DE2365453A1 - Induction machine laminated rotor - has squirrel-cage bars separated by refractory insulating plates in rotor slots - Google Patents
Induction machine laminated rotor - has squirrel-cage bars separated by refractory insulating plates in rotor slotsInfo
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Abstract
Description
vom 3o. Oktober 1974from 3o. October 1974
Todor Sabev, 8399 Neuburg/InnTodor Sabev, 8399 Neuburg / Inn
Geblechter Läufer für Induktionsmaschinen mit isoliertem BlechpaketLaminated rotor for induction machines with an insulated laminated core
Ausscheidung aus P 23 o5 585.8-32Elimination from P 23 o5 585.8-32
Die Erfindung bezieht sich auf einen geblechten Läufer für Induktxonsmaschxnen mit gespritzter oder geschweißter Käfigwicklung und geschlossenen oder am Läuferumfang ausmündenden Einschnitten, worin -gemäß der noch näher zu erläuternden Erfindung- Stäbe aus wärmebeständigem Isolationswerkfatoff angebracht sind. Käfigläufermaschinen mit engem Kontakt zwischen unisolierten Stäben und Blechpaket weisen, 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 auf. Diese Nachteile sind hauptsächlich durch die zwischen benachbarten Stäben fließenden Querströme, die im Blechpaket fließenden Axialströme und dieThe invention relates to a laminated rotor for Induktxonsmaschxnen with sprayed or welded cage winding and closed incisions or incisions opening out on the circumference of the runner, in which -according to the to be explained in more detail Invention rods made of heat-resistant Isolationswerkfatoff are attached. Squirrel cage machines with close contact between uninsulated bars and laminated core, compared with machines that have insulated cage bars, significantly increased additional losses, poorer efficiency, higher heating in stationary operation and lower as well Extended saddles in the torque characteristic curve over a larger speed range. These disadvantages are major by the cross currents flowing between adjacent rods, the axial currents flowing in the laminated core and the
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in der dünnen Oberflächenschicht des Läufers fließenden Oberwellenströme bedingt.due to harmonic currents flowing in the thin surface layer of the rotor.
Bei Spritzgußläufermaschinen mit erhöhtem Schlupf ist der Kontaktwiderstand zwischen Käfigstab und Läuferblech bei ^.rwendung von Aluminiumlegierungen mit höherem spezifischen 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, urn weiche Momentenkennlinien zu erreichen, die z.B. für Aufzugmaschinen, manche Zentrifugenmaschinen und Maschinen mit großer Schalthäufigkeit erwünscht sind.In injection molding machines with increased slip, the contact resistance between the cage bar and the rotor plate is at ^. Use of aluminum alloys with higher specific Resistance better than when using pure aluminum. The influence of the conductivity in Transverse direction on the rotor resistance, if the ring resistance must be kept high in order to achieve soft torque characteristics, e.g. for elevator machines, some centrifuge machines and machines with high switching frequency are desired.
Durch die kleinen Übergangswiderstände können sich größere Querströme ausbilden, die unerwünschte Verluste und Momente hervorrufen.Due to the small contact resistances, larger cross currents can develop, which lead to undesirable losses and Evoke moments.
Außerdem können infolge einer mangelnden Isolierung der Läuferbleche untereinander Ströme im Läufereisen in axialer Richtung fließen. Da das Blechpaket in diesem Fall keine Sehrägungsstreuung sowie keine doppelt verkettete Streuung aufweist, können zusätzliche Verluste und Momente infolge Oberwellen entstehen, die die Eigenschaften der Maschine verschlechtern.In addition, due to a lack of insulation between the rotor laminations, currents in the rotor iron can occur in an axial direction Flow direction. Since in this case the laminated core has no sawing scatter and no double-chained If there is scatter, additional losses and torques may arise as a result of harmonics that affect the properties of the Machine deteriorate.
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 MomenteFinally, as a result of contamination of the rotor surface with light metal, currents can occur in the thin surface layer flow of the runner. The surface layer also has no skewing as well as none doubly chained scatter on. It can be viewed like a can. For the fundamental wave is the influence of the surface layer insignificant. The harmonic currents, on the other hand, cause unwanted losses and moments
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in der Oberflächenschicht hervor, die nicht zu übersehen sind.in the surface layer that cannot be overlooked are.
