Höhere Energieeffizienz für Transformatoren

Kernblechschneidanlage für Trafo­bleche. Im Laufe des Projekts soll ein Laser zum LMDR-Behandeln inte­griert werden. (Bild: Heinrich Georg Maschinen­fabrik)

Ende 2017 fiel der Startschuss für das Projekt „Techno­logie zur Steige­rung der Energiee­ffi­zienz bei Ver­teilungs­trans­forma­toren“, kurz FLUX-LMDR. Unter Leitung des Fraun­hofer-Instituts für Werk­stoff- und Strahl­technik unter­sucht ein Verbund aus fünf Partnern aus Wissen­schaft und Industrie in den kommenden drei Jahren die Laser­behand­lung von Trafo­blech. Das Bundes­minis­terium für Wirt­schaft und Energie hatte den Projekt­antrag Ende Oktober bewil­ligt. Das Fraun­hofer-IWS über­nimmt die techno­lo­gische Ent­wick­lung und wirkt bei der system­tech­nischen Ent­wick­lung mit.

Es handelt sich um ein Projekt, das eine Technologie zur Steige­rung der Energie­effi­zienz bei Ver­teilungs­trans­forma­toren ent­wickelt. Es dient der Weiter­ent­wick­lung von Trans­forma­toren, indem korn­orien­tiertes Elektro­blech unter Berück­sich­ti­gung des Designs der Kern­leche so per Laser behandelt wird, dass Energie­ver­luste auf ein Minimum redu­ziert werden.

„Ausgehend von der Behandlung des Laser Magnetic Domain Refine­ents sehen wir ein Poten­zial in der Struktu­rie­rung von Trans­forma­tor­einzel­blechen“, erklärt Projekt­koordi­nator Andreas Wetzig vom IWS. „An deren Ecken weicht der Magnet­fluss von der Vor­zugs­rich­tung ab, die das Material vorgibt. Die daraus resul­tie­renden erhöhten Ver­luste möchten wir redu­zieren und den Trans­for­mator somit effi­zienter machen.“ Das sei über die Ver­ringe­rung der Bau­größe oder über eine ver­bes­serte Effi­zienz der Energie­aus­nutzung bei Trans­forma­toren gleicher Größe denk­bar.

Das Fraunhofer-IWS widmet sich innerhalb des Verbundvorhabens speziell der techno­lo­gischen sowie der System­ent­wick­lung. Ein Forscher­team in der High-Speed-Laser­bearbei­tung unter­sucht dabei die Form der Laser­behand­lung. Auch die pass­genaue Appli­ka­tion der Laser­para­meter bildet einen Schwer­punkt der Forschungs­leistung. Auf­grund der Vorzugs­richtung des magne­tischen Flusses werden für Trans­formator­kerne hoch­perme­able korn­orien­tierte Eisen-Silizium-Bleche ver­wendet, die geringe Ver­luste und hohe Polari­sa­tion ermög­lichen. In Walz­rich­tung besitzen diese Elektro­bleche hervor­ragende magne­tische Eigen­schaften, die sich aus der spezi­ellen Goss-Textur ergeben.

Weicht der magnetische Fluss von der Walzrichtung ab, wie es zum Beispiel im Über­gang vom Schenkel zum Joch inner­halb des Trans­forma­tors geschieht, steigen die Ver­luste signi­fi­kant. Der neue Lösungs­ansatz besteht darin, den magne­tischen Fluss so zu lenken, dass er sich an das Trans­formator­design anpasst. Dafür soll die spezi­fische Laser­behand­lung beim Her­steller von Trans­forma­toren erfolgen. Hinter­grund ist, dass die vor­be­han­delten Elektro­bleche aktuell nach dem indivi­du­ellen Zuschnitt für die Trans­forma­toren besonders an Rändern, Kanten und Ecken Ummagne­ti­sie­rungs­ver­luste auf­weisen.

Das IWS möchte dazu beitragen, dass sich der dabei ent­stehende Energie­ver­lust in Zukunft deut­lich ver­ringert. Dafür wird das Forscher­team die Unter­suchungen an einem Funktions­muster veri­fi­zieren. Das Verbund­vor­haben besitzt einen anwen­dungs­orien­tierten, vor­wett­bewerb­lichen Charakter und zielt auf eine schnelle Über­führung der techno­lo­gischen Ent­wick­lung in die Praxis ab. Inte­res­sant könnten die Ergeb­nisse des Vor­habens beson­ders für Her­steller von Trans­forma­toren sein, die unter­schied­liche Bau­größen in schneller Folge präzise produ­zieren, etwa für Orts­netz­trans­forma­oren, Wind­kraft- und Solar­anlagen. (Quelle: Fh.-IWS / laserjournal.de)

Link: Geschäftsfeld Laserabtragen und -trennen (A. Wetzig), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Dresden

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