CH619081A5 - Double squirrel-cage rotor, without an internal fan, for asynchronous machines - Google Patents
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Description
Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen und Beispiele erläutert. Es zeigen: The invention is explained in the following description with reference to the drawings and examples. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt: Prinzipbild einer geschlossenen Drehstrommaschine mit dem erfindungsgemässen Läufer; 1 shows a longitudinal section: schematic diagram of a closed three-phase machine with the rotor according to the invention;
Die Erfindung bezieht sich auf einen innenlüfterlosen Dop- 55 Fig. 2 einen Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Maschine; pelkäfigläufer für Asynchronmaschinen nach dem Oberbegriff Fig. 3 einen Längsschnitt: Prinzipbild einer durchzugbelüf-des Anspruchs 1, bei dem der Betriebskäfig durch Hauptstrom teten Asynchronmaschine mit dem erfindungsgemässen Läu-und der Anlaufkäfig im wesentlichen durch Wirbelströme fer; The invention relates to an internally fanless double. FIG. 2 shows a cross section of the machine shown in FIG. 1; 3 shows a longitudinal section: schematic diagram of a pass-through ventilating claim 1, in which the operating cage is run by the main current asynchronous machine with the inventive running and the starting cage is essentially by eddy currents;
durchflössen werden. Fig. 4 das eine Ende eines erfindungsgemässen Läufers; flow through. 4 shows the one end of a rotor according to the invention;
Im Bergbau werden oft polumschaltbare Drehstromma- m Fig. 5 einige Varianten von Läufernutenschnitten mit schinen mit Kurzschlussläufer mit zwei getrennten Wicklungen Anordnung der Stäbe für erfindungsgemässe Läufer und im Ständer, z. B. 6/12polig oder 4/8polig und Wasserkühlung im Fig. 6 Momentenkennlinie einer Drehstrommaschine mit Ständer, sowie im Läufer verwendet. Die Maschinen sind in dem erfindungsgemässen Läufer. In mining, pole-changing three-phase current is often shown in FIG. 5, some variants of rotor slot cuts with machines with short-circuit rotor with two separate windings. Arrangement of the rods for runners according to the invention and in the stator, eg. B. 6/12-pin or 4/8-pin and water cooling in Fig. 6 moment characteristic of a three-phase machine with stand, and used in the rotor. The machines are in the rotor according to the invention.
elektrischer und mechanischer Hinsicht nach VDE 0170 schlag- In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 ist eine wettergeschützt in Zündschutzart «druckfeste Kapselung (Sch) 65 eintourige, schlagwettergeschützte Maschine in Zündschutzart d» ausgeführt. Bei geschlossener Maschine (Mindestschutzart «druckfeste Kapselung (Sch) d» gezeigt Das Kühlsystem IP 44 nach DIN 40050) ist es insbesondere bei Schaltbetrieb besteht aus einem gerichteten Innenluftkreislauf. Es bedeuten: sowie bei Schwungmassenchargenbetrieb entscheidend, die im Ständerblechpaket 1 ; Läuferblechpaket 2; Spulenköpfe der Electrical and mechanical aspects according to VDE 0170 impact- In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, a weatherproof type of protection “pressure-resistant encapsulation (Sch) 65 single-speed, impact-proof machine in type of protection d” is implemented. When the machine is closed (minimum protection type “flameproof enclosure (Sch) d” shown), the cooling system IP 44 according to DIN 40050), especially when switching, consists of a directed indoor air circuit. It means: as well as crucial for flywheel batch operation, which is in the stator core 1; Rotor core 2; Coil ends of the
Ständerwicklung 3; im Ständer axial verlaufende Kühlkanäle 4; im Läufer axial verlaufende Kühlkanäle 5; Wassermantel um den Ständer 6; Käfigstäbe (Hochstäbe) 7 ; Käfigringe 8; Luftleitringe 9; Läuferdruckscheiben 10; Ständernuten 11 ; Läufernuten 12; Kühlwasser 13; Mittelringe 15. Stator winding 3; axially extending cooling channels 4; cooling channels 5 running axially in the rotor; Water jacket around stand 6; Cage bars (high bars) 7; Cage rings 8; Air guide rings 9; Rotor thrust washers 10; Stand grooves 11; Rotor grooves 12; Cooling water 13; Middle rings 15.
