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Berechnung der Läuferstillstandserwärmung von Asynchronmaschinen zur Bestimmung der Auslösezeit tE für die Zündschutzart "e"

31.10.2007

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) prüft und zertifiziert seit Jahrzehnten elektrische Maschinen bis hin zu Leistungen von einigen Megawatt. Abhängig von der Netzkonstellation des Prüffeldes ist es bei großen Maschinen sehr aufwendig oder nicht mehr möglich, die Einschaltung bei blockiertem Läufer durchzuführen, da der Anzugsstrom ein Vielfaches des Bemessungsstromes beträgt. Wenn eine Prüfung nicht mehr durchgeführt werden kann oder die möglichen Prüfbedingungen zu stark von den Bemessungsdaten abweichen, muss die Ermittlung der Erwärmung auf eine andere Art und Weise z.B. durch Berechnung erfolgen.

Zur rechnerischen Bestimmung der Auslösezeit tE für explosionsgeschützte Maschinen muss zunächst der Stabstrom bei blockierter Maschine unter Berücksichtigung der Stromverdrängung und der Position der Rotorstabes zur Wicklung berechnet werden. In der Norm wird ein einfaches Verfahren beschrieben, welches lediglich die Erwärmung des Rotorkäfigs durch die Stromdichte über eine Gleichung beschreibt und darauf verweist, dass die Stromverdrängung berücksichtigt werden muss. Die Berechnung mit einer Finite Elemente Methode ist aufgrund der Modellbildung sehr aufwendig. Eine einfache Alternative ist die Verwendung des Teilleiterverfahrens, wobei der Einfluss der Position des Stabes mit dem Teilleiterverfahren jedoch nicht nachgebildet werden kann.

Die Ergebnisse der berechneten Stromverdrängung im Stab zeigen beim festgebremsten Rotor eine deutliche Erhöhung der Stromdichte und damit einer hohen Temperatur an der Rotorstaboberkante. Der bei der Stabstromberechnung (Finite Elemente) bestimmte Stabstrom variiert um 10 % den Mittelwert der Stabströme in Abhängigkeit von der Position des Läufer zum Ständer. Die Entwärmung der Stäbe durch das Blechpaket kann über Parameter angepasst werden, so dass die Ergebnisse der Berechnung an die Messergebnisse in Übereinstimmung sind. Die Parameter bestimmen die Wärmeankopplung des Stabes an das Bleckpaket und sind speziell für die verschiedenen Ausführungsarten zu bestimmen.


Bild 1: Staberwärmung bei festgebremsten Rotor in Abhängigkeit der Zeit