Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in elektrischen Maschinen. Ricardo Naciff

Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in elektrischen Maschinen

Hysteresemotor STF70-45/-14-5Prof. Dr.-Ing. habil Arkadi GrünerRicardo Naciff©2002

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Mendoza

Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik

Deutscher Akademischer Austauschdinst

Universität Stuttgart

Echtes Wissen besteht darin, das Ausmaßder eigenen Unwissenheit zu kennen.

Konfuziuschinesischer Philosoph, 551 - 479 v. Chr.

Dieser Bericht zeigt keine endgültigen Lösungen auf, sondern istlediglich ein Anfang des HTS-Motorversuches mittels magnetischerStromspitze.

Die komplette Arbeit wurde in 5,5 Monaten realisiert, in allen Phasenvon der Idee bis zum Ergebnis.

R.N.

Vielen Dank für die wertvolle Unterstützung

Dr.-Ing. Achim Beisse

Dipl.-Ing. Tobias Kolb

Dipl.-Ing. Sangbong Lee

Christian Jähne M. A.

Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 4

Inhaltsverzeichnis

Nomenklatur........................................................................................................... 5

Einleitung ............................................................................................................... 7

Supraleiter 1. ArtSupraleiter 1. Art ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ .................................... 77

Supraleiter 2. ArtSupraleiter 2. Art ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ .................................. 88

Supraleiter 3. ArtSupraleiter 3. Art ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ .................................. 99

HTS-Motor STF70-45 ............................................................................................ 10

Die Versuchs MaschineDie Versuchs Maschine ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ .................. 1010

Elektrisches Ersatzschaltbild des HTS-MotorsElektrisches Ersatzschaltbild des HTS-Motors ................................................................ ................................................................ ................................................................ ......1111

Schaltung der VersuchsmaschineSchaltung der Versuchsmaschine ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................ 1212

Impulsmagnetisiergerät....................................................................................... 14

Energie und Wirkungsgrad................................................................................... 15

Anpassung von Meßwerten durch mathematische Verfahren ............................ 18

Anpassung der SpannungAnpassung der Spannung ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ .......... 1818

Anpassung des Stromes und des FlussesAnpassung des Stromes und des Flusses ................................................................ ................................................................ ................................................................ .................... 1919

Versuchsaufbau ................................................................................................... 21

Meßergebnis......................................................................................................... 22

Läufer 5mmLäufer 5mm ................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ ......................................................2222

Spannung, Strom und Fluß.............................................................................................................................................................. 22

Hysteresiskurve................................................................................................................................................................................... 23

Induktivität hL ....................................................................................................................................................................................24

Läufer 14mmLäufer 14mm................................................................ ................................................................ ................................................................ ................................................................ ....................................................2525

Spannung, Strom und Fluß.............................................................................................................................................................. 25

Hysteresiskurve................................................................................................................................................................................... 26

Induktivität hL .................................................................................................................................................................................... 27

Literatur ............................................................................................................... 28


Nomenklatur

2LN Strickstoff

3,2,11stR Widerstand des HTS-Motors in Strich 1, 2 und 3

3,2,11stLσ Streuinduktivität in Strich 1, 2 und 3

3,2,1δL Luftspaltinduktivität in Strich 1, 2 und 3

3,2,1HTSstL HTS-Induktivität in Strich 1, 2 und 3

1R Widerstand des HTS-Motors

1σL Streuinduktivität

δL Luftspaltinduktivität

HTSL HTS-Induktivität

hL Hauptfeldinduktivität

dL Synchroninduktivität

hψ Polfluß

i Strom

u Spannung

1Ru Spannung im 1R

1σu Spannung im 1σL

hu Spannung im hL

W Windungszahl

Φ Fluß

δ Luftspalt

HTS∆ radiale Tiefe supraleitende Ringe

1D Diode, BYT30PI

2D Diode, 1N4007


Tr Hochstrom-TRIAC

C Elektrytkondensator

Ri Impulsmagnetisiergerätswiderstand

CW Energie in Kondensator

LW Energie in Spule

VW Verlustenergie

η Wirkungsgrad

2R Korrelationsfaktor

t Zeit

shR Shunt


EinleitungSupraleiter: Leitfähiger Werkstoff, der Strom ohneWiderstand leiten kann.

