Optimierte Elektromotoren für Busse und Bahnen

Transkript

1 Optimierte Elektromotoren für Busse und Bahnen Dr.-Ing. Hagen Nieke, VEM Sachsenwerk GmbH

2 Gliederung 1. Vorstellung VEM Sachsenwerk 2. Beanspruchungen 3. Technische Konzeption - Kühlungskonzept - Mechanische Ausführung - Elektromagnetische Auslegung 4. Technische Daten 5. Betriebsverhalten 6. Ausblick 2

3 Vorstellung VEM Sachsenwerk Wir sind > VEM: Vereinigter Elektro-Maschinenbau > ein mittelständisches konzernunabhängiges deutsches Unternehmen (Inhaber: Familie Merckle) > als Gruppe unter der Marke VEM seit der Privatisierung 1997 erfolgreich am Markt Produktspektrum > Komponenten der Antriebstechnik und Energieerzeugung > Spezialmotoren und Sondermaschinen nach Kundenanforderung von 0,06 kw bis 42 MW > geregelte elektrische Antriebssysteme 3

4 Umsatz in TEUR Mitarbeiter Optimierte Elektromotoren für Busse und Bahnen Umsatz und Mitarbeiter Industrie Verkehrstechnik Schiffbau Windkraft Contracting Kundendienst Mitarbeiter 4

5 Branchenübersicht und Dienstleistungen Lieferungen für die Branchen Dienstleistungen Industrie Schiffbau Energie Verkehrstechnik Kundendienst Contracting Mechanische Analysen bis 42 MW bis 25 MW bis 20 MVA bis 7 MVA 50 bis 1600 kw bis 3000 kva 5

6 Produkte für die Verkehrstechnik Traktionsmotoren sowie Haupt- und Hilfsbetriebegeneratoren für Vollbahn- und Industrielokomotiven Triebzüge S-Bahnen, U-Bahnen Straßenbahnen Monorails Trolleybusse, Hybridbusse Miningtrucks 6

7 Fahrmotoren für S- und Straßenbahnen Bombardier Transportation, Flexity Swift Docklands LRT, London Drehstrom-Asynchron-Fahrmotor DKOBZ B 130 kw, 1781 min -1 PESA Bydgoszcz, Polen Tram Swing, Szeged, Ungarn Drehstrom-Asynchron-Fahrmotor DKCBZ FA 105 kw, 1777 min -1 7

8 Fahrmotoren für Triebzüge und Lokomotiven ELIN EBG Traction, Österreich Triebzug E-Talent, Rh 4024 Drehstrom-Asynchron-Fahrmotor DKLBZ A 340 kw, 1963 min -1 Vossloh Locomotives, Kiel Diesel-elektrische Lokomotive DE 18 Drehstrom-Asynchron-Fahrmotor DKLBZ , 400 kw Synchron-Traktionsgenerator DREBZ , 1900 kva 8

9 Fahrmotoren für Busse und Generatoren für Trucks Vossloh Kiepe, Düsseldorf Hess Hybridbus, Dresden/Leipzig Drehstrom-Asynchron-Fahrmotor DKLBZ kw, 1466 min -1 Siemens Energy & Automation, USA Komatsu 960E, 3650HP Synchron-Generator DRLDZ L kva, 1800 min -1 9

10 Beanspruchungen Besondere Beanspruchungen von Traktionsmotoren (resultieren aus den techn. Forderungen und treten in Kombination auf) T hermal E lectrical A mbient Temperaturunterschiede -40 C C kurzzeitig hohe Überlastbarkeit Betrieb am 2-Level-PWR, Spannungssteilheiten, Überspannungen, Impulsspannung, Teilentladungen Klima- & Umgebungseinflüsse M echanical Vibrationen, Schwingungen vom Fahrzeug und vom Antriebsstrang 10

11 Beanspruchungen Thermische Beanspruchung von Traktionsmotoren Messwerte Erwärmungslauf mit Stromrichterspeisung; 105kW/60Hz Ständerwicklung betriebsmäßig mit -40 C C kurzzeitig bis 250 C Kurzschlußkäfig betriebsmäßig mit -40 C C max. Lagerbeanspruchung betriebsmäßig mit 90 C C; kurzzeitig bis 135 C konstruktive Bauteile (Gehäuse, Lagerschilde) betriebsmäßig mit -40 C C 11

12 Beanspruchungen Klimatische Beanspruchung von Traktionsmotoren Feuchtigkeit: - rel. Luftfeuchte 100% - Wasserdurchfahrten, Regen, Schnee - Vereisungs-,Abtau- & Betauungsprozesse - Reinigung (Heißwasser oder Dampfstrahl) Chemikalien: - Salznebel, Luftverschmutzung - chem. Reinigungszusätze (sauer,basisch) - Lösungsmittel, Ammoniak, Öle und Fette Verunreinigungen: - Sand & Staub (Abrasion), Laub, Papier, Pollen - metallischer und kohlenstoffhaltiger Abrieb (Bremsstaub) 12

