DE2461851C2 - SHORT-CIRCUIT RUNNER FOR A CONTROLLED THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR - Google Patents
SHORT-CIRCUIT RUNNER FOR A CONTROLLED THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTORInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kurzschlußiäufer für einen regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor, mit einem Käfig od. dgl., zur Bildung von Läuferstromkreisen, mit einer auf dem Läufer sitzenden Hülse aus ferromagnetischem Material. Solche Läufer sind z.B. durch die CH-PS 101891 und FR-PS 12 47 199 bekannt. The invention relates to a squirrel-cage rotor for a controllable three-phase asynchronous motor, with a cage or the like, for the formation of rotor circuits, with a sleeve made of ferromagnetic material that sits on the runner. Such runners are e.g. known from CH-PS 101891 and FR-PS 12 47 199.
Während für Antriebe mit konstanter Drehzahl der Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer wegen seines einfachen und robusten Aufbaus weiteste Verbreitung gefunden hat, werden für Antriebe mit veränderlicher Drehzahl häufig Gleichstrommotoren und Drehstrom-Nebenschlulimotoren verwendet Diese Motorbauarten haben jedoch gegenüber dem Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer einen komplizierteren Aufbau des Läufers oder Rotors. Außerdem sind Kollektoren oder Bürsten erforderlich, die eine ständige Wartung erfordern. Insbesondere bei schwierigen Umgebungsverhältnissen, wie z. B. staubige und feuchte Atmosphäre, führen diese Bauteile häufig zu Störungen. Aus diesen Gründen wäre es vortelhaft, wenn ein Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer auch bei Antrieben mit veränderlicher Drehzahl eingesetzt werden könnte.While for drives with constant speed the three-phase asynchronous motor with squirrel cage due to its simple and robust construction has found widespread use for drives with Variable speed DC motors and three-phase shunt motors often used these However, motor types are more complicated than three-phase motors with squirrel cage rotors Structure of the rotor or rotor. In addition, collectors or brushes are required that have a permanent Require maintenance. Especially in difficult environmental conditions, such as. B. dusty and damp Atmosphere, these components often lead to malfunctions. For these reasons it would be advantageous if a Three-phase motors with squirrel cage can also be used for drives with variable speed could.
Es sind bereits Drehzahlsteuerungen für solche Motoren bekannt geworden, die durch Änderung der Frequenz der Versorgungsspannung oder durch eine sogenannte Schlupfregelung mittels Leistungsdosierung arbeiten. Die Frequenzänderung der Versorgungsspannung erfordert aber einen großen Aufwand an elektrischen und elektronischen Bauteilen. Außerdem hat der Mofor bei kleinen Frequenzen einen unruhigen, ungleichförmigen Lauf, so daß entsprechend hohe Frequenzen gewählt werden müssen, um einen großen Regelbereich zu erhalten.There are already speed controls for such motors are known that work by changing the frequency of the supply voltage or by a so-called slip control by means of power metering. The frequency change of the supply voltage, however, requires a great deal of electrical and electronic components. In addition, the Mo for has a restless, irregular run at low frequencies, so that correspondingly high frequencies have to be selected in order to obtain a large control range.
In Gegensatz zur Frequenzänderung läßt sich eine Schlupfregelung des Motors mittels Dosierung der zugeführten elektrischen Leistung erzielen. Diese Dosierung wird beispielsweise durch eine sogenannte Phasenanschnitt-Steuerung vorgenommen, was sich verhältnismäßig einfach durchführen läßt. Dabei wird über ein steuerbares elektrisches Ventil dem Motor ein seinem Leistungsbedarf entsprechender Anteil der positiven und negativen Halbwellen zugeführt.In contrast to the frequency change, a slip control of the motor can be done by metering the supplied achieve electrical performance. This metering is done, for example, by what is known as a phase control made, which can be carried out relatively easily. A controllable electrical valve gives the engine its own Power requirement corresponding proportion of the positive and negative half-waves supplied.
