Berechnung des Einflusses von Dämpferwicklung und massivem Läuferballen auf den Stoßkurzschluss von Turbogeneratoren

Die Auswertung der Stoßkurzschlussvorgänge von Turbogeneratoren wird zur Ermittlung der Maschinencharakteristiken verwendet. Im Prüffeld wird der Stoßkurzschlussvorgang aus dem Leerlaufbetrieb der Maschine initiiert. Dabei werden alle drei Ständerstränge miteinander kurzgeschlossen und der Ständerstromverlauf aufgenommen. Der Verlauf des Ständerstroms wird bei den klassischen Formulierungen in drei Abschnitte unterteilt, den sub-transienten, den transienten und den stationären Zeitabschnitt. Durch Auswertung des Verlaufs können nun Reaktanzen und Zeitkonstanten für jeden Abschnitt ermittelt werden. Diese Parameter reichen aus, um das dynamische Verhalten an den Ständerklemmen des Generators hinreichend genau zu beschreiben. Die ermittelten Parameter eignen sich nicht zur Beschreibung des Erregerstromverlaufs.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, den Erregerstromverlauf genauso gut wie den Ständerstromverlauf berechnen zu können.
Die vorliegende Arbeit befasst sich nun mit den dreipoligen Stoßkurzschlussvorgängen von zwei- und vierpoligen Turbogeneratoren, die mit einem massivem Läuferkörper, einer Gleichstromerregerwicklung und einer gesehnten Ständerwicklung versehen sind. Die Arbeit führt den Leser an die physikalischen Prozesse heran, welche im Stoßkurzschluss wirken. Zur Verdeutlichung der Effekte wird ein Dämpferkreismodell entwickelt, dass das Erreger- und das Ständerstromverhalten im Stoßkurzschluss quantitativ beschreiben kann und den Einfluss der Dämpfung durch den massiven Läuferballen und den Dämpferstäben erläutert.
Moderne Ansätze zur Berechnung von Feldproblemen basieren meist auf der Verwendung numerischer Feldberechnungen mit der Finiten-Elemente-Methode. Die in dieser Arbeit verwendeten Finite-Elemente-Modelle berücksichtigen die Nichtlinearität des Eisens sowie induzierte Ströme auf der Läuferoberfläche und im Rotordämpferkreis. Um die Modelle zu validieren, werden diese mit Prüffeldmessungen verglichen. Die Abweichung zwischen Messung und Rechnung beträgt nur wenige Prozente. Da die nichtlineare transiente Finite-Elemente-Methode ein sehr zeitaufwändiges Verfahren ist, wird ein analytischer Ansatz vorgestellt, der die Erregerströme beschreibt. Die Neuerung besteht darin, dass die Gleichung aufgrund des hohen Detailierungsgrads sogar Kontaktwiderstände des Dämpfersystems abbilden und Rotoren mit und ohne Dämpferwicklung sowie mit massiven und geblechten Läufern beschreiben kann. Die Vorhersagegenauigkeit des Verfahrens wird mit Modellen der Finite-Elemente-Methode an unterschiedlichen Generatoren nachgewiesen.