DE2635687B2 - Elektrische Maschine mit elektrischer Beheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Heizwicklung dient dazu, die Bildung von Kondensflüssigkeit im Maschineninneren zu verhindern, da Kondensflüssigkeit zum Verrosten von Maschinenteilen, wie Lager, Lagerschilder, Schrauben, Motoreisen und dergl., führt oder auch zu sonstigen Schaden Anlaß geben kann. Diese Gefahr ist besonders groß in tropischen Ländern mit hoher Luftfeuchtigkeit oder bei Anwendung der elektrischen Maschine in Räumen oder in Leitungen, in denen hohe Luft- oder sonstige Gasfeuchtigkeit herrscht, bspw. in Kühlanlagen, chemischen Fabriken und dergl.

Bei einer bekannten elektrischen Maschine der eingangs genannten Art (US-PS 26 47 215) wird die Heizwicklung nur während des Stillstandes der Maschine als sogenannte »Stillstandsheizung« eingeschaltet. Ihre Einschaltung bei Betrieb der Maschine ist also nicht vorgesehen und könnte auch nachteilige Auswirkungen haben, bspw. zu raschem Verschleiß von Wälzlagern der Maschine durch das von der Heizwicklung erzeugte äußere Magnetfeld führen. Andererseits können in der Praxis Fälle auftreten, wo es auch bei Teillastbetrieb der elektrischen Maschine in ihrem Inneren zur Bildung von zu starker Korrosion führender Kondensfiüssigkeit kommen kann.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeit zu schaffen, daß man die Heizwicklung ohne Inkaufnahme von Nachteilen auch bei Teillastbetrieb zum Beheizen des Luftinnenraumes der Maschine einsetzen kann.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizwicklung bifilar gewickelt ist.

Die Erfindung ermöglicht es ohne weiteres, vorzusehen, daß die Heizwicklung beim Betrieb der elektrischen Maschine ständig oder zeitweise eingeschaltet wird, da sie kein äußeres Magnetfeld erzeugt. So können sich in ihrer Nähe ohne Gefahr erhöhten Verschleißes Wälzlager der Maschine befinden. Auch induzieren die Arbeitsmagnetfelder der elektrischen Maschine in der bifiiaren Heizwicklung keine elektrischen Spannungen und sie verursacht ihrerseits keine Unsymmetrien der von der Arbeitswicklung erzeugten Magnetfelder.

Die Erfindung bietet auch Vorteile, wenn die Heizwicklung als reine Stillstandsheizung dient, da in ihr bei Wechselstromspeisung kein Blindstrom auftritt und für eine bestimmte Heizleistung weniger Strom und Kupfer als eine nicht bifilar gewickelte Heizwicklung benötigt. Auch kann, falls erforderlich, jederzeit nachträglich die Schaltung auf Einschalten der Heizwicklung bei Betrieb der Maschine erweitert werden.

