DE19948145C1

DE19948145C1 - Vermeidung von umrichterbedingten Lagerschäden bei Drehstrommotoren

Info

Publication number: DE19948145C1
Application number: DE19948145A
Authority: DE
Inventors: Volker Schueren
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: US6756712B1

Abstract

Eine einfache effiziente und kostengünstige Vermeidung von lagerschädigenden Lagerströmen wird ermöglicht durch einen Drehstrommotor (1), der aus einem Umrichter speisbar ist und dessen Wicklung (7, 10) innerhalb jeder Nut (4) des Drehstrommotors (1) durch einen Schirm geschirmt ist, DOLLAR A wobei der Schirm eine elektrisch leitende Schicht (12) umfaßt, sie sowohl (11) gegen die Wicklung (7, 10) als auch (13) gegen das Stator-Blechpaket des Drehstrommotors isoliert ist DOLLAR A und die leitende Schicht (12) nur auf derjenigen Seite, auf welcher die Einspeisung (15, 16, 17) des Drehstroms in die Wicklung (7) des Motors erfolgt, geerdet ist oder leitend mit dem Stator-Blechpaket (3) des Drehstrommotors verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen aus einem Umrichter speisbaren Drehstrommotor.

Bei hoher Schaltgeschwindigkeit von IGBT-Umrichtern treten vermehrt Lagerschäden in umrichtergespeisten Drehstrommotoren auf. Ursache für diese Lagerschäden sind hochfrequente durch Welle, Lager und Stator-Blechpaket fließende Lagerströme. Die Lagerströme entstehen dadurch, daß bei hoher Spannungssteilheit der Speise spannung gegenüber der Erdung eine Spannung in der Motorwelle induziert wird, die Lagerströme durch die Lager und das Gehäuse bewirkt. Dem Fachmann sind als Abhilfemaßnahmen zur Vermeidung dieser Lagerströme einerseits isolierte Lager aus Keramikkugeln oder mit einer isolierenden Oxid-Schicht auf dem Außenring des Lagers bekannt, welche jedoch relativ teuer sind. Ferner ist dem Fachmann bekannt, daß mit Drosseln oder Filtern die Spannungssteilheit du/dt am Umrichterausgang verringert werden kann, wobei jedoch eine Standardisierung schwierig ist, weil eine Abstimmung auf den Typ und die Kabellänge des Motors erforderlich ist.

Aus der Schrift DE 33 26 395 A1 ist es für über einen durch Umrichter gespeiste elektrische Machinen zur Begrenzung der durch hochfrequente Oberschwingungen verursachten Verluste bekannt, außerhalb der Nuten liegende Teile der Ständerwicklung mit einer elektrisch isolierenden magnetisierbaren Masse zu versehen. Durch die magnetisierbare Masse wird die Streuinduktivität der Maschine erhöht und werden die von dem Umrichter herrührenden hochfrequenten Ströme verringert.

Die Schrift US 3,409,788 zeigt eine elektrische Maschine, bei der durch Kommutierung hochfrequente elektrische Spannungen erzeugt werden. Diese Spannungen werden vermindert, indem die Wicklung in jeder Nut der Maschine geschirmt ist, wobei die Schirmung gegen das Blechpaket elektrisch isoliert ist.

Aus der Schrift DE-GM 19 31 240 ist eine Nutauskleidung für elektrische Maschinen bekannt, die aus einer Metallfolie besteht, die von der Nutwand und der Wicklung durch je eine Isolierstoffschicht getrennt ist. In dieser Schrift geht es jedoch nicht um die Verminderung der Wirkung induzierter hochfrequenter Spannungen, sondern ausschließlich um eine Verbesserung der Wärmeableitung von der Wicklung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine möglichst einfache, kosten günstige und effiziente Vermeidung der Lagerschäden. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung löst das Problem unaufwendig im Motor. Somit haben Eigenschaften des Umrichters oder stromzuführende Kabel keinen Einfluß auf die Lagerströme, so daß einfach und effizient eine Standardisierung ermöglicht wird, unabhängig von Kabellänge, Motortyp oder dergleichen. Erfindungsgemäß wird der kapazitive Ableitstrom, der gemäß dem Stand der Technik von der Wicklung des Drehstrom motors im Stator-Blechpaket des Drehstrommotors abfließt, durch eine leitende Schirmung in jeder Statornut zwischen Wicklung und Stator zum Erdungsanschluß abgeleitet; dabei ist dieser Schirm nur auf derjenigen Seite des Stators, auf der die Drehstromeinspeisung in die Wicklung des Drehstrommotors erfolgt, mit dem Gehäuse (also mit PE bzw. Masse) verbunden. Diese Verbindung kann derart ausgeführt sein, daß der Schirm über einen Schirmanschluß am Klemmenkasten am Gehäuse (PE) zur Erdung angeschlossen ist. Alternativ ist eine Verbindung des Schirms mit dem Blechpaket auf der Seite des Stators, auf welcher die Einspeisung des Drehstroms erfolgt, möglich. Besonders effizient realisierbar ist diese Verbindung des Schirms mit dem Blechpaket dadurch, daß die Isolation zwischen dem Schirm und dem Blechpaket auf dieser Seite entfernt wird, so daß auf dieser Seite der Schirm das Blechpaket direkt leitend berührt.

