Induktionsmotor mit Kurzschlussläufer Bekanntlich nimmt ein Induktionsmotor mit Kurz- schlussanker beim Anlassen im allgemeinen das Mehr fache des Vollastbetriebsstromes auf, hauptsächlich weil der Leistungsfaktor des Läufers ungünstig ist. Demzufolge ist das Drehmoment trotz der hohen Stromaufnahme kleiner als das eines Schleifringanker- motors, bei welchem das Drehmoment näherungsweise proportional mit dem Anlaufstrom anwächst.
Zur Verringerung des Anlaufstromes und zur gleichzeitigen Erhöhung des Anfahrdrehmomentes wur den wohl schon Versuche unternommen.
Zu diesem Zweck wurden im allgemeinen an ver schiedenen Stellen des Kurzschlussläufers magnetisier- bare Eisenauflagen oder Einlagen angewendet. In die sen Eisenauflagen entsteht zufolge der Wirkung des Läuferstromes eine magnetische Induktion, nachdem im Läufer ein Wechselstrom fliesst und zufolge der Wirbelströme eine Erwärmung entsteht. Diese Erwär mung erhöht auch das Anlassdrehmoment und ist in der Wirkung gleich dem im Anlasswiderstand der Schleifringankermotoren entstehenden Verlust. Eine erhebliche Erwärmung zufolge der Wirbelströme, also eine Drehmomenterhöhung tritt jedoch nur bei hohen Induktionswerten auf. Zur Erzeugung einer hohen In duktion ist aber ein erheblicher Blindstrom nötig.
Die ser Blindstrom bzw. Magnetisierungsstrom verschlech tert aber den Anlaufleistungsfaktor des Läufers, wes halb das Kippmoment des Motors verringert und der Schlupf erhöht wird. Das mit den Wirbelströmen er wärmte Eisen erhöht zwar das Anlaufdrehmoment, doch ist diese Methode deshalb ungünstig, weil die Betriebskennwerte des Motors bedetend verschlechtert werden. Eine entsprechende Lösung könnte nur dann erreicht werden, wenn die Erwärmung des Aufla geeisens bei gutem Leistungsfaktor des Läuferstromes entstünde, d. h. die Erwärmung des Auflageeisens bloss einen relativ kleinen Erregerstrom erfordern würde.
Ein kleiner Erregerstrom kann jedoch nur dann zu standekommen, wenn einerseits die Induktion im Auf lageeisen niedrig ist - einer gegenteiligen Forderung der Wirbelstromerwärmung gegenüber, bei der die hohe Induktion unbedingt nötig ist - andererseits wenn bei niedriger Induktion der magnetische Kreis ge schlossen und der Kraftlinienweg am kürzesten ist. Bloss bei gleichzeitiger Einhaltung dieser Bedingungen kann die Forderung nach einem verhältnismässig nied rigen Magnetisierupgsstro,-n erfüllt werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe und vermeidet die aufgezählten Nachteile der bekannten Lösungen.
Die Erfindung betrifft einen Induktionsmotor mit Kurzschlussläufer, der dadurch gekennzeichnet ist, dass auf jedem den Läufereisenkern überragenden Läufer stab einander nichtberührende Rohre aus ferrornagneti- schem Material aufgezogen sind, beide Enden der stromführenden Leiter mit einem elektrisch gut leiten den Materialstück kurzgeschlossen sind, ferner dass beide Enden dieser auf die Läuferstäbe aufgezogenen Eisenrohre von den Läuferstäben unabhängig kurzge schlossen sind.
Selbstredend kann man an Stelle der auf die Läu ferstäbe aufgezogenen Eisenrohre auch Bandeisen auf wickeln, oder ineinander gesteckte dünnwandige Rohre auf die Läuferstäbe aufziehen.
Es können daher durch die Länge und Wandstärke der auf die Läuferstäbe aufgezogenen Eisenrohre, durch die Abmessungen der Kurzschlussringe oder Scheibe, durch die entsprechende Wahl der magneti schen Eigenschaften der Rohre, das Anlaufdrehmomet, der Läuferstrom, sowie der Werte des Schlupfes - den Forderungen entsprechend - voneinander unabhängig eingestellt werden, und zwar innerhalb solcher Gren zen, dass die Höhe des Anfahrdrehmomentes den Wert des Kippmomentes erreicht und der Schlupf im Betrieb auch den Wert der Doppelkäfigläufermotoren erreicht.
Eine weitere Ausführungsiorm der Erfindung kann auch derart ausgebildet sein, dass die auf die Läufer stäbe aufgezogenen Eisenrohre zur Vermeidung der gegenseitigen Berührung nicht nebeneinander, sondern untereinander angeordnet sind, bzw. im Inneren des Läufers an die Läuferstäbe angebracht werden. Die Erfindung wird auf Grund der beigefügten Zeichnung näher erklärt, deren Abbildungen eine bei spielsweise Ausführungsform der Erfindung veran schaulichen: Fig.1 ist ein Längsschnitt des Kurzschlussläufers des vorgeschlagenen Motors.
