DE1613932C - Polumschaltbarer Asynchronmotor für Schwerstantriebe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen polumschaltbaren zu dem Vorteil, daß jedes einzelne Stabswiderstands-Asynchronmotor für Schwerstantriebe, wie diskonti- element nunmehr lediglich noch für die halbe Vernuierlich arbeitende Zentrifugen, bei dem außerhalb lustleistung zu bemessen ist und demzufolge einfacher des Rotoreisens des Läufers liegende, auf beide Stirn- aufgebaut oder aus entsprechend preiswerterem Seiten des Rotors verteilte, in Ring- und Stabwider- . 5 Werkstoff gefertigt werden kann. Daß statt dessen stände aufgeteilte Läuferwiderstände angeordnet zwar gegenüber der bisherigen Ausführung die dopsind, pelte Anzahl von Stabwiderstandselementen benötigt

Es ist bekannt, daß sich die Kennlinie eines Asyn- wird, spielt im Hinblick auf die Vereinfachungen, die chronmotors durch entsprechende Bemessung und sich durch die Fertigung von Widerstandselementen Ausbildung. seines Läuferwiderstandes in weiten io der halben Verlustleistung ergeben, keine nachteilige Grenzen beeinflussen läßt. Bei einem bekannten Rolle. Die Anzahl und Leistung der Ringwiderstands-Motor sind aus diesem Grunde an beiden Stabenden elemente bleibt jedoch unverändert. Durch die Verder Läuferstäbe sogenannte Widerstandsfahnen hart teilung der Läuferwiderstände auf beide Stirnseiten angelötet, die ihrerseits in je einem innenliegenden des Rotors wird außerdem aber eine sehr vorteil-Kurzschlußring enden.. Besonders wirtschaftliche und 15 hafte Raumausnutzung innerhalb des vom Motorleistungsfähige Asynchronmotore für Schwerst- gehäuse umschlossenen Raumes erzielt; denn bisher antriebe, insbesondere zum Antreiben von diskonti- ragten die Rotorwiderstände, insbesondere bei größenuierlich arbeitenden Zuckerzentrifugen,, können ge- ren Leistungen, auf einer Stirnseite des Läufers zum schaffen werden, wenn, wie bereits vorgeschlagen Teil erheblich über die Wickelköpfe des Stators hinwurde, eine Aufteilung der Läuferwiderstände in 20 aus, während auf der anderen Stirnseite des Läufers Stabwiderstände und Ringwiderstände vorgenommen im allgemeinen ein ungenutzter Hohlraum verbleibt, wird. Nunmehr werden die Rotorwiderstände auf beide

Unerwünscht ist bei derartig ausgebildeten Moto- Stirnseiten des Läufers verteilt, so daß sie selbst bei

ren jedoch der fertigungstechnische Aufwand zur größeren Leistungen der Widerstände, als sie bisher

Herstellung und Montage der einzelnen Widerstands- 35 bei bekannten Motoren üblich sind, nicht über den

elemente, welcher zur Bildung der getrennten Ring- von den Wickelköpfen der Statorwicklung begrenzten

und Stabwiderstände des Rotors benötigt wird. Es Raum in axialer Richtung hinausragen. Das bedeutet,

wurde bereits ein Weg aufgezeigt, wie gewisse Ver- daß bei höherer Leistung und größerer Wirtschaft-

einfachungen dadurch erzielt werden können, daß lichkeit der Motore der Raumanspruch geringer

mehrere Stabwiderstände gemeinsam an ein Ring- 30 wird.

Widerstandselement herangeführt werden, ohne daß Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des

dadurch die Stromverteilung in den Stäben wesent- neuen Motors sieht die Erfindung vor, daß auf der

Hch bzw. unzulässig beeinflußt wird. einen Stirnseite des Rotors vorwiegend Stabwider-

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, stände, auf der anderen Stirnseite vorwiegend Ringeinen Motor der eingangs genannten Art in der 35 widerstände angeordnet sind, wobei denjenigen auf Weise auszugestalten, daß trotz Verwendung von in_: der Seite der überwiegenden Ringwiderstände in Stab- und Ringwiderstände aufgeteilten zusätzlichen einem gemeinsamen Anschlußpunkt zusammengefaß-Läuferwiderständen und demzufolge wirtschaftlich ten Stabwiderständen verzweigte Stabwiderstände auf fortschrittlichem Betriebsverhalten auch eine verein- der anderen Rotorstirnseite entsprechen, welche über fachte und wirtschaftliche Fertigung bei gleichzeitiger 40 benachbarte Anschlußpunkte mit dem Ringwider-Möglichkeit der Verringerung der Abmessungen er- stand dieser Seite verbunden sind. Diese weitere Auszielt werden kann, gestaltung des Motors gestattet eine weitere Verein-

