Zum Thema: Hocheffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen und hochstdynamische Antriebe, nach dem Luftspulenprinzip

(weiteres zu Gewinnbeispiel 6 und Informationen zum Luftspulenprinzip (homepage))

Aus dem Gewinnbeispiel 6:

2. Die Doppel-Scheibenmaschine des Luftspulenprinzips mit halbem Durchmesser (Wechselstromgenerator)

Einführung:

Für die vergleichenden Berechnungen wurde für die herkömmliche Ferranti-Maschine und die Doppel-Scheibenmaschine die gleiche Luftspaltverhältnisse (1), die gleiche Windungszahl und die gleiche Drehzahl, sowie die gleiche radiale Spulenausdehnung von 60cm angenommen, wie beim Ferranti-Generator (7).

2.1. Berechnung der einzelnen Spule:

2.2. Berechnung der Wicklung (36 Spulen):

Zwei Spulenstränge von jeweils 18 Spulen sind parallel geschaltet (in Anlehnung an den Ferranti-Generator unter Punkt 1.2).

2.3. Berechnung der Generatorwerte (U_ind , I_ind , P ):

nach (7) in der Berechnungsmethode gilt:

Normiert auf den Ferranti-Generator nach (19):

nach (17) in der Berechnungsmethode gilt:

Normiert auf den Ferranti-Generator nach (21):

nach (26) in der Berechnungsmethode gilt:

Normiert auf den Ferranti-Generator nach (23):

2.4. Die Ermittlung der Windungszahl der Spulen

Zur Berechnung der Windungszahlen wird gemäß Punkt 1.4. auch hier eine Luftspaltinduktion von 0,4T angenommen.

nach (25) gilt:

Da die Verhältnisse (Punkt 2.Einführung) gleich wie beim Ferranti-Generator sind, ist es verständlich, dass auch hier die gleiche Windungszahl (28) errechnet wurde.

2.5. Weitere Möglichkeiten der Leistungssteigerung sind:

2.5.1. Die Erhöhung der Drehzahl:

Für Spulenläufer gilt nach [4] aus mechanischen Gründen eine maximale Umfangsgeschwindigkeit von 200m/sec.

Der Außenradius der Drehstromwicklung ist:

Es gilt für die Bahngeschwindigkeit:

Für Spulenläufer kann somit die Drehzahl aus mechanischer Sicht noch um den Faktor 11,03 auf n=1323,77 1/min bei gleichem Wicklungsradius erhöht werden. Dadurch würde die Spannung auf U = 153879V und der Strom auf I = 1089A und die Leistung auf P = 167MW gegenüber (36), (39), (42) steigen.
Durch diese hohen Spannungs- und Stromwerte muss die Windungsisolierung aufwendiger ausgeführt werden, so dass die Windungszahl für den gleichen Bauraum niedriger ist als errechnet. Dies mindert auch die erreichten Spannungs-, Strom- und Leistungswerte bei der hohen Drehzahl, so dass sie niedriger ausfallen werden oder aus Spannungsfestigkeitsgründen oder um den maximalen Strombelag nicht zu überschreiten die Drehzahl niedriger angesetzt werden muss. Dies ist noch zu ermitteln.

2.5.2. Der Einsatz der Konstruktionsform "Trommel-Scheibenmaschine"

Dadurch lassen sich Leistungssteigerungen um ca. 350% von (42), eine Steigerung auf eine Leistung von P = 5,23868MW erzielen (siehe Punkt 4, 5 in diesem Gewinnbeispiel 6 und im Gewinnbeispiel 4, Punkt 1. und 2., [6]) .

2.5.3. Die Erhöhung der Induktion B:

Die Höhe der Induktion B ist mit 0,4T nicht ausgeschöpft.

Durch eine oder mehrere dieser Maßnahmen kann die Leistung der Doppel-Scheibenmaschine mit einphasiger Wechselwicklung, mit einem Wicklungsdurchmesser von D= 1,4425m, wesentlich über 1,4MW erhöht werden, ohne eine Durchmesservergrößerung in Kauf nehmen zu müssen.