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中文VEM motors are part of the “Freiberg Colloquium Electrical Drive Technology”
Oil, heat and molecular chains – a new drive for the steam cracker
VEM-Motoren sind Teil des "Freiberger Kolloquium Elektrische Antriebstechnik“
Von der Diplomarbeit zum Kolloquium
In Kooperation mit der VEM-Gruppe trug auch Justin Lehmann mit der Präsentation "Simulation thermischen Verhaltens asynchroner Traktionsmotoren im Lastzyklus" zum Gelingen der zweitägigen Konferenz bei. In einem 45-minütigen Vortrag sprach Herr Lehmann über einen Teil seiner Ergebnisse, welche er innerhalb des letzten halben Jahres als externer Berater für den Firmenverbund zusammengetragen hatte.
Seine Untersuchungen bauten dabei auf seiner Diplomarbeit "Modellierung der Erwärmung von Asynchronmaschinen unter Berücksichtigung beliebiger Lastspiele sowie veränderlicher Kühlbedingungen" auf. Für diese Arbeit modellierte der Diplom-Ingenieur ein Wärmequellennetzwerk, welches das transiente thermische Verhalten von Traktionsmotoren abbildet. Die Bauelemente des Modells charakterisierten hierbei den Wärmeaustausch (Wärmeleitung- und konvektive Widerstände) sowie die Wärmespeicherung (Wärmekapazitäten). Die veränderlichen Kühlbedingungen aufgrund der Drehzahl wurden danach anhand von Korrelationsgleichungen ermittelt.
Das Modell konnte mit mehreren messtechnisch aufgenommenen Erwärmungsläufen im Dauerbetrieb mit konstanter Belastung (S1-Betrieb) und unterschiedlichen Drehzahlen verifiziert werden. Auftretende Verlustleistungen können auf die Knotenpunkte der entsprechenden Bauteile eingeprägt werden, welche zuvor durch eine sehr feine Aufteilung in radialer sowie axialer Raumrichtung lokalisiert wurden. Für die Bestimmung der Temperaturen der einzelnen Knotenpunkte wurde das Knotenpotentialverfahren genutzt.
Zusammenarbeit mit den VEM-Werken
Bei VEM konnte Herr Lehmann das Netzwerk auf einen Antrieb mit einer analogen Kühltopologie und einer leicht veränderten Geometrie anwenden. So konnte er nachweisen, dass das Modell nicht nur für den Antrieb aus der Diplomarbeit, sondern auch für eine veränderte Geometrie - z.B. eine veränderte Blechpaketlänge oder Anzahl der Kühlkanäle - lauffähig ist. Weiterhin konnte neben dem S1-Betrieb auch die Funktionalität des Modelles bei Kurzzeitbetrieb mit konstanter Belastung (S2-Belastung) bewiesen werden.
Die Hauptaufgabe in all diesen Untersuchungen bestand darin, die korrekte Simulation von Temperaturverläufen bei Lastzyklen - also wechselnder Drehzahl / Drehmomenten - zu analysieren. Diesbezüglich wurde ein Vergleich der berechneten Verläufe des Wärmequellennetzwerkes mit zwei messtechnisch aufgenommenen Lastzyklen durchgeführt. Hierbei konnte der prinzipielle thermische Verlauf der Messungen widergespiegelt werden.
Weitere Erkenntnisse
Zudem baute Herr Lehmann neben dem Netzwerk für eigenbelüftete Traktionsmaschinen ein Wärmequellennetzwerk für Maschinen mit Wassermantel auf, mit welchem zur Diplomarbeit analoge Untersuchungen durchgeführt wurden. Die entwickelten Netzwerke sollen in Zukunft als Teil des Auslegungsprozesses fungieren. So ist es möglich, die zu erwartende Temperatur im Inneren des Antriebs simulieren und die Einhaltung der Wärmeklasse damit überprüfen zu können.
