Vorlesung „Strömungsmaschinen II” 4. Gastvorlesung Generatoren
Vorlesung „Strömungsmaschinen II” 4. Gastvorlesung Generatoren
Vorlesung „Strömungsmaschinen II” 4. Gastvorlesung Generatoren
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Institut für Antriebssysteme<br />
und Leistungselektronik<br />
<strong>Vorlesung</strong><br />
<strong>„Strömungsmaschinen</strong> <strong>II”</strong><br />
<strong>4.</strong> <strong>Gastvorlesung</strong> <strong>Generatoren</strong><br />
Prof. Dr.-Ing. Bernd Ponick<br />
WS 2007/08
<strong>Generatoren</strong><br />
Strömungsmaschinen II<br />
–<br />
Funktionsweise und Aufbau<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>2
Strömungsmaschinen II<br />
Ziele<br />
• Funktionsweise und Aufbau von <strong>Generatoren</strong> verstehen<br />
• Besonderheiten mit Wirkung auf den Gesamtstrang<br />
• Netzanbindung<br />
• Leistungsstufen und Typen<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>3
Grundgleichung der Generatorleistung<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>4
TLRI-Serien - luftgekühlter Generator mit Schleifringen<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>5
Hauptkomponenten am Beispiel eines luftgekühlten<br />
Generators<br />
1 Läufer<br />
2 Feldwicklung<br />
3 Läuferkappe<br />
4 Axialgebläse<br />
5 Ständerwicklung<br />
6 Blechpaket<br />
7 Ständergehäuse<br />
8 Stromdurchführungen<br />
9 Stehlager<br />
10 turbinenseitige Kupplung<br />
11 Luftrückkühler<br />
12 Schleifringabdeckung<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>6
TLRI-Serien - luftgekühlter Generator<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>7
Strömungsmaschinen II<br />
TLRI-Serien<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>8
Typisches Generatorleistungsdiagramm<br />
(Bemessungs-cos ϕ = 0.8)<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>9
Typische Generatorkurven für einen Gasturbosatz<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>10
<strong>Generatoren</strong> - Erregung<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>11
Läufervarianten von Synchronmaschinen<br />
vierpoliger vierpoliger<br />
Schenkel- Vollpolläufer<br />
polläufer (geblecht)<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>12
Massive Schenkelpolläufer<br />
Massiver Schenkelpolläufer eines bürstenlos erregten Synchronmotors<br />
P N = 15,7 MW, U N = 13,2 kV, n N = 1800 /min (Werkbild ABB)<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>13
Läufer eines vierpoligen<br />
Synchrongenerators mit<br />
bürstenloser Erregung<br />
(Werkbild LDW)<br />
Geblechte Vollpolläufer<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Läufer eines vierpoligen<br />
Vollpol-Synchronmotors<br />
mit Kappenringen<br />
PN = 13,5 MW<br />
UN = 10 kV<br />
= 1500 /min<br />
n N<br />
(Werkbild Siemens)<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>14
Turbogeneratoren mit massivem Vollpolläufer<br />
fertiger Läufer eines<br />
zweipoligen, luftgekühlten<br />
Turbo-Generators<br />
SN = 29 MVA<br />
cosϕN = 0,8<br />
UN = 11 kV<br />
= 60 Hz<br />
fN (Werkbild Siemens)<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Welle und bewickelter<br />
Induktor eines<br />
vierpoligen<br />
Turbo-Generators<br />
SN = 1500 MVA<br />
cosϕN = 0,8<br />
ηN = 98,8%<br />
UN = 27 kV<br />
= 50 Hz<br />
fN (Werkbild Siemens)<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>15
Erregerstrom - Zuleitung von den Schleifringen zur<br />
Feldwicklung des Generatorläufers<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>16
Blockdiagramm - Erregung ohne Bürsten<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>17
Läufer einer Erregermaschine mit rotierendem Gleichrichter<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>18
<strong>Generatoren</strong> - Kühlung<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>19
Schematische Darstellung des TLRI Kühlkreislaufs mit<br />
seitlich angebrachten Kühlern<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>20
Direkte radiale Kühlung des Rotors in einem TLRI-Generator<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>21
ewickelter Induktor eines<br />
vierpoligen Turbo-Generators<br />
SN = 1500 MVA<br />
cosϕN = 0,8<br />
