DE1538192B2 - Induktionsmotor mit Kurzschlußläufer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Induktionsmotor mit rührende, ringförmig geschlossene Scheiben bzw. Kurzschlußläufer, bei dem beide Enden der Stäbe Rohre aus ferromagnetischem Material, nämlich des Läuferkäfigs mit einem elektrisch gut leitenden Eisenscheiben oder Eisenrohre, aufgezogen sind. Material in Form von Kreisringen kurzgeschlossen Bei diesem Kurzschlußläufer sind die den Läufersind und bei dem auf allen den Läufereisenkern 5 eisenkern überragenden magnetischen Scheiben bzw. überragenden Stäben des Läuferkäfigs einander nicht Rohre jedoch an ihren Enden nicht kurzgeschlossen, berührende, ringförmig geschlossene Rohre aus wodurch auch insbesondere die an beiden Enden der ferromagnetischem Material (Eiserirohre) aufgezogen Rohre entstehende Spannung nicht kurzgeschlossen sind. ist. Dies hat die Entstehung einer hohen Induktion

Bekanntlich nimmt ein Induktionsmotor mit Kurz- io in den Rohren zur Folge, wodurch ein nicht verschlußläufer beim Anlassen im allgemeinen das nachlässigbarer Zusatz an Erregerstrom im Läufer Mehrfache des Vollastbetriebsstromes auf, haupt- verursacht wird. Demzufolge verschlechtern sich sächlich weil der Leistungsfaktor des Läufers un- unter anderem der Leistungsfaktor und der Wirkungsgünstig ist. Demzufolge ist das Drehmoment trotz der grad, und es vermindert sich das Kippmoment, hohen Stromaufnahme kleiner als das eines Schleif- 15 Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile ringankermotors, bei welchem das Drehmoment zu vermeiden und insbesondere einen Induktionsnäherungsweise proportional mit dem Anlaufstrom motor mit Kurzschlußläufer zu schaffen, der einen anwächst. geringeren Anlauf strom und trotzdem keinen ver-

Zur Verringerung des Anlaufstromes und zur schlechterten Leistungsfaktor und Wirkungsgrad aufgleichzeitigen Erhöhung des Anfahrdrehmomentes 20 weist.

wurden verschiedene Versuche unternommen. Im Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geallgemeinen wurden an verschiedenen Stellen des löst, daß beide Enden der auf die Läuferstäbe auf- •■ kurzgeschlossenen, also Käfigläufers magnetisier- gezogenen Rohre unabhängig von den Stäben des .' bare Eisenauflagen oder Einlagen angewendet (s. Läuferkäfigs durch Scheiben oder Kurzschlußringe ^ Fredrick Punga und Otto Kay dt: »Drehstrom- 25 kurzgeschlossen sind.

motoren mit Doppelkäfiganker und verwandte Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfin-Konstruktionen«, Verlag Springer, Berlin 1931). In dung besteht darin, daß die auf die Läuferstäbe aufdiesen Eisenauflagen entsteht infolge der Wirkung gezogenen Rohre aus auf die Läuferstäbe aufgedes Läuferstromes eine magnetische Induktion, nach- wickelten Eisenbändern oder aus ineinander gedem im Läufer ein Wechselstrom fließt und infolge 30 steckten, dünnwandigen, auf die Läuferstäbe aufgeder Wirbelströme eine Erwärmung entsteht. Diese zogenen Rohren gebildet sind. Erwärmung erhöht auch das Anlaßdrehmoment und Zweckmäßig kann eine erfindungsgemäße Ausist in der Wirkung gleich den im Anlaßwiderstand führungsform so ausgebildet sein, daß durch die der Schleifringankermotoren entstehenden Verlusten. Länge und Wandstärke der auf die Läuferstäbe auf-Eine erhebliche Erwärmung zufolge der Wirbel- 35 gezogenen Rohre, durch die Abmessungen der Kurzströme, also eine Drehmomenterhöhung, tritt jedoch schlußringe oder Scheiben und durch die Wahl der nur bei hohen Induktionswerten auf. Zur Erzeugung magnetischen Eigenschaften der Rohre das Anlaufeiner hohen Induktion ist aber ein erheblicher Blind- drehmoment, der Läuferstrom sowie die Werte der strom nötig. Dieser Blindstrom bzw. Magnetisierungs- Schlüpfung — den jeweiligen Forderungen entström verschlechtert aber den Anlaufleistungsfaktor 40 sprechend — voneinander auch unabhängig einstelldes Läufers, weshalb das Kippmoment des Motors bar sind, und zwar innerhalb solcher Grenzen, daß verringert und die Schlüpfung erhöht wird. Das mit die Größe des Anlaufmomentes den Wert des Kippden Wirbelströmen erwärmte Eisen erhöht zwar das momentes und die Schlüpfung im Betrieb auch den Anlaufdrehmoment, doch ist diese Methode deshalb Schlupfwert eines vergleichbaren Doppelkäfigläuferungünstig, weil die Betriebskennwerte des Motors 45 motors erreichen kann.