Fig.2 ist eine Vorderansicht der die Rohre kurz- schliessenden Scheibe; Fig. 3 ist das Prinzipschaltbild eines Stromwandlers zur Erklärung der Wirkung der Eisenrohre; Fig. 4 ist die prinzipielle Erklärung eines skizzenar tig dargestellten Stromwandlers, in dem die Primär wicklung die Läuferstäbeandeutet und die Sekundär wicklung über einen ohmschen Widerstand kurzge- schlossen ist;
Fig. 5 der Längsschnitt einer anderen Ausführungs form des Kurzschlussläufers des vorgeschlagenen Motors, insbesondere der Ausführung mit untereinan der liegenden Stäben und Rohren; Fig.6 ist die Vorderansicht der Anordnung nach Fig. 5.
Zur Verringerung des magnetischen Weges werden auf die Stäbe 1 des Läufers die Rohre 2 oder rohrähn liche Elemente aus gut magnetisierbarem Material aufge zogen, wobei die Rohre auf den verschiedenen Stäben einander nicht berühren können, ferner sind beide Seiten der Rohre mit je einem, von den die Läuferstäbe kurz- schliessenden Ringen 3 unabhängigen und bloss die Rohrenden kurzschliessendem Ring oder Scheibe 4 versehen.
Die Anwendung der Rohre ist vorteilhaft, da diese nicht nur einen geschlossenen magnetischen Kreis, Son den gleichzeitig auch den kürzesten Magnetisierungs- weg sichern. Bei den Rohren ist nämlich die Weglänge kaum grösser als der Umfang der stromführenden Stäbe.
Es wäre jedoch unrichtig mehrere Läuferstäbe mit einem gemeinsamen Eisenrohr zu umfassen, oder die Läuferstäbe in einen gemeinsamen Eisenring einzu betten, da dann der Magnetisierungsweg sich bedeutend verlängern würde umsomehr als zwischen den neben einander liegenden Läuferstäben wegen der nahezu gleichen Phase derselben, Kraftlinien entgegengesetzter Richtung sich treffen würden und diese sich in den Teilen zwischen den Läuferstäben grösstenteils aufhe ben würden und demzufolge in der Nähe der Läufer stäbe fast keine Kraftlinien vorhanden wären, der Magnetisierungsweg würde somit nicht einen,
sondern mehrere Läuferstäbe umfassen und hierdurch würde sich die Magnetisierungsweglänge erheblich vergrös- sern. Es folgt hieraus, dass zu derselben Induktion ein bedeutend grösserer Erregerstrom nötig wäre. Durch den hohen Anlassläuferstrom würde in den Rohrwan dungen eine hohe Induktion entstehen, welche den Lei stungsfaktor bedeutend herabsetzen würde.
Dieser Nachteil kann im vorgeschlagenen Motor so behoben werden, dass zur Erreichung der Eisenerwärmung das Prinzip eines solchen Stromwandlers benützt wird, bei dem der Sekundärkreis geschlossen ist und in diesem im Verhältnis zum Primärstrom ein nahezu gleicher, aber entgegengesetzt gerichteter Stom fliesst, der Sekundärstrom also den Eisenkern entmagnetisiert und bloss eine ganz kleine Induktion zur Aufrechterhaltung des Sekundärstromes nötig ist.
Die auf die Läuferstäbe aufgezogenen Rohre bilden in vereinfachter Form ein solches Stromwandlersystem (Fig.4). In diesem Fall wird statt dem aus Blechen bestehenden Stromwandlerkern ein ungeteiltes Eisen- rohr und nicht das angedeutete aus dünnen Eisenschei ben bestehendes Rohr verwendet.
Ausserdem wird in das Innere des Rohres, also des Eisenkernes neben dem die Primärwicklung darstellenden Läuferstab kein besonderer sekundärer Leiter verwendet, wie das auf Fig.4 mit 5 bezeichnet ist, da im vorliegenden Fall dasselbe Ergebnis auf viel einfacherer Weise, mit dem ungeteilten Eisenrohr erreicht wird, an dessen Enden dieselbe Sekundärspannung entsteht wie im Leiter 5 der Fig. 4. In diesem Fall wird der sekundäre Strom kreis durch Einfassen an beiden Seiten der einzelnen Eisnrohrenden in je eine Eisenscheibe ausgebildet.
Diese Eisenscheiben 4 (Fig. 1) schliessen die auf den Rohrenden auftretende Spannungen kurz und sichern gleichzeitig die Rohre gegenüber der Achse. Wie schon oben erwähnt, sind die die Rohre 2 kurzschliessen- den Eisenscheiben 4 von den die Läuferstäbe kurz schliessenden Ringen 3 unabhängig. Dies ist auch aus dem Grunde vorteilhaft, weil in den sekundären Lei tern ein dem Primärstrom entgegengesetzter Strom fliesst und so auch die Ströme in den zwei Kurz- schlussringen, bzw. Scheiben einander entgegensetzte Richtung haben.
