Beschreibung

Motivation

In Leistungstransformatoren werden häufig sogenannte Drillleiter (CTC, continuously trans-posed cable) für die Wicklungen verwendet. Diese bestehen üblicherweise aus 5 – 80 lackisolierten Kupfer-Einzeldrähten, die erst an den Wicklungsenden miteinander verbunden sind. So können die Wirbelstromverluste im Vergleich zu einem Massivleiter mit identischem Gesamtquerschnitt deutlich reduziert werden. Da die Einzeldrähte des Drillleiters jedoch einem in radialer Richtung variierenden magnetischen Streufluss ausgesetzt sind, können Schleifenspannungen induziert werden, die Kreisströme durch die Einzelleiter treiben und so zusätzliche Verluste in den Wicklungen hervorrufen. Deshalb wechseln die Einzeldrähte jeweils in kurzen Abständen nacheinander ihre radiale Position innerhalb des zu einer Spule gewickelten Drillleiters, um diese induzierten Spannungen und damit die Verluste im Leiter zu verringern.

Aufgabenstellung

Im Betrieb und besonders im Kurzschlussfall wirken enorme Kräfte auf die Drillleiter, die sich über die Lorentzkraft auf Streufluss und Stromdichte im Leiter berechnen lassen. Übersteigen die Kräfte die mechanische Festigkeit der Leiter kommt es zu irreversiblen Verformungen. In dieser Arbeit sollen deshalb analytische und simulative Untersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften von Drillleitern angestellt werden:

• Statische Festigkeit: Verformung bei radial einwirkenden Kräften
• Berücksichtigung nichtlinearer Materialeigenschaften
• Näherungsformeln aus der Literatur sollen anhand von FEM-Simulationen mit ANSYS auf ihre Eignung und den Gültigkeitsbereich hin untersucht verifiziert werden.
• Aufbau von FEM-Modellen 2D / 3D
• Dynamische Festigkeit: Instabilitätsanalyse (sog. Buckling), d.h. ein plötzliches Einknicken des Drillleiters ohne dass die Festigkeitsgrenze des Materials überschritten wird.

Anforderungen

• Grundkenntnisse Mechanik sind von Vorteil ansonsten zumindest Interesse an Physik / Maschinenbau und die Fähigkeit sich in neue Themengebiete etwas abseits der Elektrotechnik selbstständig einzuarbeiten.
• Interesse an FEM Simulationen
• Verwendete Software: MATLAB, ANSYS, Comsol Multiphysics