Bekanntlich weisen Drehstrommotoren ein Kippmoment auf, bei dessen Oberschreiten der Motor sich indifferent verhält, so daß eine zufriedenstellende Regelung nur dann erreicht wird, wenn das Lastmoment etwa quadratischen oder kubischen Charakter besitzt, wie vlks beispielsweise bei Rührwerken oder Ventilatoren der Fall ist Dieses Kippmoment tritt bei normalen Drehstrommotoren mit Kurzschlußläufern bereits bei geringen Schlupfdrehzahlen auf. Die dadurch bewirkte Einschränkung in der Anwendung kann aber dadurch aufgehoben werden, daß der Innenwiderstand des Läuferstromkreises erhöht wird. Durch diese Maßnahme kann das Kippmoment so weit verschoben werden, daß es erst bei Schlupf mit dem Wert 1, das heißt bei der Antriebsdrehzah! Null auftritt. Ein auf diese Weise veränderter Kurzschlußläufermotor hat jedoch noch den Nachteil, daß bei kleinen Drehzahlen ein unruhiger Lauf auftritt Dieser unruhige Lauf wird durch den sogenannten lückenden Spannungsverlauf beim Phasenanschnitt sowie durch die Rückwirkung des Läuferstromkreises auf die Statorwicklungen verursacht.As is well known, three-phase motors have a breakdown torque which, when exceeded, makes the motor indifferent behaves, so that a satisfactory control is only achieved when the load torque is roughly square or cubic in character, like vlks, for example, with agitators or fans This is the case. This breakdown torque already occurs in normal three-phase motors with squirrel cage rotors low slip speeds. The resulting restriction in use can, however, be the result be canceled that the internal resistance of the rotor circuit is increased. By this measure the overturning moment can be shifted so far that it only has a value of 1 when there is a slip, i.e. when the drive speed! Zero occurs. However, a squirrel cage motor modified in this way still has the disadvantage that at low speeds an uneven run occurs. This uneven run is caused by the so-called discontinuous voltage curve in the phase control as well as the reaction of the rotor circuit on the stator windings.
Es ist bekannt die Laufruhe bei kleinen Drehzahlen dadurch zu verbessern, daß der Läufer an seinem Außendurchmesser mit einer Hülle aus magnetisch gut leitendem Material überzogen wird (CH-PS 1 01 891). In dieser massiven Hülle treten jedoch durch Wirbelströme zusätzliche mit dem Schlupf anwachsende Wärmeverluste auf, die den Wirkungsgrad des Motors verschlechtern. Außerdem werden die Leiterstäbe des Läufers um den Betrag der Wandstärke der Hülse zum Innendurchmesser hin verschoben, wodurch sich ein flacher, ungünstiger Drehmomentverlauf ergibt Es ist auch bekannt geworden, bei einem Läufer, des-It is known to improve the smoothness of running at low speeds in that the runner at his Outside diameter is covered with a sleeve made of magnetically highly conductive material (CH-PS 1 01 891). In this massive shell, however, eddy currents cause additional heat losses that increase with the slip which degrade the efficiency of the engine. In addition, the ladder bars of the Runner shifted by the amount of the wall thickness of the sleeve towards the inner diameter, whereby a flat, unfavorable torque curve results It has also become known in a rotor, des-
sen Umfang mit einer Hülle aus Eisen überzogen ist. Längsnuten in der Hülle vorzusehen, um eine bessere ICoppiung der Wirbelströme mit der Primärwicklung zu erzwingen (DT-Gbm 16 83 697). Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Leiterstäbe des Läufers sich weiter s entfernt vom Stator befinden, so daß sich ein ungünstiger Kurvenverlauf des drehmoments über die Drehzahl ergibt Das Gleiche gilt auch für einen Motor, dessen Läufer eine schmale radiale Nut aufweist (FR-PS 12 47 199).sen circumference is covered with a sheath of iron. Provide longitudinal grooves in the sheath for better ICoupling of the eddy currents with the primary winding to force (DT-Gbm 16 83 697). However, this has the disadvantage that the conductor bars of the rotor are further s away from the stator, so that there is an unfavorable curve shape of the torque over the speed The same applies to a motor whose rotor has a narrow radial groove (FR-PS 12 47 199).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mit möglichst wenig Änderungen des normalen Kurzschlußläufers einen regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor zu schaffen, dessen Drehmoment über einen weiten Regelbereich möglichst konstant bleibt.The object of the present invention is therefore to change the normal with as few changes as possible Squirrel cage rotor to create a controllable three-phase asynchronous motor, its torque remains as constant as possible over a wide control range.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einem Kurzschlußläufer der eingangs erwähnten Art, die Hülse aus ferromagnetischem Material sich nur über ein Viertel bis drei Viertel seiner Länge erstreckt, und daß der Außendurchmesser der Hülse dem Außendurchmesser des Läufers im Bereich, der nicht von der Hülse überdeckt wird, entspricht.This is achieved according to the invention in that at a squirrel cage of the type mentioned, the sleeve made of ferromagnetic material only extends over a quarter to three quarters of its length, and that the outer diameter of the sleeve corresponds to the outer diameter of the runner in the area that is not covered by the sleeve.