Vor der Entdeckung der Supraleitung wurden die Werkstoffe, die man in der Natur fand, in Leiter, Halbleiter

und Isolatoren eingeteilt. Seit 1911 müssen dieser Gliederung, die durch Heike Kamerlingh Onnes entdeckten

Supraleiter hinzugefügt werden. Im Prinzip kann fast jeder Stoff supraleitend werden, wenn geeignete

thermische und elektrische Bedingungen erfüllt sind. Der Zustand der Supraleitung tritt nur unterhalb einer

kritischen magnetische Induktion, einer kritischen Stromdichte und unterhalb einer kritischen Temperatur, der

sogenannten Sprungtemperatur auf. Die supraleitenden Materialien werden im Supraleiter 1. Art, die

sogenannten leichten oder metallischen Supraleiter, im Supraleiter 2. Art, die sogenannten harten oder

Intensivfeld-Supraleiter und iin die Supraleiter 3. Art, die keramischen Supraleiter, unterteilt.

Supraleiter 1. Art

Manche Metalle, im Besonderen die, die niedrige Schmelztemperaturen haben, weich und frei von inneren

mechanischen Spannungen sind, weisen ein ähnliches Verhalten im supraleitenden Zustand auf. Diese

Materialien nennt man leichte oder metallische Supraleiter 1. Art. Es handelt sich um chemische Elemente wie

zum Beispiel Zink, Aluminium oder Quecksilber. Diese Werkstoffe haben bei Raumtemperatur von 300K einen

bestimmten elektrischen Widerstand. Wenn sie unter die kritische Temperatur abgekühlt werden, werden sie

supraleitend, das heißt, ihr elektrischer Widerstand wird zu Null. Dieser Vorgang findet bei Veränderung der

Temperatur, die weniger als ein Hundertstel Kelvin beträgt, statt. Da der supraleitende Zustand bei

Supraleitern 1. Art unter dem Einfluß eines starken elektrischen Feldes nicht aufrecht erhalten werden

kann, spricht man auch von weichen Supraleitern.

Tempera tu r

St r o m d i c h t e

Indukt ion

Abbildung 1. Kritischen Stromdichte, Induktion und Temperatur


Abbildung 3. Supraleitende Stellen für den Werkstoff YBa2Cu

3O

7.

Ein weiterer negativer Punkt, der praktische Anwendungen einschränkt, ist die sehr niedrige kritische

Temperatur zwischen 1K und 9K. Zur Kühlung ist deshalb teueres flüssiges Helium notwendig. Aus diesen

Gründen ist ihr praktischer Einsatz begrenzt.

Die Theorie, die diese Veränderungen im elektrischen Zustand der Supraleiter 1. Art am besten erklärt, ist

die BCS–Theorie, die von Bardeen, Cooper und Schrieffer 1957 vorgestellt wurde und für die sie 1972 den

Physiknobelpreis erhielten.

Supraleiter 2. Art

Das Verhalten mehrerer Legierungen und einiger metallischer Supraleiter ist besonders unter dem Einfluß

eines magnetischen Feldes komplex und individuell verschieden. Diese Supraleiter werden Supraleiter 2. Art

genannt. Bleibt die Supraleitung unter dem Einfluß von starken magnetischen Feldern erhalten, so spricht

man von harten Supraleitern. Bei dieser Art der Supraleitung gibt es einen gemischten Zustand, das heißt,

im selben Material gibt es Stellen, in denen Supraleitung besteht und Stellen und an denen keine

Supraleitung besteht. Diese Stellen sind zylindrisch und parallel zum anliegenden magnetischen Feld. Diese

Materialien sind Blei- und Quecksilberlegierungen.

