DE2361764A1 - ASYNCHRONOUS MACHINE WITH SQUARE RUNNER - Google Patents
ASYNCHRONOUS MACHINE WITH SQUARE RUNNERInfo
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Description
PatentanwältePatent attorneys
Dipl.-Ing. Helmut Missling 63 Giessen 10.12.1973Dipl.-Ing. Helmut Missling 63 Giessen December 10, 1973
Dipl.-Ing. Richard Sch lee Bismarckstrasse 43Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43
Dr.-Ing. Joachim Boecker Telefon: C064D 71O19Dr.-Ing. Joachim Boecker Telephone: C064D 71O19
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Asynchronmaschine mit Käfigläufer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to an asynchronous machine with squirrel cage according to the preamble of the claim 1.
Bei großen und schnellaufenden Asynchronmaschinen entstehen oft Maschinenschäden dadurch, daß die Zentrifugalbeanspruchungen an den Kurzschlußringen zu groß werden oder daß während des Anlaufes eine zu starke Erwärmung der Käfigwicklung eintritt mit dem Ergebnis, daß die Stäbe oder Ringe der Käfigwicklung zerstört werden.In large and high-speed asynchronous machines often machine damage due to the fact that the centrifugal stresses on the short-circuit rings are too great or that during the start-up leads to excessive heating of the cage winding with the result that the bars or rings of the Cage winding are destroyed.
Aus dem Buch von Wiedemann: "Konstruktion elektrischer Maschinen", 1967, Seite 300 Abb„ 231, ist es bekannt, bei Maschinen der genannten Art besondere Stahlringe auf den Kurzschlußringen aufzubringen, um die genannten Maschinen-From the book by Wiedemann: "Construction of electrical machines", 1967, page 300 Fig “231, it is known to use special steel rings on machines of the type mentioned To apply short-circuit rings to the mentioned machine
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schaden zu vermeiden. Gleichzeitig werden mechanische Verbindungen direkt zwischen den Kurzschlußringen und der Motorwelle vorgesehen, um unsymmetrische Verformungen der Kurzschlußringe zu verhindern, da solche Verformungen zu Umwuchten und damit zu einem ungleichmäßigen Lauf der Maschine führen können.avoid harm. At the same time there are mechanical connections directly between the short-circuit rings and the Motor shaft provided to prevent asymmetrical deformation of the short-circuit rings, as such deformations too Imbalance and thus lead to uneven running of the machine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Asynchronmaschine mit Käfigläufer der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die beschriebenen nachteiligen Erscheinungen durch eine einfache Konstruktion vermieden werden.The invention is based on the object of developing an asynchronous machine with a squirrel-cage rotor of the type mentioned above, in which the described disadvantageous phenomena are avoided by a simple construction.
Zur Lösung dieser Aufgabe, wird eine Asynchronmaschine mit Käfigläufer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kurzschlußringe im wesentlichen aus unlegiertem Eisen bestehen und im wesentlichen die gleiche Radialschnittsform haben wie die Rotorkernlamellen. Die Kurzschlußringe können lamelliert sein.To solve this problem, an asynchronous machine with squirrel cage of the type mentioned is proposed which is characterized in that the short-circuit rings consist essentially of unalloyed iron and essentially have the same radial section as the rotor core lamellas. The short-circuit rings can be laminated.
Durch die Erfindung werden die bei bekannten Maschinen erforderlichen Zusatzkonstruktionen vermieden und man erreicht die gleiche Sicherheit gegenüber Bruchgefahren auf eine sehr einfache und billige Art, nämlich dadurch, daßWith the invention, the necessary in known machines Additional constructions are avoided and the same level of security against the risk of breakage is achieved a very simple and cheap way, namely that
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man die Kurzschlußringe eines Käfigläufermotors aus weichem Stahl ausführt, also weder aus gut leitendem Material noch aus dem für Dynamoblech üblicherweise verwendeten legierten Eisen. Die Erfindung kommt insbesondere bei großen Maschinen zur Anwendung mit Leistungen über 100 kTA und mit Drehzahlen Ton mindestens 1500 Umdrehungen pro Minute. Darüberhinaus hat die Asynchronmaschine nach der Erfindung auch wertvolle elektrische Eigenschaften» Man erzielt ein hohes Anlaufmoment und einen niedrigen Anlaufstrom. Gleich günstige Daten für Anlaufmoment und Anlaufstrom können mit konventionellen Maschinen nur erreicht werden9 wenn diese in besonders kostspieliger Weise aufgebaut sind, z.Be mit Stromverdrängungsläufern, bei denen die leiterstäbe aus einem im oberen und im unteren Teil der Nut angeordneten Teil bestehen, die durch einen schmalen Steg miteinander verbunden sind.the short-circuit rings of a squirrel cage motor are made from soft steel, i.e. neither from a highly conductive material nor from the alloyed iron usually used for dynamo sheet metal. The invention is used in particular in large machines with powers above 100 kTA and speeds Ton of at least 1500 revolutions per minute. In addition, the asynchronous machine according to the invention also has valuable electrical properties. A high starting torque and a low starting current are achieved. Equally favorable data for starting torque and starting current can only be achieved with conventional machines 9 if they are constructed in a particularly costly manner, e.g. e with current displacement rotors in which the conductor bars consist of a part arranged in the upper and lower part of the groove, which is supported by a narrow web are connected to each other.
Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is to be explained in more detail with the aid of the figures. Show it:
Pig. 1 eine Asynchronmaschine gemäß der Erfindung im Axialschnitt,Pig. 1 shows an asynchronous machine according to the invention in axial section,
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Pig. 2 die Drehmomenten-und Stromkurve für eine Maschine nach der Erfindung (voll ausgezogene Linien) im Vergleich zu den entsprechenden Kurven einer gleich großen konventionellen Maschine (gestrichelte Linien).Pig. 2 the torque and current curve for a Machine according to the invention (full lines) compared to the corresponding Curves of a conventional machine of the same size (dashed lines).
Die in Pig. 1 gezeigte Maschine hat einen mit 1 bezeichneten lamellierten Statorkern. Der Statorkern hat radiale Kühlkanäle 9 und trägt eine zweipolige Wicklung 4. Der Rotorkern 2 hat die gleiche Länge wie der Statorkern und ist aus Blechlamellen aus legiertem Eisen aufgebaut, d.h. aus Eisen mit einem üblichen Zusatz an Silizium. Der lotorkern hat radiale Kühlkanäle 6, in denen in üblicherweise nicht dargestellte Ventilationsfinger angebracht sind. Der Rotor trägt eine Käfigwicklung. Die Käfigstäbe 5 bestehen aus Kupfer und sind in je einer axialen geschlossenen oder halb geschlossenen Nut untergebracht. Die Stäbe 5 sind an ihren Enden mit Kurzschlußringen 7 und 8 durch Silberlötung elektrisch verbunden. Die Kurzschlußringe bestehen aus unlegiertem Eisen und haben - im radialen Schnitt gesehen die gleiche Form, wie die Lamellen des Rotorkerns 1. Vorzugsweise sind die Kurzschlußringe 7 und 8 lamelliert, wobei diese lamellen in derselben Weise auf der Welle be-The one in Pig. The machine shown in FIG. 1 has a laminated stator core designated 1. The stator core has radial cooling channels 9 and carries a two-pole winding 4. The rotor core 2 has the same length as the stator core and is made up of lamellas made of alloyed iron, i.e. made of iron with a common addition of silicon. The lotor core has radial cooling channels 6 in which in FIG Ventilation fingers are attached. The rotor has a cage winding. The cage bars 5 consist of Copper and are each in an axial closed or half housed closed groove. The rods 5 are electrically connected at their ends with short-circuit rings 7 and 8 by silver soldering tied together. The short-circuit rings are made of unalloyed iron and - seen in a radial section - have the same shape as the lamellas of the rotor core 1. Preferably, the short-circuit rings 7 and 8 are laminated, wherein load these lamellas on the shaft in the same way
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festigt werden können» wie die übrigen Lamellen des Rotors, da lamellierte Kurζsohlußringe eine ausreichende Flexibilität haben, um der Wärmedehnung der Iotorstäbe folgen zu können, vorausgesetzt, daß die lamellen nicht aneinandergeleimt sind. Die Kurzschlußringe können auch massiv sein oder aus miteinander verleimten Lamellen bestehano In diesem Falle werden sie mit möglichst geringem Spiel auf der Welle 3 befestigt, das aber ausreichend sein muß, um ein Gleiten in axialer Richtung zu ermöglichen. Die Kurzschlußringe 7 und 8 bestehen aus' unlegierten Bleehlamellens die mit derselben Schnittform wie der magnetisch aktive Rotorteil gestanzt sind.like the other lamellas of the rotor, since lamellar base rings have sufficient flexibility to be able to follow the thermal expansion of the Iotor bars, provided that the lamellas are not glued to one another. The short-circuiting rings can also be solid or glued together lamellar bestehan o In this case, they are mounted with little play as possible on the shaft 3, but must be sufficient to enable sliding in the axial direction. The short-circuit rings 7 and 8 consist of 'unalloyed sheet metal s which are punched with the same shape as the magnetically active rotor part.
Der Kern 2 und die Ringe 7 und 8 werden in ein und demselben Arbeitsvorgang geschichtet und auf di® Welle aufgeschrumpft^ wenn ein Schrumpfverband erforderlich ist. Wenn das gans© Blechpaket lamelliert istB besitzt es eine gewisse axiale Nachgiebigkeit im Bereich der iJu,t©ao Während des Verlötens der Stäbe und Kurzschlußring© wird das gesamte Bleehpaket in axialer Richtung hiareiehend zusammengepreßt0 . Somit erhält die Käfigwicklung die Möglichkeit 0 sieh "bei® Erwärmen in axialer Richtung au.ssud@hnsnD ofen© daß ia Rotor übermäßige mechanische Spannungen infolg® Erwärmung entstehen -Die Konstruktion ist aueh für sehr höh® Rotations-The core 2 and the rings 7 and 8 are layered in one and the same operation and shrunk onto the shaft if a shrink bandage is required. When the gans © laminated core is laminated B it has a certain axial flexibility in the area of the iJu, t © a o During the soldering of the rods and short-circuit ring ©, the entire laminated core is pressed together in the axial direction 0 . Thus, the squirrel cage winding is given the opportunity 0 check "bei® heating in the axial direction au.ssud@hnsn D oven © that ia rotor excessive mechanical stresses arise infolg® heating -The construction is very aueh for rotation höh®
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geschwindigkeiten geeignet, ohne daß aus diesem Grunde besondere konstruktive Maßnahmen oder Konstruktionselemente erforderlich sind.speeds suitable for this reason special constructive measures or construction elements are required.
Ein elektrischer Leiter aus magnetischem Material hat gegenüber Wechselstrom nur eine geringe Eindringtiefe 9 d.h.,in den nahe der Oberfläche des Leiters gelegenen Querschnittspartien ist die Stromdichte relativ hoch» während sie im zentralen Bereich des ieiterquerselinittes relativ gering ist. Dies !bedeutet für eine Maschine nach der Erfindung, daß die Kurzschlußringe bei hoher Frequenz des Eotorstromes, also beim Anlauf und bei niedrigen Drehzahlen, einen relativ hohen Widerstand ha"b@no Dieser Widerstand nimmt stark ab, wenn sieh, der. Motor seiner normalen Drehzahl nähert. Diese günstigen Motoreigensphaften sind aus den Diagrammen nach fig. 2 ersiehtlieh. In Fig. 2 ist auf der Abszisse das Verhältnis der Drehzahl sue syachronea Drehzahl aufgetragen, während auf dar Ordinate das Drehmoment M und der Statorstross I in Prozent aufgetragen slnd.o Die voll-ausgesogenen Kurven zeigen den Str©M Σ ramä das Drehmoment M als Funktion der DrsJbisafel "box eiaes Ifessfeiae nach der Erfindung« Wie man ©Efesma-feg, laat äi© Efeselaiae ma@ii der Erfindung ein grfe'ßoreG Mü.&n£m©mBmt wad @1μ@β 1χ1@ί&βτ@& Anlauf strom als ©in© iioaireatioaelle Ifa@eliiae0 äi© siob. Has an electrical conductor made of magnetic material with respect to alternating current, only a small penetration depth 9 ie in the located near the surface of the conductor cross-section matches the current density is relatively high "while the ieiterquerselinittes is relatively low in the central area. For a machine according to the invention, this! Means that the short-circuiting rings at a high frequency of Eotorstromes, that is during start-up and at low speeds, a relatively high resistance ha "b @ n o This resistance decreases greatly when check that. Motor its These favorable motor characteristics can be seen from the diagrams according to Fig. 2. In Fig. 2, the ratio of the speed to synchronic speed is plotted on the abscissa, while the torque M and the stator thrust I are plotted in percent on the ordinate. o the fully-be soaked curves show the beaches © M Σ the invention, a grfe'ßoreG mu ramä the torque M as a function of DrsJbisafel "box eiaes Ifessfeiae according to the invention," How © Efesma-feg, laat ai © Efeselaiae ma @ ii. & n £ m © mBmt wad @ 1μ @ β 1χ1 @ ί & βτ @ & starting current as © in © iioaireatioaelle Ifa @ eliiae 0 äi © siob.
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der Maschine nach der Erfindung nur hinsichtlich der Ausführung der Kurzsohlußringe unterscheidet»the machine according to the invention only in terms of The design of the short soles differs »
Eine Maschine nach der Erfindung ,kann, auch Kurzschlußringe haben, die im wesentlichen, aber nicht Yollständig aus Eisen aufgebaut sind«. Solche Ringe können, zum Beispiel im zentralen Querschnittsbereich einen Kern aus gut leitendem Material 9 Z9 B0 Kupfer, haben«,A machine according to the invention can also have short-circuit rings which are essentially, but not entirely, composed of iron. Such rings can, for example, have a core made of highly conductive material 9 Z 9 B 0 copper in the central cross-sectional area «,
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Claims (2)
an jedem ihrer Enden durch je einen Kurzschlußring elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußringe (7, 8) im wesentlichen aus unlegiertem Eisen bestehen und im wesentlichen die gleiche Radialsohnittsform haben wie die Rotorkernlamellen. (1 · / Asynchronous machine with squirrel cage rotor, the winding of which consists of rotor bars arranged in the rotor slots, the
at each of its ends are connected together electrically and mechanically by a respective short-circuit ring, characterized in that the short-circuit rings (7, 8) consist essentially of unalloyed iron and is substantially the same as the rotor core Radialsohnittsform have lamellae.
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