Das Luftspaltfeld der m-strängigen Drehfeldmaschine mit magnetischem Nutverschluß

Übersich Zur Ermittlung der Oberfelder einer Wicklung beliebiger Strangzahl wird das Vektorpotential mit Hilfe von Reihenansätzen für den Luftspalt, den magnetischen Verschluß und die Nut analytisch berechnet. Im Hinblick auf Maschinen mit großem Luftspalt wird das Luftspaltfeld in Zylinderkoordinaten beschrieben. Über die Formulierung der Randbedingungen zwischen den drei Bereichen sowie eine anschließende Fourieranalyse erhält man eine der Lochzahl entsprechende Anzahl linearer Gleichungssysteme für die Amplituden der Vektorpotentiale.

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The air gap field of polyphase a.c. machines with magnetic slot wedges

Contents For the purpose of calculating higher harmonic fields produced by an m-phase winding the vector potential is computed analytically using Fourier series for the air gap, the magnetic wedge and the slot. With regard to machines having a large gap the air gap field is described in cylindrical polar coordinates. Expressing the boundary conditions between the three areas and making use of Fourier analysis several sets of linear equations will be obtained, the number of which is equal to slots per pole and phase. The solutions yield the amplitudes of the vector potential.

     

Eine experimentell überprüfte Vorausberechnung der Harmonischen des Läuferstromes von Käfigläufermotoren mit geraden Nuten

Übersicht Ein Verfahren zur Berechnung der Läuferoberströme, das sowohl den numerisch berechneten Feldverlauf als auch die Verringerung der doppeltverketteten Läuferstreuung infolge der Sättigung der Ständerzähne berücksichtigt, wird anhand experimenteller Untersuchungen an Käfigläufermotoren mit halbgeschlossenen und offenen Ständernuten überprüft. Zur Messung der Läuferoberströme werden Rogowski-Spulen eingesetzt, da Messungen anhand des Nutenstreuflusses infolge von Sättigungseinflüssen für die Läuferströme der Ständernutharmonischen stark überhöhte Werte vortäuschen. Berechnung und Messung lassen die Wirkungen der Eisensättigung auf die Entstehung der Läuferoberströme erkennen.

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Predetermination of the harmonics of rotor currents in squirrel cage induction motors with unskewed slots, verified by experiment

Contents A method to calculate the higher harmonic currents, comprising the numerically calculated field pattern as well as the reduction of rotor airgap leakage due to the saturation of stator tooth bodies, is verified by means of experimental investigation on squirrel cage induction motors with semiclosed and open stator slots. Rogowski coils are employed for the measuring of higher harmonic currents. Owing to the influence of saturation, measurements based on slot leakage flux resulted, however, in unduly high values for rotor currents of stator slot harmonics. Calculation as well as measurement display effects of magnetic saturation on higher harmonic currents.

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Verwendete Symbole B Induktion - Amplitude der Ständerzahninduktion, Mittelwert über alle Zähne - b _zs Ständerzahnbreite - D Bohrungsdurchmesser - g Ordnungszahl - h _zs Ständerzahnhöhe - I Strom (Effektivwert) - k _c Carterscher Faktor - k _Fü Eisenfüllfaktor - L Induktivität - Drehfeld-Luftspaltinduktivität - Induktivität der Nuten- und Stirnstreuung - l axiale Blechpaketlänge - M Gegeninduktivität - m Strangzahl des Ständers - N Nutenzahl - n Ordnungszahl der Leitwertswellen der Ständernutung - P Polpaarzahl - q Lochzahl - R ohmscher Widerstand - s Schlupf - t Zeit - t _n Nutteilung - U Spannung (Effektivwert) - V magnetische Spannung - w _s Windungszahl je Ständerwicklungsstrang - Umfangskoordinate im Bogenmaß - Abplattungsfaktor - _g geometrischer Luftspalt - _gr effektiver Luftspalt für die Zahnpulsation der Ordnungszahlg _r - effektiver Luftspalt - Sehnung der Ständerwicklung um Nuten - Nutschlitzfaktor - Schrägung in Ständernutteilungen - magnetischer Luftspaltleitwert - Ordnungszahl der Läuferoberfelder - ₀ Induktionskonstante - _r relative Permeabilität - Ordnungszahl der Ständerfelder - Wicklungsfaktor - Sättigungsfaktor für das -te Läuferoberfeld - Korrekturfaktor aus der digitalen Feldberechnung - _r L _v Luftspaltfluß einer Läufermasche - Netzkreisfrequenz Indizes N Nennwert - R Ring - r Läufer - s Ständer - schr Schrägung - St Stab - Streuung Hochgestellte Indizes und Sonderzeichen Scheitelwert - * konjugiert komplex - Re Realteil einer komplexen Größe Unterstreichung bedeutet komplexe Größe     

