Höchste Drehzahlen für Mikrogasturbinen

05. Februar 2015

Hohe Drehzahlen werden nicht nur in Anwendungen benötigt, in denen ein Motor zum Betrieb eines Kompressors, einer Werkzeugspindel oder eines Spiegels verwendet wird. Zunehmend finden auch Generatoren mit Drehzahlen von 300‘000 U/min und mehr ihren Weg in Gasturbinen zur stationären oder mobilen Energieerzeugung, sogenannte Turbinen-Generator-Systeme.

Ähnlich wie bei anderen Anwendungen bringen die hohen Drehzahlen verschiedene Herausforderungen mit sich:

  • Die Regelung muss alle unterschiedlichen Betriebs-Phasen des Gesamtsystems bewältigen können. Beispielsweise muss der Generator zuerst beschleunigt werden, bevor die Energieerzeugung initiiert werden kann und kontrolliert zum Stillstand gebracht werden.
  • Beschädigungen durch zu hohe Drehzahlen oder Überspannungen sind durch Sicherheitsfunktionen zu vermeiden.
  • Die Ströme müssen auf den Winkel und die Drehzahl der gemeinsamen Welle von Generator und Gasturbine synchronisiert werden.
  • Die Antriebselektronik ist plötzlichen Lastwechseln ausgesetzt (z.B. wenn eine grosse elektrische Last an das System angeschlossen oder davon abgehängt wird).

Für all diese HerausGasturbineforderungen kann Celeroton eine ideale Lösung anbieten. Die verschiedenen Phasen des Gasturbinen-Betriebs können mit unseren Umrichtern wie z.B. dem CC-75-500 geregelt werden. Während dem Hochfahren und der Zündung wird sensorlose Open- und Closed-Loop-Regelung angewandt. Im normalen Betrieb bietet unsere Umrichter-Firmware die Wahl zwischen Drehzahl-, Drehmoment- und Leistungs-Regelung (oder einer beliebigen Kombination davon). Beim Herunterfahren kann weiterhin Drehzahlregelung angewandt werden, während das Verhalten der Turbine durch den Umrichter mittels Messungen überwacht werden kann.

Der sensorlose Regelungs-Algorithmus unserer Umrichter ermöglicht eine einfache Synchronisation zwischen den Generator-Strömen und der rotierenden Welle des Generators und der Gasturbine. Sogar ein sogenannt fliegender Start, bei dem die Generator-Ströme mit der bereits laufenden Gasturbine synchronisiert werden können, ist kein Problem.

Während der Entwicklung einer Gasturbine besteht oft der Wunsch, Lastwechsel mit einer am Generator angeschlossenen externen Last zu simulieren und zu testen. Hierzu bietet das Chopper-Modul CB-120-1500 eine ideale Lösung. In Kombination mit einem Celeroton-Umrichter können mit dem Chopper-Modul verschiedenste Anwendungsoptionen, wie der Betrieb mit konstanter Leistung oder Drehzahl simuliert und getestet werden. Des Weiteren kann es erforderlich sein, den Generator alleine auszumessen. Hierbei ist das Chopper-Modul in Kombination mit zwei Umrichtern bestens zum Betrieb des Motor-Generator-Prüfstands geeignet.

Das Chopper-Modul CB-120-1500 ist eine elektronische Last mit folgenden Schlüsselfunktionen:

  • Simultane Verbindung zweier Umrichter für gekoppelte Motor-Generator-Prüfstände
  • Energie-Fluss zwischen Ein- und Ausgang sowie auch zwischen den beiden Ausgängen und hochdynamische Spannungsregelung für schnellen transienten Betrieb eines Motors
  • Visualisierung der wichtigsten Betriebs-Parameter wie z.B. Ein-/
    Ausgangsleistung oder Ein-/Ausgangsstrom auf dem eingebauten Display

Weitere Informationen zum CB-120-1500 finden Sie hier.

Die oben erwähnte Technologie und die beschriebenen Celeroton-Produkte werden zurzeit in einem Mikrogasturbinen-Projekt am Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) eingesetzt. Die Forscher am KIMM führen aus: „Wir sind sehr glücklich, Celeroton als Projektpartner dabei zu haben. Ihre Antriebselektronik ermöglicht uns, die Gasturbine im Motor-Modus zu beschleunigen und erst nach der Synchronisation in den Generator-Betrieb zu wechseln. Ausserdem hat Celeroton eine elektronische Last geliefert, die es uns erlaubt, während der Entwicklung und den Gasturbinen-Tests Leistung aus dem Generator zu ziehen. Die Zusammenarbeit ist gewinnbringend für alle involvierten Parteien. Deshalb freuen wir uns darauf, die erfolgreiche Kooperation mit Celeroton in Zukunft weiter zu führen.“

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