Abbildung 2. Abfall des elektrischen Widerstandes fürQuecksilber

0. 000

0. 025

0. 050

0. 075

0. 100

0. 125

0. 150

4. 10 4. 20 4. 30 4. 40

Temperat ur [K]

Wid

erst

and

[Ohm

]


W. Meissner und R. Oschenfeld fanden 1933 bei Versuchen heraus, daß das Innere von Supraleitern stets

feldfrei ist.

Supraleiter 3. Art

In April 1986 wurden neue keramische Supraleiter gefunden, die eine höhere kritische Temperatur im

Vergleich mit denen der bisher bekannten Materialien aufweisen. Die Entdeckung dieser neuen Materialien

wurde von J. C. Bednorz und K. A. Müller in einem Labor der Firma IBM in Zürich, gemacht. Für diese

Entdeckung bekamen sie 1987 den Physiknobelpreis. Die gefundene Legierung war 4,1354 OCuBaLa und die

erste kritische Temperatur, die gemessen wurde, war 35K. Dies war eine im Vergleich mit den kritischen

Temperaturen bisher bekannter Supraleiter eine erheblich höhere Sprungtemperatur. Im Februar 1994 wurde

am National Institute of Standards and Technology Colorado bei einen Versuch unter einem Druck von mehr

als 300000 bar für die Legierung 33,308222,08,0 CuCaBaTlHg eine kritische Temperatur von 138K erreicht.

Dies ist bis heute die höchste erreichte Sprungtemperatur.

Im besonderen weisen sie eine Hyteresekurve auf, die sie stark von ferromagnetischen Materialien

unterscheidet.

Das Ziel der Wissenschaftler ist immer gewesen, Supraleiter zu finden, die bei Raumtemperatur von 300K

supraleitenden sind.

Abbildung 4. Hysteresekurve für einen ferromagnetischen und einen supraleitenden Werkstoff3. Art.


HTS-Motor STF70-45

Die Versuchs Maschine

Der untersuchte HTS-Motor wurde bei der Firma Oswald Elektromotoren GmbH für Versuche am Institut für

Energieübertragung und Hochspannungstechnik gebaut. Die Statorwicklung ist in Sternschaltung ausgeführt,

zusätzlich wurde eine Zahn- und eine Polspule für Meßtische eingebaut. Der Läufer kann für verschiedene

Versuche sehr einfach gewechselt werden. In diesem Fall wurden zwei verschiedene Läufer mit

supraleitenden Ringen benutzt, die eine radiale Tiefe von 14 und 5mm haben.

Der Läufer besteht aus vier Ringen, die aus jeweils acht supraleitenden keramischen Segmenten bestehen.

Der verwendete supraleitende Werkstoff ist xOCuYBa −732 , Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, seine kritische

Temperatur beträgt 90K. Die Versuche werden bei einer Temperatur von 77K durchgeführt, da dies der

Siedetemperatur von flüssigen Stickstoff 2LN entspricht.

Abbildung 5. Schnittdarstellung des HTS-Motors, in der man die vier HTS-Ringe und die achtHTS-Segmente pro Ring erkennen kann.

Läufer

St änderj och

Zahnbereich

HTS-Segment

ZahnspulePolspule


Elektrisches Ersatzschaltbild des HTS-Motors

Das elektrische Ersatzschaltbild des magnetischen Kreises des HTS-Motors ist in Abbildung 6 dargestellt.

Jeder Bereich des HTS-Motors; Ständerjoch, Nut- und Zahnbereich, Luftspalt, HTS-Läufer und Läuferjoch

erhalten ihr eigenes T-Ersatzschaltbild.

Abbildung 6. T-Ersatzschaltbild der einzelnen Bereiche des magnetischen Kreises des HTS-Motors.

Z

HTS LäuferSt änderjoch

ZJS3

JS2ZJS1Z

Z

LuftspaltZahnbereich

ZS3

Zδ3

δ1ZZS2ZZS1Z HTS1Zδ2Z

Läuferjoch

HTS3 ZJL3

ZJL2JL1ZZHTS2

Abbildung 7. Sternschaltung der Maschine, mit zwei kurzgeschlossenen Strängen.