Versuche haben gezeigt, daß die Laufruhe bei kleinen Drehzahlen gewährleistet ist, wenn die Hülse sich nur etwa über einen Viertel bis drei Viertel der Läuferlänge erstreckt Da der andere Teil des Läufers unverändert bleibt bleiben auch die Leiterstäbe des Läufers in diesem Bereich voll erhalten. Sie befinden sich also in nächster Nähe des Stators. Dadurch ergibt sich ein günstiger Kurvenverlauf des Drehmomentes über der Drehzahl. Bei gleich angenommenem Nenndrehmoment ist die Nenndrehzahl und damit der mögliche Regelbereich größer gegenüber einer Ausführung mit einer Hülse, die sich über die gesamte Länge des Laufers erstreckt Die zusätzlichen Verluste durch Wirbelströme in der Hülse sind entsprechend dem Anteil der Hülsenlänge an der Gesamtlänge des Läufers reduziert. Infolgedessen ist auch der Wirkungsgrad des Motors über den gesamten Regelbereich relativ günstig.Tests have shown that the smoothness is guaranteed at low speeds when the sleeve is only about a quarter to three quarters of the runner's length because the other part of the runner is unchanged the ladder bars of the runner remain fully intact in this area. So you are in close proximity to the stator. This results in a favorable curve shape of the torque over the Rotational speed. If the nominal torque is assumed to be the same, this is the nominal speed and thus the possible control range larger compared to a version with a sleeve that extends over the entire length of the barrel The additional losses due to eddy currents in the sleeve are corresponding to the proportion of the Sleeve length reduced on the total length of the runner. As a result, the efficiency of the engine is also increased Relatively cheap over the entire control range.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 einen Kurzschlußläufer im Schnitt,F i g. 1 a section of a squirrel cage,
F i g. 2 eine Kurvendarstellung, bei der das Drehmoment eins üblichen Drehstrommotors mit einer sich über die ganze Läuferlänge erstreckenden Hülse verglichen wird mit dem Drehmoment eines Drehstrommotors mit einem Läufer gemäß der Erfindung.F i g. 2 is a graph in which the torque a conventional three-phase motor compared with a sleeve extending over the entire length of the rotor is with the torque of a three-phase motor with a rotor according to the invention.
Wie F i g. 1 zeigt, besteht der Kurzschlußläufer ϊ aus einem koaxial zur Welle 3 angeordneten Käfig 5, der im wesentlichen aus einer Anzahl auf über den Umfang des Läufers 1 verteilten Leiterstäben 7 besteht, die auf beiden Seiten mit Kurzschlußringen 9 und 11 verbunden sind. Damit der Läuferstromkreis zur Unterdrükkung des Kippmomentes einen erhöhten Widerstand aufweist, bestehen die Leiterstäbe 7 und eventuell auch die Kurzschlußringe 9 und 11 vorteilhaft aus einer Aluminium-Siliziumlegierung und nicht wie sonst üblich aus besser leitendem Material, wie beispielsweise Rein-Aluminium oder Kupfer. Beim gezeigten Ausführur.gsbeispiel weist der Läufer 1 in üblicher Weise im Inneren des Käfigs 5 einen Kern Ϊ3 aus lamelliertem Eisenblech auf. Wesentlich ist nun, daß der Läufer außerdem eine Hülse 15 besitzt, die sich aber nur über einen Teil der Läuferlänge erstreckt Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Hülse 15 von einer Seite des Läufers her, bis etwa zur Hälfte der Läuferlänge. Dabei entspricht der Außendurchmesser der Hülse dem Außendurchmesser des Läufers im Bereich, der nicht von der Hülse überdeckt wird. Dadurch, daß dieser Bereich 14 nicht durch die Hülse überdeckt wird, bleiben die Leiterstäbe 7 in diesem Bereich voll erhalten, was für einen günstigen Kurvenverlauf des Drehmomentes über der Drehzahl von Bedeutung istLike F i g. 1 shows, the squirrel cage consists of ϊ a cage 5 which is arranged coaxially to the shaft 3 and essentially consists of a number on the circumference of the rotor 1 distributed conductor bars 7, which are connected to short-circuit rings 9 and 11 on both sides are. So that the rotor circuit to suppress the breakdown torque has an increased resistance comprises, the conductor bars 7 and possibly also the short-circuit rings 9 and 11 advantageously consist of an aluminum-silicon alloy and not, as is usually the case, made of better conductive material, such as pure aluminum or copper. In the embodiment shown, the rotor 1 has the inside in the usual manner of the cage 5 has a core Ϊ3 made of laminated iron sheet on. It is now essential that the runner also has a sleeve 15, but only part of it the length of the runner extends In the embodiment shown, the sleeve 15 extends from one side of the runner, up to about half the runner's length. The outer diameter corresponds to the sleeve the outside diameter of the rotor in the area that is not covered by the sleeve. Because this Area 14 is not covered by the sleeve, the conductor bars 7 are fully preserved in this area, what is important for a favorable curve shape of the torque over the speed
Statt einer einzigen Hülse 15 können auch mehrere Hülsen vorgesehen werden, wobei aber die Hülsen so dimensioniert sein soilten, daß sie den Käfig, beziehungsweise die Läuferlänge, nur etwa ein Viertel bis drei Viertel abdecken.Instead of a single sleeve 15, several sleeves can be provided, but the sleeves so should be dimensioned that they the cage, or the runner length, only about a quarter to cover three quarters.
