Erste Prüfergebnisse 4-MW-HTS-Motor Elektrischer Schiffsantrieb in der Technologieforschung

Transkript

1 Erste Prüfergebnisse 4-MW-HTS-Motor Elektrischer Schiffsantrieb in der Technologieforschung Joachim Frauenhofer Braunschweiger Supraleiterseminar

2 Agenda HTS-Maschinenprojekte Auslegungsdaten Prüfergebnisse Anstehende Messungen Projekt gefördert vom BMWi Seite 2/15

3 Siemens-HTS-Versuchsmaschinen HTS 1 HTS 2 HTS 3 Dauertest Modell-Motor Generator Motor Generator 400 kw 4000 kva 4000 kw HTS V 6600 V 3300 V an MS-Netz 50 Hz 60 Hz 8 Hz Blindleistung /min /min 120 1/min Langzeiterprobung Labormaschine Schnelllaufend Hohes Drehmoment Langzeit-Feldtest Seite 3/15

4 Auslegungsdaten HTS 3 I II III Drehzahl 1/min Leistung kw Drehmoment knm 318 Spannung V Frequenz Hz ,66 Strom A Leistungsfaktor Erregerstrom A 75,8 75,8 49,4 Wirkungsgrad % 96,3 Seite 4/15

5 Auslegungsdaten HTS 3 Motorkennlinien I II III Betriebspunkte I, II, III siehe Folie 4 P Motor PMotor, MMotor M Motor U/min Seite 5/15

6 Auslegungsdaten HTS 3 Kenngrößen bei 120 1/min Synchrone Reaktanz xd p.u. 0,36 Transiente Reaktanz x d p.u. 0,19 Subtransiente Reaktanz x d p.u. 0,15 Transiente Kurzschlusszeitkonstante T d s 217 Subtransiente Kurzschlusszeitkonstante T d s 0,06 Ankerzeitkonstante Ta s 0,07 Wegen des großen magnetischen Luftspaltes werden die Werte der d- und q-achse in erster Näherung als gleich angenommen Seite 6/15

7 Prüfprogramm Leerlaufkennlinien Kurzschlusskennlinien Leerdauerläufe Kurzschlussdauerläufe IBS im Umrichterbetrieb Dauerlauf am Umrichter Seite 7/15

8 Gesamtmontage und Rotorabkühlen Entwicklungsziel <40 t Rotor abkühlen im Montagebereich Umsetzen ins Prüffeld HTS Konventionell Maschinengesamtgewicht 36 t + 1 t 53 t Seite 8/15

9 Prüfaufbau 30 kv, 50 Hz Power 6 kv, 50 Hz 30 kv 3,3 kv Power 6 kv 1 kv Netzversorgung ~ ~ ~ = Umrichter, Gleichrichter 8 Hz Power Power Fan M 3 ~ n 1 n 2 1 : 2 G = Prüfling, Getriebe, Belastungsmaschine HTS3 M Power Seite 9/15

10 Leerlauf-/Kurzschlusskennlinie Leerlauf- und Kurzschlusskennlinie HTS /min Rechnung Messung 1,2 Leerlauferregerstrom 73,8 A 74 A 1,0 Kurzschlusserregerstrom 20 A 20 A 0,8 Synchrone Reaktanz 0,36 p.u. 0,3 p.u. U/UN, I/IN 0,6 Konventionelle Maschine 0,4 1,4 1,2 1,0 0,2 U/UN, I/IN 0,8 0,6 0, ,4 0,2 0,0 I f (A) I f (A) U/UN I/IN U/UN I/IN Leerlauf- und Kurzschlusskennlinie vertauschen ihre Lage zueinander Seite 10/15

11 Erregerstromdiagramme Konventionelle und HTS-Maschine im Vergleich Konventionelle Maschine HTS-Maschine U I fn U, I I fk I U, I I U I fn I fk I f0 I f I f0 I f Seite 11/15

12 Betrieb am Umrichter Inbetriebnahme am Umrichter Motor am Umrichter erfolgreich in Betrieb genommen Seite 12/15

13 Erwärmungsprobe Dauerlauf am Umrichter mit I = 645 / 775 A bei cos = 0 Ständertemperatur Erwartete Maximaltemperatur 158 C Temp ( C) , , , ,5 13 Zeit (h) Zulässige Wicklungstemperaturen werden eingehalten Seite 13/15

14 Rotorverluste Rotorverluste kalorimetrisch gemessen über die Kryokühlanlage Betrieb Erregerstrom Rotorverluste Ruhend (ohne Rotation) 0 A 80 W Rotierend, Leerlauf, am Umrichter, 120 1/min 73 A 98 W Rotierend, Nennstrom, am Umrichter, 103 1/min 75 A 115 W Seite 14/15

15 Anstehende Messungen Lastbetrieb am Umrichter Luft- und Körperschallmessungen Stoßkurzschlussversuch Seite 15/15

16 Ergebnis Mit dieser HTS-Testreihe zeigt Siemens, dass sich die Supraleiter-Technologie für den Einsatz in großen elektrischen Maschinen eignet vom schnell laufenden Generator bis zum langsamen, drehmomentstarken Motor. Seite 16/15

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Joachim Frauenhofer Siemens AG Industry Sector Drive Technologies Division Large Drives