DE7443389U

DE7443389U - Kurzschlusslaeufer fuer einen mittels leistungsdosierung regelbaren drehstrom- asynchronmotor

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Publication number: DE7443389U
Application number: DE7443389U
Authority: DE
Original assignee: ORTLINGHAUS AG ZUG (SCHWEIZ)
Current assignee: ORTLINGHAUS AG ZUG (SCHWEIZ)
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1974-12-30
Publication date: 1977-03-17

Description

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Anwaltsakte 25 709 30. Dezember 197*1

Ortlinghaus i-.
CH-6300 Zug;

Kurzschlussläufer für einen mittels Leistungsdosierung regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer für einen mittels Leistungsdosierung regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor, mi·:
einem Käfig oder dergleichen zur Bildung von Läuferstromkreisen, mit einer auf dem Läufer sitzenden Hülse aus ferromagnetischem Material.

Während für Antriebe mit konstanter Drehzahl der Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer wegen asines einfachen und robusten Aufbaus weiteste Verbreitung gefunden hat, werden für Antriebe mit veränderlicher Drehzahl häufig Gleichstrommotoren und Drehstrom-Nebenschlussmotoren verwendet. Diese Motorbauarten haben jedoch gegenüber dem Drehstrommotor mit Kurzschlussläufer einen komplizierteren Aufbau des Läufers oder Rotors.
Ausserdem sind Kollektoren oder Bürsten erforderlich, die eine ständige Wartung erfordern. Insbesondere bei schwierigen ümge-

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bungsverhältnissen, wie ζ. Β. staubige und feuchte Atmosphäre, führen diese Bauteile häufig zu Störungen. Aus diesen Gründen wäre es vorteilhaft, wenn ein Drehstrommotor mit Kurzschlussläufer auch bei Antrieben mit veränderlicher Drehzahl eingesetzt werden könnte.

Es sind bereits Drehzahlsteuerungen für solche Motoren bekannt geworden, die durch Aenderung der Frequenz der Versorgungsspannung oder durch eine sogenannte Schlupfregelung mittels Leistungsdosierung arbeiten. Die Frequenzänderung der Versorgungsspannung erfordert aber einen grossen Aufwand an elektrischen und elektronischen Bauteilen. Ausserdem hat der Motor bei kleinen Frequenzen einen unruhigen, ungleichförmigen Lauf, so dass entsprechend hohe Frequenzen gewählt werden müssen, um einen grossen Regelbereich zu erhalten.

Im Gegensatz zur Frequenzänderung lässt sich eine Schlupfregelung des Motors mittels Dosierung der zug· arten elektrischen Leistung erzielen. Diese Dosierung wird beispielsweise durch eine sogenannte Phasenanschnitt-Steuerung vorgenommen, was sich verhältnissmässig einfach durchführen lässt. Dabei wird über ein steuerbares elektrisches Ventil dem Motor ein seinem Leistungsbedarf entsprechender Anteil der positiven und negativen Halbwellen zugeführt.

Bekanntlich weisen Drehstrommotoren ein sogenanntes Kippmoment auf, bei dessen Ueberschreiten der Motor sich indifferent verhält, so dass eine zufriedenstellende Regelung nur dann erreicht wird, wenn das Lastmoment etwa quadratischen oder kubischen Charakter besitzt, wie dies beispielsweise bei Rührwerken oder Ventilatoren der Fall ist. Dieses Kippmoment tritt bei normalen Drehstrommotoren mit Kurzschlussläufern bereits bei geringen Schlupfdrehzahlen auf. Die dadurch bewirkte Einschränkung in der Anwendung kann aber dadurch aufgehoben wurden, dass der Innenwiderstand des Läuferstromkreises erhöht wird. Durch diese

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Massnahme kann das Kippmoment soweit verschoben werden, dass es erst bei Schlupf mit dem Wert 1, das heisst bei der Antriebsdrehzahl Null auftritt. Ein auf diese Weise veränderter Kurzschlussläufermotor hat jedoch noch den Nachteil, dass bei kleinen Drehzahlen ein unruhiger Lauf auftritt. Dieser unruhige Lauf wird durch den sogenannten lückenden Spannungsverlauf beim Phasenanschnitt sowie durch die Rückwirkung des Läuferstromkreises auf die Statorwicklungen verursacht.

Es ist bekannt, die Laufruhe bei kleinen Drehzahlen dadurch zu verbessern, dass der Läufer an seinem Aussendurchmesser mit einer Hülle aus magnetisch gut leitendem Material überzogen wird. In dieser massiven Hülle treten jedoch durch Wirbelströme zusätzliche mit dem Schlupf anwachsende Wärmeverluste auf, die den Wirkungsgrad des Motors verschlechtern. Ausserdem werden die Leiterstäbe des Läufers um den Betrag der Wandstärke der Hülse aim Innendurchmesser hin verschoben, wodurch sich ein flacher, ungünstiger Drehmomentverlauf ergibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mit möglichst wenig Aenderungen des normalen Kurzschlussläufers die genannten Nachteile zu vermeiden, bzw. wesentlich einzuschränken.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass bei einem Kurzschlussläufer der eingangs erwähnten Art, die Hülse die Käfiglänge nur teilweise abdeckt. Versuche haben gezeigt, dass die Laufruhe bei kleinen Drehzahlen gewährleistet ist, wenn die Hülse sich nur etwa über einviertel bis dreiviertel der Läuferlänge erstreckt. Da die andere Hälfte des Läufers unverändert bleibt, bleiben auch die Leiterstäbe des Läufers in diesem Bereich voll erhalten. Sie befinden sich also in nächster Nähe des Stators. Dadurch ergibt sich ein günstiger Kurvenverlauf des Drehmomentes über der Drehzahl. Bei gleich angenommenem Nenndrehmoment ist die Nenndrehzahl und damit der mögliche Regelbereich grosser gegenüber einer Ausführung mit einer Hülse,

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die sich über die gesamte Länge, des Läufers erstreckt. Die zusätzlichen Verluste durch Wirbelströme in der Hülse sind entsprechend dem Anteil der Hülsenlänge an der Gesamtlänge des Läufers reduziert. Infolgedessen ist auch der Wirkungsgrad des Motors über den gesamten Regelbereich relativ günstig.

Ein Ausführungsbeispiel· der Erfindung wird nun unter Bezugnahine auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Kurzschlussläufer im Schnitt,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung , bei der das Drehmoment eines üblichen Drehstrommotors mit einer sich über die ganze Läuferlänge erstreckenden Hülse verglichen wird mit dem Drehmoment eines Drehstrommotors mit einem Läufer gemäss der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht der Kurzschlussläufer 1 aus einem koaxial zur Welle 3 angeordneten Käfig 5, der im wesentlichen aus einer Anzah] auf über den Umfang des Läufers 1 verteilten Leiterstäben 7 besteht, die auf beiden Seiten mit Kurzschlussringen 9 und 11 verbunden sind. Damit der Läuferstromkreis zur Unterdrückung des Kipp*momentes einen erhöhten Widerstand aufweist, bestehen die Leiterstäbe 7 und eventuell auch die Kurzschlussringe 9 und 11 vorteilhaft aus einer Aluminium-Siliziumlegierung und nicht wie sonst üblich aus besser leitendem Material, wie beispielsweise Rein-Aluminium oder Kupfer. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Läufer 1 in üblicher Weise im Innern des Käfigs 5 einen Kern 13 aus lameliiertem Eisenblech auf. Wesentlich ist nun, dass der Läufer ausserdem eine Hülse 15 besitzt, die sich aber nur über einen Teil der Läuferlänge erstreckt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Hülse 15 von einer Seite des Läufers her, bis etwa zur Hälfte der Läuferlänge. Dabei entspricht der Aussendurchmesser der Hülse dem Aussendurchmesser des Läufers im Be-

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reich, der nicht von der Hülse überdeckt wird. Dadurch/dass dieser Bereich 14 nicht durch die Hülse überdeckt wird, bleiben die Leiterstäbe 7 in diesem Bereich voll erhalten, was für einen günstigen Kurvenverlauf des Drehmomentes iber der Drehzahl von Bedeutung ist.

Statt einer einzigen Hülse 15 können auch mehrere Hülsen vorgesehen werden, wobei aber die Hülsen so dimensioniert sein sollten, dass sie den Käfig, beziehungsweise die Lauf er länge, nur etwa einviertel bis dreiviertel abdecken.

Die Hülse 15 besteht aus ferr©magnetischem Material, vorteilhaft aus Eisen mit geringem Kohlenstoffgehalt,das auch elektrisch relativ gut leitend ist.

Wie die Darstellung von Figur 2 zeigt, lassen sich mit einem Motor, der einen erfindungsgemässen Kurzschlussläufer aufweist, ein günstigerer Kurvenverlauf des Drehmomentes über die Drehzahl erszielen, als bei einem Motor, bei dem sich die Hülse des Läufers über die ganze Lauferlange erstreckt. Wie die Kurve B zeigt ist bei gleich angenommem Nenndrehmoment die Nenndrehzahl n.._o und damit der mögliche Regelbereich grosser als bei einer Ausführung gemäss dem^Stand der Technik, bei dem sich die Hülse über die gesamte Länge des Läufers erstreckt (vergl. Kurve A und Nenndrehzahl η ).

Wie bereits erwähnt, sind ausser der gezeigten Ausführungsform noch verschiedene Abänderungen möglich. So kann die Hülse beispielsweise aus zwei oder mehr einzelnen Ringen bestehen, die über die Länge des Läufers verteilt sind.

Abschliessend wird nochmals darauf hingewiesen, dass ein Kurzschlussläufer für einen mittels Leistungsdosierung regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor von besonderem Wert ist, wenn

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1. Der Kurzschlussläufer als sogenannter Widerstand&äufer ausgebildet ist, wobei der Käfig 5 mindestens teilweise aus einer Widerstandslegierung besteht oder durch andere Massnahmen, beispielsweise durch Reduzierung der Leiterquerschnitte, Einsetzen von Widerstandsbrücken in die Leiterstäbe oder Kurzschlussringe, der Widerstand des Läuferstromkreises erhöht wird.

2. Die Hülse 15 nur etwa einviertel bis dreiviertel des Läufers abdeckt.

3. Die Hülse 15 gut magnetisch leitend und auch gut elektrisch leitend ist.

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Claims

1. Kurzschlussläufer für einen mittels Leistungsdosierung regelbaren Drehstrom-Asynchronmotor, mit einem Käfig oder dergleichen zur Bildung von Läuferstromkreisen/ idt einer auf dem Läufer sitzenden Hülse aus ferromagnetisehern Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (15) aus üerromagnetisehern Material die Käfiglänge nur teilweise abdeckt.

2. Kurzschlussläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material aus Eisen mit geringem Kohlenstoffgehalt besteht.

3. Kurzschlussläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung des Kippmomentes der jeweilige Läuferstromkreis einen erhöhten Widerstand aufweist.

4. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig aus einer Aluminium-Silizium-Legierung besteht.

5. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) aus Leiterstäben (7) besteht, deren Enden mit Kurzschlussringen (9,11) verbunden sind, und dass mindestens die Leiterstäbe (7) aus einer Aluminium-Silizium-Legierung bestehen.

6. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hülse (15) von einer Seite des Käfigs (5) gegen die Mitte des Käfigs hin erstreckt.

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7. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet/ dass auf beiden Seiten des Käfigs (5) je eine Hülse (15) vorgesehen ist.

8. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrr^hl von Hülsen über die Länge des Käfigs (5) verteilt angeordnet sind.

9. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet/ dass das ferromagnetische Material auch elektrisch gut leitend ist.

10. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Käfig (5) ein Kern (13) aus lameliiertem Eisenblech vorgesehen ist.

11. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet/ dass der Käfig (5) durch die Hülse oder Hülsen (15) nur bis ungefähr einvierte1 bis dreiviertel seiner Länge abgedeckt wird.

12. Kurzschlussläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer aus zwei oder mehr Läuferpaketen mit separaten Käfigen ausgebaut ist.

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CAR/hm

F-58-1175

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