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".If no measures are taken to prevent undesired current formation, then after a few Time changes in the contact resistance, for example between the cage bars and the laminated core, due to vibrations and thermal expansion and as a result there are significant changes in the machine properties. the Machines "age".
Es ist versucht worden, die unerwünschten Ströme bei gespritzten Käfigläufern durch Isolierung gegen das Blechpaket zu unterdrücken, indem die Bleche nach dem Stanzen oxydiert oder phosphatiert wurden 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.Attempts have been made to reduce the undesired currents in sprayed squirrel cage rotors by isolating them from the laminated core to suppress, in that the sheets were oxidized or phosphated after punching and / or the surface of the finished rotor was burned or treated with diluted lye. However, these elaborate measures are was not used for series production for economic and technological reasons.
Die Nutisolation bei Spritzgußläufern soll kurzzeitig etwa 75o C und dauernd über 25o C 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 1oo %ige Isolation zur Verfügung zu stellen, die die oben erwähnten Bedingungen für geschichtete Dynamobleche erfüllen kann.The slot insulation in injection molded rotors should be briefly around 75o C and continuously over 25o C without damage can endure. The insulation layer should be small with regard to good utilization and heat dissipation Possess strength. It appeared that layers of oxide, phosphate or silicate met these requirements could. Thorough and extensive investigations have shown, however, that the modern insulation technology still is not able to provide 100% insulation that meets the above conditions for layered dynamo sheets can meet.
Aus diesen Gründen ist es bisher nicht möglich gewesen, den billigen, einfachen Spritzgußläufer für manche An-For these reasons it has so far not been possible the cheap, simple injection-molded runner for some
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triebe, beispielsweise für Aufzugmaschinen, serienmäßig zu verwenden.drives, for example for elevator machines, as standard to use.
Die Läufer für manche Zentrifugen- und andere Maschinen haben kupferne Stäbe mit einem großen Querschnitt und teuere, starke, wärmebeständige Stabisolation, die die Ausnutzung der Maschinen und die Wärmeabgabe verschlechtert. Die Ringe sind aus Widerstandsmaterial mit einer großen Kühlüngsoberflache.The runners for some centrifuge and other machines have copper rods with a large cross-section and expensive, strong, heat-resistant rod insulation, the the utilization of the machines and the heat dissipation deteriorate. The rings are made of resistance material with a large cooling surface.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gespritzten und geschweißten Käfigläufern für Induktionsmaschinen die Bildung von unerwünschten Strömen auf einfache und wirtschaftliche Weise stark herabzusetzen und infolgedessen die Maschineneigenschaften derart zu verbessern, daß sie sich auch nicht im Laufe der Zeit ändern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die teuere und starke, wärmebeständige Stabisolation bei manchen geschweißten Käfigläufern, z.B. Zuckerzentrifugenmaschinen? überflüssig zu machen und dadurch die Ausnutzung der Maschinen und der Wärmeabgabe bei gleichzeitiger erheblicher Verbilligung zu verbessern.The invention is based on the object of injection-molded and welded squirrel cage rotors for induction machines greatly reduce the formation of undesirable streams in a simple and economical manner, and consequently to improve the machine properties in such a way that they do not change over time. Another object of the invention is to provide the expensive and strong heat resistant rod insulation some welded squirrel cage, e.g. sugar centrifuge machines? to make superfluous and thereby the utilization of the machines and the heat dissipation at the same time significant cheaper to improve.
Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem geblechten Läufer der eingangs geschilderten Art darin, daß er erfindungsgemäß -bei gespritzter Käfigwicklung die Stirnseitenendbleche bzw.andere in der Endzone des Läufers liegende Bleche ausgenommen- zwischen den Käfignuten liegende, sich über die Länge des LäufersThe invention provides the solution to the problem posed in the case of a laminated runner of the type described at the outset in that it, according to the invention, is injection-molded Cage winding the face end plates or others in the Sheet metal lying between the cage grooves except for the end zone of the runner, extending over the length of the runner
,e η, e η
erstreckende, im wesentlich/radial gerichtete, geschlossene oder am Läuferumfang ausmündende Einschnitte aufweist, die vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen, und daß zumindestextending, substantially / radially directed, closed or has incisions opening out on the circumference of the runner which, counted from the circumference of the runner, at least up to in half the height of the cage grooves are enough, and at least that
_ K mm. _ K mm.
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je ein Stab aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff entweder in dem Einschnitt oder in der Käfignut angeordnet ist. Bei Läufern mit geschweißten Käfigwicklungen können alle Bleche des Blechpaketes die erfindungsgemäßen Einschnitte aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Läufers 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 guter Wirkungsgrad bei niedriger Motoreqwärmung im Stationärbetrieb, erreicht, ohne daß im Ständer höhere Anlaufströme auftreten; der Magnetisierungsstrom wird kaum geändert, was eine Voraussetzung für einen guten Leistungsfaktor ist.a rod made of heat-resistant insulation material either in the incision or in the cage groove is. In the case of rotors with welded cage windings, all of the sheets of the laminated core can have the incisions according to the invention exhibit. Due to the design according to the invention of the rotor, the electrical resistance is increased in the circumferential direction in the rotor so much that the same Effect like a cage winding isolated from the laminated core results. The disturbing influence of the cross currents is greatly reduced. The laminated rotor core now has both a skew scatter and a doubly linked scattering and consequently the influence of the axially extending harmonic currents in the laminated core also very strongly suppressed. This results in a good torque curve and a good efficiency low engine warming in stationary operation, achieved, without higher starting currents occurring in the stator; the The magnetizing current is hardly changed, which is a prerequisite for a good power factor.
Durch Ausbilden der Endplatten des Läufers mit gespritzter Käfigwicklung aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff, z.B. keramischem Werkstoff, oder isoliertem Blech, kann eine Vergrößerung des Ubergangswiderstandes zwischen den stirnseitigen Ringen der Käfigwicklung und dem Läuferblech erreicht werden, so daß die Oberwellenverluste weiter herabgesetzt werden.By forming the end plates of the runner with injection-molded Cage winding made of heat-resistant insulation material, e.g. ceramic material, or insulated sheet metal an increase in the transition resistance between the end-face rings of the cage winding and the rotor plate can be achieved, so that the harmonic losses are further reduced.
Eine weitere Verbesserung der Maschineneigenschaften läßt sich erreichen, wenn die Oberflächenverluste durch Oberwellenströme unterdrückt werden. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, daß zwischen den Läuferblechen, vorzugsweise in bestimmten Abständen voneinander, IsolierflächenA further improvement in the machine properties allows reach each other when the surface losses are suppressed by harmonic currents. To this end, suggests the invention provides that between the rotor laminations, preferably at certain distances from one another, insulating surfaces
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eingebaut werden. Diese Isolierflächen können z.B. aus dünnflächigen Isolierkörpern oder aus phosphatierten oder oxydierten Dynamoblechen bestehen.to be built in. These insulating surfaces can consist, for example, of thin insulating bodies or of phosphated or oxidized dynamo sheets.
Bei geschlossenen Nuten mit verhältnismäßig breiten Stegen zur Läuferoberfläche hin und gespritzter Käfigwicklung sowie bei geschweißter Käfigwicklung auch mit:h"albgeschlossenen oder offenen Nuten können in Abständen voneinander angeordnet einige Bleche mit einem kleineren Außendurchmesser ausgebildet sein. Auf diese Weise werden Querrillen gebildet, die den elektrischen Widerstand in axialer Richtung erhöhen und somit die axialen Oberwellenströme hauptsächlich in der Oberflächenschicht des Läufer, unterdrükken. In the case of closed grooves with relatively wide webs towards the rotor surface and sprayed cage winding, as well as with welded cage winding with: half-closed or open grooves, some metal sheets with a smaller outer diameter can be arranged at a distance from one another increase resistance in the axial direction, and thus the axial harmonic currents mainly in the surface layer of the rotor, suppress.
