DE2719326A1

DE2719326A1 - Elektrische asynchronmaschine

Info

Publication number: DE2719326A1
Application number: DE19772719326
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Eckert; Franz Sprik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1978-11-02
Also published as: US4211946A; JPS53135408A; CH625919A5

Description

Beim Anfahren von Arbeitsmaschinen großer Leistung und hoher Nenndrehzahl, wie z. B. Gobiäse oder Verdichter, ergibt sich die Schwierigkeit, daß ein asynchroner Selbstanlauf des Hauptantriebsmotors infolge der hohen Anlaufströme bei Nennspannung einen unzulässig großen Spannungseinbruch, im Netz zur Folge haben kann und der Motor außerdem dabei thermisch überlastet werden könnte. Wird dagegen die Anfahrspannung so reduziert, daß die Anlaufströme und der Spannungseinbruch im Netz zulässig sind, dann reicht das Anfahrdrehmoment nicht aus, um das Gegenmoment zu überwinden und die Arbeitsmaschine hochzuziehen, ^aher ist es üblich, zusätzliche Anfahreinrichtungen vorzusehen, wie z. B. mit der Hauptmaschine gekuppelte Anwurfmotoren, oder besondere Anfahrmaschinensätze. Derartige Einrichtungen sind aber aufwendig und erfordern zusätzliche Wartung.

Es ist bekannt, daß für hohe Drehzahlen massive Läufer anstelle von geblechten Läufern aus Festigkeitsgründen angeweidet werden. So ist in der DT-OS 25 37 706 eine Asynchronmaschine mit einer in einem Läufer aus massivem Eisen angeordneter Käfigwicklung beschrieben, die eine große Leistung aufweist und für hohe Drehzahlen eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um einen Asynchrongenerator, der nicht selbst angefahren wird. Bei dieser bekannten Maschine sind die Stäbe der Käfigwicklung in zur Läuferoberfläche hin offenen Nuten angeordnet und so ausgebildet, daß sie zusätzlieh noch einen die Läuferoberfläche umgebenden Mantel aus Kupfer bilden.

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VPA 77 P 3753 BRD

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Asynchronmaschine zu schaffen, die, als Motor eingesetzt, direkt mit einer schnelllaufenden Arbeitsmaschine großer Leistung gekuppelt ist und die im asynchronen Selbstanlauf in der Lage ist, das Gegenmoment der Arbeitsmaschine ohne thermische Überlastung sicher zu überwinden, ohne daß im Netz zu. starke Spannungseinbrüche auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe liegen bei einer elektrischen Asynchronmaschine mit einer in einem Läufer aus massivem Eisen angeordneten Käfigwicklung gemäß der Erfindung die Stäbe der Käfigwicklung in geschlossenen Nuten beliebiger Querschnittsform, z. B. in Bohrungen und die Oberkante der Käfigwicklung weist zur Läuferoberfläche einen Abstand y auf, der gleich der Eindringtiefe a bei der Anlaufspannung und bei einem Schlupf s £ 0,8 ist. Die Eindringtiefe a der beim asynchronen Anlauf erzeugten Wirbelströme läßt sich in bekannter Weise bestimmen, z. B. läßt sich ihre Größe in cm bei der gewählten Klemmenspannung beim Einschalten nach der Formel nach Rosenberg berechnen:

c . H,
a = 1780 . " -³-¹-

Darin bedeuten:

§ = spezifischer Widerstand des Läufereiesens in Q . cm H₂= Scheitelwert der magnetischen Feldstärke in kA/cm

s = Schlupf

f-j= Netzfrequenz in s

B₂= Scheitelwert der magnetischen Induktion im Läufereisen beim Schlupf s in T

Eine gemäß der Erfindung bemessene Asynchronmaschine kann zum Selbstanlauf mit verringerter Spannung unmittelbar an das Netz geschaltet werden, da im unteren Drehzahlbereich die Läuferströme allein in der außerhalb der Käfigwicklungen liegenden Schicht von massivem Eisen verlaufen, so daß ein zur Überwindung des Gegen-

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momentes der Arbeitsmaschine ausreichendes Drehmoment gebildet werden kann. Durch die gewählte Höhe der Eisenschicht oberhalb der Käfigwicklung trägt die letztere erst in der Nähe des Nennschlupfes merklich zur Drehmomentbildung bei, weil erst dann die Läuferstäbe mit dem Fluß verkettet sind und in zunehmendem Maß Strom führen. Die gemäß der Erfindung gewählte Schichtdicke ergibt bei Nennbetrieb eine genügend kleine Streuung, um das für Asnychronmotoren übliche Kippmoment zu erreichen und einen guten Leistungsfaktor zu erzielen. Die Klemmenspannung beim Einschalten kann bei einer derartigen Maschine so klein gewählt werden, daß der Spannungseinbruch im Netz während des asynchronen Anlaufs in zulässigen Grenzen bleibt, trotzdem ist der Motor in der Lage, das Gegenmoment sicher und ohne thermische überbeanspruchung zu überwinden.

