DE7304313U

DE7304313U - SHEET METAL RUNNER FOR ASYNCHRONOUS MACHINERY

Info

Publication number: DE7304313U
Application number: DE19737304313
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-05
Filing date: 1973-02-05
Publication date: 1975-12-11

Description

P 23 05 585.8-32 26. Augu&c 1975P 23 05 585.8-32 Aug 26 & c 1975

vom 5. Februar 1973 16 95 5 L/lifrom February 5, 1973 16 95 5 L / li

Todor SABEV, 8399 Ruhstorf/RottTodor SABEV, 8399 Ruhstorf / Rott

/Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen/ Braided squirrel cage for asynchronous machines

Die Erfindung bezieht sich auf einen geblechten Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwicklung im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind_f die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet sind und vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen. Ein solcher Läufer ist in der DT-PS 563 703 beschrieben.The invention relates to a laminated cage rotor for asynchronous machines, in which incisions are arranged between the grooves for the cage winding in the rotor plate _f which extend over the length of the rotor, are directed essentially radially and, calculated from the rotor circumference, at least up to half the height of the Cage grooves are sufficient. Such a runner is described in DT-PS 563 703.

Bei diesem bekannten Läufer werden die Einschnitte zwischen den eigentlichen Läufernuten durch eine Dämpferwicklung ausgefüllt. Dabei besteht die Dämpferwicklung aus in sich geschlossenen 8-förmigen Windungen, deren äußere Spulenseiten in zwei benachbarten Nuten liegen und deren mittlere Spulenseiten etwa durch die Mitte des zwischen diesen Nuten liegenden Zahns verlaufen oder durch etwa in der Mitte der Zähne verlaufende Schlitze geführt sind. Die äußeren. Spulenseiten können innerhalb der Nuten zwischen Nutenwand und Wicklung angeordnet sein. Auch kann die Dämpferwicklung aus mehreren gegeneinander isolierten Lagen von Draht bestehen. Bezweckt ist hiermit die Herabsetzung der Reeiktanz der Dämpferwicklung, so daß große Anlaufströme und damit große Anlaufmomente erzielt werden.In this known rotor, the incisions between the actual rotor slots are filled by a damper winding. The damper winding consists of self-contained 8-shaped Windings whose outer coil sides lie in two adjacent slots and whose middle coil sides roughly through the middle of the tooth lying between these grooves or are guided through slots running approximately in the middle of the teeth. The outer ones. Coil sides can be arranged within the slots between the slot wall and the winding. The damper winding can also consist of several mutually insulated layers of wire. The aim here is to reduce the reactance of the damper winding, so that large starting currents and thus large starting torques can be achieved.

7304313 11.11757304313 11.1175

Ein anderes Problem bei Käfigläufermaschinen mit engem Kontakt zwischen unisolierten Stäben und Blechpaket besteht darin, daß sie. verglichen mit Maschinen, die isolierte Käfigstäbe besitzen, wesentlich erhöhte Zusatzverluste, schlechteren wirkungsgrad, höhere Erwärmung im Stationärbetrieb und tiefere sowie über einen größeren Drehzahlbereich ausgedehnte Sättel in der Momentenkennlinie aufweisen. Diese Nachteile sind hauptsächlich durch die zwischen benachbarten Stäben fließenden Querströme, die im Blechpaket fließenden Axialströme und die in der dünnen Oberflächenschicht des Läufers fließenden Oberwellenströme bedingt.Another problem with squirrel cage machines with close contact between uninsulated rods and laminated core is that she. compared to machines that have insulated cage bars, significantly increased additional losses, poorer efficiency, higher heating in stationary operation and lower saddles in the torque characteristic curve that are extended over a larger speed range exhibit. These disadvantages are mainly due to the cross currents flowing between adjacent rods, which in the Axial currents flowing through the laminated core and the harmonic currents flowing in the thin surface layer of the rotor.

Bei Spritzgußläufermaschinen mit erhöhtem Schlupf ist der Kontaktwiderstand zwischen Käfigstab und Lauferblech bei Verwendung von Aluminiumlegierungen mit erhöhtem spezifischem Widerstand besser als bei Verwendung reinen Aluminiums. Noch größer wird der Einfluß der Leitfähigkeit in Querrichtung auf den Lauferwidersband, wenn der Ringwiderstand groß gehalten werden muß, um weiche Momentenkennlinien zu erreichen, die z.B. für Aufzugmaschinen, manche Zentrifugenmaschinen und Maschinen mit großer Schaithäufigkeit erwünscht sind.In injection molding machines with increased slip, the contact resistance is between cage bar and running plate better when using aluminum alloys with increased specific resistance than when using pure aluminum. The influence will be even greater the conductivity in the transverse direction on the running crossbar, if the ring resistance has to be kept high in order to achieve soft torque characteristics, e.g. for elevator machines, some centrifuge machines and machines with high switching frequencies are desirable.