bedeutend verschlechtert werden. Eine entsprechende Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann Lösung könnte nur dann erreicht werden, wenn die derart ausgebildet sein, daß die auf die stromführen-Erwärmung des Auflageeisens bei gutem Leistungs- den Läuferstäbe aufgezogenen Eisenrohre unterfaktor des Läuferstromes entstünde, d. h. die Er- einander angeordnet sind bzw. im Inneren des wärmung des Auflageeisens nur einen relativ kleinen 50 Läufers auf den Läuferstäben angebracht werden. Erregerstrom erfordern würde. Ein kleiner Erreger- Durch die Erfindung ergibt sich ein Induktionsstrom kann jedoch nur dann entstehen, wenn einer- motor mit Kurzschlußläufer mit vergrößertem Anseits die Induktion im Auflageeisen niedrig ist — laufmoment, bei welchem nur eine minimale Ereine gegenteilige Forderung der Wirbelstrom- höhung des Erregerstromes im Läufer notwendig ist. erwärmung gegenüber, bei der die hohe Induktion 55 Der Durchmesser des Drehmomentkreises verringert unbedingt nötig ist — und wenn andererseits bei sich nicht, das Kippmoment wird ebenfalls nicht verniedriger Induktion der magnetische Kreis ge- ändert. Auch der Wirkungsgrad und der Leistungsschlossen und der Kraftlinienweg am kürzesten ist. faktor verschlechtern sich nicht. Nur bei gleichzeitiger Einhaltung dieser Bedingungen Die Erfindung wird auf Grund der Zeichnung kann die Forderung nach einem verhältnismäßig 60 näher erklärt, deren Figuren eine beispielsweise niedrigen Magnetisierungsstrom erfüllt werden. Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. Durch die britische Patentschrift241 513 ist ein Fig. 1 ist ein Längsschnitt des Kurzschlußläufers Induktionsmotor mit Kurzschlußläufer bekannt- des erfindungsgemäßen Motors; geworden, bei dem beide Enden der Stäbe des F i g. 2 ist eine Vorderansicht der die Rohre kurz-Läuferkäfigs mit einem elektrisch gut leitenden Ma- 65 schließenden Scheibe;

terial in Form von Kreisringen kurzgeschlossen sind F i g. 3 ist «das Prinzipschaltbild eines Strom-

und bei den auf allen den Läufereisenkern über- wandlers zur Erklärung der Wirkung der Eisenrohre;

ragenden Stäben des Läuferkäfigs einander nicht be- F i g. 4 ist die prinzipielle Erklärung eines skizzen-

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artig dargestellten Stromwandlers, in dem die Primär- diesem Fall wird der sekundäre Stromkreis durch wicklung die Läuferstäbe andeutet und die Sekundär- Einfassen an beiden Seiten der einzelnen Eisenrohrwicklung über einen Ohmschen Widerstand kurz- enden in je eine Eisenscheibe ausgebildet. Diese geschlossen ist; Eisenscheiben 4 (Fig. 1) schließen die auf den

Fig. 5 ist der Längsschnitt einer anderen Aus- <-5 Rohrenden auftretenden Spannungen kurz und

führungsform des Kurzschlußläufers des ßrfmdungs- sichern gleichzeitig die Rohre gegenüber der

gemäßen Motors, insbesondere der Aü$führung mit Achoe.

untereinanderliegenden Stäben und Rohren; Wie schon oben erwähnt, sind die die Rohre 2

F i g. 6 ist die Vorderansicht der Anordnung nach kurzschließenden Eisenscheiben 4 von den die

F i g. 5. ίο Läuferstäbe kurzschließenden Ringen 3 unabhängig.

Zur Verringerung des magnetischen Weges werden Dies ist auch aus dem Grunde vorteilhaft, weil in auf die Stäbe 1 des Läufers die Rohre 2 oder rohr- den sekundären Leitern ein dem Primärstrom entähnliche Elemente aus gut magnetisierbarem Material gegengesetzter Strom fließt und so auch die Ströme aufgezogen, wobei die Rohre auf den verschiedenen in den zwei Kurzschlußringen bzw. Scheiben einStäben einander nicht berühren können, ferner sind 15 ander entgegengesetzte Richtung haben,
beide Seiten der Rohre mit je einem von den die Durch Kurzschließen der Rohre schließt sich der Läuferstäbe kurzschließenden Ringen 3 unabhängigen in diesen fließende Strom durch den folgenden und bloß die Rohrenden kurzschließenden Ring oder Stromkreis: Der Sekundärstrom, der in Größe uneiner Scheibe 4 versehen. gefähr dem Primärstrom gleich ist, aber entgegen-