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß fachung; denn die Anzahl der auf einer Rotorstirnbei dem einleitend beschriebenen polumschaltbaren seite zusammenfaßbaren Stabwiderstände wird erheb-Asynchronmotor für Schwerstantriebe dadurch ge- 45 Hch gesteigert, ohne daß sich die geforderte Beeinlöst, daß jeweils denjenigen Stabwiderständen, die flussung der Läuferströme bzw. erwünschte Stromauf der einen Rotorstirnseite in einem gemeinsamen verteilung im Läufer in nachteiliger Weise oder in Anschlußpunkt am Ringwiderstand zusammengefaßt unzulässiger Weise ändert. Diese Ausgestaltung führt sind, entsprechende Stabwiderstände auf der anderen aber außerdem auch zu dem Vorteil eines besonders · Rotorstirnseite zugeordnet sind, welche jedoch an 50 einfachen und übersichtlichen Aufbaues der Widerzwei benachbarten Anschlußpunkten des Widerstan- Standselemente; denn es befinden sich auf der einen des dieser Rotorseite verteilt angeschlossen sind. Rotorseite überwiegend Stabwiderstände und auf der

Diese Ausbildung des neuen Asynchronmotors er- anderen Rotorseite überwiegend Ringwiderstände, möglicht es, mehr Stabwiderstände als bisher an einen die gut zugänglich sind, wie dies z. B. für eine Inspekgemeinsamen Anschlußpunkt heranzuführen, ohne 55 tion oder Reinigung erwünscht ist. dadurch die Stromverteilung im Läufer unzulässig zu Die Aufteilung der Läuferwiderstände auf beide beeinflussen. Der konstruktive Aufbau der Wider- Rotorstirnseiten und der mit dieser Maßnahme verstandselemente wird daher wesentlich vereinfacht. Es bundene Raumgewinn innerhalb des von den Statorentfallen außerdem zahlreiche Verbindungspunkte, wickelköpfen, umschlossenen Raumes im Vergleich die gerade bei den in Anwendung befindlichen 60 zum zur Verfügung stehenden Raum bei bisherigen Widerstandswerkstoffen bei der Herstellung der Mo- Motoren gestattet es, Widerstände höherer Verlusttore erhebliche Kosten verursachen. : leistung als bisher zu verwenden, zugleich aber auch Die bisher nur bei Hartlötung der Widerstands- die thermische Belastung im Motor zu senken. Eine fahnen und infolgedessen nur bei relativ geringer weitere Ausgestaltung des neuen Motors, bei welcher thermischer Belastbarkeit bekannte Verteilung der 65 die thermische Belastung des Läufers besonders ge-Läuferwiderstände auf beide Stirnseiten des Rotors ring gehalten werden kann, kennzeichnet sich daführt gegenüber der bisher bei hoher Belastung durch, daß zwischen den äußeren Widerständen des üblichen nur einseitigen Anordnung der Widerstände Läufers und den Läuferstäben Zwischenstücke aus

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einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit erfindungsgemäß ausgebildeten Motor beide Rotor- und großer kühlbarer Oberfläche vorgesehen sind. Es Stirnseiten mit zusätzlichen Ring- und Stabwiderstänist erkennbar, daß bei dieser Ausgestaltung die Ver- den ausgerüstet, und es befinden sich daher auf der lustleistung in den Widerständen umgesetzt wird, daß linken Rotorstirnseite Ringwiderstände R_Rl und Stabhingegen die in der Umgebung der Stabanschlüsse 5 widerstände R_sl und auf der rechten Seite ebensolche entwickelte Wärme bereits überwiegend an den Ring- und Stabwiderstände R_Rr und R_Sr. Bei dieser Zwischenstücken der Kühlluft übergeben wird, so daß Kennzeichnung ist mit R der Widerstand, mit den die Läuferstäbe von der in den Widerständen erzeug- Indexbuchstaben _R oder _s des Ringes oder Stabes ten Wärme weitgehend verschont werden können. und mit den weiteren Indexbuchstaben , oder _r der

