1 lengderetning og er elektrisk forbundet med polskoen 2. De tverrfeltstrommer som induseres på poloverflaten 5 vil via de nevnte stavene 10, som f.eks. i partiene 11 kan være mekanisk og elektrisk forbundet med kortsiden av polskoen 2 ved sveising, slaglodding eller presskontakt, ledes tilbake under polskokantene 6 i aksialretning av maskinen, slik at strommene kan sluttes rundt tverrfeltet. Stavene 10 er under polskokantene 6 i direkte kontakt med polskoens 2 jern, uten isolasjon. Strommene vil således slå inn på banen a, fordi denne bane er minste motstands vei på grunn av den godt ledende stav 10. Stavent 10 erstatter polforbindelsene hhv. dempningsringene og beskytter klorne. Ved denne utforelsesform består dempningskretsen for tverraksen q-q (fig. 1) egentlig av to seriekoblede deler, dvs. poloverflaten 5 som forste leder av jern og tilbakeforingen via de godt ledende staver 10 under polskokantene 6 som andre leder. Startenergien i tverraksen q-q vil således igjen omsettes til varme på poloverf laten 5 i jernets store hvirvelstrømrnotstand. Av denne grunn er startegenskapene av en synkronmaskin med denne anordning praktisk talt de samme som for en synkronmaskin med dempningsringer. Fordelen ved anordningen ifolge oppfinnelsen er imidlertid at ringene som er uheldige for luftingen, faller bort og at polene ved demontering kan trekkes ut og skiftes ut enkeltvis. Derfor kan stavene 10 ved denne utforelsesform festes til pol-skoenes 2 kortside over strekningene 11, f.eks. ved slaglodding, uten at dette vanskeliggjor enkeltvis demontering av polene.

Utforelsesformene ifolge figurene 4,5,6 og 7 svarer i det vesent-lige den utforelsesform som er vist i fig. 3. Tilsvarende kompo-nenter er derfor betegnet med samme henvisningstall. Ved utfo-relsesformen ifolge fig. 4 er stavene 10L anordnet vinder polskokantene 6 og har L-formet tverrsnitt. Ved utforelsesformene ifolge fig. 5, 6 og 7 har stavene 10 rektangulært tverrsnitt og er anordnet i direkte kontakt med sideflatene av polkjernen 3.

Ved de utforelsesformer som er vist i fig. 8 og 9 er polskoen 2 forsynt med et dypt spor 12 med rektangulært hhv. sirkulært tverrsnitt og forlopende i aksialretning midt på polskoen. Det kan eventuelt foreligge flere slike spDr i parallell anordning. En eller flere godt ledende staver 13 er anordnet i sporet 12

og elektrisk forbundet med flate staver 10 som er anordnet under polskokantene 6. De flate stavene 10 vil således dels innbyrdes danne en vikling i lengdeaksen på samme måte som ved gliderammer anordnet under polskoene, og dels, samråen med stavene 13 i pol-sentrum danne en vikling i tverraksen. Stavene 13 skal i polsent-rum ligge under poloverflaten 5. Derved oppnås at de massive polene fra stillstand til 80-90 % av det nominelle turtall vil bi-beholde sine gunstige egenskaper så å si ubeskåret. Ved hoyere turtall vil viklingene 10,13 aktiviseres i og med inntrengning, av. det resulterende tverrfelt og forstorre asynkronmomentet betydelig.

Tverrviklingen ifolge oppfinnelsen bevirker en elektrisk symmetri-opprettelse av de to aksene d-d og q-q. Av denne grunn oppnås derved også en reduksjon av pendelmomentet.

Fig. 10 viser en kobling som forutsettes brukt til start av en vanlig synkronmotor 14 med massive poler, uten dempningsringer og uten tverrvikling. På grunnlag av denne kobling ble dreiemomentene ifolge fig. 11 beregnet. Motoren 14 er tilkoblet et nett 15 med nettreaktans X og nettspenning U. Nettreaktansen X utgjor 2% av motorens nominelle impedans Z^, dvs. X = ^ 2qq <Zw> °9 nettspen-ningen er 100% av motorens nominelle spenning, dvs. U = UM. I feltkretsen 16 er feltmotstanden betegnet med rf og startmotstanden med A r^. Beregningen av dreiemomentene ble utfort for to tilfelle, dvs. :

Tilfelle 1: A rf = 9 rf/Qg

Tilfelle 2: A rf = O (feltkrets kortsluttet).