R1st3

σ1L δL

LHTSst3

L HTSst1δ L

σ1L

R1st1

L

HTSst2

δ

Lσ1L

R1st2

st1

st1

st3

st2

st2st3

321

321

312111

stHTSstHTSstHTS

ststst

ststst

LLL

LLL

RRR

==

==

==

δδδ


Schaltung der Versuchsmaschine

Wie man Abbildung 7 entnehmen kann, wird die Maschine für die

durchgeführten Versuche in Stern geschaltet, wobei zwei Stränge

kurzgeschlossen sind.

3121

3121

111stst

stst

st RR

RRRR

⋅+

+= (1)

32

32

1dd

dd

dd LL

LLLL

⋅

++= (2)

Um das in Abbildung 7 dargestellte Ersatzschaltbild zu

vereinfachen, geht man von dem in Abbildung 8 dargestellten

Flußverlauf in Ständer und Läufer aus. Das Ersatzschaltbild dieser Konfiguration zeigt Abbildung 9. Beim

Übergang vom in Abbildung 9 dargestellten Ersatzschaltbild auf

das vereinfachte Ersatzschaltbild in Abbildung 10 wird die

Luftspaltinduktivität δL und die Induktivität des HTS-Materials

HTSL zur HauptfeldiInduktivität hL zusammengefaßt. In einem

weiteren Schritt wird die Streuinduktivität 1σL mit der

Hauptfeld- Induktivität hL zum Ersatzschaltbild dL , wie in

Abbildung 11 dargestellt, zusammengefaßt. Zur Bestimmung der

Hauptfeldinduktivität hL nach Gleichung (3) muß der Polfluß

hψ bekannt sein. Dieser wird mit Hilfe eines an die Polspule

angeschlossenen Flußmeters gemessen. Das Flußmeter bestimmt

die Spannungszeitfläche.

)(

)(

tdi

tdL h

h

ψ= (3)

Die Maschengleichung für )(tu lautet:

)()()()(11

tutututu hR ++= σ (4)

Wobei

1)()(1

RtituR ⋅= (5)

R

δL

L1 σ1

LHTS

Abbildung 9. Elektrisches Ersatzschaltbild inAbbildung 7

1R

dL

Abbildung 11. Elementares Ersatzschaltbilddes HTS-Motors.

Abbildung 8. Idealisierte Flußverlaufs.

∆H

TS

δ

σ1ψ

Läufer

Luftspalt

ψHTS

δψ

Stator

Abbildung 10. Die Induktivitäten von Luftspaltund HTS-Material werden zusammengefaßt.

R1

Lh

σ1L


dtdi

Ltu hh ⋅=)( (6)

Anhand von Gleichung (3) ergibt sich

dttd

dttdi

ditd

tu hhh

)()()()(

ψψ=⋅= (7)

Damit gilt

W⋅Φ=ψ (8)

Das Ziel ist es, die zeitlich veränderlichen Induktivitäten im Ersatzschaltbild in Abbildung 10 zu finden. Dafür

wird die Abbildung 10 weiter vereinfacht mittels einer Gruppierung der zwei Induktivitäten 1σL und hL , dies

ergibt die Schaltung nach Abbildung 11.

In diesem Fall ist

dtdi

Ltu dd ⋅=)( (9)

Setzen wir die Gleichung (4) in (9) ergibt sich

dttdi

tLRtitu d

)()()()( 1 ⋅=⋅− (10)

Auf diese Weise kann )(tLd berechnet werden

dttdi

RtitutLd )(

)()()( 1⋅−

= (11)

Diese Gleichung ist nicht geeignet zum Repräsentieren der zeitveränderlichen Induktivität des ganzes HTS-

Motors. Deswegen wird die selbe Induktivität bei der Energiebilanz analysiert.