13 Beanspruchungen Mechanische Beanspruchung von Traktionsmotoren Fliehkräfte: - bis 6000 min -1 (v u 90 m/s) - Wuchtgüte Q1 (spez. Restunwucht 2,5g*mm/kg) Elektro-magnetische Beanspruchung: - Kurzschlußströme und -momente Schwingungs- und Stoßbeanspruchung: - Dauerfest: Transversal 2,5g; Lateral 5 g; Vertikal 10g - Streckgrenze: Transversal 5 g; Lateral 10g; Vertikal 20g 13

14 Technische Konzeption Kühlungskonzept Kühlprinzip wichtiger Systementscheid! durchzugsbelüftet IP23 oberflächengekühlt IP55 Luft Wassermantel (fremd) eigenbelüftet fremdbelüftet eigenbelüftet fremdbelüftet Kühlprinzip Einhaltung der Anforderungen an das gesamte Antriebssystem! 14

15 Technische Konzeption Kühlungskonzept Vorteil (IP22) : Nachteil (IP22) : große wärmeabgebende Oberfläche hohe Ausnutzung kleine Masse durchzugsbelüftet oberflächengekühlt rel. großer Umwelteinfluss auf Isolation relativ wartungsintensiv niedrigerer Wirkungsgrad 15

16 Technische Konzeption Mechanische Ausführung- Leistungsstufung in der Baugröße DKLBZ 03xx 160 kw / 50 Hz 240 kw / 50 Hz 16

17 Technische Konzeption Elektromagnetische Auslegung Analytischer Entwurf: Bohrungsdurchmesser Luftspaltbreite Nutzahlen Windungszahl Entwurfsoptimierung mit FEM: Nutabmessung Größe & Lage der Kühllöcher Feldkurvenform Eisen- und Zusatzverluste Ankerstrombelag A Luftspaltinduktion B 17

18 Technische Konzeption Elektrische Auslegung Fahrspielsimulation F_Zug am Rad [kn] v [km/h] Teil-Verluste [W]- 2 Motor Temperatur [ C] s s s HP 50 HP 70 HP Ende

19 Technische Daten Baureihe DKLBZ 03XX Typ DKLBZ P mech S1 [kw] 160 P mech S2/1h [kw] 180 U n [V] 420 n n n max [min -1 ] M n [Nm] 1043 m [kg] 345 Typ DKLBZ P mech S1 [kw] 240 P mech S2/1h [kw] 250 U n [V] 420 n n n max [min -1 ] M n [Nm] 1558 m [kg] 511

20 Schallleistungspegel Lw [db(a)] Optimierte Elektromotoren für Busse und Bahnen Betriebsverhalten Geräuschverhalten - Messwerte Grenzwert Lw (A) [db] EN Eigenkühlung DKCBZ Lw [db(a)] Fremdkühlung DKLBZ Lw [db(a)] Eigenkühlung DKOBZ Lw [db(a)] Drehzahl n [min-1]

21 Betriebsverhalten Prüfung Systemtauglichkeit Typprüfung: erweiterte Leerlaufmessung Erwärmungsläufe S1 und S2/1h erweiterte Kurzschlussmessung (sinusförmige Speisung) Lastpunkte entsprechend gefordertem Geräusch-, Schwingungs- und Zugkraft-Geschwindigkeits-Diagramm Luftmengen-Messungen (Fahren/Bremsen/Gefahrenbremsen) Hochspannungsprüfung < (2 U d +1kV) Messung der Druck-Volumenstrom-Kennlinie

22 Thermal Conductivity (W/mK) Optimierte Elektromotoren für Busse und Bahnen Ausblick Möglichkeiten Wärmeleitfähigkeiten zur weiteren unterschiedlicher Steigerung des Drehmoment-Masse- Blechqualitäten 55 Verhältnisses innerhalb der Baureihe: 50 Verbesserung der Wärmeabgabe durch Reduzierung des Strömungswiderstandes der Kühlkanäle Erhöhung des Volumenstromes und damit der Wärmeabgabeziffer M330P35A M350P50A besonderer Elektroblechsorten M330P50A M400P50A 35 M470P50A M530P50A Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Ständerblechpaketes durch Einsatz M530P65A M470P65A M700-50A 30 M470-50A M600-50A M530-65A M400-50A M530-50A 25 M330-35A M350-50A M330-50A M400-65A 20 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 Losses 1,5T/50Hz (W/kg)

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.