Eine weitere Ausgestaltung des neuen Motors dient io linken oder rechten Rotorseite bezeichnet. Aus dem dem gleichen Zweck. Sie kennzeichnet sich dadurch, Schaltschema in F i g. 1 ist erkennbar, daß durch die daß die Ringwiderstände aus einzelnen Ringwider- neu verteilte Anordnung der Widerstände auf beiden Standselementen zusammengesetzt und über isolierte Seiten des Rotors ohne Beeinträchtigung der Strom-Ringzwischenstücke großer kühlbarer Oberfläche, verteilung im Rotor auf der linken Rotorseite z. B. jedoch mit geringem Wärmeleitvermögen miteinander 15 jeweils vier Stabwiderstände zu einem gemeinsamen verbunden sind und daß die Ringwiderstände auf Anschlußpunkt zwischen zwei Ringwiderständen R_Rl wenigstens einem Tragring gehalten sind, wobei die herangeführt werden können, wenn auf der anderen Ringzwischenstücke außerhalb der Ringwiderstands- Seite die entsprechenden Stabwiderstände R_Sr so elemente gegeneinander sowie gegen den oder die geschaltet werden, daß sie mit zwei benachbarten Tragringe elektrisch isoliert sind. 20 Anschlußpunkten von Ringwiderständen R_Rr verbun-

Durch die neue Ausbildung des Motors, d. h. da- den sind. Dennoch ergibt sich auf der rechten wie durch, daß zusätzliche Ring- und Stabwiderstände auf der linken Rotorseite die Tatsache, daß bei dem auf beide Rotorstiniseiten verteilt sind, ergeben sich Beispiel, das die Fig. 1 im.Schaltbild wiedergibt, je auch hinsichtlich der Kühlung völlig neue Gesichts- Rotorseite vier Stabwiderstände an einen gemeinpunkte, die bei einer weiteren Ausgestaltung in vor- 25 samen Anschlußpunkt des Ringwiderstandes heranteilhafter Weise genutzt werden. Diese weitere Aus- geführt sind. Das bedeutet für die Fertigung, daß gestaltung des Motors kennzeichnet sich dadurch, Stabwiderstandselemente vorgefertigt werden köndaß mehrere zueinander konzentrische, im wesent- nen, bei denen bereits in der Herstellung berücksichlichen ringförmige Strömungswege für die Kühlluft tigt wird, daß vier einzelne Stabwiderstände an einen vorgesehen sind, von denen ein radial äußerer Strö- 3° gemeinsamen Anschlußpunkt des Ringwiderstandes mungsweg an den Ringzwischenstücken und/oder herangeführt werden. Wesentliche aufwendige Herden Enden der Läuferstäbe vorbei durch axiale Ka- stellungs- und Montagearbeiten werden daher vernäle im radialen äußeren Bereich des Läufers, ein mieden. Außerdem werden durch diese Ausbildung radial mittlerer Strömungsweg für von den Wider- die Verlustleistungen je Stabwiderstand und Stab auf standselementen erwärmte Luft durch thermisch 35 die Hälfte reduziert, so daß unter Umständen auf gegen den äußeren Läuferbereich isolierte, radial thermisch hoch belastbare und teure Werkstoffe veretwa mittig im Läufer angeordnete axiale Kanäle mit ziehtet werden kann und statt dessen auf weniger großem Durchströmqüerschnitt und ein radial innerer teure und leichter verarbeitbare Werkstoffe zurück-Ströriiungsweg an den Lagern des Läufers entlang gegriffen werden darf oder daß ein einfacherer Aufverläuft. 40 bau der Widerstände möglich wird, ohne daß die

Ein Ausführungsbeispiel des neuen Motors ist in Betriebssicherheit des Motors leidet,

den Zeichnungen dargestellt bzw. erläutert. In F i g. 2 ist bei Beibehaltung der Bezugszeichen,

Fig. 1 und 2 zeigen Schaltbilder von Läufern er- die in Fig. 1 bereits verwendet worden sind, eine

findungsgemäß ausgebildeter polumschaltbarer Asyn- weitere Ausgestaltung eines neuen Asynchronmotors

chronmotore; 45 bzw. das Schaltbild des Läufers eines solchen Motors

F i g. 3 zeigt einen Teil des Rotorendes eines erfin- gezeigt. Bei dieser Ausbildung des Motors sind auf dungsgemäß nach F i g. 2 ausgebildeten Asynchron- . der einen Seite des Läufers vorwiegend Ringwidermotors im Axialschnitt; stände und auf der anderen Seite vorwiegend Stab-

F i g. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV widerstände untergebracht, -wobei zusätzlich zu den

in Fig. 3; 5° auf der rechten Rotorseite angeordneten verzweigten

Fig. 5 zeigt das andere Ende eines erfindungs- StabwiderständenR_Srt weitere StabwiderständeR_Sr2

gemäß nach F i g. 2 ausgebildeten Asynchronmotors angeordnet werden, so daß die auf der linken Seite

im Axialschnitt; zusammengefaßten Stabelemente auf der rechten Seite

Fig. 6 zeigt einen Schnitt des in Fig. 5 gezeigten mit benachbarten Stabwiderständen R_Sr2 verbunden

Motors längs der Schnittlinie VI-VI in F i g. 5. 55 werden. Auch durch diese Anordnung wird somit

Die F i g. 1 zeigt das Schaltbild des Läufers eines erreicht, daß eine größere Anzahl von Stabelementen

polumschaltbar«! Asynchronmotors für Schwerst- zusammengefaßt werden kann,

antriebe, insbesondere diskontinuierlich arbeitende In F i g. 3 und 4 sind die baulichen räumlichen

Zuckerzentrifugen, bei dem der Läufer als Kurz- Vorteile, die sich durch die neue Ausgestaltung eines

Schlußläufer ausgebildet ist und Stäbe, im Schaltbild 60 polumschaltbaren Asynchronmotors ergeben, deut-

durch Widerstände R_Sm versinnbildlicht, aufweist, die Hch erkennbar. Die Bezugszeichen, die in den Schalt-

innerhalb des Läufereisens untergebracht sind. Der bildern in den Fig. 1 und 2 verwendet worden sind,

Läufer weist jedoch Ringwiderstände R_R[ bzw. R_Rr sind auch in diese F i g. 3 und 4 übernommen worden,

und Stabwiderstände R_sl bzw. R_5n die voneinander Es ist erkennbar, daß die Ringwiderstände R_Rh die

getrennt ausgebildet sind, ausweiche außerdem außer- 65 Stabwiderstände A^₂ und Zwischenstücke R_Srl, über

halb des Läufereisens angeordnet sind. Erfindungsge- welche die Stabwiderstände K_Sr2 mit den Läufer-

müß sind jedoch im Gegensatz zum bisherigen bekann- stäben R_Sm des Läufers L verbunden sind, innerhalb

ten Bau von Asynchronmotoren dieser Art bei dem des Raumes untergebracht sind, welche von den

Statorwickelköpfen SW beansprucht wird, und daß somit der Läufer L nicht oder zumindest nur unwesentlich in axialer Richtung über die Statorwickelköpfe SW hinausragt. Es ist insbesondere aus der F i g. 4 deutlich erkennbar, daß die Stabwiderstände bzw. Zwischenstücke R_{Sr t} sehr große kühlbare Oberflächen aufweisen und daß die neue Ausbildung des Motors die Bildung von drei Strömungswegen für die Kühlluft ermöglicht. Diese Strömurigswege sind im wesentlichen ringförmig und konzentrisch zur Rotationsachse des Läufers L angeordnet. Ein innerer Durchströmweg/ läuft im radial innersten Bereich des Läufers L entlang und führt an den beiden in den Figuren nicht gezeigten Lagern für den Läufer entlang. Den Weg der Kühlluft zeigen die Pfeile in der F i g. 3 an. Ein im mittleren Bereich, bezogen auf den radialen Abstand, verlaufender Durchströmweg M zeichnet sich durch besonders große Durchströmquerschnitte aus, die von Kanälen innerhalb des Läufers L gebildet werden. Dieser Kühlluftdurchströmweg M führt an den Widerständen an den beiden Rotorstirnenden vorbei und kühlt diese. Ein radial äußerer Durchströmweg A führt an den Läuferstäben R_Sm, eventuell auch an den Stabwiderständen oder den Zwischenstücken R_Sr j vorbei, welche die Stabwiderstände R_{SR 2} mit den Läuferstäben R_Sm verbinden, und verläuft außerdem durch axiale Kanäle K im äußeren Randbereich des Läufers L.

