DE102009006162A1 - Three-phase machine i.e. three-phase synchronous machine, has coils connected in parallel or series, where current flow direction is in opposite direction of coils, and angle between magnetic alignment of coils is close to specific degree - Google Patents
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Abstract
Description
Mehrphasige Drehstrommaschinen für n-Phasen werden üblicher Weise so betrieben, dass im Stator n oder ein Vielfaches von n Spulen der Reihe nach mit jeder Phase verbunden sind – bei mehr als n Spulen mit sich wiederholendem Phasendurchlauf – und umlaufende Magnetpole bilden.multiphase Three-phase machines for n-phases become more common Way so that in the stator n or a multiple of n coils in turn connected to each phase - with more than n coils with repetitive phase sweep - and circumferential magnetic poles form.
Die magnetische Umlaufgeschwindigkeit, also die Synchrondrehzahl wird bestimmt von dem Quotienten aus Drehstromfrequenz und Polpaarzahl, wobei die Polpaarzahl proportional ist zu dem Quotienten aus Spulenzahl und Phasenzahl.The magnetic circulation speed, so the synchronous speed is determined by the quotient of three-phase frequency and pole pair number, where the pole pair number is proportional to the quotient of number of coils and phase number.
Möchte man eine Drehstrommaschine mit kleiner Synchrondrehzahl für eine hohe Drehstromfrequenz bauen, ohne durch eine geeignete Frequenzumrichteranlage die wirksame Drehstromfrequenz zu ändern, wird dies üblicherweise durch eine Vervielfachung der Polpaarzahl über eine Vervielfachung der Spulenzahl im Stator bewerkstelligt.You want a three-phase machine with low synchronous speed for a high Build three-phase frequency, without through a suitable frequency converter system to change the effective three-phase frequency, this is usually by a multiplication of the number of pole pairs via a multiplication of Spool number accomplished in the stator.
Die Vervielfachung der Spulenzahl im Stator bringt konstruktive Probleme, der Umfang des Stators wird größer. Es wird aufwendiger, den Abstand zwischen Läufer und Stator klein zuhalten, ein größerer Abstand wirkt sich ungünstig auf den Wirkungsgrad aus.The Multiplication of the number of coils in the stator brings design problems the circumference of the stator becomes larger. It becomes more complicated to keep the distance between rotor and stator small, a greater distance Affects unfavorable on the efficiency.
Eine geringere Drehzahl bedingt bei gleicher Leistung ein größeres Drehmoment.A lower speed requires a larger torque for the same power.
Um mit einer Drehstrommaschine ein größeres Drehmoment verarbeiten zu können sind größere Magnetkräfte erforderlich.Around use a three-phase machine to process a larger torque to be able to larger magnetic forces are required.
Um bei einer n-Phasen-Drehstrommaschine eine kleine Synchrondrehzahl für eine hohe Drehstromfrequenz zu erreichen, ohne dass sich der Umfang des Stators durch Vervielfachung der Spulenzahl im Stator vergrößert, befinden sich bei der erfindungsgemäßen Drehstrommaschine n Statoren nebeneinander, dergestalt, dass es für jede Phase einen eigenen Stator gibt und jeder Stator jeweils an genau eine Phase und den Sternpunkt bei Sternschaltung angeschlossen ist.Around in a n-phase three-phase machine, a small synchronous speed for one to achieve high three - phase frequency, without the circumference of the Stators enlarged by multiplying the number of coils in the stator, are in the three-phase machine according to the invention n stators side by side, so that it has its own for each phase Stator gives and each stator to exactly one phase and the Star point is connected with star connection.
