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Synchronmaschine mit supraleitender Laeuferwicklung und konventionell ausgefuehrtem Staender

IP.com Disclosure Number: IPCOM000010209D
Original Publication Date: 2002-Dec-25
Included in the Prior Art Database: 2002-Dec-25
Document File: 1 page(s) / 50K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei konventionell ausgefuehrten Synchronmaschinen wird der Wirkungsgrad im Wesentlichen durch die Kupferverluste in Staender- und Laeuferwicklung und durch die Eisenverluste in den Blechpaketen bestimmt. Durch die physikalischen Gegebenheiten koennen diese Verluste in gewissen Grenzen durch hoeheren Materialeinsatz reduziert werden. Dies bedeutet jedoch eine geringere Ausnutzung und somit meist hoehere Kosten der Maschine. Die Maschinen werden weiterhin mit kleinem magnetischen Luftspalt ausgefuehrt, ebenfalls um Leitermaterial einzusparen, die Verlustbilanz guenstig zu halten und die Ausnutzung moeglichst hoch zu treiben. Infolge des kleinen Luftspaltes wird jedoch haeufig nur eine geringe Ueberlastbarkeit erreicht. Die Maschinen laufen sehr nahe an der Kippgrenze. Bei den bisherigen Versuchen, Maschinen mit supraleitender Erregerwicklung zu bauen, wurde stets auch eine Luftspaltstaenderwicklung eingesetzt. Konstruktion und Fertigung einer Drehstromwicklung als Luftspaltwicklung weisen aber noch erhebliche Probleme auf. Weiterhin ist diese Loesung mit einem extrem grossen Luftspalt gekoppelt, welcher wiederum zu extrem hohen Stosskurzschlussstroemen und Stosskurzschlussmomenten fuehrt. Diese Kurzschlussstroeme sind mit heute verfuegbaren Schaltern nicht beherrschbar und die Kurzschlussmomente stellen hohe, heute noch kaum zu bewaeltigende konstruktive Anforderungen an die mechanische Laeuferausfuehrung. Durch den Einsatz von Laeufern mit supraleitender Wicklung koennen die Eigenschaften einer Synchronmaschine (Wirkungsgrad, Polradwinkel, Scheinleistungskompensation, Ueberlastbarkeit, Kurzschlussverhalten usw.) deutlich verbessert werden. Beim bisherigen Einsatz von Laeufern mit supraleitender Wicklung wird die Staenderwicklung ebenfalls optimiert und als Luftspaltwicklung ausgefuehrt. Die Ausfuehrung einer Luftspaltwicklung ist konstruktiv aufwendig und bei grossen Maschinenleistungen im Wesentlichen Neuland. Durch den Verzicht auf die vollstaendige Palette der Vorteile beim Einsatz einer HTS-Laeuferwicklung koennen Teilaspekte wesentlich effizienter geloest werden. Es wird vorgeschlagen, den bei einer Synchronmaschine vorhandenen Laeufer mit normalleitender Wicklung durch einen Laeufer mit supraleitender Wicklung, vornehmlich mit HTSL-Wicklung, zu ersetzen. Da mit supraleitenden Wicklungen auf einfache Weise grosse Magnetfelder erzeugt werden koennen, kann der magnetisch wirksame Luftspalt vergroessert werden, um eine ausreichende Ueberlastbarkeit zu erreichen. Dies kann sowohl bei neuen Maschinen geschehen als auch als sog. „Retrofit“-Massnahme bei bestehenden Maschinen erfolgen.

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S

© SIEMENS AG 2002 file: 2002J16037.doc page: 1

Synchronmaschine mit supraleitender Laeuferwicklung und konventionell ausgefuehrtem Staender

Idea: Joachim Frauenhofer, DE-Erlangen; Dr. Frank Michael, DE-Erlangen

Bei konventionell ausgefuehrten Synchronmaschinen wird der Wirkungsgrad im Wesentlichen durch die Kupferverluste in Staender- und Laeuferwicklung und durch die Eisenverluste in den Blechpaketen bestimmt. Durch die physikalischen Gegebenheiten koennen diese Verluste in gewissen Grenzen durch hoeheren Materialeinsatz reduziert werden. Dies bedeutet jedoch eine geringere Ausnutzung und somit meist hoehere Kosten der Maschine.

Die Maschinen werden weiterhin mit kleinem magnetischen Luftspalt ausgefuehrt, ebenfalls um Leitermaterial einzusparen, die Verlustbilanz guenstig zu halten und die Ausnutzung moeglichst hoch zu treiben. Infolge des kleinen Luftspaltes wird jedoch haeufig nur eine geringe Ueberlastbarkeit erreicht. Die Maschinen laufen sehr nahe an der Kippgrenze.

Bei den bisherigen Versuchen, Maschinen mit supraleitender Erregerwicklung zu bauen, wurde stets auch eine Luftspaltstaenderwicklung eingesetzt. Konstruktion und Fertigung einer Drehstromwicklung als Luftspaltwicklung weisen aber noch erhebliche Probleme auf. Weiterhin ist diese Loesung mit einem extrem grossen Luftspalt gekoppelt, welcher wiederum zu extrem hohen Stosskurzschlussstroemen und Stosskurzschlussmomenten fuehrt. Diese Kurzschlussstroeme sind mit heute verfuegbaren Schaltern nicht beherrschbar und die Kurzschlussmomente stellen hohe, heute noch kaum zu bewaeltigende konstruktive Anforderungen an die mechanische Laeuferausfuehrung.

Durch den Einsatz von Laeufern mit supraleitender Wicklung koennen die Eigenschaften einer Synchronmaschine (Wirkungsgrad, Polradwinkel, Scheinleistungskompensation, Ueberlastbarkeit, Kurzschlussverhalten usw.) deutlich verbessert werden.

Beim bisherigen Einsatz von Laeufern mit supraleitender Wicklung wird die Staenderwicklung ebenfalls o...