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Über dieses Buch

Onur Misir stellt ein analytisches Verfahren vor, das eine hinreichend genaue Vorausberechnung der stationären Stromverteilung elektrisch erregter Synchronmaschinen sowohl im fehlerfreien Betrieb als auch beim Auftreten von Ständerwicklungsfehlern in Form fehlender Spulen ermöglicht. Der Vergleich umfangreicher Messungen an einer Versuchsmaschine, die das Freischalten beliebiger Ständerspulen erlaubt, bestätigt die rechnerisch gewonnenen Ergebnisse.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Trotz aller Fortschritte bei den kunstharzgebundenen Isoliersystemen sind bei großen rotierenden elektrischen Maschinen neben den mechanischen Defekten an Lagern und Welle Wicklungsfehler nach wie vor für den größten Teil aller Schadensfälle verantwortlich [1]–[6]. Insbesondere Wicklungsfehler in Ständer-wicklungen, die z. B. durch Alterung oder Beschädigung der Isolierung aufgrund von thermischen, elektrischen, mechanischen und chemischen Beanspruchungen sowie durch Leiterbrüche entstehen, stellen einen größeren Anteil der Schäden dar [6]–[11]. Diese treten häufig nur in einer oder zwei benachbarten Spulen auf.

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Kapitel 2. Resultierendes Luftspaltfeld elektrischer Maschinen

In diesem Kapitel soll das prinzipielle Vorgehen bei der Berechnung des resultierenden Luftspaltfelds einer elektrischen Maschine ausgehend von einer Spule in der Ständerwicklung gezeigt werden. Dabei sollen neben den Wicklungsfeldern, die über einen konstanten magnetischen Leitwert erregt werden, auch die parametrischen Felder – die über Schwankungen des Luftspaltleitwerts erregten Feldwellen – berücksichtigt werden. Die Grundlage hierfür bildet die Drehfeldtheorie, bei der die räumliche Verteilung der Strombeläge, der Felderregung, des magnetischen Luftspaltleitwerts und des Luftspaltfelds in unendliche Fourierreihen zerlegt und als die Überlagerung von sinusförmig über den Umfang verteilten Wellen dargestellt werden.

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Kapitel 3. Magnetischer Luftspaltleitwert von Synchronmaschinen

Bei der Analyse der spektralen Zusammensetzung des Luftspaltfelds wird gemäß der Drehfeldtheorie unterschieden zwischen Wicklungsfeldern und parametrische Feldern. Dabei werden als Wicklungsfelder diejenigen Feldwellen bezeichnet, die alleine aufgrund der Wicklungsanordnung entstehen, ohne dass Nutöffnungen oder Pollücken zu ihrer Entstehung beitragen. Diejenigen Feldwellen, die über Leitwertwellen, d. h. die periodischen Schwankungen des Luftspaltleitwerts entstehen, werden als parametrische Felder bezeichnet.

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Kapitel 4. Gleichungssystem der elektrisch erregten Synchronmaschine

Das Spannungsgleichungssystem von elektrisch erregten Synchronmaschinen mit symmetrischen Wicklungen ist in einer großen Zahl von Veröffentlichungen zu finden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit elektrisch erregten Synchronmaschinen mit unsymmetrischer Ständerwicklung, wobei die Unsymmetrie durch fehlende Spulen in der Ständerwicklung hervorgerufen wird. Daher soll in diesem Kapitel ein allgemeines Spannungsgleichungssystem zur Berücksichtigung von fehlenden Spulen in der Ständerwicklung von elektrisch erregten Synchronmaschinen hergeleitet werden.

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Kapitel 5. Berechnung der Ersatzschaltbildelemente

Das Differentialgleichungssystem in Gl. (4.20) ermöglicht die Vorausberechnung der Stromverteilung in elektrisch erregten Synchronmaschinen mit fehlenden Spulen in der Ständerwicklung. Zur Lösung des Differentialgleichungssystems ist die Kenntnis der Ersatzschaltbildelemente erforderlich. Daher werden in diesem Kapitel analytische Ansätze zur Vorausberechnung der Ersatzschaltbildelemente für das in Kapitel 4 abgeleitete Differentialgleichungssystem für elektrisch erregten Synchronmaschinen vorgestellt.

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Kapitel 6. Lösungsverfahren für das Differentialgleichungssystem

In diesem Kapitel werden Lösungsverfahren für das in Kapitel 4 hergeleitete Differentialgleichungssystem von elektrisch erregten Synchronmaschinen vorgestellt. Zunächst soll unter Anwendung des Maschenstromverfahrens das Differentialgleichungssystem nach den unbekannten Strömen umgestellt werden. Hierfür werden Transformationsmatrizen vorgestellt, die eine Umrechnung der Spannungsgleichungen einzelner Ständerspulen auf Zweiggrößen ermöglichen.

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Kapitel 7. Ergebnisse

Die stationäre Stromverteilung von elektrisch erregten Synchronmaschinen so-wohl im fehlerfreien Betrieb als auch beim Auftreten von Ständerwicklungsfeh-lern in Form von fehlenden Spulen lässt sich mit den in Kapitel 3 bis 6 darge-stellten Verfahren bestimmen. Zunächst soll das Berechnungsverfahren an einer eigens präparierten Versuchsmaschine messtechnisch validiert werden. An-schließend soll das Berechnungsverfahren für elektrisch erregte Synchronmoto-ren großer Leistung angewendet werden. Dadurch können beispielhaft Empfeh-lungen für Reparaturmaßnahmen bei großen Synchronmotoren mit Wicklungs-schäden in der Ständerwicklung erarbeitet werden.

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Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick

In der vorliegenden Arbeit werden elektrische erregte Synchronmaschinen mit unsymmetrischer Ständerwicklung untersucht. Dabei wird die Unsymmetrie durch beschädigte, freigeschaltete Spulen in der Ständerwicklung hervorgerufen. Ziel ist es, eine hinreichend genaue Vorausberechnung der stationären Stromver-teilung im Fehlerfall zu ermöglichen. Den Schwerpunkt der Arbeit bilden dabei die Berechnung der Induktivitäten des Spannungsdifferentialgleichungssystems und die Berechnung des Beitrags von Schenkelpolläufern zum resultierenden Luftspaltleitwert.

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