Impulsmagnetisiergerät

Im Wesentlichen besteht es aus vier Strichen von Kondensatoren wie in Abbildung 12 dargestellt. Es handelt

sich um Elektrolytkondensatoren, die mit einer maximalen Spannung von 300V arbeiten. Mit einer Taste wird

der TRIAC gezündet und die Kondensatoren entladen.

Die Prinzipschaltung des verwendeten Impulsmagnetisiergerät zeigt Abbildung 12. Es ermöglicht einen

Spitzenstrom von 175A bei einer maximalen Ausgangspannung von 380V.

Abbildung 12. Prinzipschaltung desImpulsmagnetisiergerätes.

0-300 ACV

1D

Ausgang

C

Tr

2D

iR

G


Energie und Wirkungsgrad

Ausgangspunkt der nun folgenden Betrachtungen ist, daß die gesamte Energie zum Zeitpunkt Null im

Kondensator gespeichert sei.

Wie aus Abbildung 14 ersichtlich ist, kann nicht die gesamte im Kondensator gespeicherte Energie in die

Spule des HTS-Motors entladen werden. Ein Teil der Energie bleibt im Kondensator, ein Teil wurde in die

Spule des HTS-Motors entladen, ein weiterer Teil geht verloren. Die Gleichungen, die den typischen

energetischen Zustand jedes Elements der Schaltung, nämlich Kondensator und Spule, darstellen sind:

2)(

)(2tu

CtWC ⋅= (12)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

Spannung

Strom

Span

nung

[V]

Stro

m [

A]

Zeit [ms]Abbildung 14. Spannung- und Stromkurve bei 5mm radiale Tiefe Läufer.

Abbildung 13.Die gespeicherte Energie des Kondensatorswird in der Spule des HTS-Motors entladen.

Syst em

C LEnergie


2)(

)()(2ti

tLtW dL ⋅= (13)

Die Anfangsbedingungen zum Zeitpunkt Null lauten

2

20

0

UCWC ⋅= (14)

2)(

20

0

ItLW dL ⋅= (15)

Der Index 16 bedeutet 16 Millisekunden, was dem Augenblick, in dem der maximale Strom erzeugt wird,

entspricht.

2

216

16

UCWC ⋅= (16)

2

216

161616

ILW dL ⋅⋅=η (17)

Für diesen Augenblick lautet die Energiebilanz

1616160 VLCC WWWW ++= (18)

16VW ist der Energieverlust des Prozesses in diesem Augenblick. In diesem Fall wird nicht der Verlust

betrachtet, sondern der elektrische Wirkungsgrad des Systems, den man als zeitveränderlich annimmt. In

diesem Fall kann die Gleichung wie folgt geschrieben werden:

16

61610 η

LCC

WWW

+= oder

6161160LCC

WWW +=⋅η (19)

Setzen wir Gleichung (12) und (13) in (19) ein, so ergibt sich

2)(

2)( 2

16

2

160

tiL

tuCW dC ⋅+⋅=⋅η (20)

Wenn man Gleichung 20 nach der Spuleninduktivität 16dL auflöst, erhält man

⋅−⋅⋅=

22 2

161602

1616

UCW

IL Cd η (21)


Allgemein

⋅−⋅⋅=

2)(

)()(

2)(

2

02

tuCtW

titL Cd η (22)

Diese Gleichung beschreibt die zeitveränderliche Induktivität des HTS-Motors für eine Spitze des

Magnetisierungsstromes. Obwohl der zeitveränderliche Wirkungsgrad nicht gefunden wird, was man bestimmen

kann, ist daß, der Wirkungsgrad schneller als die Induktivität zur Null neigt.


Anpassung von Meßwerten durch mathematische Verfahren

Anpassung der Spannung

Am Beispiel einer aufgenommenen Spannungskurve am Kondensator des Impulsmagnetisiergerätes bei V300

ergibt sich für den Läufer mit 5mm tiefen Elementen im Zeitbereich zwischen ms0 und ms20 ein Polynom

fünften Grades nach Gleichung (23).