Die Anwendung der Rohre ist vorteilhaft, da diese 20 gesetzte Richtung hat, durchfließt das Rohr und nicht nur einen geschlossenen magnetischen Kreis, fließt durch die Kurzschlußscheibe so weit, bis das sondern gleichzeitig auch den kürzesten Magneti- Rohrende mit entgegengesetzt gerichteter Spannung sierungsweg sichern. Bei den Rohren ist nämlich die erreicht wird, und fließt über dieses Rohr zur um-Weglänge kaum größer als der Umfang der strom- seitig liegenden Kurzschlußscheibe, durch welche der führenden Stäbe. Es wäre jedoch unrichtig, mehrere 25 Ausgangspunkt wieder erreicht wird. Dieser Sekun-Läuferstäbe mit einem gemeinsamen Eisenrohr zu därstrom fließt — nach durch Messungen beweisumfassen oder die Läuferstäbe in einen gemeinsamen barer Art — auf der vollen Länge der Rohre ent-Eisenring einzubetten, da dann der Magnetisierungs- lang, also nicht etwa wie die Wirbelströme, die in weg sich bedeutend verlängern würde, um so mehr, der Wandung des Eisenrohres rundherum, jedoch als zwischen den nebeneinanderliegenden Läufer- 30 nur im Falle höherer Induktion fließen. Solche stäben wegen der nahezu gleichen Phase derselben lokale Kreiswirbelströme würden auch in den erKraftlinien entgegengesetzter Richtung sich treffen findungsgemäß verwendeten Eisenrohren fließen, würden und diese sich in den Teilen zwischen den wenn dieselben nicht an den Enden miteinander Läuferstäben größtenteils aufheben würden und kurzgeschlossen wären. Nachdem die Rohrwandundemzufolge in der Nähe der Läuferstäbe fast keine 35 gen einen Ohmschen Widerstand bilden, wird auch Kraftlinien vorhanden wären, der Magnetisierungs- der diesen durchfließende Strom ein ohmscher sein, weg würde somit nicht einen, sondern mehrere und da die in dem Rohr entstehende kleine Induktion Läuferstäbe umfassen, und hierdurch würde sich die keinen bedeutenden Erregerstrom erfordert, wird Magnetisierungsweglänge erheblich vergrößern. Es der Primärstrom, also der Läuferstrom, mit dem durch folgt hieraus, daß zu derselben Induktion ein be- 40 das Rohr fließenden Strom nahezu gleich sein, dieser deutend größerer Erregerstrom nötig wäre. Durch wird daher einen fast ohmschen Charakter haben, den hohen Anlaßläuferstrom würde in den Rohr- Somit üben die Rohrwandungen beim Anlauf des wandungen eine hohe Induktion entstehen, welche Motors eine solche Wirkung aus, als ob diese unden Leistungsfaktor bedeutend herabsetzen würde. mittelbar in den Läuferstromkreis geschaltet wären, Dieser Nachteil wird der Erfindung gemäß so be- 45 d. h., der Läuferwiderstand wird beim Anlauf im hoben, daß zur Erreichung der Eisenerwärmung das Maße ihrer Widerstände vergrößert. Dies bedeutet Prinzip eines solchen Stromwandlers benützt wird, einen weiteren Vorteil, da die Rohre, in welchen bei dem der Sekundärkreis geschlossen ist und in beim Anlauf Wärme frei wird, außerhalb des diesem im Verhältnis zum Primärstrom ein nahezu Ständers und des Läufers angeordnet sein können, gleicher, aber entgegengesetzt gerichteter Strom 50 so daß ihre Wärme leicht abgeleitet werden kann, fließt, der Sekundärstrom also den Eisenkern ohne daß dieselbe die Ständer- und Läuferwicklung entmagnetisiert und bloß eine ganz kleine In- erheblich belasten würde.