De tilsvarende dreiemomentkurver er vist i fig. 11. Her (like-

som i fig. 13) betyr:

rn a= asynkronmoment

m^ = pendelmoment

ma+irip = asynkronmoment + pendelmoment

ma-rrip = asynkronmoment - pendelmoment

De kurver som er tegnet med full strek gjelder tilfelle 1, hvor startmotstanden A r^ i feltkretsen 16 utgjor den 9-dobbelte ver-

di av feltmotstanden r^, dvs. A r = 9 r^.

Dreiemomentkurvene i stiplet strek gjelder tilfelle 2, hvor feltkretsen 16 er kortsluttet, dvs. A r^ = 0.

Den kobling som er vist i fig. 12, forutsettes brukt for start

av en synkronmotor 14A med massive poler, uten dempningsringer,

men med tverrviklingen ifolge oppfinnelsen med utforelsesform som vist i fig. 8 eller 9. På grunnlag av denne koblingsanordning ble dreiemomentene ifolge fig. 13 beregnet. Også i dette tilfelle er motoren 14A koblet til et nett 15 med nettreaktans X

og nettspenning U, hvorved verdiene av X og U svarer til de ver-dier som er angitt i forbindelse med fig. lo. Beregningen av dreiemomentene ble gjennomfort for tilfelle 1, hvorved Å rf = 9rf.

Tilfellene 11 og 13 viser tydelig at asynkronmomentet ved den vanlige synkronmotor synker ved okende turtall, mens dette ved en synkronmotor med anordning ifolge oppfinnelsen etter hvert oker ved okende turtall. Dessuten er pendelmomentet ved motoren ifolge oppfinnelsen bare omtrent halvparten av det pendelmoment som opptrer ved en konvensjonelt anordnet synkronmotor. Under like startbetingelser kan det således med anordningen ifolge fig. 8 eller 9 oppnås betydelige forbedringer av synkronmotorens startegenskaper. Det er ikke gjennomfort spesielle beregninger for anordningen ifolge fig. 3-7. Det vil imidlertid være innly-sende at også disse utforelsesformer gir betydelige fordeler sammenlignet med konvensjonelle synkronmotorer.

Claims (6)

1. Anordning, spesielt til bruk ved synkronmotorer med massive poler, til beskyttelse av polklørne mot forbrenninger og til forbedring av de nevnte motorers startegenskaper, især til forbedring av asynkrondreiemomentets forløp og til reduksjon av pendelmomentet, karakterisert ved minst én leder (10), som er anordnet på begge sidene av polene (1) under polskoen, og som med poloverflåtene over elektrisk ledende forbindelseselementer (11) er elektrisk forbundet med begge kortsider av polene (1) på en slik måte at den og de elektrisk ledende forbindelseselementer (11), tjener som ledningsbane for de strømmer som induseres på poloverf laten (5) som følge av det tidsmessig foranderlige tverrfelt, og bevirker slutning av de nevnte strømmer rundt tverrfeltet.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at lederne omfatter godt ledende staver (10, 10L), av hvilke minst en forløper under hver polskokant (6) i polens (1) lengderetning og er anordnet i direkte kontakt med polen.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at stavenes (10, 10L) tverrsnitt har form av et rektangel eller en L.

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at lederne omfatter godt ledende staver (10), av hvilke minst en er anordnet på hver sideflate av polkjernen (3) i direkte kontakt med denne og forløper i polens (1) lengderetning.

5. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at polskoen (2) har minst ett spor (12), som forløper i polens (1) lengderetning, at det i hvert spor (12) er anordnet minst en godt ledende tilleggsstav (13), som forløper i polens (1) lengderetning og er elektrisk forbundet med de først nevnte godt ledende stavene (10).

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at sporet (12) og staven (13) har rektangulært eller sirkulært tverrsnitt.