Bei der erfindungsgemäßen Drehstrommaschine werden die nebeneinander liegenden Statoren so verschaltet, dass alle Spulen eines Stators jeweils parallel oder in Reihe an dieselbe Phase und den Sternpunkt angeschlossen sind, und die Stromflußrichtung zweier im Stator benachbarter Spulen gegensinnig ist oder dass der Winkel zwischen der magnetischen Ausrichtung zweier im Stator benachbarter Spulen bei Stromfluß nahe 180° oder zumindest größer als 90° ist.at the three-phase machine according to the invention the adjacent stators are interconnected so that all coils of a stator in parallel or in series to the same Phase and the neutral point are connected, and the current flow direction two in the stator adjacent coils is in opposite directions or that the Angle between the magnetic alignment of two adjacent in the stator Coils close at current flow 180 ° or at least bigger than 90 ° is.
Es handelt sich damit um je eine Einphasenmaschine pro Phase. Bei der Einphasenmaschine vervielfacht sich die Polpaarzahl um den Faktor n gegenüber einer üblichen n-Phasen-Drehstrommaschine mit der gleichen Spulenzahl pro Stator, d. h. die Synchrondrehzahl verringert sich um den Faktor 1/n bei gleicher Spulenzahl pro Stator.It is thus a single-phase machine per phase. In the Single-phase machine, the number of pole pairs multiplied by the factor n opposite a usual one n-phase alternating current machine with the same number of coils per stator, d. H. the synchronous speed decreases by a factor of 1 / n with the same number of coils per stator.
Analog läßt sich die erfindungsgemäße Drehstrommaschine für 3 Phasen statt mit Sternschaltung auch mit Dreieckschaltung betreiben, dann ist jeder Stator an genau 2 der 3 Phasen angeschlossen.Analogous let yourself the three-phase machine according to the invention for 3 phases operate with delta connection instead of with star connection, then is each stator is connected to exactly 2 of the 3 phases.
Nun reicht es nicht in jedem Fall aus, einfach n Einphasenmaschine für eine n-phasige Drehstrommaschine aneinander zu koppeln, es ist je nach Läufer erforderlich, den Phasenwinkel zu berücksichtigen.Now It is not enough in any case, simply n single-phase machine for an n-phase Coupling three-phase machine to each other, depending on the runner, is required to consider the phase angle.
Bei elektrisch und magnetisch getrennten Kurzschlußläufern passen sich die Magnetpole der Kurzschlußläufer automatisch den Magnetpolen der Statoren an. Bei Permanentmagneten oder Magnetspulen im Läufer müssen diese neben dem Phasenwinkel auch an die gegenüber einer üblichen Drehstrommaschine vervielfachten Magnetpolzahl bei gleicher Spulenzahl im Stator angepasst werden.at electrically and magnetically isolated squirrel-cage rotors, the magnetic poles fit the squirrel cage automatically to the magnetic poles of the stators. For permanent magnets or solenoids in the runner have to this in addition to the phase angle and the multiplied to a conventional three-phase machine Magnetic pole number are adjusted for the same number of coils in the stator.
Für eine erfindungsgemäße Drehstrommaschine muß die Phasendrehung der verschiedenen Phasen gegeneinander durch entsprechende Drehung (in Rotationsachse des Läufers) der Statoren gegeneinander oder durch entsprechende Drehung der magnetisch wirksamen Elemente des Läufers (in Rotationsachse desselben) unter Berücksichtigung der Polpaarzahl ausgeglichen werden und zwar ergibt sich für den relativen Ausgleichsdrehwinkel im Bereich eines jeden Stators der korrespondierende relative Phasenwinkel geteilt durch die Polpaarzahl – außer für elektrisch und magnetisch getrennte Kurzschlußläufer, die sich automatisch den Magnetpolen der Statoren anpassen.For a three-phase machine according to the invention must the Phase rotation of the different phases against each other by appropriate Rotation (in the axis of rotation of the runner) the stators against each other or by appropriate rotation of the magnetically active elements of the rotor (in the axis of rotation thereof) under consideration of Polpaarzahl be compensated and that results for the relative Compensation angle of rotation in the area of each stator of the corresponding relative Phase angle divided by the number of pole pairs - except for electrical and magnetic separate squirrel cage, the automatically adapt to the magnetic poles of the stators.