Die Kühlung, sowie Rückkühlung der Luft erfolgt im Gegenstromprinzip. Der Wassermantel 6 und die Kühlkanäle 4 befinden sich innerhalb der druckfesten Kapselung. Die Enden der Ständerkühlkanäle 4 und die Läuferdruckscheiben 10 sind so ausgeführt, dass die Kühlkanäle 4,5 an ihren beiden Enden jeweils frei (4a, 5a) oder in die stirnseitigen Wickelkopfräume (4b, 5b) münden. In den benachbarten Kühlkanälen 4,5 im Ständer 1 sowie im Läufer 2 fliesst die Kühlluft, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, in entgegengesetzte Richtungen A, B, a, b. The cooling and recooling of the air takes place in the counterflow principle. The water jacket 6 and the cooling channels 4 are located within the pressure-resistant encapsulation. The ends of the stator cooling ducts 4 and the rotor pressure plates 10 are designed such that the cooling ducts 4, 5 open at both ends (4a, 5a) or open into the end winding spaces (4b, 5b). In the adjacent cooling channels 4, 5 in the stator 1 and in the rotor 2, the cooling air flows, as can be seen from FIGS. 1 and 2, in opposite directions A, B, a, b.
Alle Läufernuten 12 sind mit Hochstäben 7 belegt; die Hälfte der Stäbe 7a, hier Anlaufstäbe genannt, haben keine Verbindung mit den Käfigringen 8 oder mit den Luftleitringen 9; die zweite Hälfte der Stäbe 7 (Käfigstäbe) ist elektrisch leitend mit den Kurzschlussringen 8 und mit den Luftleitringen 9 verbunden. Alle Läuferstäbe 7,7a sind an der Läuferoberfläche durch zwei Mittelringe 15 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Läufernuten 12 sind so ausgebildet, dass der Widerstand in Querrichtung sehr gross ist. Als Folge dessen können sich kaum Querströme ausbilden. Dadurch wird erreicht, dass keine Änderung der Maschineneigenschaften mit der Zeit entstehen kann: das «Altern» ist unmöglich geworden. Durch die besondere konstruktive Ausbildung der Stab 7-, -Ring 8, -Luftleitring 9-Ver-bindungen sind die sonst erforderlichen Innenlüfter überflüssig geworden. Die Oberfläche der Stabenden - oder ein Teil davon - ist also zugleich Lüfterflügel für den besonderen Kreislauf der Innenluft. Der grosse Wärmewiderstand, der normalerweise zwischen Lüfter und Käfig vorhanden ist, ist aufgehoben und die Wärmeabgabe am Entstehungsort wesentlich intensiviert. Die übrigen Maschinenteile werden auch direkt und gleichmäs-sig gekühlt. Das Geräuschniveau ist herabgesetzt. All rotor grooves 12 are covered with high bars 7; half of the rods 7a, here called thrust rods, have no connection with the cage rings 8 or with the air guide rings 9; the second half of the bars 7 (cage bars) is electrically conductively connected to the short-circuit rings 8 and to the air guide rings 9. All rotor bars 7, 7 a are connected to one another in an electrically conductive manner on the rotor surface by two center rings 15. The rotor grooves 12 are designed so that the resistance in the transverse direction is very large. As a result, cross currents can hardly be formed. This ensures that no change in machine properties can occur over time: «aging» has become impossible. Thanks to the special design of the rod 7-, ring 8, and air guide ring 9 connections, the internal fans that would otherwise be required have become superfluous. The surface of the rod ends - or part of it - is also a fan blade for the special circulation of the indoor air. The high thermal resistance that is normally present between the fan and the cage is eliminated and the heat emission at the point of origin is significantly intensified. The remaining machine parts are also cooled directly and evenly. The noise level is reduced.
In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist eine polum-schaltbare durchzugbelüftete Asynchronmaschine mit dem erfindungsgemässen Läufer im Längsschnitt gezeigt. Die Bezeichnungen sind wie in Fig. 1 und 2, jedoch ist hier keine Wasserkühlung im Ständer und kein geschlossener Innenluft-kreislauf vorgesehen. Es bedeuten noch: axial gerichtete, in den Lagerschilden angebrachte Lufteintrittsöffnungen 16; radial gerichtete, in der Mitte des Maschinengehäuses angebrachte Luftaustrittsöffnungen 17. Das Kühlsystem ist zweiseitig, symmetrisch, im Gegenstromprinzip für den Läufer: Die Hälfte der Läuferkühlkanäle 5 erhält Kühlluft von der Antriebs-, die restlichen dazwischen liegenden Kühlkanäle von der Nichtantriebs-seite. Die Kühlung ist intensiv und gleichmässig. Die Verlustwärme wird wiederum von den Entstehungsstellen direkt abgeführt. Die Geräuschbildung ist gering. Auch in diesem Fall sind keine üblichen Innenlüfter vorgesehen. Der Käfig ist wie in Fig. 1 bzw. 2. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, a pole-switchable, fully ventilated asynchronous machine with the rotor according to the invention is shown in longitudinal section. The designations are as in FIGS. 1 and 2, but here there is no water cooling in the stand and no closed internal air circuit. It also means: axially directed air inlet openings 16; radially directed air outlet openings 17 in the middle of the machine housing. The cooling system is double-sided, symmetrical, in the counterflow principle for the rotor: half of the rotor cooling channels 5 receive cooling air from the drive side, the remaining cooling channels in between from the non-drive side. The cooling is intense and even. The heat loss is dissipated directly from the point of origin. The noise level is low. In this case, too, no conventional internal fans are provided. The cage is as in FIGS. 1 and 2.
Die Läuferstanzung 12 ist auch in diesem Fall so vorgesehen, dass das Ausbilden von Strömen in Querrichtung kaum möglich ist. The rotor punch 12 is also provided in this case so that the formation of currents in the transverse direction is hardly possible.
Fig. 4 zeigt das eine Ende eines erfindungsgemässen Läufers. In allen Läufernuten sind Hochstäbe mit gleicher Breite und gleicher Höhe angebracht, jedoch ein Drittel der Stäbe 7a, Anlaufstäbe genannt, ist ohne elektrisch leitende Verbindung mit den Käfigringen 8; die restlichen zwei Drittel der Stäbe 7b und 7c, Käfigstäbe, sind elektrisch leitend mit den Käfigringen 8 verbunden und ein Drittel der Gesamtstabzahl 7c ist weiterhin verlängert und mit Luftleitringen 9 elektrisch leitend verbunden. Die Läuferstäbe sind symmetrisch angeordnet: Es folgen z. B. in Umfangrichtung 7a, 7b, 7c, 7a, 7b, 7c, usw. Der Läufer ist mit einem oder mehreren Mittelringen 15 versehen. Die Mittelringe 15 sind in Fig. 4 nicht gezeigt. 4 shows the one end of a runner according to the invention. High bars with the same width and height are attached in all rotor grooves, but a third of the bars 7a, called thrust bars, is without an electrically conductive connection to the cage rings 8; the remaining two thirds of the bars 7b and 7c, cage bars, are electrically conductively connected to the cage rings 8 and a third of the total number of bars 7c is further extended and electrically conductively connected to air guide rings 9. The rotor bars are arranged symmetrically. B. in the circumferential direction 7a, 7b, 7c, 7a, 7b, 7c, etc. The rotor is provided with one or more center rings 15. The center rings 15 are not shown in FIG. 4.
Die in Fig. 5 gezeigten Läufernutenschnitte mit Anordnung The rotor groove cuts shown in Fig. 5 with arrangement
619081 619081
der Käfigstäbe 7 und Anlaufstäbe 7d, 7e sind für einige Ausführungen bestimmt: Die Varianten 5.1 und 5.3 sind für Wechselstabläufer mit kombinierter Stanzung (zwei Nutformen folgen einander in Querrichtung); die Variante 5.2 stellt einheitliche Stanzung für einen Wechselstabläufer dar, wobei in jeder Nut entweder ein Hochstab 7 oder ein Rundstab 7d angebracht werden kann. Es sind selbstverständlich noch weitere Varianten möglich. Bei allen Ausführungsformen ist der Widerstand in Querrichtung erheblich erhöht. the cage bars 7 and thrust bars 7d, 7e are intended for some versions: Variants 5.1 and 5.3 are for alternating bar runners with combined punching (two groove shapes follow one another in the transverse direction); Variant 5.2 represents a uniform punching for an alternating rod rotor, whereby either a vertical rod 7 or a round rod 7d can be attached in each groove. Of course, other variants are possible. In all embodiments, the resistance in the transverse direction is considerably increased.
Fig. 6 zeigt vereinfacht, wie die resultierende Momentenkennlinie R von einer Asynchronmaschine mit dem erfindungsgemässen Läufer im Motorbereich durch Überlagerung von zwei Momentenkennlinien h und w entsteht. Mit h ist die Momentenkennlinie bei einem Läuferhochstabkäfig, mit w die Momentenkennlinie bei Anlaufstäben (z. B. 7a in Fig. 1 und 4; Stäbe 7d in Fig. 5.1 und 5.2; Stäbe 7e in Fig.. 5.3) bezeichnet. 6 shows in simplified form how the resulting torque characteristic curve R is generated by an asynchronous machine with the rotor according to the invention in the motor area by superimposing two torque characteristic curves h and w. H is the torque characteristic for a high-bar cage, with w the torque characteristic for thrust rods (e.g. 7a in FIGS. 1 and 4; rods 7d in FIGS. 5.1 and 5.2; rods 7e in FIG. 5.3).
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, können die Anlaufstäbe 7a, 7d, 7e verschiedene Querschnitte aufweisen und auch nur einen Teil der Läufernuten belegen; ein grosser Teil der Nuten ist dann durch Kühlluft 18 durchflössen. As can be seen from FIG. 5, the thrust rods 7a, 7d, 7e can have different cross-sections and also only occupy part of the rotor grooves; A large part of the grooves is then flowed through by cooling air 18.
Die Anlaufstäbe 7a, 7d, 7e können mit anderen Ringen oder miteinander sowie mit den Käfigstäben 7,7b, 7c elektrisch leitend verbunden sein. Sie können aber auch «lose» sein, d. h. ohne elektrisch leitende Verbindungen miteinander oder mit den Käfigstäben 7,7b, 7c oder mit anderen Ringen. The thrust bars 7a, 7d, 7e can be electrically conductively connected to other rings or to one another and to the cage bars 7, 7b, 7c. But they can also be "loose", i. H. without electrically conductive connections with each other or with the cage bars 7,7b, 7c or with other rings.
Der Läufernutenschnitt kann aus einer oder mehreren geometrischen Formen bestehen. Man kann die Anlaufhöhe als Stromverdrängungsstäbe oder als stromverdrängungsfreie Stäbe wählen. Durch Anpassen der aktiven und induktiven Läuferwiderstände ist fast jede gewünschte Momentenkennlinie zu erzielen. Die Momentenkennlinien der Maschinen mit dem erfindungsgemässen Läufer können im Synchronismus einen fast senkrechten und im übrigen Drehzahlbereich konstanten Verlauf haben. Das ist bei einer Hochstabläufermaschine nicht möglich. Der Schlupf der hochpoligen Ausführung bei polumschaltbaren Maschinen kann ohne besonderen Aufwand klein gehalten werden, und zwar dadurch, wie schon erwähnt, dass zwei Momentenkennlinien durch Überlagerung eine Resultante bilden, die fast einen idealen, für bestimmte Antriebe, Verlauf hat. The rotor groove cut can consist of one or more geometric shapes. You can choose the starting height as current displacement rods or as current displacement rods. By adapting the active and inductive rotor resistances, almost any desired torque characteristic can be achieved. The torque characteristics of the machines with the rotor according to the invention can have an almost vertical course in synchronism and constant in the remaining speed range. This is not possible with a high-level machine. The slip of the multi-pole version in pole-changing machines can be kept small without any special effort, and, as already mentioned, by the fact that two torque characteristics form a resultant by overlapping, which is almost ideal for certain drives.
Die ausragenden Hochstabteile können grössere oder kleinere Höhen aufweisen als die im Blech liegenden Teile. Sie können auch wechselseitig hinausgezogen und mit Luftleitringen elektrisch leitend verbunden sein. The protruding high bar parts can have larger or smaller heights than the parts lying in the sheet metal. They can also be pulled out alternately and electrically conductively connected with air guide rings.
Es ist möglich, dass das Läuferblechpaket keine Kühlkanäle hat oder dass die Kanäle nur zur Verringerung des Läufergewichtes bzw. der Läuferschwungmasse dienen und ein- oder beidseitig zugedeckt sind. It is possible that the rotor laminated core has no cooling channels or that the channels only serve to reduce the rotor weight or the rotor flywheel mass and are covered on one or both sides.
Der erfindungsgemässe Läufer kann auch in Maschinen in geschlossener oder durchzugbelüfteter Ausführung mit einseitiger Belüftung verwendet werden. Die Kühlkanäle sind an der einen Seite frei, an der anderen Läuferseite z. B. abwechselnd frei oder in den stirnseitigen Wickelkopfräumen mündend. Die Kühlluft fliesst in allen Kanälen in gleicher Richtung. The rotor according to the invention can also be used in machines in a closed or ventilated design with one-sided ventilation. The cooling channels are free on one side, z. B. alternating freely or opening in the end winding spaces. The cooling air flows in the same direction in all channels.
Anstatt mit Kühlkanälen kann der Läufer, insbesondere bei einseitiger Belüftung, mit Stegwelle ausgestattet sein; durch eine an der Welle befestigte Scheibe oder durch spezialausge-führte Druckscheibe kann die Kühlluft in bestimmte Maschinenteile gelenkt werden. Instead of cooling channels, the rotor, especially with one-sided ventilation, can be equipped with a web shaft; The cooling air can be directed into certain machine parts through a disk attached to the shaft or through a specially designed thrust washer.
Die Enden des erfindungsgemässen Läufers können auch auf eine andere Weise gefertigt werden. Aus Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Stahl oder andere, kann man lüfterähnliche Teile mit oder ohne Luftleitringe anfertigen und mit den Läuferkäfigenden entweder elektrisch leitend oder zumindest wärmeleitend verbinden. Diese Ausführungsformen ermöglichen die Verbreitung der Anwendung von billigen Spritzgussläufern. The ends of the rotor according to the invention can also be manufactured in a different way. Made of materials with good thermal conductivity, e.g. B. aluminum, aluminum alloys, copper, steel or other, you can make fan-like parts with or without air rings and connect to the rotor cage ends either electrically conductive or at least thermally conductive. These embodiments enable the use of inexpensive injection molding runners to be spread.
Zur Verhinderung von Querströmen bei Käfigen aus Alumi3 To prevent cross currents in cages made of Alumi3
5 5
10 10th
15 15
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25 25th
30 30th
35 35
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nium oder dessen Legierungen dienen die Nuten für die Anlaufstäbe, die nicht weit von der Läuferoberfläche beginnen und vorzugsweise geschlossen sind. In diese Nuten können zusätzlich zu dem Anlaufstab ein Stab aus wärmebeständigem Isolationsmaterial angebracht werden; ein Teil der Nuten kann nur mit wärmebeständigem Isoliermaterial belegt werden oder leer bleiben. Die Endbleche oder andere in den Endzonen des Läufers liegende Bleche sollen nur Käfignuten aufweisen und genüber den Käfigringen vorzugsweise isoliert sein. nium or its alloys serve the grooves for the thrust rods, which do not start far from the rotor surface and are preferably closed. In addition to the thrust rod, a rod made of heat-resistant insulation material can be attached to these grooves; some of the grooves can only be covered with heat-resistant insulating material or remain empty. The end plates or other plates located in the end zones of the rotor should only have cage grooves and should preferably be insulated from the cage rings.
Durch die Gestaltung des neuen Wechselstabläufers ist es möglich geworden, die Zahl der Käfignuten z. B. bei Aufzugsmaschinen, wesentlich zu verringern, beispielsweise bis zur Hälfte oder sogar ein Drittel der ursprünglichen Nutenzahl, wodurch eine erhebliche Vergrösserung des Stabquerschnittes möglich ist Die übrigen Nuten sind mit elektrisch leitenden Anlaufstäben belegt. Dadurch ist der Käfig robust geworden, seine Betriebssicherheit ist gesteigert. Die Fertigung von Due to the design of the new alternating rotor, it has become possible to reduce the number of cage grooves. B. in elevator machines, to reduce significantly, for example up to half or even a third of the original number of grooves, whereby a considerable increase in the cross-section of the rod is possible. The remaining grooves are covered with electrically conductive thrust rods. As a result, the cage has become robust and its operational safety has increased. The manufacture of
Spritzgussläufern erfolgt ohne Ausschuss, das «Altern» der Maschine ist nicht mehr möglich. Injection molding runners are carried out without rejects, the «aging» of the machine is no longer possible.
Die Maschinen besitzen die Vorteile von Doppelstabausführung, die Anlaufgüte ist sehr hoch; es ist ausserdem keine 5 Einsattelung in der Momentenkennlinie vorhanden, die bei einer Doppelstabläufermaschine kaum vermeidbar ist Da die Anlaufstäbe bei dem Wechselstabläufer grundsätzlich keine elektrisch leitende Verbindung mit Käfigringen haben, kann er als verbilligter Ersatz für Doppelstabläufer dienen, wobei die io Nuthöhe kleiner sein kann als bei einem Doppelstabläufer. Dadurch ist die Anwendung des neuen Wechselstabläufers vorteilhaft bei niederpoligen Maschinen, wo oft die Läuferjochhöhe lieber vergrössert wird. The machines have the advantages of double rod design, the start-up quality is very high; there is also no 5 saddling in the torque characteristic, which can hardly be avoided with a double-rod machine. Since the thrust rods on the alternating rotor have basically no electrically conductive connection with cage rings, it can serve as a cheaper replacement for double-rod rotor, whereby the io groove height can be less than with a double staff. As a result, the use of the new alternating rotor is advantageous for low-pole machines, where the rotor yoke height is often preferred to be increased.
15 Bei explosionsgeschützten Maschinen mit dem erfindungsgemässen Läufer ist die Erwärmungszeit (tE-Zeit), verglichen mit Doppelstabläufermaschinen erhöht 15 In explosion-protected machines with the rotor according to the invention, the heating time (tE time) is increased compared to double-rod machines
G G
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUE | Assignment |
Owner name: LOHER GMBH ELEKTROMOTORENWERKE |
|
PL | Patent ceased |