DE587881C - Laeufer fuer Asynchronmotoren mit zwei in sich kurzgeschlossenen Wicklungssystemen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen Kurzschlußmotor, dessen Anlaufeigenschaften durch eine neue Anordnung der Läuferwicklung verbessert werden.
Die für diesen Zweck bisher verwendeten Lösungen beruhen durchwegs auf dem Prinzip der Stromverdrängung, die durch Erhöhung des induktiven Widerstandes eines Teiles oder einer der vorhandenen Läuferwicklungen hervorgerufen wird.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der neuen Anordnung sei an Hand der Abb. 1 erläutert. In dieser bedeutet W₁ eine in sich kurzgeschlossene Gruppe von Windungen, die in den beiden Nutensystemen JV₁, N₂ usf. bzw. 2V₁', 2V₂' usf. verteilt sind. Die Nuten 2V₁, 2V₂ befinden sich an der Läuferoberfläche, die Nuten 2V₁', 2V₂' in tieferer Lage, derart, daß sich um sie ein vom Hauptfluß unabhängiger magnetischer KraftfLuß Φ_α ausbilden kann. In der Abbildung ist die Wicklung W₁, aus zwei Windungen α und b bestehend, gezeichnet, von denen die Windung« in den oberen Nuten 2V₁, N₂, die Windung b hingegen in den unteren Nuten 2V₁', 2V₂' liegt. Außer der letztgenannten Windung liegt in den unteren Nuten noch eine weitere Windungsgruppe W₂ (in der Abbildung lediglich aus einer Windung bestehend), die in sich kurzgeschlossen ist.

Im Stillstand des Motors bzw. bei hohen Periodenzahlen im Läufer wird vorerst durch den bekannten Feldverdrängungseffekt der Kraftfluß mit seinem größten Teil in die Zwischenschicht zwischen den oberen und unteren Nuten gedrängt {Φ_ο, Abb. 1). Dieser Kraftfluß induziert in der Windung α eine Spannung, welche der mit dieser in Reihe geschalteten Windung b aufgedrückt wird. In dem gesamten Stromkreis muß demnach ein Strom entstehen, welcher innerhalb der Windung b eine entsprechende Gegenspannung gegen die von α aufgedrückte Spannung erzeugt. Nun ist die Windung b mit der Windung W₂, mit der sie in den gleichen Nuten liegt, transformatorisch verkettet, und zwar durch den magnetischen Pfad, der dem Verlauf von Φ_η in der Abbildung folgt; b und W₂ bilden daher einen auf der Sekundärseite (W₂) kurzgeschlossenen Transformator, dessen Primärseite (Windung b) eine Spannung aufgedrückt erhält. Abgesehen von der in- ^folge der Lage in gemeinsamen Nuten (2V₁' bzw. 2V₂') geringen Streuung zwischen Primär- und Sekundärseite (b und W₂) des Transformators entsteht durch den hindurchfließenden Kurzschlußstrom lediglich ein Ohmscher Spannungsabfall. Die Größe desselben hängt von der Summe der Widerstände der Primärseite und dem im Quadrat des Übersetzungsverhältnisses vergrößerten Sekundärwiderstand ab. Es ist also im Kurzschluß in den Stromkreis yon W₁ außer den Windungen α und b das Wicklungselement W₂

transformatorisch eingeschaltet. Die von einem großen Teil (Φ_ο) des Hauptkraftflusses induzierte Windung α ist demnach im wesentlichen auf einen Ohmschen Widerstand geschaltet, der durch den erwähnten Transformator (b, W₂) gebildet wird. Bekanntlich ergibt die Einschaltung eines Ohmschen Widerstandes in den Sekundärkreis eines Asynchronmotors das günstigste Verhältnis von Anlaufdrehmoment und Anlaufstrom. Die vorliegende Anordnung erreicht mithin bei hohen Frequenzen im Läufer, also während des Anlaufes, im wesentlichen den gleichen Effekt wie die Einschaltung eines Ohmschen Widerstandes in den Läuferstromkreis eines Schleifringmotors.

