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Lebensdauerprognose von Hermetikverdichtersystemen

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

01/2020 – 06/2022

Wolfgang Hernschier

+49-351-4081-761

in Bearbeitung

Teilentladungen in Motorwicklungen

Im Bereich der Kälte- und Klimatechnik kommen verstärkt drehzahlgeregelte Verdichter zum Einsatz. Dies betrifft neben der stationären Kältetechnik insbesondere auch den Automobilbereich, wo im Zuge der Verbreitung der E-Mobilität frequenzumrichtergespeiste  Elektromotoren für Verdichter eingesetzt werden. Mit dem Einsatz von Frequenzumrichtern verbunden ist eine impulsförmige Spannungsbelastung der Motorwicklungen in den Verdichtern. Dabei kommt es zu einem Überschwingen der Spannung (vor allem bei längeren Motorleitungen), was zu einem höheren Stress der Isolierung im Vergleich zum Betrieb mit sinusförmiger Spannung führt.

 

Diese Impulse können zu Teilentladungen (TE) an und in der Isolierung führen und stellen eine hohe Belastung für die Isoliersysteme der Motorwicklungen dar.

Zusätzlich zu diesem elektrischen Stress der Isoliermaterialien gibt es insbesondere bei Kältemittelverdichtern weitere Einflussfaktoren, die das Isoliersystem altern lassen, vor allem thermische und chemische Effekte. Für Untersuchungen an den Windungsisolierungen von Kältemittelverdichtern sollen deshalb die chemischen Einflussfaktoren auf die Alterung berücksichtigt werden. Diese Wechselwirkungen erschweren die Lebensdauerprognose für die Windungsisolierung von Kältemittelverdichtermotoren erheblich.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Prüfanordnungen und Verfahren, die eine Bewertung und Optimierung von Isolationssystemen für Motorwicklungen von Kältemittelverdichtern hinsichtlich der Lebensdauer bei Frequenzumrichterbetrieb ermöglichen sollen.

Folgende Problemstellungen werden in dem Projekt bearbeitet:

  • Wie verhält sich das Isoliersystem unter Impulsspannung in Kältemittel-Öl-Atmosphäre (Gas, Druck, Temperatur, Wassergehalt, Ölbenetzung, Spannungsparameter)?
  • Wann treten unter Einsatzbedingungen im Stator Teilentladungen auf (Abhängigkeit von Wicklungsaufbau)? Mit welcher Häufigkeit?
  • Kann, basierend auf Zeitraffer - Prüfungen von Drahttwisten, die Lebensdauer der Windungsisolierung prognostiziert werden und wenn ja, wie?
  • Nach welcher Prüfmethode kann die TE-Festigkeit von Flachdraht-Isolierungen beurteilt werden?

Mit neu zu entwickelnden Prüfaufbauten, einem Impulsgenerator und TE-Messtechnik sollen Untersuchungen zum Einfluss des Kältemittels und Öls, der Spannungsparameter (Spannungshöhe, Pulslänge, Frequenz, Flankensteilheit, Polarität) auf das Teilentladungsverhalten und die Lebensdauer von Lackdrähten und Statoren unter Kältemittel-Öl-Atmosphäre erfolgen. Basierend auf diesen Untersuchungen soll ein Verfahren zur Prognose der Lebensdauer von Motorisoliersystemen hinsichtlich Teilentladungsbeständigkeit entwickelt werden.


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