Das Wickeln der bifiiaren Heizwicklung kann vorzugsweise so vorgenommen werden, daß zwei unmittelbar nebeneinander laufende gleiche Drähte auf eine Trommel des betreffenden Heizwicklungs-Innendurchmessers parallel zueinander aufgewickelt werden, deren einen Enden, bspw. die inneren Enden, nach Abnahme dieser die Heizwicklung bildenden Spule von der Wickeltrommel elektrisch miteinander durch Löten oder dergl. verbunden werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die Maßnahme nach Anspruch 2 vorzusehen, da sie bei allen Betriebszuständen und auch bei Stillstand der elektrischen Maschine die Gefahr der Bildung von Kondensflüssigkeit sicher vermeiden läßt. Der Thermostat kann vorzugsweise dem abwechselnden Ein- und Ausschalten des Speisestromes der Heizwicklung dienen, bspw. ein Bimetall-Schaher sein, oder er kann auch vorteilhaft ein in die Heizwicklung oder in' den Luftraum innerhalb des Lagerschildes eingelegter Kaltleiter sein oder auch sonstige Ausbildung haben. Dabei ist es besonders zweckmäßig vorzusehen, daß die vom Thermostat geregelte Tempeiatur etwas unterhalb der sich bei Vollast der Maschine einstellenden Lufttemperatur in den Wickelkopfräumen liegt, so daß durch die Heizwicklung die Lufttemperatur in der Maschine bei Vollast nicht erhöht wird, da der Thermostat die Heizwicklung nur bei Teillast der Maschine einschalten kann. Damit wird die Maschine — ohne Beeinflussung ihrer Innentemperatur bei Vollast — nur bei Teillast auf Kondensation verhindernden Temperaturen gehalten. Dieser Thermostat kann auch während der Stillstandszeit der Maschine wirksam sein oder, falls nur im Betrieb der Maschine die Gefahr der Kondensation korrosiver Dämpfe oder Feuchtigkeit im Maschineninneren vorliegt, kann man auch vorsehen, daß während der Stillstandszeit der Maschine der Heizstrom ständig ausgeschaltet ist, um Heizstrom zu sparen. Aus Stromersparnisgründen kann es in vielen Fällen auch zweckmäßig sein, einen solchen Thermostaten auch dann einzusetzen, wenn die elektrische Beheizung nur als Stillstandsheizung dient. Falls eine Beheizung während des Betriebs der Maschine erforderlich ist, kann unter Umständen dies auch durch ständige Einschaltung der Beheizung während des Betriebes vorgenommen werden, d. h. ohne Thermostat, und zwar dann, wenn die hierdurch bei Vollast bewirkte zusätzliche Temperaturerhöhung der Maschineninnenluft in Kauf genommen werden kann.

Bei der mit einer oder mehreren erfindungsgemäßen Heizwicklungen versehenen Maschine kann es sich um beliebige elektrische Motoren und Generatoren unter-

schiedlichster Größe handeln. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind einphasige und mehrphasige Elektromotoren, vorzugsweise Asynchronmotoren. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen elektrischen Maschinen, wie Synchronmaschinen, Gleichstrommaschinen und dergl. mit Vorteil anwendbar.

Die Heizwicklung kann auf dem betreffenden Wickelkopf angeordnet sein. In manchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, sie an einem Gehäuseteil und nicht am Wickelkopf anzuordnen, bspw. sie in einen iü Gehäusedeckel, ein Lagerschild oder in das Statorgehäuse als Spule formschlüssig einzuschieben und, falls erforderlich, noch durch irgendwelche einfachen Mittel hier festzuhalten, bspw. mittels Klebebändern.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Eis zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine,