Durch die kleinen Übergangswiderstände können sich noch größere Querströme zwischen benachbarten Stäben bilden, die unerwünschte Verluste und Momente hervorrufen.Due to the small contact resistances, even larger cross currents can form between adjacent bars, which are undesirable Create losses and moments.

Die Nutisolation bei Spritzgußläufern soll kurzzeitig etwa 750 C und dauernd über 250 C ohne Beschädigung aushalten können. Dabei soll die Isolationsschicht mit Rücksicht auf eine gute Ausnutzung und Wärmeabgabe kleine Stärke besitzen. Es hatte den Anschein, daß Schichten aus Oxyd, Phosphat oder Silikat diesen Anforderungen genügen könnten. Gründliche und aufwendige Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß die moderne Isolationstechnik noch nicht in derThe slot insulation in injection-molded rotors should be able to withstand about 750 C for a short time and over 250 C continuously without damage. Included the insulation layer should have a small thickness with regard to good utilization and heat dissipation. It would appear that Layers of oxide, phosphate or silicate could meet these requirements. Thorough and elaborate examinations have however showed that modern insulation technology is not yet in the

7304313 11.12.757304313 12/11/75

Lage ist, eine 100%ige Isolation zur Verfügung zu stellen, die die oben erwähnten Bedingungen für geschichtete Dynamobleche erfüllen kann.Is able to provide 100% insulation that meets the above-mentioned conditions for layered dynamo sheets can.

Aus diesen Gründen ist es bisher nicht möglich gewesen, den billigen, einfachen Spritzgußläufer für manche Antriebe, beispielsweise für Aufzugmaschinen, serienmäßig zu verwenden.For these reasons it has so far not been possible to use the cheap, simple injection-molded rotor for some drives, for example for elevator machines, to be used in series.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten Art unerwünschte Ströme auf einfache und wirtschaftliche Weise herabzusetzen und infolgedessen die Maschineneigenschaften derart zu verbessern, daß sie sich auch nicht im Laufe der Zeit ändern, ohne dazu eine teure und starke, wärmebeständige Stabisolation zu brauchen, wie sie bei manchen geschweißten Käfigläufern, z.B. von Zuckerzentrifugenmaschinen, verwendet wird und dadurch die Ausnutzung der Maschinen und der Wärmeabgabe bsi gleichzeitiger erheblicher Verbilligung zu verbessern. The invention is based on the object of reducing undesired currents in a squirrel cage of the type described above and in an economical manner and consequently to improve the machine properties in such a way that they are also do not change over time without the need for expensive and strong, heat-resistant rod insulation, as some do welded squirrel cage rotors, e.g. of sugar centrifuge machines, and thereby the utilization of the machines and the To improve heat emission at the same time as considerable cheaper.

Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß in den Einschnitten mindestens ein elektrisch leitender, von der Käfigwicklung unabhängiger Stab angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Läufers wird der elektrische Widerstand in ümfangsrichtung im Läufer so weit erhöht, daß sich derselbe Effekt wie bei einer gegen das Blechpaket isolierten Käfigwicklung ergibt. Der störende Einfluß der Querströme ist sehr stark herabgesetzt. Das Läuferblechpaket weist nun sowohl eine Schrägungsstreuung als auch eine doppelt verkettete Streuung auf, und infolgedessen ist der Einfluß der axial verlaufenden Oberwellenströme im Blechpaket gleichfalls sehr stark unterdrückt. Dadurch wird eine gute Momentenkennlinie, ein guter Wirkungsgrad bei niedriger Motorerwärmung im Stationärbetrieb erreicht, ohne daß im Ständer höhere Anlaufströme auftreten; der Magnetisierungsstrom wird kaum geändert. Die Dämpferwicklung der eingangs genannten Maschine kann nicht, wie hier, aus ferromagne-The solution to the problem posed by the invention consists, in the case of a squirrel cage of the type described above, in that according to the invention at least one electrically conductive rod that is independent of the cage winding is arranged in the incisions. The design of the rotor according to the invention increases the electrical resistance in the circumferential direction in the rotor to such an extent that that the same effect results as with a cage winding isolated from the laminated core. The disturbing influence of the cross currents is greatly reduced. The laminated rotor core now has both a skew scatter and a double-chained one Scattering, and as a result, the influence of the axially extending harmonic currents in the laminated core is also very strong suppressed. This results in a good torque curve and a good level of efficiency with low motor heating in stationary operation, without higher starting currents occurring in the stator; the magnetizing current is hardly changed. The damper winding of the The machine mentioned at the beginning cannot, as here, be made of ferromagnetic

7304313 11.12.757304313 12/11/75

tischem Werkstoff sein, weil dann der mit dem bekannten Läufer angestrebte Zweck nicht erreicht würde.table material, because then the one with the well-known runner intended purpose would not be achieved.

