ISBN 978-3-8439-0913-6

978-3-8439-0913-6, Reihe Elektrotechnik

Michael Freese
Verfahren zur Bestimmung der Wickelkopfinduktivitäten von Synchronmaschinen großer Leistung

159 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren entwickelt, welches eine schnelle und akkurate Vorausberechnung der Wickelkopfinduktivitäten von Synchronmaschinen großer Leistung ermöglicht. Es basiert auf der Anwendung der Formel von Neumann. Bei Kenntnis der Geometrien der Wickelköpfe von Stator und Rotor lassen sich so vollständige Induktivitätsmatrizen für den Endbereich aufstellen. Der Einfluss der Stirnseite der Maschine wird näherungsweise über die Spiegelleitermethode berücksichtigt.

Da sich bei diesem Ansatz weitere elektrisch oder magnetisch leitfähige Komponenten des Endbereichs nicht berücksichtigen lassen, werden für zwei Turbogeneratoren unterschiedlicher Leistungsklasse und Endbereichsarchitektur dreidimensionale Finite-Elemente-Modelle erstellt und die Wickelkopfinduktivitäten in Abhängigkeit von diesen feldbeeinflussenden Komponenten bestimmt. Bei der Untersuchung zeigt sich, dass dieser Einfluss teils erheblich ist, wie es beispielsweise beim Streufeldsammelring der Fall ist. Der Vergleich der zwei Methoden und eine umfangreiche Parameterstudie münden schließlich in Berechnungsvorschriften für die Stator-Wickelkopfinduktivitäten, welche sich sowohl während des Maschinenauslegungsprozesses als auch für transiente Untersuchungen anwenden lassen.

Als weitere Referenz zu den Ergebnissen werden zwei unterschiedliche Messungen an einem Turbogenerator im Prüffeld durchgeführt. Mithilfe einer zusätzlich für den Aktivteil ausgeführten zweidimensionalen Feldberechnung können schließlich die Wickelkopfinduktivitäten ermittelt werden. Die zwei Messungen zeigen hinsichtlich der gewonnenen Ergebnisse eine sehr gute Übereinstimmung zueinander. Ein Vergleich mit den Ergebnissen aus dem in dieser Arbeit beschriebenen Verfahren zeigt nur eine mäßige, aber ausreichende Übereinstimmung. Die aus den Messverfahren bestimmten Induktivitäten sind mit Unsicherheiten verbunden, sodass zur genaueren Bestimmung der Wickelkopfinduktivitäten die Anwendung des in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Verfahrens den Messungen vorzuziehen ist.