DE2305585B2 - Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen - Google Patents
Geblechter Käfigläufer für AsynchronmaschinenInfo
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Description
35
Die Erfindung bezieht sich auf ehien geblechten Käfigläufer
für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwicklung im Läuferblech Einschnitte
angeordnet sind, die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet
sind und vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen. Ein solcher
Läufer ist in der DT- PS 563 703 beschrieben.
Bei diesem bekannten Läufer werden die Einschnitte zwischen den eigentlichen Läufernuten durch eine
Dämpferwicklung ausgefüllt. Dabei besteht die Dämpferwicklung aus in sich geschlossenen 8förmigen Windungen,
deren äußere Spulenseiten in zwei benachbarten Nuten liegen und deren mittlere Spulenseiten etwa
durch die Mitte des zwischen diesen Nuicn liegenden Zahns verlaufen oder durch etwa in der Mitte der Zähne
verlaufende Schlitze geführt sind. Die äußeren Spulenseiten können innerhalb der Nuten zwischen Nutenwand
und Wicklung angeordnet sein. Auch kann die Dämpferwicklung aus mehreren gegeneinander isolierten
Lagen von Draht bestehen. Bezweckt ist hiermit die Herabsetzung der Reaktanz der Dämpferwicklung, so
daß große Anlaufströme und damit große Anlaufmomente erzielt werden.
Ein anderes Problem bei Käfigläufermaschinen mit engem Kontakt zwischen unisolierten Stäben und
Blechpaket besteht darin, daß sie, verglichen mit Maschinen, die isolierte Käligstäbe besitzen, wesentlich erhöhte
Zusatzverluste, schlechteren Wirkungsgrad, höhere Erwärmung im Stationärbetrieb und tiefere sowie
über einen größeren Drehzahlbereich ausgedehnte Sättel in der Momentenkennlinie aufweisen. Diese Nachteile
sind hauptsächlich durch die zwischen benachbarten Stäben fließenden Querströme, die im Blechpaket
fließenden Axialströme und die in der dünnen Oberflächenschicht des Läufers fließenden Oberwellenströme
Bei Spritzgiißläufermaschinen mit erhöhtem Schlupf
ist der Kontaktwiderstand zwischen Käfigstab und Läuferblech bei Verwendung von Aluminiumlegierungen
mit höherem spezifischem Widerstand besser als bei Verwendung reinen Aluminiums. Noch größer wird
der Einfluß der Leitfähigkeit in Querrichtung auf den Läuferwiderstand, wenn der Ringwiderstand groß gehalten
werden muß, um weiche Momentenkennlinien zu erreichen, die z. B. für Aufzugmaschinen, manche
Zentrifugenmaschinen und Maschinen mit großer Schalthäufigkeit erwünscht sind.
Durch die kleinen Übergangswiderstände können sich noch größere Querströme zwischen benachbarten
Stäben ausbilden, die unerwünschte Verluste und Momente hervorrufen.
Außerdem können infolge einer mangelnden Isolierung der Läuferbleche untereinander Ströme im Läufereisen
in axialer Richtung fließen. Da das Blechpaket in diesem Fall keine Schrägungsstreuung sowie keine
doppelt verkettete Streuung aufweist können zusätzliche Verluste und Momente infolge Oberwellen entstehen,
die die Eigenschaften der Maschine verschlechtern.
Schließlich können infolge Verunreinigungen der Läuferoberfläche mit Leichtmetall Ströme in der dünnen
Oberflächenschicht des Läufers fließen. Die Oberflächenschicht weist ebenfalls keine Schrägungsstreuung
sowie keine doppelt verkettete Streuung auf. Sie kann wie ein Spaltrohr betrachtet werden. Für die
Grundwelle ist der Einfluß der Oberflächenschicht unbedeutend. Die Oberwellenströme dagegen rufen unerwünschte
Verluste und Momente in der Oberflächenschicht hervor, die nicht zu übersehen sind.
Werden keine Maßnahmen zur Verhinderung der unerwünschten Strombildung getroffen, dann treten
nach einiger Zeit Änderungen der Kontaktwiderslände, beispielsweise zwischen Käfigstäben und Blechpaket,
wegen Erschütterungen und Wärmeausdehnungen auf und infolgedessen entstehen wesentliche Änderungen
der Maschineneigenschaften. Die Maschinen »altern«.
Es ist versucht worden, die unerwünschten Ströme bei gespritzten Käfigläufern durch Isolierung gegen das
Blechpaket zu unterdrücken, indem die Bleche nach dem Stanzen oxidiert oder phosphatiert werden
und/oder die Oberfläche des fertigen Läufers angebrannt bzw. mit verdünnter Lauge behandelt wurde.
Diese aufwendigen Maßnahmen sind jedoch aus wirtschaftlichen und technologischen Gründen für eine Serienfertigung
nicht zur Anwendung gelangt.
Die Nutisolation bei Spritzgußläufern soll kurzzeitig etwa 7500C und dauernd über 2500C ohne Beschädigung
aushalten können. Dabei soll die Isolationsschicht mit Rücksicht auf eine gute Ausnutzung und Wärmeabgabe
kleine Stärke besitzen. Es hatte den Anschein, daß Schichten aus Oxyd, Phosphat oder Silikat diesen Anforderungen
genügen könnten. Gründliche und aufwendige Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß die
moderne Isolationstechnik noch nicht in der Lage ist, eine 100%ige Isolation zur Verfügung zu stellen, die die
obenerwähnten Bedingungen für geschichtete Dynamobleche erfüllen kann.
Aus diesen Gründen ist es bisher nicht möglich gewesen, den billigen, einfachen Spritzgußläufer für man-
ehe Antriebe, beispielsweise für Aufzugmaschinen, serienmäßig
zu verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten Art unerwünschte
Ströme auf einfache und wirtschaftliche Weise herabzusetzen und infolgedessen die Maschineneigenschaften
derart zu verbessern, daß sie sich auch nicht im Laufe der Zeit ändern, ohne dazu eine teure
und starke, wärmebeständige Stabisolation zu brauchen, wie sie bei manchen geschweißten Käfigläufern,
z. B. von Zuckerzentrifugenmaschinen, verwendet wird und dadurch die Ausnutzung der Maschinen und der
Wärmeabgabe bei gleichzeitiger erheblicher Verbilligung zu verbessern.
Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten
Art darin, daß erfindungsgemäß in den Einschnitten mindestens ein elektrisch leitender, von der
Käfigwicklung unabhängiger Stab angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Laufers
wird der elektrische Widerstand in Umfangsrichtung im Läufer so weit erhöht, daß sich derselbe Effekt
wie bei einer gegen das Blechpaket isolierten Käfigwicklung ergibt. Der störende Einfluß der Querströme
ist sehr stark herabgesetzt. Das Läuferblechpaket weist nun sowohl eine Schrägungsstreuung als auch eine doppelt
verkettete Streuung auf, und infolgedessen ist der Einfluß der axial verlaufenden Oberwellenströme im
Blechpaket gleichfalls sehr stark unterdrückt Dadurch wird eine gute Momentenkennlinie, ein gutei Wirkungsgrad
bei niedriger Motorerwärmung im Stationärbetrieb erreicht, ohne daß im Ständer höhers Anlaufströme
auftreten; der Magnetisierungsstrom wird kaum geändert Die Dämpferwicklung der eingangs genannten
Maschine kann nicht wie hier aus ferromagnetischem Werkstoff sein, weil dann der mit dem bekannten
Läufer angestrebte Zweck nicht erreicht würde.
Der Stab kann aus ferromagnetischem Werkstoff oder aus unmagnetischem Werkstoff bestehen. Durch
eine geeignete Auswahl des Werkstoffs und der Stärke der in den Einschnitten anzuordnenden elektrisch leitenden
Stäbe sowie durch die Form der Einschnitte können die Momentenkennlinien, der Leistungsfaktor,
der Wirkungsgrad und die Erwärmung der Maschine in bestimmten Grenzen nach Wunsch beeinflußt werden.
Bei Verwendung von Stäben aus unmagnetischem Werkstoff mit einer großen Leitfähigkeit, z. B. Kupfer,
werden manche Teile der Momentenkennlinie angehoben: bei höheren Frequenzen im Läufer erzeugen die
Wirbelströme in den Stäben zusätzliche Nutzmomente, so daß die resultierende Momentenkennlinie einen besseren
Verlauf aufweist. Im Stationärbetrieb bei niedriger Läuferfrequenz (kleinem Schlupf) fließen in den erwähnten
Stäben fast keine Ströme, die Verluste verursachen können. Bei Verwendung von Stäben aus unmagnetischem
Werkstoff kann gegebenenfalls auch die Läuferstreuung herabgesetzt werden, so daß der Anlaufstrom,
das Anzugsmoment sowie das Kippmoment ansteigen, jedoch muß hier der Einfluß der Einschnitte
in geräuschlicher Hinsicht berücksichtigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Einschnitte die Käfignuten seitlich begrenzen, falls beispielsweise
die Wärmekapazität der Käfigstäbe erhöht werden solL Das ist z. B. bei Maschinen für Schwungmassenantrieb
vorteilhaft
Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert Es zeigt schematisch
F i g. 1 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit halbgeschlossenen Käfignuten nach der Erfindung,
F i g. 2 ein Segment eines Endbleches oder eines sich
in der Endzone des Läufers nach F i g. I befindenden Bleches,
F i g. 3 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit geschlossenen Käfignuten und an den Käfignuten
anliegenden Einschnitten,
Fig.4 die 16polige Momentenkennlinie im Motor-
und Generatorbereich einer 4/16poligen Aufzugmaschine
nach dem »Altern«.
In den F i g. 1 bis 3 sind die Käfignuten mit 1, die
Läuferbleche mit 2, die Einschnitte mit 3, die elektrisch leitenden, von der Käfigwicklung unabhängigen Stäbe
mit 4 und die Endbleche mit 5 bezeichnet Die elektrisch leitenden Stäbe können aus ferromagnetischem
Werkstoff oder aus unmagnetischem Werkstoff bestehen.
In F i g. 4 bedeuten: a die Momentenkennlinie einer Maschine mit Al-Spritzgußläufer und leeren Einschnitten
3; b die Momentenkennlinie der Maschine mit Al-Spritzgußläufer mit gleichen Einschnitten 3 und darin
angeordneten elektrisch leitenden Stäben 4; c die Momentenkennlinie der Maschine mit Al-Spritzgußläufer
ohne zusätzliche Einschnitte 3~ Die Al-Käfige, deren
Momentenkennlinien mit a, b und c bezeichnet werden, weisen im übrigen gleiche Ausbildung auf. Die Momentenkennlinien
wurden nach Altern 45 000 c/h aufgenommen.
Asynchronmaschinen nach der Erfindung haben infolge der verringerten Zusatzverluste niedrigere Erwärmung
und höhere Wirkungsgrade im Stationärbetrieb, so daß eine größere spezifische Leistung erreichbar
ist. Die Maschine weist infolge der unterdrückten Zusatzmomente eine bessere Momentenkennlinie auf,
die sich mit der Zeit nicht ändern kann: die Eigenschaften der Maschine können also nicht durch Alterungserscheinungen
beeinflußt werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Läufers erlaubt auch den Bau von
Maschinen mit Leichtmetall-Spritzgußkäfigwicklungen für größere Leistungen, wie sie bisher nur bei Asynchronmaschinen
mit geschweißten Käfigen möglich waren. Schließlich wird durch die erfindungsgemäße
Konstruktion die teure wärmebeständige Stabisolation bei manchen geschweißten Käfigläufern überflüssig sowie
die Ausnutzung der Maschine und deren Wärmeabgabe verbessert, wobei gleichzeitig eine erhebliche
Verbilligung erzielt werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwicklung
im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind, die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im
wesentlichen radial gerichtet sind und vom Läuferumfcng
gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Einschnitten (3) mindestens ein elektrisch leitender, von der Käfigwicklung unabhängiger
Stab (4) angeordnet ist.
2. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stab aus ferromagnetischem Werkstoff besteht
3. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stab aus unmagnetischem Werkstoff besteht
4. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem
elektrisch leitenden Stab (4) ein Stab aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff in den Einschnitten
angeordnet ist
5. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Einschnitte (3) die
Käfignuten (1) seitlich begrenzen.
6. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit gespritzter Käfigwicklung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseiten-Endbleche und/oder andere in der Endzone des Läufers liegende Bleche
einschnittslos ausgeführt sind.
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