Der Stab kann aus ferromagnetischem WeiksLuff oder aus uniuagnctischem Werkstoff bestehen. Durch eine geeignete Auswahl des Werkstoffs und der Stärke der in den Einschnitten anzuordnenden elektrisch leitenden Stäbe sowie durch die Form der Einschnitte können die Momentenkennlinien/ der Leistungsfaktor, der Wirkungsgrad und die Erwärmung der Maschine in bestimmten Grenzen nach Wunsch beeinflußt werden. Bei Verwendung von Stäben aus unmagnetischem Werkstoff mit einer großen Leitfähigkeit, z.B. Kupfer, werden manche Teile der Momentenkennlinie angehoben: bei höheren Frequenzen im Läufer erzeugen die Wirbelströme in den Stäben zusätzliche Nutzmomente, so daß die resultierende Momentenkennlinie einen besseren Verlauf aufweist. Im Stationärbetrieb bei niedriger Läuferfrequenz (kleinem Schlupf) fließen in den erwähnten Stäben fast keine Ströme, die Verluste verursachen können. Bei Verwendung von Stäben aus unmagnetischem Werkstoi κ nn gegebenenfalls auch die Läuferstreuung herabgesetit werden, so daß der Anlaufstrom, das Anzugsmoment sowie das Kippmoment ansteigen. Jedoch muß hier der Einfluß der Einschnitte in geräuschlicher Hinsicht berücksichtigt werden.The rod can consist of ferromagnetic WeiksLuff or uniuagnctischem material. Through a suitable selection of the material and the thickness of the electrically conductive rods to be arranged in the incisions, as well as the shape of the incisions, the torque characteristics / the power factor, the efficiency and the heating of the machine can be influenced within certain limits as desired. When using rods made of non-magnetic material with a high conductivity, e.g. copper, some parts of the torque characteristic are raised: at higher frequencies in the rotor, the eddy currents in the rods generate additional useful torques, so that the resulting torque characteristic has a better profile. In steady-state operation with a low rotor frequency (small slip), there are almost no currents that could cause losses in the rods mentioned. When using rods of nonmagnetic Werkstoi κ nn optionally also the rotor leakage herabgeseti be t, so that the starting current, the starting torque and the breakdown torque increase. However, the influence of the incisions in terms of noise must be taken into account here.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Einschnitte die Käfignuten seitlich begrenzen, falls beispielsweise die Wärmekapazität der Käfigstäbe erhöht werden soll. Das ist z.B. bei Maschinen für Schwungmassenantrieb vorteilhaft.In a further embodiment of the invention, the incisions can Laterally limit the cage grooves if, for example, the heat capacity of the cage bars is to be increased. This is e.g. with machines advantageous for flywheel drive.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert, Es zeigen schematisch:The invention is explained by way of example in the following description with reference to the drawing in various embodiments, They show schematically:

Fig. 1 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit halbgesclilossenen Käfignuten nach der Erfindung;1 shows a sheet metal segment of a sprayed squirrel cage rotor with semi-closed cage grooves according to the invention;

7304313 11.12.757304313 12/11/75

Fig. 2 ein Segment eines Endbleches oder eines sich in der Endzone des Läufers nach Fig.1 befindenden Bleches;FIG. 2 shows a segment of an end plate or one located in the end zone of the rotor according to FIG located sheet;

Fig. 3 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit geschlossenen Käfignuten und an den Käfignuten anliegenden Einschnitten;3 shows a sheet metal segment of a sprayed squirrel cage rotor with closed cage grooves and notches adjacent to the cage grooves;

Fig. 4 die 16-polige Momentenkennlinie im Motor- und Generatorbereich einer 4/16-poligen Aufzugmaschine nach dem "Altern".Fig. 4 the 16-pole torque characteristic in the motor and generator area of a 4/16 pole Elevator machine after "aging".