Durch Kurzschliessen der Rohre schliesst sich der in diesen fliessende Strom durch den folgenden Strom kreis: Der Sekundärstrom, der in Grösse ungefähr dem Primärstrom gleich ist, aber entgegengesetzte Richtung hat, durchfliesst das Rohr und fliesst durch die Kurz- schlussscheibe so weit, bis das Rohrende mit entgegen gesetzt gerichteter Spannung erreicht wird und fliesst über das Rohr zur umseitig liegenden Kurzschluss- scheibe, durch welche der Ausgangspunkt erreicht wird.
Dieser Sekundärstrom fliesst - nach durch Mes sungen beweisbarer Art - auch der vollen Länge der Rohre entlang, also nicht etwa wie die Wirbelströme, die in der Wandung des Eisenrohres rundherum, jedoch nur im Falle höherer Induktion fliessen. Solche lokale Kreiswirbelströme würden auch in den in der vorge schlagenen Weise verwendeten Eisenrohren fliessen, wenn dieselben nicht an den Enden miteinander kurz geschlossen wären.
Nachdem die Rohrwandungen einen ohmschen Widerstand bilden, wird auch der diesen durchfliessende Strom ein ohmscher sein, und da die in dem Rohr entstehende kleine Induktion kei nen bedeutenden Erregerstrom erfordert, wird der Pri märstrom, also der Läuferstrom mit dem durch das Rohr fliessenden Strom nahezu gleich sein, dieser wird daher einen fast ohmschen Charakter haben. Somit üben die Rohrwandungen beim Anlauf des Motors eine solche Wirkung aus, als ob diese unmittelbar in den Läuferstromkreis geschaltet wären, d. h. der Läuferwi derstand wird beim Anlauf im Masse ihrer Wider stände vergrössert.
Dies bedeutet einen weiteren Vor teil, da die Rohre in welchem beim Anlauf Wärme frei wird, ausserhalb des Ständers und des Läufers angeordnet sein können, so dass ihre Wärme leicht abgeleitet werden kann ohne dass dieselbe die Ständer und Läuferwicklung erheblich belasten würde.
Bei der Beschleunigung des Läufers, also während des Anwachsens der Umdrehungszahl, sinkt die Fre quenz des Läuferstromes und bei der Erreichung der Vollastdrehzahl, bei der kleinem Schlupf entsprechenden kleinen Frequenz, als auch zufolge des Kurzschliessens der Rohre, hört die transformatorische Wirkung fast vollständig auf und wird der ursprüngliche Läuferwi derstand hergestellt. Daher erhöht sich der Schlupf unter normalen Betriebsverhältnissen nur unbedeutend.
Auch wenn die Rohre nicht kurzgeschlossen wären, ist eine Induktion in den Eisenrohren messbar, daher entsteht im Läuferkreis auch ein Magnetisierungsstrom, folglich wird der Schlupf erheblich vergrössert, wie bei allen bisher bekannten Eisen verwendenden drehmo- menterhöhenden Lösungen sich das auch tatsächlich nachteilig zeigt. Mit der vorliegenden Erfindung wird auch dieser Nachteil beseitigt.
Mit der vorgeschlagenen Lösung mit Rohren kann durch geeignete Wahl der Rohrwandstärke und Länge auch ein Anlauf mit vollem ursprünglichem Kippmo- ment erreicht werden, und zwar infolge des guten An laufleistungsfaktors bei einem kaum grösseren Anlauf strom als der bei Schleifringankermotoren allgemein üblich ist.
Auch der Schlupf kann bei vorgeschlagenem Motor mit Rohren gleich dem der Schleifringankermotoren sein, somit kann der Schleifringankermotor an den meisten Stellen durch den neuen Motor mit Rohren ersetzt werden. Der vorgeschlagene Motor kann durch Veränderung der den Ständer speisenden Spannung gut geregelt werden.
Sollte der Einbau einer genügenden Rohrlänge Schwierigkeiten bereiten, so kann der Widerstand der Rohre auch durch Aufschlitzen nach einer Spirale er höht werden. Hierdurch wird ein räumliches Gebilde erhalten bei dem die Weglänge der Strombahn nicht der Rohrlänge entspricht, sondern gleich der grösseren Länge des Spiralweges wird.
Bei Motoren, bei welchen die Nuten zu nahe anein ander sind, gibt die Erfindung, um auf jeden der Läuferstäbe ein besonderes Rohr aufziehen zu können, eine Möglichkeit mit gutem Wirkungsgrad auch für eine andere Ausführungsart. Bei dieser haben die Läu ferstäbe 1 eine Verlängerung 6 (Fig.5 und 6) und diese werden durch den Kurzschlussleiter oder Ring 3 zusammengefasst, ein Teil der auf den Verlängerungen befindlichen Rohre wird untereinander angeordnet und durch die die Rohre an ihren Enden befindlichen Schei ben 4 kurzgeschlossen.
Die Rohre können auch in der Nähe der Welle angeordnet sein, in welchem Fall auch das zusätzliche Trägheitsmoment des Läufers verringert wird.
Die Rohre können auch innerhalb des Läuferker nes, zwischen dem Läufereisenkern und der Welle un terbracht werden, vorausgesetzt, dass dort genug Platz zur Verfügung steht.