Die beim asynchronen Anlauf im massiven Eisen des Läufers fließenden Ströme fließen längs der Läuferoberfläche in Axialrichtung und schließen sich an den Stirnflächen des Läufers in Umfangsrichtung. Dabei besteht die Tendenz, daß die Ströme in der Nähe der Stirnflächen des Läufers in die Stäbe der Käfigwicklung Übertreten, sofern diese nicht isoliert sind, da die Kurzschlußringe der Käfigwicklung eine wesentlich besser leitende Verbindung in Umfangsrichtung darstellt als die Stirnfläche des massiven Eisens des Läufers. Ein derartiger Stromübergang kann bei schlechtem Kontakt Spratzerscheinungen oder örtliche Einbrennungen hervorrufen. Es empfiehlt sich daher, in dem den Stirnflächen des Läufers benachbarten Bereich die Oberfläche der Stäbe der Kurzschlußwicklung und die der Bohrungen im Läufer mit einem den Kontakt verbessernden Überzug zu versehen, z. B. zu versilbern. Dadurch wird im gefährlichen Bereich ein guter Kontakt zwischen den Stäben der Käfigwicklung und dem Eisen des Läufers hergestellt. Die Übergangsschwierigkeiten können aber auch dadurch vermieden werden» daß die Käfigwicklung gegen das Eisen des Läufers isoliert ist. Eine derartige Isolierung muß aber hohe Temperaturen und Drucke aushalten können.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch einen Teil eines Längsschnitts

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eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Läufers einer Asynchronmaschine.

Der Läufer 1 einer Asynchronmaschine, die zum Antrieb einer schnellaufenden Arbeitsmaschine hoher Leistung verwendet wird und mit dieser direkt gekuppelt ist, besteht aus massivem Eisen und ist insbesondere aus Stahl in einem Stück geschmiedet. Dieser Läufer 1 ist mit einer Käfigwicklung 2 versehen, deren Stäbe 3» für welche vorzugsweise Rundstäbe verwendet werden, in axialen Bohrungen 4 am äußeren Umfang des Läufers 1 liegen. Die Stäbe 3 sind jeweils an den Stirnflächen 5 des Läufers untereinander durch Kurzschlußringe 6 verbunden. Der Abstand y zwischen der Läuferoberfläche 7 und der Oberkante 8 der Käfigwicklung 2 ist so dimensioniert, daß er gleich der Eindringtiefe a der bei der gewählten Klemmenspannung beim asynchronen Anlauf erzeugten Wirbelströme beim Schlupf s = 1 ist. Auf diese Weise fließen beim asynchronen Anlauf zunächst die Läuferströme lediglich in der durch den Abstand y gebildeten Schicht von massivem Eisen oberhalb der Käfigwicklung 2. Erst in der Nähe des Nennschlupfes führen die Stäbe 3 der Käfigwicklung 2 zunehmend Strom und tragen dann zur Drehmomentbildung bei. Der Motor hat auf diese Weise ein hohes Anlaufmoment und kann mit Sicherheit das durch die Arbeitsmaschine gegebene Drehmoment überwinden. Außerdem arbeitet er im Nennbetrieb mit gutem Leistungsfaktor, da die Streuung, gegeben durch die Schicht mit der Höhe y, verhältnismäßig gering ist.

Weiterhin ist in dem den Stirnflächen 5 des Läufers 1 benachbarten Bereich 9 die Oberfläche der Stäbe 3 und die der Bohrungen 4 im Läufer 1 versilbert, so daß in diesem Bereich 9 ein guter Kontakt zwischen den Stäben 3 und dem massiven Eisen des Läufers 1 gegeben ist. Dadurch werden Spratzerscheinungen in diesem Bereich 9» in dem der Strom sich längs des Umfanges schließt und somit auch in die Stäbe 3 übertritt, vermieden.

3 Ansprüche
1 Figur

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Leerseite

Claims

VPA 77 P 3753 BRD Patentansprüche

1. Elektrische Asynchronmaschine mit einer in einem Läufer aus massivem Eisen angeordneter Käfigwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (3) der Käfigwicklung (2) in geschlossenen Nuten beliebiger Querschnittsform, z. B. in Bohrungen (4), liegen und daß die Oberkante (8) der Käfigwicklung (2) zur Läuferoberfläche (7) einen Abstand (y) aufweist, der gleich der Eindringtiefe (a) bei der AnIaufspannung und bei einem Schlupf s >· 0,8 ist.

2. Elektrische Asynchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Stirnflächen (5) des Läufers (1) benachbarten Bereich (9) die Oberfläche der Stäbe (3) der Kurzschlußwicklung (2) und die der Bohrungen (4) im Läufer (1) mit einem, dem Kontakt verbessernden Überzug versehen ist.

3. Elektrische Asynchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigwicklung (2) gegen das Eisen des Läufers (1] isoliert ist.

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