DE2305585C3 - Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen 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 hrlbe 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 Nuten 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 Dämp V> μ icklung 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 Käfigstäbe 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 baöptsächlich durch die zwischen benachbarten Stäben fließenden Querströme, die im Blechpaket fließenden Axialströme und die in der dünnen Oberflächenschicht des Läufers fließenden Oberwellenströme bedkigt-

Bei Spritzgußläufennaschinen nut erhöhtem Schlupf ist der Kontaktwiderstand zwischen Käfigstab und Läuferblech bei Verwendung von Aluminiumlegierungeo mit höherem spezifischem Widerstand besser als bei Verweadung reinen Aluminiums. Noch größer wird der EmQuB 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 Obergangswiderstände können sich noch größere Querströme zwischen benachbarten Stäben ausbilden, die unerwünschte Verluste und Momente hervorrufen.

Außerdem können infolge einer mangelnden Isolierung der Lauferbleche untereinander Ströme im Läufereisen in axialer Richtung fließen. Da das Blechpaket in diesem Fall keine Schrägungsstreuung sowie keine doppelt verkettete Streuung aufweist können zusätzliche Verlus:e 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 Kontaktwiderstände, 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 Bjeche 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 750° C 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 Lö.-umg der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Käfigläufer der eingangs gsschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß in den Einschnitten mindestens ein elektrisch leitender, von der Käfigwicklung unabhängiger SMb 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, eir* guter Wirkungsgrad bei niedriger Motorerwärmung im Stationärbetrieb erreicht ohne daß im Ständer höhere An laufströme auftreten; der Magnetisierungsstrom wird kaum geändert Die Dämpferwicklung der eingangs ge nannten Maschine kann nicht wie hier aus ferromagne· tischem 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 unmagneiischem Werkstoff mit einer großen Leitfälligkeit, 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 Stationärbetneb bei niedriger Läuferfrequenz (kleinem Schlupf) fliegen 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. 1 befindenden Bleches,

F i g. 3 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit geschlossenen Käfignuten und an den Käfignuten anliegenden Einschnitten,

Fig.4 die löpolige Momentenkennlinie im Motor und Generatorbereich einer 4/I6poiigen 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 Fig.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, bund cbezeichnet werden, weisen im übrigen gleiche Ausbildung auf. Die Momentenkennlinien wurden nach Altern 45 000c/h aufgenommen.

Asynchronmaschinen nach der Erfindung haben infolge der verringerten Zusat/verluste 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 Platt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwick- S hing im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind, die sich Ober dje Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet sind und vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe 4er KäTignuten reichen, dadurch gekenn- ie zeichnet, 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.