duktion zur Aufrechterhaltung des Sekundärstromes Bei der Beschleunigung des Läufers, also während

nötig ist. des Anwachsens der Umdrehungszahl, sinkt die

Die auf die Läuferstäbe aufgezogenen Rohre 55 Frequenz des Läuferstromes, und bei der Erreichung bilden in vereinfachter Form ein solches Strom- der Vollastdrehzahl, d. h. bei einer der kleinen wandlersystem (Fig. 4). In diesem Fall wird statt Schlüpfung entsprechenden kleinen Frequenz, hört des aus Blechen bestehenden Stromwandlerkernes ein die transformatorische Wirkung, da die Rohre kurzungeteiltes Eisenrohr und nicht das angedeutete, aus geschlossen sind, fast vollständig auf, und es ist nur dünnen Eisenscheiben bestehende Rohr verwendet. 60 der ursprüngliche Läuferwiderstand wirksam. Daher Außerdem wird in das Innere des Rohres, also des erhöht sich die Schlüpfung unter normalen Betriebs-Eisenkernes, neben dem die Primärwicklung dar- Verhältnissen nur unbedeutend,
stellenden Läuferstab kein besonderer sekundärer Bei nicht kurzgeschlossenen Röhren ist eine InLeiter verwendet, wie das in F i g. 4 mit 5 bezeichnet duktion in den Eisenröhren meßbar, daher entsteht ist, da im vorliegenden Fall dasselbe Ergebnis auf 65 im Läuferkreis auch ein Magnetisierungsstrom, und viel einfachere Weise mit dem ungeteilten Eisenrohr folglich wird die Schlüpfung erheblich vergrößert, erreicht wird, an dessen Enden dieselbe Sekundär- wie sich das bei allen bisher bekannten, Eisen verspannung entsteht wie im Leiter 5 der F i g. 4. In wendenden, drehmomenterhöhenden Lösungen auch

tatsächlich nachteilig zeigt. Mit der vorliegenden Erfindung wird dieser Nachteil beseitigt.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung mit Röhren kann durch geeignete Wahl der Rohrwandstärke und Länge auch ein Anlauf mit vollem ursprünglichem Kippmoment erreicht werden, und;zwar infolge des guten Anlaufleistungsfaktors hei .einem kaum größeren Anlaufstrom, als er bei Schleifringankermotoren allgemein üblich ist.

Auch die Schlüpfung kann beim erfmdungsgemäßen Motor mit Röhren gleich der der Schleifringankermotoren sein, somit kann der Schleifringankermotor an den meisten Stellen durch den neuen Motor mit Röhren ersetzt werden. Der erfindungsgemäße 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 Röhren auch durch Aufschlitzen nach einer Spirale erhöht werden. Hierdurch wird ein räum- ao liches 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 aneinander sind, um auf jeden der Läuferstäbe ein besonderes Rohr aufziehen zu können, ermöglicht eine andere Ausführungsart die erfindungsgemäßen Vorteile mit gutem Wirkungsgrad. Bei dieser haben die Läuferstäbe 1 eine Verlängerung 6 (F i g. 5 und 6), und diese werden durch den Kurzschlußleiter oder Ring 3 zusammengefaßt, ein Teil der auf den Verlängerungen befindlichen Röhren wird untereinander angeordnet und durch die an den Enden der Rohre befindlichen Scheiben 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 Röhren können auch innerhalb des Läuferkernes zwischen dem Läufereisenkern und der Welle untergebracht werden, vorausgesetzt, daß dort genug Platz zur Verfügung steht.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Induktionsmotor mit Kurzschlußläufer, bei dem beide Enden der Stäbe des Läuferkäfigs mit einem elektrisch gut leitenden Material in Form von Kreisringen kurzgeschlossen sind und bei dem auf allen den Läufereisenkern überragenden Stäben des Läuferkäfigs einander nicht berührende, ringförmig geschlossene Rohre aus ferromagnetischem Material (Eisenrohre) aufgezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden dieser auf die Läuferstäbe aufgezogenen Rohre unabhängig von den Stäben des Läuferkäfigs durch Scheiben oder Kurzschlußringe kurzgeschlossen sind.

2. Induktionsmotor mit Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Läuferstäbe aufgezogenen Rohre aus auf die Läuferstäbe aufgewickelten Eisenbändern oder aus ineinandergesteckten dünnwandigen, auf die Läuferstäbe aufgezogenen Rohren gebildet sind.

3. Induktionsmotor mit Kurzschlußläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Länge und Wandstärke der auf die Läuferstäbe aufgezogenen Rohre, durcrA. die Abmessungen der Kurzschlußringe oder Scheiben und durch die Wahl der magnetischen Eigenschaften der Rohre das Anlaufdrehmoment, der Läuferstrom sowie die Werte der Schlüpfung — den jeweiligen Forderungen entsprechend — voneinander auch unabhängig einstellbar sind, und zwar innerhalb solcher Grenzen, daß die Größe des Anlaufmomentes den Wert des Kippmomentes und die Schlüpfung im Betrieb auch den Schlupfwert eines vergleichbaren Doppelkäfigläufermotors erreichen kann.

4. Induktionsmotor mit Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die stromführenden Läuferstäbe aufgezogenen Rohre untereinander angeordnet sind bzw. im Inneren des Läufers auf den Läuferstäben angebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen