DE395952C - Induktionsmotor, insbesondere fuer umsteuerbare Schiffsantriebe, mit zwei Kurzschlusskaefigwicklungen auf dem Laeufer - Google Patents

Induktionsmotor, insbesondere fuer umsteuerbare Schiffsantriebe, mit zwei Kurzschlusskaefigwicklungen auf dem Laeufer

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/18Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having double-cage or multiple-cage rotors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

  • Induktionsmotor, insbesondere für umsteuerbare Schiffsantriebe, mit zwei Kurzschlußkäfigwicklungen auf dem Läufer. Bei dem Anlaßverfahren für Induktionsmotoren nach Boucherot erhält der Anker des Motors zwei Käfigwicklungen, deren Verhältnis von Widerstand zu Reaktanz verschieden ist. Die eine Käfigwicklung liegt in Nuten am Umfang des Rotors und hat eine kleine Reaktanz und einen hohen Widerstand, die andere Wicklung ist tiefer im wirksamen Eisen eingebettet und hat eine große Reaktanz und einen kleinen Widerstand. Die Folge dieser Anordnung ist, daß die Wicklung der ersten Art in der Anlaufperiode, d. h. wenn der Motor großen Schlupf und einen sekundären. Strom von hoher Frequenz besitzt, ein hohes Anlaufmoment hervorruft, während dabei die Wicklung mit geringem Widerstand in Anbetracht ihrer hohen Selbstinduktion wenig Strom führt. Vermindert sich die Frequenz des Sekundärstromes, wird also der Schlupf geringer, so wird der Strom in der Anlaufwicklung abnehmen und in der Wicklung mit geringem Widerstand zunehmen, bis der normale Schlupf des Motors erreicht ist.
  • Induktionsmotoren dieser Art eignen sich wegen der Einfachheit ihrer Konstruktion besonders gut für Schiffsantriebe, bei denen es wesentlich ist, daß alles getan wird, um den Raumbedarf, das Gewicht und die Kosten auf einem Minimum zu halten. Auch ist ihre Anwendung wegen des robusten Aufbaues als Propellermotore bei Schiffen vorteilhaft, da an diese sehr hohe mechanische Anforderungen gestellt werden.
  • Jene Motoren besitzen einen hohenWirkungsgrad, einen verhältnismäßig geringen Anlaufstrom, und ihr hohes Anlaufmoment ist bei der Reversierung der Propellermotoren bei Schiffen, wenn das Schiff mit voller Geschwindigkeit vorausfährt, von großem Wert.
  • Da aber die Anlaufwicklung die beim Anlauf und bei der Umkehrung in ihr erzeugte Wärme zunächst momentan aufnehmen muß, wurde die Anwendung der Induktionsmotoren nach dem System von Boucherot bei Schiffsantrieben in Frage gestellt, denn die Manövrierfähigkeit der Schiffe erfordert die Möglichkeit einer schnellen Umkehr und Anlassung der Propellermotoren, wodurch gefährliche Erwärmungen der Motoren auftreten können.
  • Die Erfindung besteht darin, daß die äußere Käfigwicklung hohen Ohmschen Widerstandes, mit großer Wärmekapazität ausgebildet ist, also starken Querschnitt besitzt und dementsprechend aus Material hohen spezifischen Widerstandes hergestellt wird. Um eine gute Wärmeableitung herbeizuführen, werden sämtliche Teile dieser Wicklung in möglichst innigem Kontakt mit dem wirksamen Eisen des Läufers gebracht. Die Stäbe sind daher auf ihrer ganzen Länge in das Eisen eingebettet, d. h. ihre Enden stehen über dasselbe nicht weiter heraus, als es ihre Befestigung am Kurzschlußring erfordert, und letzterer liegt gleichfalls an der Stirnseite des Läufereisens dicht an. Die Versuche haben ergeben, daß für die Stäbe Material vom mehrfachen spezifischen Widerstand, wie Kupfer, zu verwenden ist. Neusilber mit ungefähr dem zwanzigfachen spezifischen Widerstand wie Kupfer eignet sich sehr gut für diesen Zweck. Es läßt sich die Wärmekapazität so bemessen, daß sie imstande ist, während einer Reversierungszeit von zwei Minuten die bei maximaler Erregung erzeugte Wärme ohne unzulässige Temperaturerhöhung aufzunehmen. Bei guter wärmeleitender Verbindung mit dem Ankereisen kann die Dauer der Reversierung auf drei Minuten gesteigert werden, was für jeden Schiffsbetrieb vollkommen ausreichend ist. Man kann jedoch die Wirkung noch weiter erhöhen, wenn man außerdem eine kräftige künstliche Kühlung vorsieht, welche besonders beim Stillstand des Motors in Tätigkeit tritt und beim Manövrieren des Schiffes die Wärmeaufnahmefähigkeit der Ankerwicklung und des Ankereisens möglichst rasch wiederherstellt.
  • Für die Kurzschlußringe ist dafür Sorge getragen, daß diese nicht durch Wärmeausdehnung schädliche Wirkungen auf die Wicklungsstäbe ausüben können. Zu diesem Zweck sind die Kurzschlußringe in Segmente unterteilt und immer je zwei benachbarte Segmente durch elastische Verbindungsstücke miteinander verbunden, wodurch das Auftreten unerwünschter tangentialer Schubkräfte vermieden wird. Das beim Reversieren des Propellers erforderliche erhöhte Anzugsmoment wird durch. eine Spannungssteigerung bewirkt, die wiederum durch eine Erhöhung der Erregung des Generators herbeigeführt wird.
  • Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher umläutert. Abb. i zeigt eine Gesamtschaltung für einen Schiffsantrieb, Abb. 2 eine Einzelheit der Kurzschlußwicklung des Antriebsmotors, Abb. 3 einen Schnitt durch diesen Motor, Abb. q. eine Seitenansicht des Läufers mit der Wicklung nach der Erfindung, Abb. 5 und 6 sind Einzelheiten des Läufers.
  • In Abb. i bedeutet 5 'eine Antriebsturbine, mit der ein Wechselstromgenerator gekuppelt ist, 6 ist dessen umlaufendes Feld. 8 sind die Schleifringe für die Zuführung des Erregerstromes für das Feld. g ist der Ständer, der mit der Erregerwicklung =o des Propellermotors verbunden ist. Der Anker =i des Motors ist durch die Welle .11 mit der Schraube =a verbunden. Die Erregerwicklung 15 der Erregermaschine 7 wird von den Zuleitungen i6 über einen Anlasser 17 gespeist. Befindet sich der Schalthebel 28 des Anlassers 17 in der äußersten Lage, in der er die Kontakte =g deckt, so wird das Feld i5 in normaler Weise erregt. Befindet sich der Schalthebel in der andern äußersten Lage, in welcher er d'le Kontakte 2o deckt, so ist ein größerer Widerstand in den Stromkreis der Feldwicklung 15 eingeschaltet, während in einer mittleren Stellung, Kontakt 21, das Feld kräftig erregt ist ohne Zwischenschaltung irgendeines Widerstandes. Die Erregung des Feldes 15 in der Schaltstellung =g des Schalthebels 28 entspricht der normalen Leistung des Wechselstromgenerators bei gewöhnlicher Fahrt, während die Kontaktstellung 21 für hohe Fahrt bzw. zur Entwicklung eines starken Drehmomentes beim Anfahren bestimmt ist. Die Schalter 22, 23 dienen zum Umsteuern des Induktionsmotors, indem das eine oder andere Schalterpaar erregt wird und die zugehörigen Schalter geschlossen werden, je nachdem der Schalt-,r 28 das rechte oder linke Feld seiner Kontakte bestreicht. Zu diesem Zweck sind die Segmente 25, 25' bzw. 2q.. 2q.' mit der Stromzuführung bzw. dem Magneten der Schalter 22, 23 elektrisch verbunden. Die Umsteuerung des Motors erfolgt hierbei durch Umschaltung zweier Phasen desselben und findet bei unerregtem . Generator statt. Soll der Generator nicht vollständig aberregt sein, so könnte während der Umsteuerung ein sehr hoher Widerstand in seinem Feldstromkreis geschaltet sein. Zu diesem Zweck ist ein Widerstand 27 in den Stromkreis der Erregermaschine 7 eingeschaltet und wird durch ein Schütz 26 kurzgeschlossen, wenn eines der Schalterpaare 22 oder 23 durch den Schalter 28 angeschlossen ist. In der Mittelstellung des Schalthebels 28 wird dann zugleich mit beiden Schalterpaaren 22, 23 auch das Schütz 26 aberregt und damit der Widerstand 27 eingeschaltet. Der Schalthebel 28 mit seinen verschiedenen Kontakten 18 wird durch eine Rückstellfeder 3o stets in eine Stellung geführt, in welcher er das Feld 15 schwächer erregt. In die Stellung 21 und =g kann er nur von Hand gebracht werden und wird in der letzteren durch die Sperrungen 29 gehalten.
  • Der Läufer des Propellermotors besitzt in der eingangs beschriebenen Art zwei Kurzschlußwicklungen. Die eine Wicklung erhält verhältnismäßig hohen Ohmschen Widerstand und geringe Selbstinduktion, die andere wiederum verhältnismäßig geringen Ohmschen Widerstand und hohe Selbstinduktion, wobei sich das verhältnismäßig auf die Frequenz des Läuferstromes bezieht. In der Zeichnung ist die Wicklung verhältnismäßig hohen Gesamtwiderstandes mit 13 und die verhältnismäßig geringen Widerstandes mit 14 bezeichnet. Die erstere ist in Nuten nahe des Läuferumfanges, die letztere in tiefer liegenden Nuten untergebracht und im wesentlichen vollständig im magnetischen Eisen des Läufers eingebettet. Abb. 2 zeigt diese Anordnung im Querschnitt durch die Wicklungen.