Die erfindunsgemäße Vermeidung des Lagerstroms funktioniert derart, daß der in seiner Größe durch die Erfindung nicht veränderte kapazitive Ableitstrom nicht gemäß dem Stand der Technik im Stator-Blechpaket sondern im Schirm fließt und dort innerhalb der Nut zum Einspeisepunkt zurückgeführt wird, wodurch sich der kapazitive Strom in den Nuten aufhebt. Somit kommt es nicht mehr zu einem Zirkularfluß im Statorblechpaket und damit auch nicht zu einer Induktion einer Spannung in die Motorwelle, welche Spannung für die die Lager schädigenden Lagerströme verantwortlich ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Drehstrommotor,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine der Statornuten,

Fig. 3 eine Detailvergrößerung zur Veranschaulichung des Schirms in Fig. 2,

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt des Motors,

Fig. 5 den im Blechpaket eines Motors gemäß Fig. 4 gemäß dem Stand der Technik induzierten Zirkularfluß,

Fig. 6 die erfindungsgemäße Aufhebung des Zirkularflusses bei einem Motor gemäß Fig. 4 durch einen erfindungsgemäßen Schirm.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Drehstrommotor 1 mit einem Gehäuse mit Kühlrippen 2, einem Statorblech 3 mit (in der Regel 36) Statornuten 4, einem Rotorblech 5 und einer anzutreibenden Weile 6.

Fig. 2 zeigt für eine Statornut 4 Kupferwicklungen 7, eine Nutisolierung 8, ein Statorblech 3 und eine Nutabdeckung 9. Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung des im Kreis in Fig. 2 dargestellten Ausschnittes mit Kupferdrähten 10 der Wicklung 7, einer herkömmlichen Nutisolierung 11 und einem erfindungsgemäßen Schirm 12 zwischen den Wicklungen 7, 10 und dem Ständerblech 3. Zwischen dem elektrisch leitenden Schirm 12 und der Wicklung 7, 10 ist eine herkömmliche Nutisolierung 11 vorgesehen und zwischen dem Schirm 12 und dem Ständerblech 3 eine weitere Isolierung durch die Isolierschicht 13. Der Schirm 12 befindet sich also zwischen der Wicklung 7, 10 und dem Ständerblech, ist jedoch gegen beide isoliert.

Wie Fig. 4 in einem Teil-Längsschnitt zeigt, ist jeweils der Schirm 12 einer Nut über einen Schirmanschluß 14 mit PE (Masse) am Klemmenkasten des Drehstrommotors verbunden, wobei der Schirmanschluß 14 auf derjenigen (in Fig. 4 linken) Seite des Schirms 12 angeschlossen ist, auf welcher auch die Anschlußleitungen 15, 16, 17 der Wicklung 7 des Motors angeschlossen sind, um derart einen Zirkularfluß und folglich eine Induktion von Motorwellenströmen und damit Lagerströme zu vermeiden.

Fig. 5 verdeutlicht durch einen Pfeil die Induktion eines Zirkularflusses beim Stand der Technik. Dadurch, daß beim Stand der Technik ein kapazitiver Ableitstrom von der Wicklung ins Stator-Blechpaket abfließt, entsteht ein Zirkularfluß im Stator-Blechpaket, welcher eine Spannung in der Welle und damit Ströme durch die Lager bewirkt.

Wie Fig. 6 zeigt, wird erfindungsgemäß durch den Schirm zwischen der Motorwicklung 7 und dem Stator-Blechpaket 3 bewirkt, daß ein Abfließen eines kapazitiven Ableitstroms nicht mehr über das Statorblechpaket sondern (s. Pfeif) über den Schirm erfolgt und dabei der Strom innerhalb der Nut zum Einspeisepunkt des Drehstroms (linke Seite in Fig. 6) zurückgeführt wird, so daß sich der kapazitive Strom in den Nuten aufhebt. Somit kommt es nicht mehr zu einem Zirkularfluß im Stator- Blechpaket und auch nicht zu einer Spannung in der Motorwelle, wodurch schädigende Lagerströme vermieden werden.

Claims

1. Drehstrommotor (1), der aus einem Umrichter speisbar ist und dessen Wicklung (7, 10) innerhalb jeder Nut (4) des Drehstrommotors (1) durch einen Schirm geschirmt ist,
wobei der Schirm eine elektrisch leitende Schicht (12) umfaßt, die sowohl (11) gegen die Wicklung (7, 10) als auch (13) gegen das Stator-Blechpaket des Drehstrommotors isoliert ist
und die (12) nur auf derjenigen Seite, auf welcher die Einspeisung (15, 16, 17) des Drehstroms in die Wicklung (7, 10) des Motors erfolgt, geerdet ist oder leitend mit dem Blechpaket des Drehstrommotors verbunden ist.

2. Drehstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (12) des Schirms mit dem Erdungsanschluß (19) des Motors verbunden (14) ist.

3. Drehstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (12) des Schirms mit dem Stator-Blechpaket (3) des Motors (1) verbunden ist.

4. Drehstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation zwischen der leitenden Schicht (12) des Schirms und dem Stator-Blechpaket auf derjenigen Seite, auf welcher die Einspeisung erfolgt, zumindest teilweise fehlt und dort die leitende Schicht (12) des Schirms das Stator-Blechpaket (3) leitend berührt.