Beim Übergang vom Kurzschluß- in den Betriebszustand, das ist bei abnehmender Frequenz im Läufer und· dementsprechend abnehmendem Feldverdrängungseffekt, werden auch die in den unteren Nuten liegenden Windungen vom Hauptfluß Φ/, erfaßt. Da dieser dann in den Windungen b und W₂ die gleichen Spannungen induziert, sind diese im Betriebszustand· elektrisch parallel geschaltet, und die Stromverteilung in den voneinander unabhängigen Windungssystemen W₁ und W₂ erfolgt in der bekannten Weise nach deren Ohmschen Widerständen.

Bemerkenswert ist, daß die Verteilung des betriebsmäßig belasteten« Läuferkupfers auf zwei Radien günstige magnetische Beanspruchungen, -der" Zäihnesqhjchfc ergibt, wodurch Magnetisierungsstrom und Leerlaufstreuung günstig beeinflußt werden.

Die 6rforderliche Größe des im Anlauf wirksamen Ohmschen Gesamtwiderstandes im Läuferkreis kann nicht nur durch Erhöhung des Widerstandes der äußeren Wicklung W₁ ♦P erhalten werden, sondern statt dessen durch entsprechende Vergrößerung des Widerstandes der inneren Wicklung W₂, da diese ja transformatorisch mit dem Widerstand von W₁ in Reihe geschaltet ist. Dadurch wird der im Betriebszustand in der inneren Wicklung W₂ fließende Strom herabgesetzt, so daß der überwiegende Teil des Betriebsstromes, zum Unterschied von den bekannten Stromverdrängungsläufern, in der äußeren Wicklung fließen wird.

Die Größe des im Anlauf wirksamen Ohmschen Widerstandes kann aber auch verändert werden durch die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des durch die Windungen b und W₂ gebildeten Transformators. Es erscheint z. B. der Widerstand der Windung W₂ bei einem Übersetzungsverhältnis 3 zu 1 zwischen b und W₂ (ζ.·Β. drei Windungen in der Gruppe b gegenüber einer Windung in W₂) mit dem 3²=;o,fachen Wert im Stromkreis von W_x während des Anlaufes.

Die Windungssysteme W₁ und W₂ können auch als kurzgeschlossene Phasenwicklungen mehrpolig sowie mit mehreren Nuten pro Pol und Phase ausgeführt werden; ebenso in Form von Gleichstrom-bzw. Stab wicklungen, welche entsprechenden Fortschreitungssinn, Wickelschrift und Verbindungen zur Erzielung der oben geschilderten Wirkungsweise erhalten..

Die Elemente der oberen Wicklung W₁ können gemäß Abb. 2 auch aus Windungen bestehen, von denen die einen Spulenseiten S₀ in den oberen, die anderen Spulenseiten S₁₁ in den unteren Nuten liegen, so daß lediglich die untengelegenen Spulenleisten S₁₁ mit der Wicklung W₂ transformatorisch verkettet sind. Die Wicklung W₂ selbst ist in Abb. 2 statt als in sich kurzgeschlossene Windung bzw. Windungsgruppe durch einen Käfig entsprechenden Ohmschen Widerstandes gebildet, dessen Stäbe 5" mit den unteren Spulenseiten S_n der Wicklung W₁ in gemeinsamen Nuten A^r' liegen. Die Stäbe 5" werden durch Ringe R miteinander verbunden. Die Abbildung zeigt auch eine andere Ausführungsform der Nuten, bei der obere und untere Nuten am Umfange abwechseln.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, außer den beiden Wicklungssystemen noch einen besonderen Anlaufkäfig K hohen Widerstandes und geringer Reaktanz in an sich bekannter Weise zu verwenden, der in Abb. 2 beispielsweise gestrichelt angedeutet ist. Die Wirkung des Anlaufkäfigs wird' durch den hohen Kurz-Schlußleistungsfaktor der Anordnung gegenüber bekannten Läuferbauarten begünstigt.