Fig.2 ein Ausführuingsbeispiel einer Schaltung der Heizwicklung der Maschinenach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine ist ein außenbelüfteter Asynchronmotor 10 mit einem KurzschluOfäufer 11, dessen Welle 12 die beiden am Statorgehäuse 13 stirnseitig anliegenden Lagerschilder 14 beidsc^:tig durchdringt und in zwei Wälzlagern 15 gelagert ist. Am Läufer 11 sind Luftschaufeln 16 zur inneren Luftumwälzung in den beiden Wickelkopfräumen 18 des Motorluftinnenraumes 17 angeordnet. Der Stator 19, dessen Statoreisen mit 20 bezeichnet ist, weist eine Wicklung 31 auf, deren beide Wickelköpfe 21 von je so einer bifiiar gewickelten Heizwicklung 22 umfangsseitig umfaßt sind, die dem Erwärmen des Luftinnenraumes 17 des Motors 10 während des Motorstillstandes und/oder während des Betriebs bzw. Teülastbetriebs in der vorbeschriebenen Weise zwecks Verhinderns der S5 Bildung von Kondensationsflüssigkeit dient. Diese beiden Heizwicklungen 22 bilden ringförmige Spulen und umfassen die Wickelköpfe 21 jeweils umfangsseitig. Sie wurden vor Tränken des Stators 19 auf die Wickelköpfe axial aufgeschoben und zusammen mit -40 dem Stator 19 durch Eintauchen in Tränklack getränkt, so daß sie durch den Tränklack mit den Wickelköpfen 21 unverrückbar fest verbunden sind. Die Breite dieser Heizwicklungen 22 ist erheblich größer als ihre nur sehr geringe Höhe, so daß sie in radialer Richtung nur wenig Platz beanspruchen, welcher bei elektrischen Maschinen stets zur Verfügung steht. Ihre Breite ist geringer als die axiale Länge des einzelnen Wickelkopfes 21, vorzugsweise wie dargestellt, erheblich geringer. Besonders vorteilhaft ist es, diese Heizwicklung wie dargestellt, auf den dem Statoreisen 20 benachbarten »Fußbereich« der Wickelköpfe 21 anzuordnen. In nicht dargestellter Weise ist es in vielen Fällen jedoch auch möglich und zweckmäßig, die Heizwicklungen anders als dargestellt anzuordnen oder ihre Breite ungefähr entsprechend der axialen Länge des betreffendsn Wic.keikopfes zu treffen. Bei großen elektrischen Maschinen können ggfs. auch jedem Wickelkopf zwei oder mehr Heizwicklungen zugeordnet sein.

Die das Motorgehäuse dieses Motors 10 bildenden w> Gehäuseteile 13, 14 bedürfen keiner besonderen Bauformen mit vergrößerten Abmessungen gegenüber elektrischen Maschinen ohne Heizwicklungen, so daß dieser Motor 10 ein üblicher Motor sein kann, der an sich nicht für den Einbau einer elektrischen Beheizung b"· mit minimalen Gehäuseabmessungen geplant war.

Zur Außenkühlung des Motors 10 dient in üblicher Weise ein auf der Welle 12 befestigter Außenlüfter 23, der im Betrieb Kühlluft durch die öffnung 24 in der Schutzhaube 25 hindurch über die Kühlrippen des Motors 10 fördert.

In Fig. 2 ist eine einfache Schaltung der beiden Heizwicklungen 22 schematisch dargestellt. Die einen Enden der beiden bifilaren elektrischen Heizwicklungen (Heizspulen) 22 sind an eine isolierte Klemme 26 der Klemmenplatte 27 des Motors 10 angeschlossen, so daß diese beiden Heizwicklungen 22 in Reihe miteinander verbunden sind. Die anderen beiden Enden der beiden Heizwicklungen 22 sind an Klemmen 29,30 angeschlossen. Falls diese elektrische Beheizung mittels der Heizwicklungen 22 eine reine Stillstandsheizung sein soll, führen diese Klemmen 29, 30 nur bei Maschinenstillstand Spannung, wobei der nicht dargestellte Schalter, der in diesem Fall das Einschalten der Heizwicklungen bewirkt, ein einpoliger Schalter sein kann, der durch das Betätigungsglied des Hauptschalters des Motors mit betätigt werden kann.

Die Klemmplatte 27 weist ferner in üblicher Weise Klemmen U, V, W, X, Y, Z auf, an die die Stränge der Erreger- und Arbeitswicklung dieser elektrischen Asynchronmaschine in üblicher und deshalb nicht näher dargestellter Weise in Dreieck- oder Sternschaltung oder einer anderen geeigneten Schaltung angeschlossen sind.