Die Hülse IS besteht aus ferromagnetischem Material, vorteilhaft aus Eisen mit geringem Kohlenstoffgehalt, das auch elektrisch relativ gut leitend istThe IS sleeve is made of ferromagnetic material, advantageously made of iron with a low carbon content, which is also relatively good electrical conductor
Wie die Darstellung von F i g. 2 zeigt, lassen sich mit einem Motoi, der einen erfindungsgemäßen Kurzschlußläufer aufweist, ein günstigerer Kurvenverlauf des Drehmoments über die Drehzahl erzielen, als bei einem Motor, bei dem sich die Hülse des Läufers über die ganze Läuferlänge erstreckt. Wie die Kurve B zeigt ist bei gleich angenommenem Nenndrehmoment die Nenndrehzahl πνβ und damit der mögliche Regelbereich größer als bei einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik, bei dem sich die Hülse über die gesamte Länge des Läufers erstreckt (vgl. Kurve A und Nenndrehzahl πνα). Like the illustration of FIG. 2 shows, with a motor having a squirrel-cage rotor according to the invention, a more favorable curve shape of the torque over the speed can be achieved than with a motor in which the sleeve of the rotor extends over the entire length of the rotor. As curve B shows, if the nominal torque is assumed to be the same, the nominal speed πνβ and thus the possible control range is greater than in an embodiment according to the prior art, in which the sleeve extends over the entire length of the rotor (cf. curve A and nominal speed πνα) .
Wie bereits erwähnt, sind außer der gezeigten Ausführungsform noch verschiedene Abänderungen möglich. So kann die Hülse beispielsweise aus zwei oder mehr einzelnen Ringen bestehen, die über die Länge des Läufers verteilt sind.As already mentioned, in addition to the embodiment shown, various modifications are possible. For example, the sleeve can consist of two or more individual rings extending over the length of the runner are distributed.
Abschließend wird nochmals darauf hingewiesen, daß ein Kurzschlußläufer für einen mittels Leistungsdosierung regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor von besonderem Wert ist, wennFinally, it is again pointed out that a squirrel cage for one by means of power metering adjustable three-phase asynchronous motor is of particular value when
1. Der Kurzschlußläufer als sogenannter Widerstandsläufer ausgebildet ist, wobei der Käfig 5 mindestens teilweise aus einer Widerstandslegierung besteht oder durch andere Maßnahmen, beispielsweise durch Reduzierung der Leiterquerschnitte, Einsetzen von Widerstandsbrücken in die Leiterstäbe oder Kurzschlußringe, der Widerstand des Läuferstromkreises erhöht wird.1. The squirrel-cage rotor is designed as a so-called resistance rotor, the cage 5 at least partly consists of a resistance alloy or by other measures, for example by reducing the conductor cross-sections, inserting resistance bridges in the conductor bars or short-circuit rings, the resistance of the rotor circuit is increased.
2. Die Hülse 15 nur etwa ein Viertel bis drei Viertel des Läufers abdeckt.2. The sleeve 15 covers only about a quarter to three quarters of the runner.
3. Die Hülse 15 gut magnetisch leitend und auch gul elektrisch leitend ist.3. The sleeve 15 is magnetically conductive and also electrically conductive.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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