ηN = 98,8%<br />
UN = 27 kV<br />
fN = 50 Hz<br />
direkte Leiterkühlung durch Wasser<br />
in Ständer und Läufer<br />
(Werkbild Siemens)<br />
Kühlung des Läufers<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Axialer Lufteintritt in den<br />
Läufer durch Nutgrundkanäle<br />
(Werkbild AEG)<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>22
Längsschnitt eines wasserstoffgekühlten Generators mit<br />
indirekt gekühlter Ständerwicklung<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>23
Drucköl - Wellendichtung für wasserstoffgekühlte<br />
<strong>Generatoren</strong><br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>24
Kompletter Induktor eines zweipoligen<br />
Turbo-Generators mit mehrstufigem Gebläse<br />
Strömungsmaschinen II<br />
(Werkbild Siemens)<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>25
Generatorprogramm 10 bis 2000 MVA<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>26
Stabenden einer wassergekühlten Ständerwicklung<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>27
<strong>Generatoren</strong> - Besonderheiten<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>28
Störfälle bei Synchronmaschinen – Fehlsynchronisation<br />
i1c / I1N<br />
i2 / I2N<br />
Vierpoliger Synchrongenerator, 3,2 MVA, 5 kV, Fehlwinkel Δ ϕ = - 30°<br />
15.0<br />
7.5<br />
0.0<br />
-7.5<br />
3.00<br />
2.00<br />
1.00<br />
0.00<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Luftspaltmoment / MN<br />
i3q / I3N<br />
5.0<br />
0.0<br />
-5.0<br />
-10.0<br />
8.00<br />
<strong>4.</strong>00<br />
0.00<br />
-<strong>4.</strong>00<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>29
Störfälle bei Synchronmaschinen<br />
dreipoliger Klemmenkurzschluss<br />
Vierpoliger Synchrongenerator, 3,2 MVA, 5 kV, Kurzschluss im Nulldurchgang von U bc<br />
i1c / I1N<br />
i2 / I2N<br />
15.0<br />
7.5<br />
0.0<br />
-7.5<br />
3.00<br />
2.00<br />
1.00<br />
0.00<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Luftspaltmoment / MN<br />
i3d / I3N<br />
5.0<br />
0.0<br />
-5.0<br />
-10.0<br />
20.0<br />
10.0<br />
0.0<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>30
Störfälle bei Synchronmaschinen<br />
zweipoliger Kurzschluss mit Netztrennung<br />
Vierpoliger Synchrongenerator, 3,2 MVA, 5 kV, Kurzschluss im Nulldurchgang<br />
von U bc<br />
i1c / I1N<br />
i2 / I2N<br />
15.0<br />
7.5<br />
0.0<br />
-7.5<br />
3.00<br />
2.00<br />
1.00<br />
0.00<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Luftspaltmoment / MN<br />
i3d / I3N<br />
5.0<br />
0.0<br />
-5.0<br />
-10.0<br />
20.0<br />
10.0<br />
0.0<br />
-10.0<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>31
Störfälle bei Synchronmaschinen<br />
zweipoliger Klemmenkurzschluss am Netz<br />
Vierpoliger Synchrongenerator, 3,2 MVA, 5 kV, Kurzschluss im Nulldurchgang von<br />
U bc<br />
i1c / I1N<br />
i2 / I2N<br />
15.0<br />
7.5<br />
0.0<br />
-7.5<br />
3.00<br />
2.00<br />
1.00<br />
0.00<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Luftspaltmoment / MN<br />
i3d / I3N<br />
5.0<br />
0.0<br />
-5.0<br />
-10.0<br />
20.0<br />
10.0<br />
0.0<br />
-10.0<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00<br />
t [s]<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>32
Schadensbild nach Fehlsynchronisation<br />
Ständer eines vierpolige Synchrongenerators, 30 MVA, 11 kV nach<br />
Fehlsynchronisation mit Phasenopposition<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>33
Wicklungskopf eines Grenzleistungs-Turbogenerators<br />
Ständerwickelkopf eines Turbogenerators<br />
beim und nach dem Wickeln<br />
SN = 1500 MVA<br />
cosϕN = 0,8<br />
ηN = 98,8%<br />
UN = 27 kV<br />
fN = 50 Hz<br />
direkte Leiterkühlung durch Wasser in<br />
Ständer und Läufer<br />
(Werkbilder Siemens)<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>34
magnetgelagerter Turboverdichterantrieb<br />
Magnetgelagerter Turboverdichterantrieb zur Erdgasförderung<br />
PN = 23 MW, UN = 2 x 3,6 kV, Drehzahlstellbereich 600 – 6300 /min<br />
(Werkbild Siemens)<br />
Strömungsmaschinen II<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Ponick<br />
WS 2007/08<br />
Folie <strong>4.</strong>35
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