DE627175C - Laeufer fuer Induktionsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromverdrängungsläufer mit zwei in sich kurzgeschlossenen Wicklungen besonderer Bauart und Anordnung. Der grundsätzliche Aufbau des neuen Läufers geht aus Abb. I hervor. In dieser bedeuten Nk, N_a, iV₆ in verschiedenen Teilkreisen gelegene Nutensysteme, die durch Schlitze untereinander verbunden sind. In dem äußersten Nutensystem befindet sich ein Anlaufkäfig, dessen Stäbe k beiderseits durch Endringe i?^ kurzgeschlossen sind. Die darunterliegende Arbeitswicklung besteht aus Windungen, die in folgender Weise gebildet werden: Es ist Jeweils ein in einer oberen Nut N_a gelegener Stab α mit einem in einer unteren Nut N_b liegenden Stab & in Reihe geschaltet. Die Verbindung der beiden Stäbe erfolgt durch eine Stirnverbindung^, während die freien

ao Stabenden auf der anderen Läuferseite durch einen gemeinsamen Kurzschlußring R verbunden sind. Die beschriebene Läuferbauart weist gegenüber bekannten Konstruktionen erhebliche Vorteile in ihrer Wirkungsweise und ihrer Herstellung auf. Es ist bereits eine in sich kurzgeschlossene Läuferwicklung be- . schrieben worden, die in Reihe geschaltete Stäbe verschiedener Streuinduktivität besitzt, wodurch sich bestimmte Vorteile in der Wirkungs weise gegenüber anderen in sich kurzgeschlossenen Wicklungen ergeben...

Es wurde ferner auch bereits vorgeschlagen, eine aus in sich kurzgeschlossenen Windungen bestehende Wicklung mit einem Käfig zu kombinieren. Die letztere Anordnung war jedoch so getroffen worden, daß die oberen Nuten der Arbeitswicklung zwischen den Käfignuten lagen; weiter wies auch die Ar^ beitswicklung selbst nicht den oben beschriebenen Aufbau auf.

Es ergeben sich durch die neue Anordnung verschiedene Veränderungen in der Wirkungsweise und Bemessung. Dadurch, daß die oberen Nuten der Arbeitswicklung N₁₁ (Abb. 1) unterhalb der Käfignuten liegen, wird der Zahnquerschnitt zwischen den letzteren nicht verschmälert. Die sich ergebenden Zahnbreiten sind bei gleichem Kupferquerschnitt der einzelnen Wicklungen erheblich vergrößert. Unter sonst gleichen Umständen ist daher die Läuferzahnsättigung erheblich niedriger und erübrigt sich eine besondere Ausführung der Nutenform für die Wicklungsnuten. Diese können z. B. statt, rechteckig rund ausgeführt werden, so daß für die untere Wicklung Rundstäbe, die technologisch erheblich einfacher zu verarbeiten sind, verwendet werden können. Darüber hinaus wird der Magnetisierungsstrom und damit der Leistungsfaktor des Motors günstig beeinflußt. ·

Weiter ergibt sich eine Erhöhung der Re-

aktanz der unteren Wicklung durch die Erhöhung der Nutenstreuung^! _tder oberen Wicklungsnuten und der Vergrößerung der doppelt verketteten Streuung dieser Nuten gegen-S über der bekannten Anordnung.

Dadurch ist unter sonst gleichen Verhältnissen das erzielbare Anlaufmoment bei bestimmtem Anlauf strom oder aber der erzielbare Anlauf strom bei bestimmtem Anlaufmoment günstiger. '·.-.'-.

Die technologische Herstellung der Arbeitswicklung ist eine verhältnismäßig einfache, indem die aus den Stäben a, b und den Stirnverbindungen 5" bestehenden U-förmigen Wicklungselemente von einer, Seite in den Läufer eingeschoben werden, wobei es nur noch nötig ist, auf der anderen Seite durch einen Kurzschlußring die freien Stabenden durch Hartlötung oder Schweißüng zu verbinden. Die Anzahl der Lötstellen ist gegenüber einem Käfig gleicher Stabzahl auf die Hälfte vermindert. -Der gemeinsame Ring ändert an der Wirkungsweise der Windungen nichts, da der Stromverlauf. innerhalb a5 der einzelnen Windungen durch die beiden Stäbe und die Stirnverbindung eindeutig gegeben ist. Wenn der Ringquer schnitt entsprechend groß gemacht wird, dann übt er ' auf die elektrischen Verhältnisse der Windüngen an sich praktisch keinen Einfluß aus. Durch Erhöhung seines Widerstandes kann gegebenenfalls der Widerstand des ganzen Wicklungssystems beeinflußt werden. Unter sonst gleichen Umständen ist durch den Wegfall" der'Spulenkppfe auf der einen Läufer-Se₁ItC und den Ersatz durch den gemeinsamen Ring eine erhebliche Materialersparnis erzielbar..

■ · Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung ist -aus Abb. 2 zu entnehmen, bei der die oberen und unteren Nuten der Arbeitswicklung N_a und JV₆ abwechselnd am Läuferumfang angeordnet sind. Es ergibt sich hier-"" dutch der weitere· Vorteil, daß die zur Verfügung stehenden Zahnqüerschiiitte in den beiden Nütenkreisen weiter erhöht werden, wodurch-ein weiterer Vorteil in der Bemessungs- und Ausnutzungsmögli'chkeit der Läufer mit Rücksicht auf den Einfluß der Dimensioriierung, auf Leistungsfaktor und Schlüp-"~^δ furig und damit Wirkungsgrad gegeben ist:. Außerdem wird· die Streuung der unteren Nuten erhöht und die Reaktanz der ■Wicklung vergrößert, so daß unter sonst gleichen Umständen eine weitere Verbesserung · der Anlaufeigenschaften herbeigeführt werden kann. ·

Schließlich sei darauf hingewiesen, daß

infolge verschieden großer, doppelt verketteter Streuung zwischen den verschieden tief

gelagerten-Nuten tin'd den därüberliegenden Käfignuten im Kurzschluß verschieden große Kurzschlußströme in den Käfigstäben auftreten, die. sich wie !eine scheinbare, nur bei ,höherer Periodenzahl wirksame Erhöhung des Ohmschen Widerstandes des Käfigs auswirken. Diese scheinbare Widerstandserhöhung des Käfigs wirkt sich, wie erwähnt, nur im Kurzschluß aus, verschwindet aber im Betriebszustand, so daß der Käfig einen verhältnismäßig geringen Widerstand erhalten kann, als er für die Erzielung bestimmter Anlaufverhältnisse notwendig wäre, was unter sonst gleichen Umständen die Betriebseigenschaften der Maschine weiter verbessert.

Eine weitere erfinduiigsgemäße Fortbildung der Wicklungsanordnung nach Abb. 2 ist die in Abb. 3 angedeutete, bei der die Käfigstäbe k mit. den Stäben der Arbeitswicklung α, also den Stäben geringer Reak- tanz, vereinigt .sind..

In Abb. 3 ist von der grundsätzlichen Aus- ; führung des .Ntttenschnittes nach Abb. 1 ausgegangen worden, so daß jeder Käfigstab k vereinigt ist mit je einem Stab α einer Windüng der Arbeits wicklung zu einem Stab ak der Abb. 3. Die Stäbe In den Nuten höherer Reaktanz δ sind wie'in den früheren Abbildungen bezeichnet.

Die Wicklung baut sich also auf, daß die Windungen gebildet werden durch die Stäbe ■ak und b sowie die Stirnverbindungen S und den gemeinsamen Ring R.

Der Käfig geringer Reaktanz wird gebildet durch die Stäbe ak, den gemeinsamen Verbindungsring R und den. Kurzschluß ring Rk. Der Ohmsche Widerstand des Ringes Rk kann nun einen Wert erhalten, der den erforderlichen Gesamtwiderstand des Anlaufkäfigs zusammen mit dem übrigen Teil desselben (ak, R) ergibt. Durch entsprechende Wahl der Querschnitte und Materialien der verschiedenen Bestandteile des Anläufkäfigs einerseits und der Wicklung andererseits, lind zwar sowohl jener Teile, welche beiden EIementen gemeinsam sind, als auch jener Teile, die jedes Element für sich besonders besitzt, können alle gewünschten Variationen von Widerständen und Reaktanzen- des Anlaufkäfigs und der Wicklung erhalten werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung der Anordnung wird dadurch erzielt, daß der magnetische Pfad für das. mit den Stäben höherer Reaktanz im Kurzschluß verkettete Hilfsfeld ganz .oder zum Teil durch massives Eisen geführt wird. Zur Erläuterung dieses Erfindungsgedankens diene Abb. 4.

In dieser Abbildung bedeuten N_a und N_b wieder die Nuten geringer und höherer Reaktanz, α und" b die zugehörigen in Reihe geschalteten Stäbe. In der Abbildung ist ferner

noch der Ständer St angedeutet. O~_h bedeutet den Verlauf des Hauptfeldes im normalen Betriebszustand. Im Kurzschluß wird der größte Teil des Hauptflusses auf den mit -©Ό bezeichneten Weg abgedrängt, der im wesentlichen im Läufer über die Schlitze zwischen den beiden · Nutenreihen führt. Das Feld £f_a induziert in den Stäben α eine Spannung, der eine gleichgroße Gegenspannung in