  • Erfindungsgemäß sind die Stäbe 13 der Anlaufwicklung aus Material hohen spezifischen Widerstandes ausgebildet, so daß sie einen möglichst großen Querschnitt bzw. ein möglichst großes Volumen und damit eine hohe Wärmekapazität erhalten. Auf ihrer ganzen Länge sind sie mit dem Ankerkörper in gut wärmeleitende Verbindung gebracht, wodurch eine schnelle Wärmeableitung erzielt wird. Die Enden der Stäbe 13 sind nur so weit aus dem Läufereisen herausgeführt, als es die Befestigung der Kurzschlußringe erfordert.
  • In den Abb. 3 bis 6 ist eine praktische Ausführung des Motors dargestellt. Der Läufer 40 ist mit der Welle 41 verbunden und besitzt lamelliertes Eisen 42, welches durch Bolzen 43 zusammengehalten ist. Das lamellierte Eisen 44 des Ständers wird durch Bolzen 46 zusammengehalten und mit dem Gehäuse 45 verbunden. Die mehrphasige Primärwicklung io des Motors ist in Nuten untergebracht. Die Kurzschlußwicklung 1q. des Läufers mit geringem Widerstand ist tiefer im Läufer gebettet und mit einem Ring geringen Widerstands 1q.' verbunden. Die Kurzschlußringe der Wicklung r3, welche hohen Widerstand und große Wärmekapazität besitzt, ist nahe dem Umfang des Läufers untergebracht in einer Weise, daß die Wicklungsteile in gutem wärmeleitendem Kontakt mit dem Läuferkörper stehen. Die Kurzschlußringe der Wicklung 13 sind aus sektorförmigen Teilen 13' hergestellt, die mit Verbindungsstücken flexibel verbunden sind und bei größerer Erhitzung der Stäbe eine Ausdehnung der Wicklung gestatten. In Abb. q. ist ein vollständiges Verbindungsglied 13' dargestellt. Die Teile 13' sind mit rechteckigen Aussparungen zur Aufnahme der Stäbe hohen Widerstands versehen u nd untereinander durch flexible Teile verbunden. Die Enden der sektorförmigen Teile 13' übergreifen hierbei einander nicht. An den Enden eines solchen sektorförmigen Teiles sind Vorsprünge 47 angeordnet, in welche dann die biegsamen Verbindungsstücke 48 mittels Bolzen 49 eingefügt sind und die Verbindung zwischen benachbarten sektorförmigen Wellen herstellen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Induktionsmotor, insbesondere für umsteuerbare Schiffsantriebe, mit zwei Kurzschlußkäfigwicklungen auf dem Läufer, von denen die eine hohen Ohmschen Widerstand und geringe Selbstinduktion und die andere geringen Ohmschen Widerstand und große Selbstinduktion besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung hohen Ohmschen Widerstandes aus unmagnetischem Material mit möglichst hohem spezifischen Widerstand ausgebildet ist zum Zwecke, große Wärmekapazität, also starke Querschnitte, zu erhalten.
  2. 2. Induktionsmotor nach Anspruch =, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung großen Ohmschen Widerstandes als Käfigwicklung in der Weise ausgebildet ist, daß Gruppen der Stäbe der Wicklung durch Segmente untereinander verbunden sind, die nur einen Teil des Läuferumfanges bedecken und durch biegsame Leiter miteinander in Verbindung stehen, wobei die Wicklungsstäbe zweckmäßig ihrerseits beweglich in Nuten de3 so gebildeten Kurzschlußringes eingreifen.
  3. 3. Induktionsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring mit dem Eisen des Läufers in gut leitender Wärmeverbindung steht. q.. Verfahren zur Regelung eines Induktionsmotors nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor bei normaler Fahrt durch einen Generator gespeist wird, welcher über einen Vorschaltwiderstand erregt ist, während die Geschwindigkeitsteigerung bzw. Erhöhung des Anzugsmoments bei Rückwärtsfahrt durch Spannungserhöhung des Generators infolge Übererregung bewirkt wird, wobei zweckmäßig die Stellung des Reglers entsprechend der Übererregung nur von Hand entgegen der Kraft einer Versteilfeder erreicht werden kann. 5. Induktionsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß er insbesondere bei Stillstand eine kräftige künstliche Kühlung besitzt.
DEA30324D 1916-10-13 1918-03-19 Induktionsmotor, insbesondere fuer umsteuerbare Schiffsantriebe, mit zwei Kurzschlusskaefigwicklungen auf dem Laeufer Expired DE395952C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1230488B (de) * 1961-08-07 1966-12-15 Licentia Gmbh Daempferwicklung fuer Schenkelpollaeufer elektrischer Synchronmaschinen
EP2854140A1 (de) 2013-09-26 2015-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Widerstandsmodul zur Anlaufmomenterhöhung für einen Läufer einer elektrischen Maschine mit einer Läuferwicklung
EP3309930B1 (de) * 2016-10-06 2021-11-24 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Segmentierter rotor für eine asynchronmaschine und asynchronmaschine mit solch einem segmentierten rotor

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WO2015043966A1 (de) 2013-09-26 2015-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Widerstandsmodul zur anlaufmomenterhöhung für einen läufer einer elektrischen maschine mit einer läuferwicklung
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