Dünnstege oder gebrochene Stäbe sind häufig verwendete Fehlerbegriffe bei Rotormotoren aus Aluminiumguss. Sowohl Dünnstege als auch gebrochene Stäbe beziehen sich auf die Rotorstäbe. Theoretisch weisen die Rotorstäbe nach der Bestimmung der Stanzschlitzform, der Eisenlänge und der Schlitzneigung des Rotors eine sehr regelmäßige Form auf. Im tatsächlichen Herstellungsprozess kommt es jedoch häufig zu Verdrehungen und Verformungen der fertigen Rotorstäbe, und es bilden sich sogar Lunker in den Stäben. In schweren Fällen können die Stäbe brechen.
Da der Rotorkern aus Rotorstanzungen besteht, erfolgt die Umfangspositionierung durch die Schlitzstäbe, die während des Laminierungsprozesses mit den Rotorstanzungen übereinstimmen. Nach der Fertigstellung werden die Schlitzstäbe entnommen und mit der Form Aluminium gegossen. Sind die Schlitzstäbe und die Schlitze zu locker, verschieben sich die Stanzungen während des Laminierungsprozesses unterschiedlich stark in Umfangsrichtung. Dies kann zu welligen Oberflächen an den Rotorstäben, Sägezahnerscheinungen an den Rotorkernschlitzen und sogar zu Stabbrüchen führen. Darüber hinaus ist der Aluminiumgussprozess auch der Erstarrungsprozess von flüssigem Aluminium, das in die Rotorschlitze eindringt. Wird das flüssige Aluminium während des Einspritzvorgangs mit Gas vermischt und kann nicht gut abgeführt werden, bilden sich in bestimmten Bereichen der Stäbe Poren. Zu große Poren können ebenfalls zum Bruch der Rotorstäbe führen.
Wissenserweiterung - Rillenkugel und DoppelkäfigAsynchronmotoren
Die Analyse des Anlaufs des Käfigläufer-Asynchronmotors zeigt, dass beim Direktstart der Anlaufstrom zu hoch ist. Beim Anlauf mit reduzierter Spannung verringert sich zwar der Anlaufstrom, aber auch das Anlaufdrehmoment. Die künstlichen mechanischen Eigenschaften des Serienwiderstands des Asynchronmotorrotors zeigen, dass eine Erhöhung des Rotorwiderstands innerhalb eines bestimmten Bereichs das Anlaufdrehmoment erhöhen kann und eine Erhöhung des Rotorwiderstands auch den Anlaufstrom verringert. Ein höherer Rotorwiderstand kann daher das Anlaufverhalten verbessern.
Bei normalem Motorbetrieb ist jedoch ein geringerer Rotorwiderstand zu erwarten, der den Kupferverlust im Rotor reduzieren und den Wirkungsgrad des Motors verbessern kann. Wie kann ein Käfigläufer-Asynchronmotor beim Anlauf einen höheren Rotorwiderstand aufweisen, während der Rotorwiderstand im Normalbetrieb automatisch abnimmt? Asynchronmotoren mit tiefen Schlitzen und Doppelkäfig können dieses Ziel erreichen.
Tiefer SchlitzAsynchronmotor
Der Rotorschlitz des Asynchronmotors mit tiefem Schlitz ist tief und schmal, und das Verhältnis von Schlitztiefe zu Schlitzbreite beträgt üblicherweise 10 zu 12 oder mehr. Fließt Strom durch die Rotorstäbe, ist der mit der Unterseite der Stäbe verbundene Streufluss deutlich größer als der mit der Schlitzöffnung verbundene Streufluss. Betrachtet man die Stäbe daher als eine Anzahl kleiner, entlang der Schlitzhöhe verteilter, parallel geschalteter Leiter, so weisen die kleinen Leiter näher am Schlitzboden eine größere Streureaktanz auf, während die kleinen Leiter näher an der Schlitzöffnung eine kleinere Streureaktanz aufweisen.
Beim Starten des Motors ist aufgrund der hohen Frequenz des Rotorstroms die Streureaktanz der Rotorstäbe groß. Daher wird die Stromverteilung in jedem kleinen Leiter hauptsächlich durch die Streureaktanz bestimmt. Je größer die Streureaktanz, desto geringer der Strom. Auf diese Weise ist bei gleicher elektromotorischer Kraft, die durch den Hauptmagnetfluss des Luftspalts induziert wird, die Stromdichte in der Nähe des Schlitzbodens im Leiter sehr gering. Je näher am Schlitz, desto größer ist sie. Dieses Phänomen wird als Skin-Effekt des Stroms bezeichnet. Er entspricht dem Zusammendrücken des Stroms in den Schlitz und wird daher auch als Quetscheffekt bezeichnet. Der Skin-Effekt bewirkt eine Verringerung der Höhe und des Querschnitts des Leiterstabs, wodurch der Rotorwiderstand erhöht und somit die Startanforderungen erfüllt werden.
Nach dem Start und normalem Motorbetrieb ist die Rotorstromfrequenz sehr niedrig (in der Regel 1 bis 3 Hz), und die Streureaktanz der Rotorstäbe ist deutlich kleiner als der Rotorwiderstand. Daher wird die Stromverteilung in den genannten kleinen Leitern hauptsächlich durch den Widerstand bestimmt. Da die Widerstände aller kleinen Leiter gleich sind, verteilt sich der Strom in den Stäben gleichmäßig, und der Skin-Effekt verschwindet im Wesentlichen. Der Rotorstabwiderstand kehrt somit zu seinem Gleichstromwiderstand zurück. Es ist ersichtlich, dass sich der Rotorwiderstand des Tiefschlitz-Asynchronmotors im Normalbetrieb automatisch verringert, wodurch die Anforderungen zur Reduzierung der Rotorkupferverluste und zur Verbesserung des Motorwirkungsgrads erfüllt werden.
Doppelkäfig-Asynchronmotor
Der Rotor des Doppelkäfig-Asynchronmotors besteht aus zwei Käfigen: dem oberen und dem unteren Käfig. Die Stäbe des oberen Käfigs haben einen kleineren Querschnitt und bestehen aus Materialien mit höherem Widerstand wie Messing oder Aluminiumbronze. Sie weisen einen höheren Widerstand auf. Die Stäbe des unteren Käfigs haben einen größeren Querschnitt und bestehen aus Kupfer mit geringerem Widerstand. Doppelkäfigmotoren verwenden häufig Rotoren aus Aluminiumguss. Der Streufluss des unteren Käfigs ist deutlich größer als der des oberen. Daher ist auch die Streureaktanz des unteren Käfigs deutlich größer als die des oberen.