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:

4. Die Trommel-Scheibenmaschine mit Drehstromwicklung

Einführung:

Hier gelten die gleichen Verhältnisse, wie bei der Doppel-Scheibenmaschine (Punkt 3. Einführung). Der einzige Unterschied besteht hier in der axialen Ausdehnung der Wicklung.
Darüber hinaus werden Leistungen für eine Drehzahl von n = 375 1/min und für eine halbierte Windungszahl bei n = 750 1/min berechnet.

4.1. Berechnung der einzelnen Spule:

nach (37) in der Berechnungsmethode [2] gilt:

4.2. Berechnung der Wicklung (12 Spulen):

14% Minderung der Windungszahl:

4.3. 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):

Bei Halbierung der Windungszahl und Verdoppelung des Leiterquerschnitts ist:

4.4. Weitere Möglichkeiten der Leistungssteigerung sind:

4.4.1. Die Erhöhung der Induktion B:

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

4.4.2. Die Erhöhung der Drehzahl:

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

Der Außenradius der Drehstromwicklung ist:

r = 46 cm

Es gilt für die Bahngeschwindigkeit:

Für Spulenläufer kann die Drehzahl aus mechanischer Sicht noch um den Faktor 5,54 auf
n=4152 1/min bei gleichem Wicklungsradius erhöht werden. Dadurch würden die Spannung auf
U = 118952V und der Strom auf I = 549,4A und die Leistung auf P = 65,35MW, gegenüber (87), (91), (97) steigen.
Durch diese hohen Spannungs- und Stromwerte muss die Windungsisolierung aufwendiger ausgeführt werden (gilt eventuell auch für (95)), so dass die Windungszahl für den gleichen Bauraum niedriger liegt. 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 wäre noch zu ermitteln.


4.4.3. Eine Änderung der Polzahl:

Der damit verbundene Anstieg des Spulenausnutzungsgrades führt zu einer weiteren Leistungssteigerung. Die vorgestellte Drehstromwicklung hat mit z Sp = 0,83651(77) schon einen hohen Spulenausnutzungsgrad, obwohl noch relativ lange Wickelköpfe vorhanden sind, die mit der Erhöhung der Polzahl verkürzt werden.


4.4.4. Den achsnahen Bereich effizienter nutzen:

(siehe dieses Gewinnbeispiel 6, folgenden Punkt 5)


Durch ein oder mehrere dieser Maßnahmen ist die Leistung der Doppel-Scheibenmaschine mit Drehstromwicklung, mit einem Wicklungsdurchmesser von D= 92cm, auf eine noch höhere Leistung auszulegen, ohne eine Durchmesservergrößerung in Kauf nehmen zu müssen.