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Energieeffiziente Unterwasser-Pumpenantriebe in PM Line-Start-Technik

Energy-efficient submersible pump drives in PM line-start technique

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e & i Elektrotechnik und Informationstechnik Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Tauchmotorpumpen werden seit ihrer Entwicklung von Drehstrom-Käfigläufermotoren angetrieben, die aufgrund des getauchten Betriebs über das Motorgehäuse intensiv gekühlt werden können und daher hoch ausgenutzt sind. Der Pumpenmotor kann so sehr kompakt sein, was aber mit einem eher schlechten Wirkungsgrad verbunden ist. Auch bei diesen Sonderantrieben wird eine deutlich höhere Energieeffizienz angestrebt, wobei die Line-Start-Fähigkeit weiterhin vorausgesetzt wird. Permanentmagneterregte (PM) Line-Start-Motoren ermöglichen diesen Weiterentwicklungsschritt. PM Line-Start-Motoren ermöglichen die Bauteilekopplung mit bestehenden Käfigläufermotoren, was sich für Kleinserien oder Sondermotoren anbietet. Am Beispiel einer Auslegungsstudie für eine Tauchmotorpumpe und der experimentellen Erprobung eines Funktionsmusters wird die praktische Umsetzung aufgezeigt.

Abstract

Submersible motor-pumps since their development are driven by three-phase squirrel-cage induction motors. The intensive cooling of the motor due to the submersible operation leads to a high power density. The pump motor can be designed very compact, however, the efficiency is rather bad. Significantly higher energy efficiency is aspired even with these special drive applications, furthermore requiring line-start functionality. Permanent-magnet excited (PM) line-start motors enable this advancement. PM line-start motors allow a component coupling with existing squirrel-cage induction motors, which is a perfect situation for small scale production series or customized motors. Using the example of a layout-study for a submersible motor-pump and the experimental test of a prototype, the practical realization is presented.

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Abb. 11.
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Abbreviations

\(U_{1}\) :

Ständerstrangspannung

\({U}_{{P}}\) :

Polradspannung

\(\hat{\varPsi}_{P}\) :

Scheitelwert der Flussverkettung

\(\beta_{{P}}\) :

elektrischer Polradwinkel

\({I}_{1}\) :

Ständerstrangstrom

\(\underline{u}_{1m}\) :

Spannungs-Mitkomponente Ständer

\(\underline{i}_{1m}\) :

Strom-Mitkomponente Ständer

\(\underline{i}_{2m}\) :

Strom-Mitkomponente Läufer

\({R}_{1 / 2}\) :

Widerstand Ständer/Läufer

\({L}_{1 / 2}\) :

Induktivität Ständer/Läufer

\(M\) :

Gegeninduktivität

\({X}_{1\sigma}\) :

Ständerstreureaktanz

\(X_{1h}\) :

Ständerhauptreaktanz

\({M}_{{i}}\) :

Luftspaltdrehmoment

\({M}_{{w}}\) :

Wellendrehmoment

\(\omega_{1}\) :

Netzkreisfrequenz

\(p\) :

Polpaarzahl

\(\delta''\) :

magn. wirksamer Luftspalt

\({N}_{2}\) :

Stabzahl des Anlaufkäfigs

\(\eta\) :

Wirkungsgrad

\(P_{V,\mathrm{Fe}}\) :

Eisenverluste

\(P_{V,\mathrm{Reib}}\) :

Reibungsverluste

\(W(n)\) :

Lastkennlinie

\(J_{M/W}\) :

Schwungmasse Motor/Last

\(\gamma\) :

mechanischer Drehwinkel

\(\varOmega\) :

mechanische Winkelgeschwindigkeit

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl für Mechatronik und Elektrische Antriebssysteme, Technische Universität Kaiserslautern, Gottlieb-Daimler-Straße, 67663, Kaiserslautern, Deutschland

    Gerhard Huth

  2. KSB AG Frankenthal, Johann-Klein-Straße 9, 67227, Frankenthal, Deutschland

    Patrick Hauck

Authors
  1. Gerhard Huth
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  2. Patrick Hauck
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Huth, G., Hauck, P. Energieeffiziente Unterwasser-Pumpenantriebe in PM Line-Start-Technik. Elektrotech. Inftech. 134, 156–164 (2017). https://doi.org/10.1007/s00502-017-0491-5

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