Zwischen ms200 ≤

55

44

33

221 x+Bx+Bx+Bxx+BA+By ⋅⋅⋅⋅⋅= (23)

ParameterParameter WertWert FehlerFehler

A 294.63471 0.3505

1B 1.21339- 0.066

2B 0.42356- 0.00876

3B 0.03498- -4107.67485⋅

4B -6102.16639 ⋅ -5103.97386 ⋅

5B -5105.68117 ⋅ -6102.44742 ⋅

Ab ms20 ist die Spannung gleich Null.

Die Korrelationsfaktor ist 0.999762 =R

Abbildung 15. Vergleicht zwischen Anpassung und Messung.

-10 -5 0 5 10 15 20 25 300

50

100

150

200

250

300

Span

nung

[V]

Zeit [ms]


Anpassung des Stromes und des Flusses

Für beide Größen wird dieselbe Methode verwendet. Um die Anpassung mit einem möglichst kleinsten Fehler

zu machen, wurden die Meßergebnisse in zwei Zeitbereiche eingeteilt, mst 160 ≤≤ und mst 16≥ . Im

ersten Zeitbereich werden die Meßwerte mit einem Polynom siebten Grades, in zweiten mit einer Pulsfunktion

angenähert.

Zwischen mst 160 ≤≤ , mit einem Fehler von 0.99962 =R

77

66

55

44

33

221 x+Bx+Bx+Bx+Bx+Bxx+By=A+B ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ (24)


A 1.78756 1.07543

1B 13.97522 1.84855

2B 3.75063- 0.98644

3B 1.07657 0.22649

4B 0.12238- 0.02617

5B 0.00666 0.00159

6B -4101.77089- ⋅ -5104.865 ⋅

7B -6101.86297 ⋅ -7105.86394 ⋅

Ab ms16

−−

−−

⋅

−⋅+= 2

0

1

0

10t

xxP

t

xx

eeAyy (25)


0y 0 0

0x 0 0

A 285 2.51294

1t 3.81366 0.14034

P 6 0.28077

2t 35 0.38441


Abbildung 16. Vergleicht zwischen Anpassung und Messung.

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 3000

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Stro

m [

A]

Zeit [ms]


Versuchsaufbau

Mit einem digitalen Speicheroszilloskop wurden folgende Größen gemessen:

§ Spannung [V]. Die Spannung am Kondensator des Impulsmagnetisiergerätes mittels eines galvanisch

getrennten Tastkopfes.

§ Strom [A]. Der Strom durch die Spule des HTS-Motors über den Spannungsabfall am Shunt

Ω= 1,0shR , mittels eines galvanisch getrennten Tastkopfes.

§ Fluß [Vs]. Der Fluß durch die Polspule mit einem Flußmeter; dieses Gerät nimmt das Spannungssignal und

integriert dieses Signal in der Zeit.

Mittels eines Visual Basic Programmes, das unter Excel arbeitet, werden die Daten aus dem Oszilloskop

ausgelesen, nach jedem Versuch gespeichert und in einer Excel-Tabelle dargestellt.

Abbildung 17. Schema der Schaltung der Meßgeräte im Labor.

st

stZ

Z

Zst

shR

Ch1 Ch2 Ch3

AUS

EINFlußmeter

6 DCV0-300 ACV

AusgangTaste

Impuslmagnetizierungsgerät

Oszilloskop

HTS-Motor

0 ACV 300 ACV

AusgangEingang

Spar t ra fo

Quel le

Quel le

Transtrafo Transtrafo

Transtrafo

PC

Transtrafo

Transtrafo

Quel le

Freipotencial

Freipotencial

Transtrafo


Meßergebnis

Läufer 5mm

Spannung, Strom und FlußSpannung, Strom und Fluß

Bei V300 Kondensatrospannung wird der Maximalstrom von A165 durch die Spule ms16 nach Beginn

der Entladung erreicht.