Wenn die Heizwicklungen 22 bei Motorenstillstand eingeschaltet sind, halten sie die Luft im Motorluftinnenraum 17 auf Kondensation von Luftfeuchtigkeit verhindernden Temperaturen, beispielsweise auf 40⁰C Übertemperatur, so daß für den Motor 10 keine Korrosionsgefahr besteht. Falls im Betrieb des Motors 10 bei Teillast die Gefahr des Niederschlags von Kondensflüssigkeit besteht, kann auch Einschalten einer oder beider Heizwicklungen bei Motorbetrieb vorgesehen sein, wobei dies besonders zweckmäßig nur bei Motorteillast erfolgt, indem in eine Zuleitung zur Heizwicklung Schaltkontakte eines vorzugsweise als Zweipunkt-Regler wirkenden Thermostaten oder ein ebenfalls als Thermostat wirkender Kaltleiter zwischengeschaltet wird, derart, daß ein Absinken der Lufttemperatur im Motorinnenraum durch entsprechende Speisung der Heizwicklungen unter eine vorbestimmte, Kondensation verhindernde Mindestlufttemperatur bei Motorteillas' verhindert wird. In diesem Fall kann je nach Erfordernis die Speisung der Heizwicklungen nur bei Betrieb des Motors oder auch bei Stillstand und Betrieb des Motors vorgesehen sein.

Zweckmäßig werden die Heizwicklungen mit einer Stromart gespeist, die für die Speisung der betreffenden Maschine sowieso zur Verfugung steht, d. h. im Falle einer Wechselstrom- oder Drehstrommaschine mit Wechselstrom und im Falle einer Gleichstrommaschine mit Gleichstrom, so daß keine Stromurr.former erforderlich sind.

Desgleichen ist es zweckmäßig, für die Speisung für die Heizwicklungen eine Spannung vorzusehen, die ebenfalls ohne Spannungsumformung an der betreffenden Maschine zur Verfügung steht, so daß auch keine Spannungsumformer notwendig sind. Dies ist stets die einfachste und billigste Möglichkeit und läßt sich stets realisieren. Indem man, wie bevorzugt vorgesehen, die Heizwicklungen 22 als bifiiar gewickelte Spulen ausbildet, erzeugen sie keine äußeren Magnetfelder, die die Wälzlager nachteilig beeinflussen könnten bzw. im Falle der Einschaltung der Heizwicklungen bei Motorenbetrieb die von der Erreger- und Arbeitswicklung 31 erzeugten Magnetfelder beeinflussen könnten.

In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Heizwicklungen 22 vor dem Aufsetzen auf die Wickelköpfe für sich als gesonderte Spulen gewickelt worden, die nach Fertigstellung axial auf die Wickelköpfe 21 aufgeschoben wurden, und dann wurde der Stator im Ganzen in Tränklack eingetaucht, so daß die spulenförmigen Heizwicklungen 22 mit den betreffenden Wickelköpfen 21 durch Tränklack fest verbunden sind. Es ist jedoch auch bei bestimmten Anwendungsfällen zweckmäßig, die Heizwick durch Aufwickeln ihres Drahtes auf die Wickelkc bilden, d. h. den mit der Arbeits- und Erregerwi versehenen Stator auf eine Wickelmaschine auf/ gen und auf dieser Maschine die Heizwicklungen Wickelköpfe herumzuwickeln, wodurch sich besi platzsparende Anordnung der Heizwicklunge zusätzliche Verfestigung der Wickelköpfe ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   1 Elektrische Maschine, vorzugsweise Asynchronmotor, bei welcher mindestens ein Wickelkopf der Statorwicklung umfangsseitig von einer Heizwicklung umfaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklung (22) bifilar gewickelt ist.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem Inneren einen Thermostaten aufweist, der der temperaturabhängigen Beeinflussung der Speisung der Heizwicklung (22) mit elektrischem Strom zur Aufrechterhaltung einer über der Umgebungslufttemperatur liegenden Mindestlufttemperatur im Luftinnenraum (17) der Maschine dient.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat während des Betriebs der Maschine die Speisung mindestens einer Heizwicklung steuert.
4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat während Stillstandszeiten der Maschine die Speisung mindestens einer Heizwicklung steuert.
5. 5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bifilare Heizwicklung an einem den Wickelkopf umfassenden Gehäuseteil der Maschine angeordnet ist.