In den F i g. 5 und 6 ist erkennbar, daß auch auf der linken. Rotorseite, d. h. dort, wo im gezeigten Beispiel überwiegend Ringwiderstände R_R[ angeordnet sind, sich durch die Aufteilung der Widerstände auf beide Enden des Rotors L eine günstige Raumausnutzung¹ ergibt; dennn die Widerstände bleiben innerhalb des von den Statorwickelköpfen SW umschlossenen Raumes. Deutlich erkennbar ist aus F i g. 6 der großflächige für die Kühlung und Wärmeabfuhr günstige Aufbau der Ringwiderstände R_Rl, und es ist auch zu sehen, , daß diese über Ringzwischenstücke R₂ mit den Stabwiderständen R_Si dieser Seite verbunden sind, während ein Tragring T als Stütze für die Ringwiderstände R_R, dient. Isolierlagen IS zwischen benachbarten Ringzwischenstücken R₂ bzw. R₂ j und dem Tragring T gewährleisten die notwendige Stromverteilung. Sie verhindern, daß sich Widerstände durch Berührung von Zwischenstücken od. dgl. infolge von eventuell auftretenden Wärmespannungen oder anderen mechanischen Belastungen berühren und gegenseitig kurzschließen. Die Pfeile in F i g. 5 zeigen, daß auch einströmseitig bei dem Motor bereits drei radial nebeneinanderliegende, konzentrisch zur Rotationsachse des Läufers L verlaufende, im wesentlichen ringförmige Durchströmwege 7, M, A für die Kühlluft geschaffen werden können, wobei am Läufer L ein Leitblech LB angeordnet ist, welches dafür sorgt, daß durch den Durchströmweg A weitgehend kühle Luft strömt, und daß die erwärmte Luft, welche die Ringwiderstände R_Ri passiert hat, ihren Weg durch den thermisch gegenüber dem äußeren Läuferbereich weit- gehend isolierten mittleren Durchströmweg M fließt. Hinsichtlich der Ausbildung bzw. mechanischen Festlegung der Widerstände an den beiden Rotorenden kann auf die im Schwermaschinenbau üblichen Praktiken zurückgegriffen werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Polumschaltbarer Asynchronmotor für Schwerstantriebe, wie diskontinuierlich arbeitende Zentrifugen, bei dem außerhalb des Rotoreisens des Läufers liegende, auf beide Stirnseiten des Rotors verteilte, in Ring- und Stabwiderstände aufgeteilte Läuferwiderstände angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils denjenigen Stabwiderständen (R_sl bzw. Rs?), die auf der einen Rotorstirnseite in einem gemeinsamen Anschlußpunkt am Ringwiderstand (R_Rl bzw. R_Rr) zusammengefaßt sind, entsprechende Stabwiderstände (R_Sr bzw. R_sl) auf der anderen Rotorstimseite zugeordnet sind, welche jedoch an zwei benachbarten Anschlußpunkten des Ringwiderstandes (R_Rr bzw. R_Ri) dieser Rotorseite verteilt angeschlossen sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Stirnseite des Rotors (L) vorwiegend Stab widerstände (]?_Sn, Rsr2)> auf der anderen Stirnseite vorwiegend Ringwiderstände (R_Ri) angeordnet sind, wobei denjenigen auf der Seite der überwiegenden Ringwiderstände in einem gemeinsamen Anschlußpunkt zusammengefaßten Stabwiderständen (R₈₁) verzweigte Stabwiderstände (R_Sr j) auf der anderen Rotorstirnseite entsprechen, welche über benachbarte Anschlußpunkte der Stabwiderstände (Rs_ro) ™* dem Ringwiderstand (R_Rr) dieser Seite verbunden sind.

3. Motor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Widerständen (R_R[ bzw. Rsn) des Läufers (L) und den Läuferstäben (R₅₁ bzw. R_Sm) Zwischenstücke (R₂ bzw. R_Srl) aus einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und großer kühlbarer Oberfläche vorgesehen sind.

4. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwiderstände (R_Rt) aus einzelnen Ringwiderstandselementen zusammengesetzt und über Ringzwischenstücke (R₂ ,) großer kühlbarer Oberfläche, jedoch mit geringem Wärmeleitvermögen miteinander verbunden sind und daß die Ringwiderstände (R_Ri) auf wenigstens einem Tragring (T) gehalten sind, wobei die Ringzwischenstücke (R_z\) außerhalb der Ringwiderstandselemente (R_Ri) gegeneinander sowie gegen den oder die Tragringe (T) elektrisch isoliert sind.

.5. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zueinander konzentrische, im wesentlichen ringförmige Strömungswege (/, M, A) für die Kühlluft vorgesehen sind, von denen ein radial äußerer Strömungsweg (A) an den Ringzwischenstücken (R₂) und/oder den Enden der Läuferstäbe (R_Sm) vorbei durch axiale Kanäle im radial äußeren Bereich des Läufers (L), ein radial mittlerer Strömungsweg (M) für von den Widerstandselementen erwärmte Luft durch thermisch gegen den äußeren Läuferbereich isolierte radial etwa mittig im Läufer angeordnete axiale Kanäle mit großem Durchströmquerschnitt und ein radial innerer Strömungsweg (/) an den Lagern des Läufers (L) entlang verläuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen