Erd, Nicolas (2024)
Permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung und massivem Rotorjoch für getriebelose Offshore-Windenergieanlagen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028080
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion
Kurzbeschreibung (Abstract)
Diese Arbeit befasst sich mit drehmomentstarken permanentmagneterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung und massivem, elektrisch leitfähigem Rotorjoch. Konkret wird für eine getriebelose Offshore-Windenergieanlage mit einer Bemessungsleistung von 8 MW bei einer Drehzahl von 10,2/min der Einsatz von Zahnspulenwicklungen im Vergleich zu einer verteilten Einschichtwicklung untersucht. Die insbesondere bei Zahnspulenwicklungen auftretenden Statorluftspaltfeldharmonischen induzieren das massive Rotorjoch und führen zu Rotorwirbelstromverlusten, die im Rahmen des Maschinenvergleichs analytisch mit konstanten Ersatzmaterialparametern berechnet werden. Der Vergleich zwischen der verteilten Einschichtwicklung und zwei ausgewählten Zahnspulenwicklungen wird anhand von numerisch optimierten Maschinenentwürfen mit vorgegebenem Bauraum durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass die beiden betrachteten Zahnspulenwicklungen aufgrund des geringeren Arbeitswellenwicklungsfaktors und wegen ihrer signifikanten Statorfeldharmonischen stets einen geringeren Wirkungsgrad und einen kleineren Grundschwingungsleistungsfaktor als die verteilte Wicklung bei gleichem Magnetmaterialeinsatz aufweisen. Für eine Magnetmasse von 4300 kg erreichen die Zahnspulenwicklungen abhängig von der gewählten Lochzahl einen um 1,1 bis 2,2 Prozentpunkte geringeren Wirkungsgrad im Bemessungspunkt als die verteilte Einschichtwicklung mit einem Wirkungsgrad von 94,4 %. Die Zweckmäßigkeit der angewendeten Berechnungs- und Auslegungsmethoden wird durch die Auslegung, den Bau und die Vermessung einer gegenüber den Windgeneratoren stark verkleinerten Prototypmaschine mit einem Bemessungsdrehmoment von 2800 Nm erbracht.
| Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
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| Erschienen: | 2024 | ||||
| Autor(en): | Erd, Nicolas | ||||
| Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
| Titel: | Permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung und massivem Rotorjoch für getriebelose Offshore-Windenergieanlagen | ||||
| Sprache: | Deutsch | ||||
| Referenten: | Binder, Prof. Dr. Andreas ; Schäfer, Prof. Dr. Uwe | ||||
| Publikationsjahr: | 25 September 2024 | ||||
| Ort: | Darmstadt | ||||
| Kollation: | xvii, 353 Seiten | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung: | 17 Mai 2024 | ||||
| DOI: | 10.26083/tuprints-00028080 | ||||
| URL / URN: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/28080 | ||||
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Diese Arbeit befasst sich mit drehmomentstarken permanentmagneterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung und massivem, elektrisch leitfähigem Rotorjoch. Konkret wird für eine getriebelose Offshore-Windenergieanlage mit einer Bemessungsleistung von 8 MW bei einer Drehzahl von 10,2/min der Einsatz von Zahnspulenwicklungen im Vergleich zu einer verteilten Einschichtwicklung untersucht. Die insbesondere bei Zahnspulenwicklungen auftretenden Statorluftspaltfeldharmonischen induzieren das massive Rotorjoch und führen zu Rotorwirbelstromverlusten, die im Rahmen des Maschinenvergleichs analytisch mit konstanten Ersatzmaterialparametern berechnet werden. Der Vergleich zwischen der verteilten Einschichtwicklung und zwei ausgewählten Zahnspulenwicklungen wird anhand von numerisch optimierten Maschinenentwürfen mit vorgegebenem Bauraum durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass die beiden betrachteten Zahnspulenwicklungen aufgrund des geringeren Arbeitswellenwicklungsfaktors und wegen ihrer signifikanten Statorfeldharmonischen stets einen geringeren Wirkungsgrad und einen kleineren Grundschwingungsleistungsfaktor als die verteilte Wicklung bei gleichem Magnetmaterialeinsatz aufweisen. Für eine Magnetmasse von 4300 kg erreichen die Zahnspulenwicklungen abhängig von der gewählten Lochzahl einen um 1,1 bis 2,2 Prozentpunkte geringeren Wirkungsgrad im Bemessungspunkt als die verteilte Einschichtwicklung mit einem Wirkungsgrad von 94,4 %. Die Zweckmäßigkeit der angewendeten Berechnungs- und Auslegungsmethoden wird durch die Auslegung, den Bau und die Vermessung einer gegenüber den Windgeneratoren stark verkleinerten Prototypmaschine mit einem Bemessungsdrehmoment von 2800 Nm erbracht. |
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| Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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| Freie Schlagworte: | PMSM, Wirbelströme, Optimierung, Entwurf, Synchronmaschine | ||||
| Status: | Verlagsversion | ||||
| URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-280804 | ||||
| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 621.3 Elektrotechnik, Elektronik |
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| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektrische Energiewandlung |
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| TU-Projekte: | Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg|FKZ A336 19|Optimierung eines re | ||||
| Hinterlegungsdatum: | 25 Sep 2024 12:02 | ||||
| Letzte Änderung: | 26 Sep 2024 12:10 | ||||
| PPN: | |||||
| Referenten: | Binder, Prof. Dr. Andreas ; Schäfer, Prof. Dr. Uwe | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 17 Mai 2024 | ||||
| Export: | |||||
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