DE1613932C - Polumschaltbarer Asynchronmotor für Schwerstantriebe - Google Patents
Polumschaltbarer Asynchronmotor für SchwerstantriebeInfo
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Description
1 . 2 .
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
3 4
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 RRl und Stabhingegen
die in der Umgebung der Stabanschlüsse 5 widerstände Rsl und auf der rechten Seite ebensolche
entwickelte Wärme bereits überwiegend an den Ring- und Stabwiderstände RRr und RSr. 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 RRl
wenigstens einem Tragring gehalten sind, wobei die herangeführt werden können, wenn auf der anderen
Ringzwischenstücke außerhalb der Ringwiderstands- Seite die entsprechenden Stabwiderstände RSr so
elemente gegeneinander sowie gegen den oder die geschaltet werden, daß sie mit zwei benachbarten
Tragringe elektrisch isoliert sind. 20 Anschlußpunkten von Ringwiderständen RRr 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- StabwiderständenRSrt weitere StabwiderständeRSr2
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 RSr2 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 RSm 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 RR[ bzw. RRr sind auch in diese F i g. 3 und 4 übernommen worden,
und Stabwiderstände Rsl bzw. R5n die voneinander Es ist erkennbar, daß die Ringwiderstände RRh die
getrennt ausgebildet sind, ausweiche außerdem außer- 65 Stabwiderstände A^2 und Zwischenstücke RSrl, über
halb des Läufereisens angeordnet sind. Erfindungsge- welche die Stabwiderstände KSr2 mit den Läufer-
müß sind jedoch im Gegensatz zum bisherigen bekann- stäben RSm 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 RSr 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
RSm, eventuell auch an den Stabwiderständen oder den Zwischenstücken RSr j vorbei, welche die
Stabwiderstände RSR 2 mit den Läuferstäben RSm
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 RR[ 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 RRl,
und es ist auch zu sehen, , daß diese über Ringzwischenstücke R2 mit den Stabwiderständen RSi
dieser Seite verbunden sind, während ein Tragring T als Stütze für die Ringwiderstände RR, 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
RRi 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)
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 (Rsl bzw. Rs?), die
auf der einen Rotorstirnseite in einem gemeinsamen Anschlußpunkt am Ringwiderstand (RRl
bzw. RRr) zusammengefaßt sind, entsprechende Stabwiderstände (RSr bzw. Rsl) auf der anderen
Rotorstimseite zugeordnet sind, welche jedoch an zwei benachbarten Anschlußpunkten des Ringwiderstandes
(RRr bzw. RRi) 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 (RRi) angeordnet sind, wobei denjenigen
auf der Seite der überwiegenden Ringwiderstände in einem gemeinsamen Anschlußpunkt zusammengefaßten
Stabwiderständen (R81) verzweigte Stabwiderstände (RSr j) auf der anderen Rotorstirnseite
entsprechen, welche über benachbarte Anschlußpunkte der Stabwiderstände (Rsro) ™*
dem Ringwiderstand (RRr) dieser Seite verbunden sind.
3. Motor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Widerständen
(RR[ bzw. Rsn) des Läufers (L) und den
Läuferstäben (R51 bzw. RSm) Zwischenstücke
(R2 bzw. RSrl) 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 (RRt) aus einzelnen Ringwiderstandselementen
zusammengesetzt und über Ringzwischenstücke (R2 ,) großer kühlbarer Oberfläche,
jedoch mit geringem Wärmeleitvermögen miteinander verbunden sind und daß die Ringwiderstände
(RRi) auf wenigstens einem Tragring
(T) gehalten sind, wobei die Ringzwischenstücke (Rz\) außerhalb der Ringwiderstandselemente
(RRi) 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 (RSm) 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
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