Das allgemeine Gleichungssystem des Käfigläufermotors unter Berücksichtigung der Oberfelder

Übersicht Eine erste Betrachtung des allgemeinen Gleichungssystems läßt erkennen, unter welchen Umständen Unipolarflüsse auftreten können. Anschließend wird die Anwendung des allgemeinen Gleichungssystems anhand von zwei Beispielen erläutert. Der Einfluß der Oberfelder läßt sich verhältnismäßig einfach ermitteln, wenn man sich auf den stationären Zustand beschränkt.Eine Untersuchung der Gegeninduktivitätsmatrix ergibt die Nutenzahlverhältnisse, bei denen beachtliche fremdfrequente Ströme in der Ständerwicklung zu erwarten sind. Hieraus geht hervor, daß sie bei bestimmten Nutenzahlen sogar schon in Sternschaltung ohne parallele Zweige entstchen.

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Contents A first consideration of the general system of equations shows under which circumstances homopolar fluxes can occur. Later on the application of the general system of equations will be illustrated by two examples. The influence of the space harmonics can be comparatively simply determined if the calculation is limited to the steady-state behaviour.An investigation of the matrix of mutual inductances yields the combinations of numbers of slots by which considerable currents at frequences which differ from the supply frequence may be expected in the stator. This indicates that they can occur even if the stator windings are connected in star and possess no parallel paths.

     

Der Einfluß der Krümmunǵ des Luftspaltes auf die Zusatzverluste im massiven Rotoreisen von Synchronmaschinen

Übersicht Es werden die Zusatzverluste im massiven Eisen des Rotors von Synchronmaschinen berechnet. Um die Krümmung zu berücksichtigen, werden für den Luftspalt Zylinderkoordinaten verwendet. Wegen der geringen Eindringtiefe der Felder im massiven Eisen wird dagegen der Rotor in kartesischen Koordinaten dargestellt. Auf diese Weise erhält man trotz Berücksichtigung der Krümmung sehr einfache Ergebnisse. Der Einfluß der Krümmung auf die Zusatzverluste wird anhand eines Beispiels gezeigt.

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Contents The surface losses in unlaminated rotors of synchronous machines are calculated. In order to take into account the curvature, cylindrical polar coordinates are used for the air gap. On the other hand the rotor is described in Cartesian coordinates as the depth of penetration of the fields in the solid rotor is small. By this means very simple results can be achieved in spite of considering the curvature. The influences of the curvature on the surface losses are discussed in an example.

     

Elektromagnetisches Geräusch umrichtergespeister permanenterregter Synchronmaschinen

Übersicht Um einen Einblick in die Entstehung der durch den Umrichterbetricb bedingten Geräusche zu gewinnen, werden die Ordnungszahlen und Frequenzen der Kraftwellen sowie die sie verursachenden Stromharmonischen unter der vereinfachenden Annahme einer periodischen und phasensymmetrischen Speisung ermittelt. An einem 1,1 MW Motor werden Messungen des Luft- und Körperschalls durchgeführt, die zugleich die wichtigste Eigenfrequenz der Ständerkonstruktion erkennen lassen. Der Vergleich der experimentellen Untersuchungen mit den Berechnungen nach Teil 1 verdeutlicht die verschiedenen Einflüsse der Umrichterspeisung.

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Electromagnetic acoustic noise of converter-fed permanent-field synchronous motorsPart 2: The influence of the converter supply on the noise of a 1.1 MW motor

Contents In order to get a basic insight into the generation of the acoustic noise due to converter supply, the orders and frequencies of the force waves as well as the causing current harmonics are determined under the assumption of a periodical and phase balanced supply. Measurements of the airborne and structure-borne noise are performed on a 1.1. MW motor. They also exhibit the most important natural frequency of the stator construction. The comparison of the experiments with the calculations according to part 1 elucidates the different influences of the converter supply.

     

Drehmomente und Geräusche der Modularen Dauermagnetmaschine

Übersicht Zur Ermittlung der inneren elektromagnetischen Kräfte wird das Luftspaltfeld analysiert. Bei periodischer und phasensymmetrischer Speisung lassen sich die Radial- und Tangentialkraftwellen analytisch aus den Drehfeldern berechnen, während man zur Berücksichtigung der durch die asynchrone Taktung bedingten Abweichungen der Ströme auf eine numerische Berechnung anhand der Wechselfelder angewiesen ist. Das Berechnungsverfahren wird mit experimentellen Untersuchungen der Geräusche an einem 1,5-MW-Motor überprüft. Durch eine Abstimmung der Strang-, Nuten- und Polpaarzahlen können die Pendelmomente eliminiert und bei Beachtung des schwingungstechnischen Verhaltens auch die Geräusche minimiert werden.

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Torque and acoustic noise of the modular permanent magnet motor

Contents In order to evaluate the electromagnetic forces, the air-gap field is analysed. In the case of a periodical and phase balanced supply the radial and tangential force waves can be calculated analytically. When considering the deviations of currents caused by asynchronous pulsing, a numerical calculation will be necessary. By means of experimental investigations on the acoustic noise of a 1,5 MW motor the method of calculation is verified. In coordinating the numbers of phases, slots and poles the oscillating torques are eliminated and the acoustic noise can be minimized taking the vibrational behavior into account.

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Die Autoren danken den Firmen Ingenieurkontor Lübeck, Asea Brown Boveri, Mannheim und Magnet Motor GmbH, Starnberg für die Unterstützung des Projektes und die Überlassung der Meßergebnisse.     

Minimierung der Geräusche eines stromrichtergespeisten Permanentmagnet-Synchronmotors hoher Leistungsdichte

Übersicht An einem stromrichtergespeisten permanenterregten Synchronmotor hoher Leistungsdichte werden die zu erwartenden Geräusche mit dem Ziel einer Minimierung theoretisch untersucht. Neben den Unregelmäßigkeiten in den Stromzeitverläufen sind auch die Zugkräfte des Nutenstreufeldes zu berücksichtigen. Aufgrund der berechneten Schwingungsanregung und des zu erwartenden mechanischen Verhaltens des Ständers wird die günstigste Strangzahl ausgewählt. Messungen des schwingungstechnischen Verhaltens von Modellen und von einem Prototyp sollen zeigen, ob die komplizierte Ständerkonstruktion auf einen Ring zurückgeführt werden kann. Ein Vergleich mit den abschließenden experimentellen Untersuchungen ermöglicht es, die Geräuschspektren im relevanten Drehzahlbereich zu deuten und die Leistungsfähigkeit des Berechnungsverfahrens zu bewerten.

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Minimizing the acoustic noise of a high performance converter-fed permanent magnet synchronous motor

Contents The generation of force waves is calculated for a battery powered permanent-field synchronous motor with high power-to-weight ratio in order to minimize the acoustic noise. The computation also includes the forces of the slot leakage flux and considers the irregularities in the current waveform. This analysis and the prospective vibrational response of the stator construction are used to determine the optimal number of phases. Measurements of the mechanical oscillatory characteristics of stator models and of a prototype stator aim to show if the complex stator design may be treated as a radially vibrating ring. Finally, comparative experimental noise investigations enable the acoustic noise spectra to be interpreted in the relevant range of speeds and allow the outlined method of calculation to be evaluated.