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Experimental Determination of Stray Load Losses in Cage Induction Machines

Aoulkadi, M´hamed :
Experimental Determination of Stray Load Losses in Cage Induction Machines.
TU Darmstadt, Institut für Elektrische Energiewandlung
[Ph.D. Thesis], (2011)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Experimental Determination of Stray Load Losses in Cage Induction Machines
Language: English
Abstract:

With different purposeful measurements like for the stray load losses and the flux densities, on two low-voltage squirrel-cage rotor asynchronous generators for 1.5 MW wind turbines with different types of the stator winding (litz and round wire), the sources of the losses and the causes for the winding overheating are localized and defined. Different measures to reduce the stray load losses due the skin effect in the stator of the round wire winding generator are successfully tested and implemented in the manufacturing process. Thanks to these proven techniques the round wire winding is competitive to other expensive winding types. Analytical models for the estimation of the stator stray load losses due to the skin effect for profile, litz and round wire winding are compared to the measurements. A survey on the cheap and simple methods to measure the stray load losses in squirrel-cage induction motors, apart from the standardized methods, results in three equivalent “no-load” methods, where no coupling and no dynamometer or torque-meter are needed. The strengths and weaknesses of the measurement methods were investigated and compared with the standardized input-output test (residual loss method) and the reverse rotation test (RRT) on 27 standard TEFC grid-operated cage induction motors (2-, 4- and 6-pole) with the current design of six European manufacturers with the rated power of 0.37 kW, 0.55 kW, 1.1 kW, 5.5 kW, 11 kW and 315 kW. It was concluded, that it is a benefit to add the eh-star method into the next edition of the future IEC 60034-2*), as it is cheap, yielding comparable results with the input-output test, and is fitting better the purpose than RRT, which is already included in the standards. The theoretical background and the measurement procedure for the eh-star method are described in detail. Some analytical calculations were done, showing that theoretical prediction of the stray load losses correlates with the design and the measurement results.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Durch gezielte Messungen, wie die der Zusatzverluste und der magnetischen Flussdichte an zwei 1.5 MW Niederspannungskäfigläufer-Windgeneratoren mit unterschiedlichen Stator-Wicklungsausführungen (Runddraht-Träufelwicklung und Litzenwicklung) konnten die Ursache, die Größe und der Ort der Zusatzverluste bestimmt werden. Verschiedene Abhilfe-Maßnahmen zur Reduzierung der Wicklungszusatzverluste infolge Stromverdrängung wurden erfolgreich getestet und in den Fertigungsprozess integriert. Dank dieser erprobten Techniken ist die Runddrahtwicklung konkurrenzfähig zu anderen teureren Wicklungsausführungen. Zur Abschätzung der Wicklungszusatz-verluste infolge Stromverdrängung wurde für jede Wicklungsausführung (Formspulenwicklung, Litzenwicklung, polumschaltbare und nicht polumschalt-bare Runddrahtwicklungen) ein Modell erstellt und mit der Messung verglichen. Die Recherche über einfache und kostengünstige alternative Messverfahren zu den bereits genormten Messmethoden für die Bestimmung der Zusatzverluste in Käfigläufer-Asynchronmaschinen ergab die Auswahl von drei „Leerlauf-Ersatzmethoden“, in denen der Prüfling nicht mit einer Last gekuppelt werden muss und keiner kalibrierten Drehmomentenmesseinrichtung bedarf. Die Stärken und Schwächen dieser Messmethoden wurden untersucht. Die Messergebnisse an 27 Normmotoren von 6 europäischen Herstellern mit entsprechend unterschiedlichem Motor-Design mit Bemessungsleistungen von 0.37 kW, 0.55 kW, 1.1 kW, 5.5 kW, 11 kW und 315 kW zeigten, dass die eh-Stern Methode gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen des Input-output Tests liefert. Der bereits genormte Reverse Rotation Test liefert in der Regel zu hohe Zusatzverluste. Da die eh-Stern Methode messtechnisch einfach und kostengünstig ist, und dazu vergleichbare Ergebnisse mit dem Input-output Test liefert, wurde sie in der Norm IEC 60034-2-1 aufgenommen. Der theoretische Hintergrund und das Messverfahren für die eh-Stern Methode sind in dieser Arbeit ausführlich beschrieben. Zur Abschätzung der Zusatzverluste wurden einige analytische Berechnungen durchgeführt, in denen der Einfluss des Motor-Designs gezeigt wurde, und die zum Teil gute Übereinstimmungen mit der Messung ergaben.German
Uncontrolled Keywords: Measurement, stray load losses, additional losses, conventional losses, efficiency, squirrel-cage rotor asynchronous generators, wind generator, skin effect, circulating currents, cage induction motors, input-output test, residual loss method, reverse rotation test, IEEE112-B , RRT, eh-star, removed rotor test, transposition, iron loss, Torque measurement, positive system, negative system, Method B
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Measurement, stray load losses, additional losses, conventional losses, efficiency, squirrel-cage rotor asynchronous generators, wind generator, skin effect, circulating currents, cage induction motors, input-output test, residual loss method, reverse rotation test, IEEE112-B , RRT, eh-star, removed rotor test, transposition, iron loss, Torque measurement, positive system, negative system, Method BEnglish
Messung Zusatzverluste, Streuungsverluste, Wicklungszusatzverluste, Stromverdrängung, Schlingströme, Ummagnetsierungsverluste, Mitsystem, Gegensystem, Kurzschlussläufer, Käfigläufer Asynchronmaschinen, Windgenerator, Gegendrehfeldversuch, Bohrungsfeldmessung, eh-Stern, eh-Messung, Wirkungsradbestimmung, Wirkungsradermittlung, IEEE112-B, Drehmomentmessung, Methode BGerman
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Elektrische Energiewandlung
Date Deposited: 25 May 2011 09:17
Last Modified: 07 Dec 2012 12:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-25975
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Binder, Prof. Dr.- Andreas and Stiebler, Prof. Dr.- Manfred
Refereed: 14 July 2010
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2597
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