ίο den Stäben b entsprechen muß, da die beiden Stäbe miteinander zu einer Windung verbunden sind. Diese Gegenspannung wird sich zusammensetzen aus der durch das Hilfsfeld -&_a' induzierten Spannung und dem Ohmschen Spannungsabfall des in der Windung a, b fließenden Kurzschlußstromes. Wie die Aufteilung dieser beiden Spannungskomponenten vor sich geht, hängt einerseits von dem Ohmschen Widerstand, andererseits von

ao dem magnetischen Widerstand, den das Feld -Θ"/ zu überwinden hat, ab. Um ein günstiges Verhältnis zu erzielen, ist eine möglichst hohe Sättigung dieses magnetischen Pfades erwünscht. Um diese herbeizuführen wird erfindungsgemäß dieser magnetische Pfad über massives Eisen geführt ' In Abb. 4 ist dies z. B. dadurch angedeutet, daß auf die Welle W ein Ankerkörper A aus massivem Eisen aufgesetzt ist, derart, daß das Blech' nur mit einem schmalen Rücken (Maß f) auf diesem Ankerkörper sitzt. Es wird hierdurch die Wirkung erzielt, daß der Hilfsfluß -0y im Stillstand und während des Anlaufs, also bei hohen Periodenzahlen im Läufer, einen erheblichen magnetischen Widerstand in dem massiven Eisen findet, das bekanntlich für einen Fluß hoher Periodenzahlen praktisch undurchlässig ist. Im Betriebszustand da- gegen bei den niedrigen Schlupfperiodenzahlen ist die Leitfähigkeit des Eisens nicht beeinträchtigt, so daß bei richtiger Dimensionierung der Hauptfluß -©7, ohne erheblichen Widerstand durch den Ankerkörper hindurchtreten kann. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß im Kurzschlußzustand die Stäbe b zum überwiegenden Teil nur als Ohmscher Widerstand für die mit dem Hauptfluß verketteten Stäbe α wirken, was gleichbedeutend ist mit einer Verbesserung des Verhältnisses zwischen scheinbarem Läuferwiderstand und Reaktanz, die nur während des Kurzschlusses bzw. bei hohen Periodenzahlen im Läufer wirksam ist und zu einer entsprechenden Erhöhung des Anzugsdrehmomentes im Verhältnis zum Kurzschluß- bzw. Anlaufstrom Veranlassung gibt. Die Einschaltung von massivem Eisen- in den magnetischen Pfad des Hilfsflusses ■&„ kann nach Abb. 5 auch in anderer Weise erfolgen.

In dieser Abbildung ist die NutiVj in tangentialer Richtung erweitert,, um seitlich Eisenstäbe F₄, aufzunehmen, die während der Betriebsperioden einen Teil des Hauptiiusses führen.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit besteht darin, nach Abb. 6 den massiven Ankerkörper A mit Zähnen Z zu versehen, welche in den Raum zwischen den Nuten vorstehen. _t

Selbstverständlich können die beschriebenen Maßnahmen auch miteinander kombir niert werden. Die einzelnen Ausführungsformen sind auch nur Beispiele des erfindungsgemäßen Grundprinzips, das in der verschiedensten Form ausgeführt werden kann. Auch läßt sich das Prinzip der Einführung massiver Eisenteile in den magnetischen Pfad. * des in den unteren Nuten verketteten Hilfsflusses unabhängig von der sonst gewählten Anordnung der Wicklung anwenden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Läufer für Induktionsmotoren für Wechsel- oder Drehstrom mit zwei Lauferwicklungen verschiedener Reaktanz, von denen die eine eine Käfigwicklung ist, während die andere aus in Reihe geschalteten Stäben verschiedener Streuinduktivität besteht, dadurch gekennzeich- net, daß die Stäbe verschiedener Streuinduktivität in radial innerhalb der Käfignuten angeordneten, mit dieser durch Schlitze verbundenen Nuten liegen und auf der einen Läuferseite paarweise durch Stirnverbindungen, auf der anderen Läuferseite durch einen gemeinsamen Käfigring verbunden sind,

   2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe verschiedener Streuinduktivität abwechselnd in verschieden tiefen radial unter den Käfignuten liegenden Nuten (N₀, N_b, Abb. 2) untergebracht sind.

   3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe geringer Reaktanz mit denen der Käfigwicklung ganz oder teilweise vereinigt sind (ak), indem sie auf einer Läuferseite durch Stirnverbindungen (S) mit den Stäben größerer Streuinduktivität und mit einem Kurzschlußring (Rk) entsprechenden Ohmschen Widerstandes untereinander verbunden sind (Abb. 3).

   4. Läufer nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß iein massiver Ankerkörper (^i) oder die Welle mit einem derartigen Durchmesser ausgeführt wird, daß ein Teil des Kraftflusses infolge erhöhter Sättigung des zwischen Nuten (N_b) und Ankerkörper (A) bzw: Welle verbleibenden Blechquerschnittes (r) durch

   Has -iaassive Eisen hindurchtreten' muß (Abb. 4).- '".. " '_'.' - -- ..-■-. -■

   5, Läufernach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß' die " Nuten" großer " Streuung (2V₆) seitliche Eisenfüllungeri -erhalten (Abb. S)." _;

   6. Läufer nach Anspruch ϊ oder-folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkörper (Ä) oder die Welle zahnförmige Ansätze (2) erhalten, die zwischen die Nuten großer Streuung-·
   hineinreichen (Abb. 6).

   Hierzu τ Blatt Zeichnungen