Statt des erwähnten Anlaufkäfigs kann erfindungsgemäß z. B. auch die Anordnung nach Abb. 3 getroffen werden, in welcher die bereits oben erläuterten Windungen W₁ und die als Käfig (5, R) ausgebildete Wicklung W₂ enthalten sind. Die Stäbe S₀ der Windungen W₁ sind hier durch Kurzschlußringe R₀ miteinander verbunden. Die Ringe R₀ sind mit einem entsprechenden Ohmschen Widerstand ausgestattet und bilden zusammen mit den Stäben S₀ einen Käfig hohen Ohmschen Widerstandes, der während des Anlaufes einen Teil des drehmomentbildenden Anlaufstromes im führt. Unabhängig hiervon fließen durch die Stäbe S₀ jene Ströme, die auch in den unteren Stäben S_u der jeweils gleichen Windungen auftreten und die transformatorisch mit den Strömen in den Stäben 5 des unteren Käfigs W₂ verkettet sind.

Claims (10)

Patentansprüche:

1.. Läufer für Asynchronmotoren mit zwei in sich kurzgeschlossenen Wicklungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß die

beiden Wicklungssysteme (W₁, W₂) derart in zwei Nutensystemen verschiedener Streuung untergebracht sind, daß in dem einen Nutensystem mit der geringen Streuung (JV₁, N₂ ■ · ·) nur Leiter (α) des einen Wicklungssystems (W₁), in' dem zweiten Nutensystem mit der hohen Streuung (JV₁', N₂ .. .) dagegen Leiter (b, W₂) beider Wicklungssysteme angeordnet sind, to und daß von dem ersten Wicklungssystem (W₁) die Leiter (a, b) der beiden Nutensysteme miteinander in Reihe geschaltet sind.

2. Läufer nach Anspruch i, dadurch gets kennzeichnet, daß die Nuten der beiden Nutensysteme radial übereinander in verschiedener Tiefe oder abwechselnd nebeneinander mit verschiedener Streuung in beliebiger gesetzmäßiger Reihenfolge angeordnet sind.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des zweiten Wicklungssystems (W₂) gegenüber dem Widerstand des ersten Wicklungssystems (W₁) groß ist.

4. Läufer nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungsübersetzungsverhältnis der in gemeinsamen Nuten untergebrachten Teile (b, W₂) des ersten und zweiten Wicklungssystems gleich oder größer als eins ist.

5. Läufer nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Wicklungssysteme als zwei- oder mehrpolige Phasenwicklungen mit einer oder mehr Nuten pro Pol und Phase ausgeführt sind.

6. Läufer nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungssysteme als Gleichstrom- oder Stabwicklungen ausgeführt sind.

7. Läufer nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das "in den beiden Nutensystemen untergebrachte Wicklungssystem (W₁) aus Windungen besteht, deren Spulenseiten (S₀ bzw. S_n ) wechselweise in je einer Nut der beiden Nutensysteme (iV bzw. N') untergebracht sind (Abb. 2 und 3).

8. Läufer nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Windungssystem (W₂) durch eine Käfigwicklung (S, R, Abb. 2 und 3) gebildet wird.

9. Läufer nach Anspruch' 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch die Anordnung eines zusätzlichen Anlaufkäfigs (iv) hohen Ohmschen Widerstandes und geringer Reaktanz (Abb. 2).

10. Läufer nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe bzw. Spulenseiten (S₀) der verteilten Wicklung (W₁), welche mit dem zweiten Wicklungssystem (W₂) nicht verkettet sind, durch Kurzschlußringe (/?„) bzw. Kurzschlußverbindungen' entsprechend hohen Ohmschen Widerstandes untereinander verbunden sind (Abb. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen