DE634066C - Laeufer fuer Asynchronmotoren mit zwei oder mehreren Kurzschlusswicklungen verschiedenen Ohmaschen Widerstandes und verschiedener Reaktanz - Google Patents

Description

Das im Anlauf durch einen Asynchronmotor entwickelte Drehmoment entspricht bekanntlich eindeutig einer bestimmten zugehörigen, auf den Läufer übertragenen Leistung. Da im Stillstand eine Leistungsabgabe von der Welle nicht stattfindet, muß die gesamtej auf den Läufer übertragene Leistung in Wärme umgesetzt werden. Diese Umwandlung geschieht bei einem Schleifringläufer zum überwiegenden Teil in dem Anlaßwiderstand, dessen Wärmekapazität entsprechend der Größe dieser Leistung und der Zeitdauer des Anlaufs zu bemessen ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß mit steigender Drehzahl

ig ein immer größerer Teil der übertragenen Leistung als Leistungsabgabe an der Welle erscheint und der in Wärme umgesetzte Teil bis auf den Anteil der Schlupf leistung zurückgeht.

Bei Kurzschlußmotoren, bei denen der gesamte Läuferwiderstand in der Läuferwicklung selbst sich befindet, findet die gesamte Wärmeentwicklung während des Anlaufs innerhalb des Läufers statt, dessen Wärmekapazität, je nach dem geforderten Drehmoment und der Anlaufzeit, entsprechend groß gehalten werden muß, wobei als erschwerend hinzukommt, daß die im Läufer entwickelte Wärme auch den Ständer aufheizt, eine Erscheinung, die insbesondere bei geschlossenen Maschinen sich äußerst nachteilig auswirkt. Weiter tritt hinzu, daß die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anläufen genügen muß, um die im Läufer aufgespeicherte Wärmemenge abzuführen.

Aus den angeführten Gründen ist es nicht ohne weiteres möglich, ohne mitunter sehr erhebliche Überdimensionierung der Maschinen, periodisch häufig eingeschaltete Maschinen für gewisse Antriebe, z. B. Zentrifugen, Hebezeuge größerer Schalthäufigkeit u. dgl., mit Kurzschlußmotoren zu betreiben, selbst dann nicht, wenn deren Anlaufeigenschaften an sich den Erfordernissen derartiger Antriebe angepaßt werden. Man hat bereits versucht, diesem Übelstande dadurch abzuhelfen, daß man bei Schleifringmotoren an Stelle des über die Schleifringe angeschlossenen Widerstandes einen mit der Maschine umlaufenden festen Widerstand eingebaut hat, der die Wicklung thermisch entlasten sollte. Ein solcher Motor hat aber die unangenehme Eigenschaft, eine steil abfallende Drehmomentcharakteristik zu erhalten, wenn der Widerstand eine genügende Größe hat, um eine wirksame thermische Entlastung hervorzubringen. Derartige Motoren besitzen ein mit der Drehzahl rasch abnehmendes Drehmoment, bei Belastung mit dem Betriebsdrehmoment daher einen unverhältnismäßig großen Schlupf und entsprechend schlechten Wirkungsgrad. Infolge des mit zunehmender Drehzahl sich praktisch linear vermindernden Drehmomentes werden die Anlaufzeiten derartiger Motoren auch ver-

hältnismäßig hoch, wenn man nicht das Stillstandsdrehmoment und damit den Einschaltstrom übermäßig groß-wählen will. . Nach der vorliegenden Erfindung werdeig* Motoren mit zwei oder mehr Kurzschlußwifcfe.'* lungen verschiedener Reaktanz verwendet,^ sich" jedoch von den üblichen Bauarten νΐοΐ^; Doppelkäfigmotoren u. dgl. dadurch grund-' legend unterscheiden, daß die hochohmige An- !aufwicklung geringer Reaktanz, bzw. wenn mehr als insgesamt zwei Wicklungen vorhanden sind, die Wicklungen geringerer Reaktanz als Phasenwicklungen ausgeführt sind und ihr Ohmscher Widerstand nur zum Teil in die Wicklungen selbst verlegt ist, zum anderen Teil wärmetechnisch völlig getrennt vom Motor angeordnet ist. In die Wicklung selbst wird nur der unbedingt erforderliche und thermisch zulässige Teil des Widerstandes gelegt. Bei Stillstand und bei niedrigen Drehzahlen, bei denen infolge der hohen Periodenzahl im Läufer die Wicklung oder die Wicklungen geringer Reaktanz vom Anlauf strom durchflossen sind, wird daher entsprechend der Aufteilung der Ohmschen Widerstände nur ein geringer Teil der gesamten Wärmeentwicklung in der Wicklung selbst erfolgen. Der erhebliche Teil der gesamten Wärmeentwicklung wird außerhalb der Wicklung in dem wärmetechnisch getrennten Widerstand vor sich gehen. Bei zunehmender Drehzahl nimmt bekanntlich der Strom in der Wicklung geringerer Reaktanz und höheren Ohmschen Widerstandes ab, was im vorliegenden Fall gleichbedeutend ist mit einer Entlastung des außenliegenden Ohmschen Widerstandes.

Der Motor wird also die von Stromverdrängungsläufern bekannte Charakteristik beibehalten und im normalen Betriebszustand den· üblichen geringen Schlüpf, die geringen Verluste und den günstigen Wirkungsgrad erhalten, wie die betreffende Bauart des Doppelkäfig- oder sonstigen Stromverdrängungsmotors normaler Ausführung sie eben besitzt. Der geradlinige Drehmomentabfall mit zunehmender Drehzahl, wie bei einem Motor mit einfacher Schleifringwicklung und festem Widerstand, wird hier vermieden.

Durch die vorbeschriebene Anordnung ist so es nicht nur ermöglicht, Stromverdrängungsmotoren mit thermischer Entlastung der Läuferwicklung zu bauen, sondern es wird auch die Ständerwicklung dadurch günstig beeinflußt, indem nämlich die Wärmeentwicklung von dem dem Ständer örtlich benachbarten Läufer auf den nicht in unmittelbarer Verbindung mit dem Ständer stehenden Widerstand gelegt wird. Überdies wird durch den gegenüber dem Schleifringmotor mit festem Widerstand günstigeren Drehmomentdrehzahlverlauf der durchschnittliche Ständer-Strom und damit die Stromwärmeverluste im Ständer herabgesetzt unter Zugrundelegung gleicher Anlaufarbeit. '-.^. Es wurde schon vorgeschlagen, bei einem : .i^appelkäfigmotor zwecks Wärmeabführung ^tI dem Widerstandskäfig die Käfigstäbe mit ''Widerstandsverbindungen zum Kurzschlußring zu führen, um eine gute Ventilation der Käfigstäbe bzw. der Widerstandsverbindungen zu erhalten. Der Wert dieser Anordnung erscheint jedoch bei Motoren für schwere Anlaufarbeit sehr zweifelhaft, da die außerhalb des Ankereisens liegenden Widerstandsverbindungen bzw. Verlängerungen der Käfigstäbe eine geringe Wärmekapazität besitzen und bei langer dauerndem Anlauf leicht abschmelzen. Diese Konstruktion entspricht also nicht der eingangs erörterten Bedingung genügender Wärmekapazität für die Aufnahme der Anlaufwärme.

Abgesehen hiervon wird in bezug auf die Gesamterwärmung der Maschinen bei der erwähnten Anordnung zum Unterschied vom Erfindungsgegenstand kein Vorteil erzielt, da ja die durch so erhaltene Ventilationswirkung der Käfigstäbei erwärmte Kühlluft direkt auf die Ständerwicklung geschleudert wird und diese aufheizt. Beim Erfindungsgegenstand wird die Anordnung im Gegensatz hierzu so getroffen, daß- die Hauptwärmeentwicklung der mit hohem Widerstand ausgerüsteten Anlaufwicklung wärmetechnisch vom Motor getrennt angeordnet ist.

Verschiedene Ausführungsbeispiele für die mit getrenntem Ohmschem Widerstand ausgerüstete Lauf erwicklung bzw. für die Lauferwicklurigen geringerer Reaktanz sind in den ■ Abbildungen dargestellt, in, denen sämtlich nur eine Wicklung geringer Reaktanz dargestellt ist, die übrigen Wicklungen dagegen weggelassen sind.

Abb. ι zeigt beispielsweise eine Ausführung dieser Wicklung als normale dreiphasige Läuferwicklung L, die dauernd über einen dreiphasig geschalteten Widerstand i? kurzgeschlossen ist. Der Gesamtwiderstand entspricht dem geforderten Drehmoment. In der Läuferwicklung selbst ist nur so viel Widerstand enthalten, als es die thermischen Verhältnisse in Anbetracht der verschiedenen in Frage kommenden Größen: Drehmomentverlauf, Zeitdauer und Häufigkeit des Anlaufs, gestatten.

Die Anordnung des Widerstandes ist in einigen Ausführungsformen in Abb. 2 dargestellt. Hier befindet sich der Widerstand R außerhalb der Lagerschilder der gekapselt angenommenen Maschine, wobei die Zuleitungen Z innerhalb der Welle angeordnet sind. Der Widerstand kann hierbei beispielsweise sowohl auf der der Antriebsseite A abgewen-

deten Seite der Maschine in einem entsprechenden Gehäuse G auf der Welle sitzen (Abb. 2a) als auch z. B. in der angewendeten Kupplung oder Riemenscheibe Sch angeordnet ,bzw. direkt eingebaut sein (Abb. 2b). Auch ist es möglich, den Widerstand R innerhalb der Maschine so anzuordnen (Abb. 2c), daß die hindurchstreichende Kühlluft ihn erst bei ihrem Austritt erreicht, also nachdem sie an

to zu kühlenden aktiven Teilen vorbeigegangen ist, wie in der Abbildung angedeutet, in der die Luftströmung mit Pfeilen und der eingebaute Ventilator mit V bezeichnet sind. Hier ist die Anordnung weiter so getroffen, daß der Wider-

t5 stand R Eigenventilation durch angebaute Flügel erhält, für die die Luftströmung ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist.

Eine andere Ausführungsform der Läuferwicklung nach der Erfindung zeigt Abb. 3.

In dieser ist eine KäfigwicklungK angedeutet, die auf einer Seite in der üblichen Weise durch einen Ring verbunden ist. Die gegenüberliegende Seite weist jedoch nur mehr oder weniger große Ringsegmente S auf, die je einige Stäbe zusammenfassen. Die Ringsegmente ihrerseits sind durch Zuleitungen Z mit einem mehrphasigen Widerstand R verbunden, der in ähnlicher Weise angeordnet wird, wie oben unter Bezugnahme auf Abb. 2 beschrieben. Bei dieser Anordnung können Ringsegmente gleicher elektrischer Phasenlage bei mehrpoligen Maschinen parallel geschaltet und mit gemeinsamen Widerstandsphasen verbunden werden.

Die beschriebene Anordnung eignet sich auch für jene Antriebe, bei denen eine Ausnutzung von Schwungmassen durch erhebliche Drehzahlabfälle erfolgt. Mit zunehmendem Schlupf wird nämlich ein wachsender Anteil des Läufergesamtstromes in der Wicklung geringerer Reaktanz fließen, da mit zunehmender Periodenzahl im Läufer die Stromverdrängung ansteigt. Hierdurch gelangt die thermische Entlastung der Wicklung geringer Reaktanz auch bei derartigen Antriebsfällen zuf Wirkung, so daß es möglich ist, die Ausnutzung von Schwungmassen ohne Anwendung von Schleifringmotoren mit getrenntem Widerstand in wirkungsvoller Weise vorzunehmen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Läufer "für Asynchronmotoren mit zwei oder mehreren Kurzschlußwicklungen verschiedenen Ohmschen Widerstandes und verschiedener Reaktanz, bei dem die Wicklungen mit dem geringen Ohmschen Widerstand eine hohe Reaktanz besitzen und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anlauf dienende Wicklung oder die Wicklungen geringer Reaktanz als Phasenwicklungen ausgeführt sind und ihr Ohmscher Widerstand zum Teil in die Wicklung bzw. Wicklungen selbst verlegt, zum anderen Teil in Form eines besonderen Widerstandes an einer vom Läufereisen entfernten, gut kühlbaren Stelle mit dem Läufer umlaufend angeordnet ist.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anlauf dienende Wicklung oder die Wicklungen geringer Reaktanz als kombinierte Phasen- und Kurzschlußwicklungen derart ausgebildet sind, daß alle Läuferstäbe auf der einen Läuferseite durch Kurzschlußringe verbunden sind, während auf der anderen Seite des Läufers die Läuferstäbe jeweils polweise durch mehr oder weniger große Ringsegmente zusammengefaßt sind, die als Endpunkte der Phasenwicklung mit einem vom Läufereisen getrennt angeordneten, gut kühlbaren und mit dem Läufer umlaufenden Widerstand leitend verbun- . den sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen