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2017 | Buch

Untersuchung der Stromverdrängung im Ständer hoch ausgenutzter elektrischer Maschinen

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Über dieses Buch

Christoph Junginger zeigt, dass das etablierte, über hundert Jahre alte, analytische Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Stromverdrängung mit seiner Annahme eines reinen Nutquerfeldes für hoch ausgenutzte elektrische Maschinen mit flachen Massivleitern nicht ausreicht. Der Autor legt dar, dass es durch zusätzliche Effekte zu einer signifikanten Beeinflussung der resultierenden Stromverdrängung kommen kann. Mit der magnetischen Sättigung, der nebeneinanderliegenden Anordnung von zwei zu verschiedenen Strängen gehörenden Spulenseiten in einer Nut und der Wechselwirkung mit dem Luftspaltfeld identifiziert und behandelt er drei wesentliche Ursachen für zusätzliche Stromverdrängungseffekte, welche mit den im Stand der Technik beschriebenen Methoden keine ausreichende Berücksichtigung finden. Aus den Betrachtungen leitet er nach Möglichkeit analytische Ansätze zur Bestimmung der Stromverdrängung ab. Die vorgestellten Methoden ergänzen das gängige analytische Verfahren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Chapter 1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Einleitung gliedert sich in drei Abschnitte. Im ersten werden die Beweggründe für die Beschäftigung mit dem Thema dargelegt. Der zweite Abschnitt gibt einen Überblick zu Vorgehensweise und Aufbau dieser Arbeit. Der dritte Abschnitt referiert erst chronologisch und dann sachbezogen den gegenwärtigen Forschungsstand.
Christoph Junginger
Chapter 2. Grundlagen
Zusammenfassung
In den Grundlagen wird zunächst das notwendige Fundament zur Behandlung der Stromverdrängung dargestellt (Abschnitt 2.1). Des Weiteren gibt der Abschnitt „Permanenterregte Synchronmaschinen“ das grundlegende Wissen zu elektrischen Maschinen wieder, welches zum Verständnis der weiteren Ausführungen notwendig ist (Abschnitt 2.2). Abschließend werden die Grundlagen der Finite-Elemente-Berechnung kurz vorgestellt (Abschnitt 2.3).
Christoph Junginger
Chapter 3. Vergleich des Widerstandserhöhungsfaktors
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird ein Vergleich von auf verschiedene Weise ermittelten Werten des Widerstandserhöhungsfaktors vorgenommen, um zu überprüfen, ob die Ermittlungsverfahren für die untersuchte Maschine zuverlässig sind. Dazu wird der Widerstandserhöhungsfaktor auf drei Arten bestimmt: mittels analytischer Berechnung, durch die Finite-Elemente-Methode sowie durch Messung am Prüfstand.
Christoph Junginger
Chapter 4. Voruntersuchung zur Abweichung des analytischen Verfahrens
Zusammenfassung
In Kapitel 3 wurde gezeigt, dass das in Abschnitt 2.1.4 beschriebene analytische Verfahren für die untersuchte Maschine keine zuverlässigen Ergebnisse liefert. Ziel der folgenden Kapitel ist es, die Ursachen dafür aufzuzeigen und das analytische Verfahren so zu erweitern, dass es auch auf hoch ausgenutzte E-Maschinen anwendbar ist.
Christoph Junginger
Chapter 5. Magnetische Sättigung
Zusammenfassung
Die Voruntersuchungen im Abschnitt 4.3.2 zur Abweichung des in Abschnitt 2.1.4 beschriebenen analytischen Verfahrens haben gezeigt, dass der Widerstandserhöhungsfaktor k r konstant bleibt, wenn die magnetische Flussdichte in Querrichtung linear mit dem Strom ansteigt. Die magnetische Sättigung des Eisenkreises führt zu einem nichtlinearen Verhalten der magnetischen Flussdichte, wie aus Abschnitt 2.1.3 hervorgeht. Daher ist davon auszugehen, dass die magnetische Sättigung Einfluss auf die Stromverdrängung hat. Das Thema wird in der Literatur teilweise behandelt [38] [6]. Darauf aufbauend wird in dieser Arbeit der Einfluss der magnetischen Sättigung des Eisenkreises auf die Stromverdrängung weiterführend betrachtet.
Christoph Junginger
Chapter 6. Phasenverschobene Spulenströme in einer Nut
Zusammenfassung
Das ursprüngliche Formelwerk von Sommerfeld [55], Field [11] und Emde [8], wie es in Abschnitt 2.1.4 vorgestellt wird, deckt den Fall von zwei zu verschiedenen Strängen gehörenden Spulenseiten in einer Nut nicht ab. Ein lange unbeachteter Sonderfall liegt vor, wenn die beiden Spulenseiten nebeneinander in der Nut liegen. Eine überwiegend analytische Betrachtung dieser Anordnung findet sich bei Mosebach [32].
Christoph Junginger
Chapter 7. Wechselwirkung mit dem Luftspaltfeld
Zusammenfassung
In Kapitel 3 wird für eine elektrische Maschine mit gegossenen Spulen festgestellt, dass Berechnungen mittels Finite-Elemente-Methode und Messungen am Prüfstand zu ähnlichen k r -Faktoren führen. Im Vergleich dazu weichen analytische Berechnungen nach Abschnitt 2.1.4 signifikant ab. Aus Kapitel 5 und 6 ergibt sich, dass die Vernachlässigung der Sättigung des magnetischen Kreises und die nebeneinanderliegende Anordnung von zwei zu verschiedenen Strängen gehörenden Spulenseiten in einer Nut wesentliche Ursachen für die Abweichungen der analytischen Berechnung sind.
Christoph Junginger
Chapter 8. Schlussbetrachtung
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird Stromverdrängung anhand einer modernen, hoch ausgenutzten, umrichterbetriebenen Synchronmaschine mit eingebetteten Permanentmagneten zur Nutzung des Reluktanzmoments und Zahnspulen zur Verringerung der Wickelkopflänge untersucht. Es zeigt sich, dass der in Abschnitt 2.1.4 beschriebene, über hundert Jahre bewährte, analytische Berechnungsansatz zur Bestimmung der Stromverdrängung bei dieser elektrischen Maschine keine zuverlässigen Ergebnisse liefert. Begünstigt wird dies dadurch, dass die Spulenquerschnittsgeometrie der betrachteten elektrischen Maschine nach den Erkenntnissen des bewährten analytischen Verfahrens gestaltet ist.
Christoph Junginger
Backmatter
Metadaten
Titel
Untersuchung der Stromverdrängung im Ständer hoch ausgenutzter elektrischer Maschinen
verfasst von
Christoph Junginger
Copyright-Jahr
2017
Electronic ISBN
978-3-658-17007-3
Print ISBN
978-3-658-17006-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-17007-3