Durch eine geeignete Auswahl der Läufernutform sowie der Form der Einschnitte kann die Läuferstreuung in bestimmten Grenzen beeinflußt werden und als Folge dessen der Verlauf und die Größe des Stromes und des Momentes.Through a suitable selection of the form of the runner groove and the shape of the incisions, the runner dispersion can be determined in certain Limits are influenced and as a result the course and the size of the current and the moment.
Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch:The invention is in the following description with reference to the drawing in various embodiments explained by way of example. They show schematically:
Fig. 1 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit halbgeschlossenen Käfignuten nach der Erfindung;1 shows a sheet metal segment of a sprayed squirrel cage with semi-closed Cage grooves according to the invention;
Fig. 2 ein Segment eines Endbleches oder eines sich in der Endzone des Läufers nach Fig. 1 befindenden Bleches;2 shows a segment of an end plate or one in the end zone of the rotor Fig. 1 located sheet;
Fig. 3 ein Blechsegment eines gespritzten Ka-figläufers mit geschlossenen Käfignuten3 shows a sheet metal segment of a sprayed cage runner with closed cage grooves
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und an den Käfignuten anliegenden Einschnitten; and cuts adjacent to the cage grooves;
Fig. 4 ein Läuferblechpaket nach der Erfindung mit Querrillen und Isolationsschichten.4 shows a laminated rotor core according to the invention with transverse grooves and insulation layers.
In den Fig. 1 bis 4 sind die Käfignuten mit 1, die Läuferbleche mit 2, die Einschnitte mit 3, die Stäbe aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff mit 4, die Endbleche mit 5, die Querrillen, die durch die Bleche mit kleinerem Außen-' durchmesser gebildet sind, mit 6 und die in axialer Richtung mit Abstand voneinander eingebauten Isolierflächen mit 7 bezeichnet.In Figs. 1 to 4, the cage grooves with 1, the rotor plates with 2, the incisions with 3, the rods made of heat-resistant insulation material with 4, the end plates with 5, the transverse grooves, which are formed by the sheets with a smaller outer diameter, with 6 and those in the axial direction Insulating surfaces installed at a distance from one another are denoted by 7.
Induktionsmaschinen, die mit den erfindungsgemäßen Läufern ausgerüstet sind, haben infolge der verringerten Zusatzverluste niedrigere Erwähnung und höhere Wirkungsgrade im Stationärbetrieb, so daß eine größere spezifische Leistung erreichbar ist. Die Maschinen weisen infolge der unterdrückten Zusatzmomente eine bessere Momentenkennlinie auf, die sich mit der Zeit nicht ändern kann: die Eigenschaften der · Maschinen können also nicht durch Alterungserscheinungen beeinflußt werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Läufers erlaubt auch den Bau von Maschinen mit Leichtmetallspritzgußkäfigwicklungen für größere Leistungen, wie sie bisher nur bei Asynchronmaschinen mit geschweißten Käfigen möglich waren. Schließlich wird durch den erfindungsgemäßen Läufer die teuere wärmebeständige Stabisolation bei manchen geschweißten Käfigläufern überflüssig sowie die Ausnutzung der Maschinen und deren Wärmeabgabe verbessert, wobei gleichzeitig eine erhebliche Verbilligung erzielt werden kann.Induction machines that are equipped with the rotors according to the invention have, as a result of the reduced additional losses lower mention and higher efficiency in stationary operation, so that a greater specific power is attainable. As a result of the suppressed additional torques, the machines have a better torque characteristic cannot change over time: the properties of the · machines cannot therefore be influenced by signs of aging will. The design of the rotor according to the invention also allows the construction of machines with light metal injection-molded cage windings for higher performance, as was previously only possible with asynchronous machines with welded cages were possible. Finally, the expensive heat-resistant rod insulation is used by the runner according to the invention some welded squirrel cage rotors are superfluous and the utilization of the machines and their heat dissipation are improved, at the same time a considerable reduction in the price can be achieved.
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