Bei elektrisch und magnetisch getrennten Kurzschlußläufern könnte sich für einen erfindungsgemäßen Drehstrommotor wie bei einem Einphasenmotor ein Anlaufproblem ergeben.at electrically and magnetically isolated squirrel-cage rotors could be for a three-phase motor according to the invention as in a single-phase motor give a start-up problem.
Wenn ein gemeinsamer Kurzschlußläufer oder Schleifenläufer über alle Statoren benutzt wird, oder wenn es sich um einen Synchronmotor handelt, ist nicht mit Anlaufproblemen des erfindungsgemäßen Drehstrommotors zu rechnen. Ein Anlaufproblem tritt bei Generatorbetrieb prinzipiell nicht auf, wenn der Antrieb in der richtigen Drehrichtung von außen erfolgt.If a common squirrel cage or Loop runner over all Stators is used, or if it is a synchronous motor is not with startup problems of the three-phase motor according to the invention to count. A start-up problem occurs in generator mode in principle not open when the drive is in the right direction from the outside.
Die erfindungsgemäße Drehstrommaschine für 3-Phasendrehstrom hat gegenüber einer üblichen Drehstrommaschine den Vorteil, dass je Stator nur ein Drittel der Spulen benötigt wird für die gleiche Polpaarzahl pro Stator, der Umfang eines Stators also viel kleiner gestaltet werden kann bei gleicher Synchrondrehzahl, oder aber – bei gleicher Spulenzahl je Stator – die Synchrondrehzahl nur ein Drittel beträgt, wobei immer 3 (oder ein vielfaches von 3) gleichartige Statoren nebeneinander betrieben werden müssen.The three-phase rotating current machine according to the invention has the advantage over a conventional three-phase machine that only one stator per stator one third of the coils is required for the same number of pole pairs per stator, the circumference of a stator can be made much smaller at the same synchronous speed, or - with the same number of coils per stator - the synchronous speed is only one-third, with always 3 (or a multiple of 3) similar stators must be operated side by side.
Eine größere Statorenzahl bei kleinerer Synchrondrehzahl kommt der Tatsache entgegen, dass sich für eine konstante Leistung Drehzahl und Drehmoment umgekehrt proportional zueinander verhalten und zur Bewerkstelligung des größeren Drehmoments entsprechend größere Magnetkräfte bei der Drehstrommaschine erforderlich sind, die sich dann auf mehrere Statoren verteilen.A larger number of stators at a lower synchronous speed, the fact that for one constant power speed and torque inversely proportional to each other behave and to accomplish the larger torque correspondingly larger magnetic forces the three-phase machine are required, which then turns to several Distribute stators.
Die erfindungsgemäße Drehstrommaschine eignet sich besonders dazu, als Asynchrongenerator betrieben, aus langsam drehenden Achsen mit großem Drehmoment, z. B. in Windkraftanlagen, die Rotationsenergie mit nur kleinem Getriebe oder gar getriebelos in Form elektrischen Stroms unmittelbar ohne Frequenzumrichteranlage in ein übliches 50 Hz oder 60 Hz 3-Phasen Drehstromnetz einzuspeisen.The Inventive three-phase machine is suitable especially to operate as an asynchronous generator, from slow rotating axles with big Torque, z. B. in wind turbines, the rotational energy with only small gear or even gearless in the form of electrical current directly without frequency converter system in a usual 50 Hz or 60 Hz 3-phase Feed in three-phase network.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US4424463A (en) * | 1981-05-27 | 1984-01-03 | Musil J Donald | Apparatus for minimizing magnetic cogging in an electrical machine |
| US6737778B2 (en) * | 2000-12-27 | 2004-05-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Pulley driving system |
| FR2861226A1 (en) * | 2003-10-20 | 2005-04-22 | Precilec | Multi-phase electric motor includes phase windings situated in separated sectors along axis of rotor |
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Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Gottkehaskamp,R.: Optimal gefertigt - Systematischer Entwurf von dreistängigen Zahnspulenwicklungen bürstenloser Motoren, Antiebstechnik 10/2007, S.30-35, ISSN 0722-8546 * |
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