Über Wirbelstromphänomene in Ständerstäben in Nutaustrittsbereichen leistungsstarker Turbogeneratoren

Subtitle
Entwicklung, Validierung und Anwendung einer elektromagnetischen Submodell-Methode
Publication date
2024-10-11
Document type
Dissertation
Author
Kowalski, Matthias
Advisor
Referee
Hirsch, Holger
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2024-10-01
Organisational unit
Keyword
Wirbelstrom
Turbogenerator
Roebelstab
Sub-Modell
Magnetfeld
Eddy current
Turbo generator
Roebel bar
Submodel
Magnetic field
Abstract
Turbogeneratoren nehmen hinsichtlich der Wandlung und Übertragung elektrischer Leistung eine Schlüsselrolle in der gegenwärtigen und zukünftigen Energiewirtschaft ein. In einer zunehmend elektrifizierten Welt ist ihre Zuverlässigkeit von essenzieller Bedeutung. Die vorliegende Dissertation ist durch eine erhöhte Schadenshäufigkeit des Isoliersystems der Ständerwicklung im Bereich des Blechpaketendes solcher Turbogeneratoren motiviert. Es wird die Arbeitshypothese aufgestellt, dass lokale Heißstellen in diesem besonders betroffenen Bereich maßgeblich zu beschleunigten Alterungsprozessen des Isoliersystems beitragen. Unter Verwendung einer neu entwickelten elektromagnetischen Submodell-Methode für Simulationen mit Finiten-Elementen, werden Wirbelstromverluste in Ständerstäben infolge radial gerichteter magnetischer Endfelder berechnet. Diese Wärmequellen werden in ein thermisches FE-Modell zur Temperaturfeldberechnung übertragen, welches lokal deutlich erhöhte Temperaturen des Ständerstabes im Nutaustrittsbereich ausweist und die Arbeitshypothese bestätigt. Ferner erfolgt die Simulation verschiedener betrieblicher sowie geometrischer Einflussgrößen, wie beispielsweise die der Abtreppungsgeometrie.
Der in dieser Dissertation erzielte Wissenserwerb ermöglicht eine Optimierung künftiger elektrischer Maschinen und erhöht deren Zuverlässigkeit, was sich als wertvoller Beitrag für die bevorstehende Elektrifizierung der Zukunft erweist.
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