In den Fig. 1 bis 3 sind die Käfignuten mit 1, die Läuferbleche mit 2, die Einschnitte mit 3, die elektrisch leitenden, von der Käfigwicklung unabhängigen Stäbe mit 4 und die Endbleche mit 5 bezeichnet. Die elektrisch leitenden Stäbe können aus ferromagnetischem Werkstoff oder aus unmagnetischem Werkstoff bestehen.In Figs. 1 to 3, the cage grooves with 1, the rotor sheets with 2, the incisions with 3, the electrically conductive of the Cage winding independent bars with 4 and the end plates with 5. The electrically conductive rods can be made of ferromagnetic Material or consist of non-magnetic material.

In Fig. 4 bedeuten: a die Momentenkennlinie einer Maschine mit. Al-Spritzgußläufer und leeren Einschnitten 3; b iie Momentenkennlinie der Maschine mit Al-Spritzgußläufer mit gleichen Einschnitten 3 und darin angeordneten elektrisch leitenden Stäben 4; c die Momentenkennlinie der Maschine mit Al-Spritzgußläufer ohne zusätzliche Einschnitte 3. Die Al-Käfige, deren Momentenkennlinien mit a, b und c bezeichnet werden, weisen im übrigen gleiche Ausbildung auf. Die Momentenkennlinien wurden nach Altern 45.000 c/h aufgenommen.In Fig. 4: a denotes the torque characteristic of a machine with. Al injection runner and empty notches 3; b i the torque curve the machine with an Al injection-molded runner with the same incisions 3 and electrically conductive rods 4 arranged therein; c the torque curve of the machine with Al injection-molded rotor without additional cuts 3. The Al cages, whose torque characteristics are marked with a, b and c, otherwise have the same training. The torque characteristics were recorded after aging 45,000 c / h.

Asynchronmaschinen nach der Erfindung haben infolge der verringerten Zusatzverluste niedrigere Erwärmung und höhere Wirkungsgrade im Stationärbetrieb, so daß eine größere spezifische Leistung erreichbar ist. Die Maschine weist infolge der unterdrückten Zusatzmomente eine bessere Momentenkennlinie auf, die sich mit der Zeit nicht ändern kann: die Eigenschaften der Maschine können also nicht durch Alterungserscheinungen beeinflußt werden. Die erfindungsgemäße Aus-Asynchronous machines according to the invention have as a result of the reduced Additional losses, lower heating and higher efficiencies in stationary operation, so that a greater specific power can be achieved is. As a result of the suppressed additional torques, the machine has a better torque curve that does not change over time can change: the properties of the machine can therefore not be influenced by signs of aging. The inventive concept

7304313 11.12.757304313 12/11/75

— 6 —- 6 -

gestaltung des Läufers erlaubt auch den Bau von Maschinen mit Leichtmetall-Spritzgußkäfigwicklungen für größere Leistungen, wie sie bisher nur bei Asynchronmaschinen mit geschweißten Käfigen möglich waren. Schließlich wird durch die erfindungsgemaße Konstruktion die teure wärmebeständige Stabisolation bei manchen geschweißten Käfigläufern überflüssig sowie die Ausnutzung der Maschine und deren Wärmeabgabe verbessert, wobei gleichzeitig eine erhebliche Verbilligung erzielt werden kann.The design of the rotor also allows the construction of machines with light metal injection-molded cage windings for greater performance, as was previously only possible with asynchronous machines with welded cages. Finally, the construction according to the invention makes the expensive heat-resistant rod insulation superfluous in some welded squirrel cage rotors and improves the utilization of the machine and its heat dissipation, and at the same time a considerable reduction in the price can be achieved.

Claims

1. Braided squirrel cage for asynchronous machines / for the incisions are arranged between the slots for the cage winding in the rotor plate / which extend over the length of the Runner extend, are directed essentially radially and counted from the circumference of the runner at least up to half The height of the cage grooves / marked / that in the incisions (3) at least one electrically conductive / independent of the cage winding Rod (4) is arranged.

2. Squirrel cage according to claim 1, characterized in that the rod consists of ferromagnetic material.

3. Squirrel cage according to claim 1 _f, characterized in that the rod consists of non-magnetic material.

4. Squirrel cage according to one of claims 1 to 3, characterized in that that in addition to the electrically conductive rod (4) a rod made of heat-resistant insulating material is arranged in the incisions.

5. Squirrel cage according to one of claims 1 to 4m, characterized in that that the incisions (3) delimit the cage grooves (1) laterally.

7304313 11.12.757304313 12/11/75