Abbildung 18. Messung von Spannung, Strom und Fluß beim Läufer mit 5mm tiefen HTS-Segmenten.

0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 2560.000.010.020.030.040.050.060.07

Zeit [ms]

Fluß

[Vs

]

0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 2560

306090

120150180

Stro

m [

A]

0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 2560

50100150200250300

Span

nung

[V]


HysteresiskurveHysteresiskurve

Bei einer Stromspitze von A165 erreicht die Remanenzflußdichte einer Wert von T44,0 . Im Detail in

Abbildung 19 links unten ist ein Abfall der Induktion selbst nach Abklingen des Stromes auf den Wert Null

zu beobachten. Dieses Verhalten tritt bei ferromagnetischen Stoffen nicht auf.

Abbildung 19. Es zeigt den Verlauf der Hysteresekurve

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

Fluß

dich

te [

T]

Zeit [ms]0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

Strom [A]

Fluß

dich

te [

T]

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 1650

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Strom [A]

Zeit

[m

s]

0A 4A 8A 12A 16A 20A

0.4T

0.6T

0.8T

1.0T

1.2T


Induktivität Induktivität hL

Die Hauptfeld Induktivität hL , die die Luftspaltinduktivität δL und die Induktivität HTSL des HTS-

Materials darstellt, wird in zwei Bereiche unterteilt, in einen Bereich vor Erreichen des Maximalstroms und

einen Bereich danach. Die Spuleninduktivität nach Abbildung 20 ergibt sich dabei nach Gleichung (3).

Abbildung 20. Induktivität sverlauf der Hauptfeldinduktivität.

0 20 40 60 80 100 120 140 1600.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

Lh [

H]

Strom [A]

0 40 80 120 1600

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Zeit [ms]St

rom

[A]


Läufer 14mm

Spannung, Strom und FlußSpannung, Strom und Fluß

Bei V250 Kondensatrospannung wird der Maximalstrom von A140 durch die Spule ms16 nach Beginn

der Entladung erreicht.

Abbildung 21. Messung von Spannung, Strom und Fluß beim Läufer mit 14mm tiefen HTS-Segmenten.

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 2400.00

0.01

0.02

0.03

0.04

Zeit [ms]

Fluß

[Vs

]

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 2400

255075

100125150

Stro

m [

A]

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 2400

50

100

150

200

250

Span

nung

[V]


HysteresiskurveHysteresiskurve

Für eine Stromspitze von A140 , Remanenzflußdichte ist gleich T28,0 .

Abbildung 22. Sie zeigt den Verlauf der Hysteresekurve

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

Fluß

dich

te [

T]

Zeit [ms]0 25 50 75 100 125 150

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

Strom [A]

Fluß

dich

te [

T]

0 25 50 75 100 125 1500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Strom [A]

Zeit

[m

s]


Induktivität Induktivität hL

Die Hauptfeld Induktivität hL , die die Luftspaltinduktivität δL und die Induktivität HTSL des HTS-

Materials darstellt, wird in zwei Bereiche unterteilt, in einen Bereich vor Erreichen des Maximalstroms und

einen Bereich danach. Die Spuleninduktivität nach Abbildung 23 ergibt sich dabei nach Gleichung (3).

Abbildung 23. Induktivität verlauf der Hauptfeldinduktivität.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.0010

Strom [A]

Lh [

H]

0 20 40 60 80 100 120 1400

25

50

75

100

125

150

Stro

m [

A]

Zeit [ms]


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„Das OrCAD Capture Insider-Buch“„Das OrCAD Capture Insider-Buch“

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“Los Superconductores”“Los Superconductores”

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“Máquinas Eléctricas”“Máquinas Eléctricas”

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ISBN: 3-519-03225-2

„Tehoretisch Elektrotechnik und Elektronic”„Tehoretisch Elektrotechnik und Elektronic”

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Ricardo Naciff

Institut für Energieübertragung und HochspannungstechnikUniversität Stuttgart

Wintersemester 2001/2002

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Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in elektrischen Maschinen. Ricardo Naciff