1. Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in elektrischen Maschinen
Hysteresemotor STF70-45/-14-5
Prof. Dr.-Ing. habil Arkadi Grüner
Ricardo Naciff
©2002
Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Mendoza
Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik
Deutscher Akademischer Austauschdinst
Universität Stuttgart

2. Echtes Wissen besteht darin, das Ausmaß
der eigenen Unwissenheit zu kennen.
Konfuzius
chinesischer Philosoph, 551 - 479 v. Chr.

3. Dieser Bericht zeigt keine endgültigen Lösungen auf, sondern ist
lediglich ein Anfang des HTS-Motorversuches mittels magnetischer
Stromspitze.
Die komplette Arbeit wurde in 5,5 Monaten realisiert, in allen Phasen
von der Idee bis zum Ergebnis.
R.N.
Vielen Dank für die wertvolle Unterstützung
Dr.-Ing. Achim Beisse
Dipl.-Ing. Tobias Kolb
Dipl.-Ing. Sangbong Lee
Christian Jähne M. A.

4. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 4
Inhaltsverzeichnis
Nomenklatur........................................................................................................... 5
Einleitung ............................................................................................................... 7
Supraleiter 1. ArtSupraleiter 1. Art .................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 77
Supraleiter 2. ArtSupraleiter 2. Art .................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 88
Supraleiter 3. ArtSupraleiter 3. Art .................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 99
HTS-Motor STF70-45 ............................................................................................ 10
Die Versuchs MaschineDie Versuchs Maschine.................................................................................................................................................................................................................................................................................. 1010
Elektrisches Ersatzschaltbild des HTS-MotorsElektrisches Ersatzschaltbild des HTS-Motors......................................................................................................................................................................................................1111
Schaltung der VersuchsmaschineSchaltung der Versuchsmaschine ................................................................................................................................................................................................................................................ 1212
Impulsmagnetisiergerät....................................................................................... 14
Energie und Wirkungsgrad................................................................................... 15
Anpassung von Meßwerten durch mathematische Verfahren ............................ 18
Anpassung der SpannungAnpassung der Spannung .......................................................................................................................................................................................................................................................................... 1818
Anpassung des Stromes und des FlussesAnpassung des Stromes und des Flusses.................................................................................................................................................................................................................... 1919
Versuchsaufbau ................................................................................................... 21
Meßergebnis......................................................................................................... 22
Läufer 5mmLäufer 5mm ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................2222
Spannung, Strom und Fluß..............................................................................................................................................................22
Hysteresiskurve...................................................................................................................................................................................23
Induktivität hL ....................................................................................................................................................................................24
Läufer 14mmLäufer 14mm....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................2525
Spannung, Strom und Fluß..............................................................................................................................................................25
Hysteresiskurve...................................................................................................................................................................................26
Induktivität hL ....................................................................................................................................................................................27
Literatur ............................................................................................................... 28

5. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 5
Nomenklatur
2LN Strickstoff
3,2,11stR Widerstand des HTS-Motors in Strich 1, 2 und 3
3,2,11stLσ Streuinduktivität in Strich 1, 2 und 3
3,2,1δL Luftspaltinduktivität in Strich 1, 2 und 3
3,2,1HTSstL HTS-Induktivität in Strich 1, 2 und 3
1R Widerstand des HTS-Motors
1σL Streuinduktivität
δL Luftspaltinduktivität
HTSL HTS-Induktivität
hL Hauptfeldinduktivität
dL Synchroninduktivität
hψ Polfluß
i Strom
u Spannung
1Ru Spannung im 1R
1σu Spannung im 1σL
hu Spannung im hL
W Windungszahl
Φ Fluß
δ Luftspalt
HTS∆ radiale Tiefe supraleitende Ringe
1D Diode, BYT30PI
2D Diode, 1N4007

6. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 6
Tr Hochstrom-TRIAC
C Elektrytkondensator
Ri Impulsmagnetisiergerätswiderstand
CW Energie in Kondensator
LW Energie in Spule
VW Verlustenergie
η Wirkungsgrad
2
R Korrelationsfaktor
t Zeit
shR Shunt

7. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 7
Einleitung
Supraleiter: Leitfähiger Werkstoff, der Strom ohne
Widerstand leiten kann.
Vor der Entdeckung der Supraleitung wurden die Werkstoffe, die man in der Natur fand, in Leiter, Halbleiter
und Isolatoren eingeteilt. Seit 1911 müssen dieser Gliederung, die durch Heike Kamerlingh Onnes entdeckten
Supraleiter hinzugefügt werden. Im Prinzip kann fast jeder Stoff supraleitend werden, wenn geeignete
thermische und elektrische Bedingungen erfüllt sind. Der Zustand der Supraleitung tritt nur unterhalb einer
kritischen magnetische Induktion, einer kritischen Stromdichte und unterhalb einer kritischen Temperatur, der
sogenannten Sprungtemperatur auf. Die supraleitenden Materialien werden im Supraleiter 1. Art, die
sogenannten leichten oder metallischen Supraleiter, im Supraleiter 2. Art, die sogenannten harten oder
Intensivfeld-Supraleiter und iin die Supraleiter 3. Art, die keramischen Supraleiter, unterteilt.
Supraleiter 1. Art
Manche Metalle, im Besonderen die, die niedrige Schmelztemperaturen haben, weich und frei von inneren
mechanischen Spannungen sind, weisen ein ähnliches Verhalten im supraleitenden Zustand auf. Diese
Materialien nennt man leichte oder metallische Supraleiter 1. Art. Es handelt sich um chemische Elemente wie
zum Beispiel Zink, Aluminium oder Quecksilber. Diese Werkstoffe haben bei Raumtemperatur von 300K einen
bestimmten elektrischen Widerstand. Wenn sie unter die kritische Temperatur abgekühlt werden, werden sie
supraleitend, das heißt, ihr elektrischer Widerstand wird zu Null. Dieser Vorgang findet bei Veränderung der
Temperatur, die weniger als ein Hundertstel Kelvin beträgt, statt. Da der supraleitende Zustand bei
Supraleitern 1. Art unter dem Einfluß eines starken elektrischen Feldes nicht aufrecht erhalten werden
kann, spricht man auch von weichen Supraleitern.
Temperatur
Stromdichte
Induktion
Abbildung 1. Kritischen Stromdichte, Induktion und Temperatur

8. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 8
Abbildung 3. Supraleitende Stellen für den Werkstoff YBa2
Cu3
O7
.
Ein weiterer negativer Punkt, der praktische Anwendungen einschränkt, ist die sehr niedrige kritische
Temperatur zwischen 1K und 9K. Zur Kühlung ist deshalb teueres flüssiges Helium notwendig. Aus diesen
Gründen ist ihr praktischer Einsatz begrenzt.
Die Theorie, die diese Veränderungen im elektrischen Zustand der Supraleiter 1. Art am besten erklärt, ist
die BCS–Theorie, die von Bardeen, Cooper und Schrieffer 1957 vorgestellt wurde und für die sie 1972 den
Physiknobelpreis erhielten.
Supraleiter 2. Art
Das Verhalten mehrerer Legierungen und einiger metallischer Supraleiter ist besonders unter dem Einfluß
eines magnetischen Feldes komplex und individuell verschieden. Diese Supraleiter werden Supraleiter 2. Art
genannt. Bleibt die Supraleitung unter dem Einfluß von starken magnetischen Feldern erhalten, so spricht
man von harten Supraleitern. Bei dieser Art der Supraleitung gibt es einen gemischten Zustand, das heißt,
im selben Material gibt es Stellen, in denen Supraleitung besteht und Stellen und an denen keine
Supraleitung besteht. Diese Stellen sind zylindrisch und parallel zum anliegenden magnetischen Feld. Diese
Materialien sind Blei- und Quecksilberlegierungen.
Abbildung 2. Abfall des elektrischen Widerstandes für
Quecksilber
0. 000
0. 025
0. 050
0. 075
0. 100
0. 125
0. 150
4. 10 4. 20 4. 30 4. 40
Temperat ur [K]
Widerstand[Ohm]

9. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 9
W. Meissner und R. Oschenfeld fanden 1933 bei Versuchen heraus, daß das Innere von Supraleitern stets
feldfrei ist.
Supraleiter 3. Art
In April 1986 wurden neue keramische Supraleiter gefunden, die eine höhere kritische Temperatur im
Vergleich mit denen der bisher bekannten Materialien aufweisen. Die Entdeckung dieser neuen Materialien
wurde von J. C. Bednorz und K. A. Müller in einem Labor der Firma IBM in Zürich, gemacht. Für diese
Entdeckung bekamen sie 1987 den Physiknobelpreis. Die gefundene Legierung war 4,1354 OCuBaLa und die
erste kritische Temperatur, die gemessen wurde, war 35K. Dies war eine im Vergleich mit den kritischen
Temperaturen bisher bekannter Supraleiter eine erheblich höhere Sprungtemperatur. Im Februar 1994 wurde
am National Institute of Standards and Technology Colorado bei einen Versuch unter einem Druck von mehr
als 300000 bar für die Legierung 33,308222,08,0 CuCaBaTlHg eine kritische Temperatur von 138K erreicht.
Dies ist bis heute die höchste erreichte Sprungtemperatur.
Im besonderen weisen sie eine Hyteresekurve auf, die sie stark von ferromagnetischen Materialien
unterscheidet.
Das Ziel der Wissenschaftler ist immer gewesen, Supraleiter zu finden, die bei Raumtemperatur von 300K
supraleitenden sind.
Abbildung 4. Hysteresekurve für einen ferromagnetischen und einen supraleitenden Werkstoff
3. Art.

10. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 10
HTS-Motor STF70-45
Die Versuchs Maschine
Der untersuchte HTS-Motor wurde bei der Firma Oswald Elektromotoren GmbH für Versuche am Institut für
Energieübertragung und Hochspannungstechnik gebaut. Die Statorwicklung ist in Sternschaltung ausgeführt,
zusätzlich wurde eine Zahn- und eine Polspule für Meßtische eingebaut. Der Läufer kann für verschiedene
Versuche sehr einfach gewechselt werden. In diesem Fall wurden zwei verschiedene Läufer mit
supraleitenden Ringen benutzt, die eine radiale Tiefe von 14 und 5mm haben.
Der Läufer besteht aus vier Ringen, die aus jeweils acht supraleitenden keramischen Segmenten bestehen.
Der verwendete supraleitende Werkstoff ist xOCuYBa −732 , Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, seine kritische
Temperatur beträgt 90K. Die Versuche werden bei einer Temperatur von 77K durchgeführt, da dies der
Siedetemperatur von flüssigen Stickstoff 2LN entspricht.
Abbildung 5. Schnittdarstellung des HTS-Motors, in der man die vier HTS-Ringe und die acht
HTS-Segmente pro Ring erkennen kann.
Läufer
St änderj och
Zahnbereich
HTS-Segment
Zahnspule
Polspule

11. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 11
Elektrisches Ersatzschaltbild des HTS-Motors
Das elektrische Ersatzschaltbild des magnetischen Kreises des HTS-Motors ist in Abbildung 6 dargestellt.
Jeder Bereich des HTS-Motors; Ständerjoch, Nut- und Zahnbereich, Luftspalt, HTS-Läufer und Läuferjoch
erhalten ihr eigenes T-Ersatzschaltbild.
Abbildung 6. T-Ersatzschaltbild der einzelnen Bereiche des magnetischen Kreises des HTS-Motors.
Z
HTS LäuferSt änderjoch
ZJS3
JS2ZJS1Z
Z
LuftspaltZahnbereich
ZS3
Zδ3
δ1ZZS2ZZS1Z HTS1Zδ2Z
Läuferjoch
HTS3 ZJL3
ZJL2JL1ZZHTS2
Abbildung 7. Sternschaltung der Maschine, mit zwei kurzgeschlossenen Strängen.
R1st3
σ1L
δL
LHTSst3
L HTSst1δ L
σ1L
R1st1
L
HTSst2
δ
L σ1L
R1st2
st1
st1
st3
st2
st2st3
321
321
312111
stHTSstHTSstHTS
ststst
ststst
LLL
LLL
RRR
==
==
==
δδδ

12. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 12
Schaltung der Versuchsmaschine
Wie man Abbildung 7 entnehmen kann, wird die Maschine für die
durchgeführten Versuche in Stern geschaltet, wobei zwei Stränge
kurzgeschlossen sind.
3121
3121
111
stst
stst
st
RR
RR
RR
⋅
+
+= (1)
32
32
1
dd
dd
dd
LL
LL
LL
⋅
+
+= (2)
Um das in Abbildung 7 dargestellte Ersatzschaltbild zu
vereinfachen, geht man von dem in Abbildung 8 dargestellten
Flußverlauf in Ständer und Läufer aus. Das Ersatzschaltbild dieser Konfiguration zeigt Abbildung 9. Beim
Übergang vom in Abbildung 9 dargestellten Ersatzschaltbild auf
das vereinfachte Ersatzschaltbild in Abbildung 10 wird die
Luftspaltinduktivität δL und die Induktivität des HTS-Materials
HTSL zur HauptfeldiInduktivität hL zusammengefaßt. In einem
weiteren Schritt wird die Streuinduktivität
1σL mit der
Hauptfeld- Induktivität hL zum Ersatzschaltbild dL , wie in
Abbildung 11 dargestellt, zusammengefaßt. Zur Bestimmung der
Hauptfeldinduktivität hL nach Gleichung (3) muß der Polfluß
hψ bekannt sein. Dieser wird mit Hilfe eines an die Polspule
angeschlossenen Flußmeters gemessen. Das Flußmeter bestimmt
die Spannungszeitfläche.
)(
)(
tdi
td
L h
h
ψ
= (3)
Die Maschengleichung für )(tu lautet:
)()()()( 11
tutututu hR ++= σ (4)
Wobei
1)()(1
RtituR ⋅= (5)
R
δL
L1 σ1
LHTS
Abbildung 9. Elektrisches Ersatzschaltbild in
Abbildung 7
1R
dL
Abbildung 11. Elementares Ersatzschaltbild
des HTS-Motors.
Abbildung 8. Idealisierte Flußverlaufs.
∆HTS
δ
σ1
ψ
Läufer
Luftspalt
ψHTS
δψ
Stator
Abbildung 10. Die Induktivitäten von Luftspalt
und HTS-Material werden zusammengefaßt.
R1
Lh
σ1L

13. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 13
dt
di
Ltu hh ⋅=)( (6)
Anhand von Gleichung (3) ergibt sich
dt
td
dt
tdi
di
td
tu hh
h
)()()(
)(
ψψ
=⋅= (7)
Damit gilt
W⋅Φ=ψ (8)
Das Ziel ist es, die zeitlich veränderlichen Induktivitäten im Ersatzschaltbild in Abbildung 10 zu finden. Dafür
wird die Abbildung 10 weiter vereinfacht mittels einer Gruppierung der zwei Induktivitäten 1σL und hL , dies
ergibt die Schaltung nach Abbildung 11.
In diesem Fall ist
dt
di
Ltu dd ⋅=)( (9)
Setzen wir die Gleichung (4) in (9) ergibt sich
dt
tdi
tLRtitu d
)(
)()()( 1 ⋅=⋅− (10)
Auf diese Weise kann )(tLd berechnet werden
dt
tdi
Rtitu
tLd
)(
)()(
)( 1⋅−
= (11)
Diese Gleichung ist nicht geeignet zum Repräsentieren der zeitveränderlichen Induktivität des ganzes HTS-
Motors. Deswegen wird die selbe Induktivität bei der Energiebilanz analysiert.

14. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 14
Impulsmagnetisiergerät
Im Wesentlichen besteht es aus vier Strichen von Kondensatoren wie in Abbildung 12 dargestellt. Es handelt
sich um Elektrolytkondensatoren, die mit einer maximalen Spannung von 300V arbeiten. Mit einer Taste wird
der TRIAC gezündet und die Kondensatoren entladen.
Die Prinzipschaltung des verwendeten Impulsmagnetisiergerät zeigt Abbildung 12. Es ermöglicht einen
Spitzenstrom von 175A bei einer maximalen Ausgangspannung von 380V.
Abbildung 12. Prinzipschaltung des
Impulsmagnetisiergerätes.
0-300 ACV
1D
Ausgang
C
Tr
2D
iR
G

15. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 15
Energie und Wirkungsgrad
Ausgangspunkt der nun folgenden Betrachtungen ist, daß die gesamte Energie zum Zeitpunkt Null im
Kondensator gespeichert sei.
Wie aus Abbildung 14 ersichtlich ist, kann nicht die gesamte im Kondensator gespeicherte Energie in die
Spule des HTS-Motors entladen werden. Ein Teil der Energie bleibt im Kondensator, ein Teil wurde in die
Spule des HTS-Motors entladen, ein weiterer Teil geht verloren. Die Gleichungen, die den typischen
energetischen Zustand jedes Elements der Schaltung, nämlich Kondensator und Spule, darstellen sind:
2
)(
)(
2
tu
CtWC ⋅= (12)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
Spannung
Strom
Spannung[V]
Strom[A]
Zeit [ms]
Abbildung 14. Spannung- und Stromkurve bei 5mm radiale Tiefe Läufer.
Abbildung 13.Die gespeicherte Energie des Kondensators
wird in der Spule des HTS-Motors entladen.
Syst em
C LEnergie

16. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 16
2
)(
)()(
2
ti
tLtW dL ⋅= (13)
Die Anfangsbedingungen zum Zeitpunkt Null lauten
2
2
0
0
U
CWC ⋅= (14)
2
)(
2
0
0
I
tLW dL ⋅= (15)
Der Index 16 bedeutet 16 Millisekunden, was dem Augenblick, in dem der maximale Strom erzeugt wird,
entspricht.
2
2
16
16
U
CWC ⋅= (16)
2
2
16
161616
I
LW dL ⋅⋅=η (17)
Für diesen Augenblick lautet die Energiebilanz
1616160 VLCC WWWW ++= (18)
16VW ist der Energieverlust des Prozesses in diesem Augenblick. In diesem Fall wird nicht der Verlust
betrachtet, sondern der elektrische Wirkungsgrad des Systems, den man als zeitveränderlich annimmt. In
diesem Fall kann die Gleichung wie folgt geschrieben werden:
16
6161
0 η
LC
C
WW
W
+
= oder 6161160
LCC
WWW +=⋅η (19)
Setzen wir Gleichung (12) und (13) in (19) ein, so ergibt sich
2
)(
2
)( 2
16
2
160
ti
L
tu
CW dC ⋅+⋅=⋅η (20)
Wenn man Gleichung 20 nach der Spuleninduktivität 16dL auflöst, erhält man








⋅−⋅⋅=
2
2
2
16
1602
16
16
U
CW
I
L Cd η (21)

17. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 17
Allgemein






⋅−⋅⋅=
2
)(
)(
)(
2
)(
2
02
tu
CtW
ti
tL Cd η (22)
Diese Gleichung beschreibt die zeitveränderliche Induktivität des HTS-Motors für eine Spitze des
Magnetisierungsstromes. Obwohl der zeitveränderliche Wirkungsgrad nicht gefunden wird, was man bestimmen
kann, ist daß, der Wirkungsgrad schneller als die Induktivität zur Null neigt.

18. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 18
Anpassung von Meßwerten durch mathematische Verfahren
Anpassung der Spannung
Am Beispiel einer aufgenommenen Spannungskurve am Kondensator des Impulsmagnetisiergerätes bei V300
ergibt sich für den Läufer mit 5mm tiefen Elementen im Zeitbereich zwischen ms0 und ms20 ein Polynom
fünften Grades nach Gleichung (23).
Zwischen ms200 ≤
5
5
4
4
3
3
2
21 x+Bx+Bx+Bxx+BA+By ⋅⋅⋅⋅⋅= (23)
ParameterParameter WertWert FehlerFehler
A 294.63471 0.3505
1B 1.21339- 0.066
2B 0.42356- 0.00876
3B 0.03498- -4
107.67485⋅
4B -6
102.16639⋅ -5
103.97386⋅
5B -5
105.68117⋅ -6
102.44742⋅
Ab ms20 ist die Spannung gleich Null.
Die Korrelationsfaktor ist 0.999762
=R
Abbildung 15. Vergleicht zwischen Anpassung und Messung.
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
0
50
100
150
200
250
300
Spannung[V]
Zeit [ms]

19. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 19
Anpassung des Stromes und des Flusses
Für beide Größen wird dieselbe Methode verwendet. Um die Anpassung mit einem möglichst kleinsten Fehler
zu machen, wurden die Meßergebnisse in zwei Zeitbereiche eingeteilt, mst 160 ≤≤ und mst 16≥ . Im
ersten Zeitbereich werden die Meßwerte mit einem Polynom siebten Grades, in zweiten mit einer Pulsfunktion
angenähert.
Zwischen mst 160 ≤≤ , mit einem Fehler von 0.99962
=R
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
21 x+Bx+Bx+Bx+Bx+Bxx+By=A+B ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ (24)
ParameterParameter WertWert FehlerFehler
A 1.78756 1.07543
1B 13.97522 1.84855
2B 3.75063- 0.98644
3B 1.07657 0.22649
4B 0.12238- 0.02617
5B 0.00666 0.00159
6B -4
101.77089- ⋅ -5
104.865⋅
7B -6
101.86297⋅ -7
105.86394⋅
Ab ms16





 −−





 −−
⋅








−⋅+= 2
0
1
0
10
t
xx
P
t
xx
eeAyy (25)
ParameterParameter WertWert FehlerFehler
0y 0 0
0x 0 0
A 285 2.51294
1t 3.81366 0.14034
P 6 0.28077
2t 35 0.38441

20. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 20
Abbildung 16. Vergleicht zwischen Anpassung und Messung.
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Strom[A]
Zeit [ms]

21. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 21
Versuchsaufbau
Mit einem digitalen Speicheroszilloskop wurden folgende Größen gemessen:
§ Spannung [V]. Die Spannung am Kondensator des Impulsmagnetisiergerätes mittels eines galvanisch
getrennten Tastkopfes.
§ Strom [A]. Der Strom durch die Spule des HTS-Motors über den Spannungsabfall am Shunt
Ω= 1,0shR , mittels eines galvanisch getrennten Tastkopfes.
§ Fluß [Vs]. Der Fluß durch die Polspule mit einem Flußmeter; dieses Gerät nimmt das Spannungssignal und
integriert dieses Signal in der Zeit.
Mittels eines Visual Basic Programmes, das unter Excel arbeitet, werden die Daten aus dem Oszilloskop
ausgelesen, nach jedem Versuch gespeichert und in einer Excel-Tabelle dargestellt.
Abbildung 17. Schema der Schaltung der Meßgeräte im Labor.
st
stZ
Z
Zst
shR
Ch1 Ch2 Ch3
AUS
EIN
Flußmeter
6 DCV0-300 ACV
AusgangTaste
Impuslmagnetizierungsgerät
Oszilloskop
HTS-Motor
0 ACV 300 ACV
AusgangEingang
Spartrafo
Quelle
Quelle
Transtrafo Transtrafo
Transtrafo
PC
Transtrafo
Transtrafo
Quelle
Freipotencial
Freipotencial
Transtrafo

22. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 22
Meßergebnis
Läufer 5mm
Spannung, Strom und FlußSpannung, Strom und Fluß
Bei V300 Kondensatrospannung wird der Maximalstrom von A165 durch die Spule ms16 nach Beginn
der Entladung erreicht.
Abbildung 18. Messung von Spannung, Strom und Fluß beim Läufer mit 5mm tiefen HTS-Segmenten.
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Zeit [ms]
Fluß[Vs]
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256
0
30
60
90
120
150
180
Strom[A]
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256
0
50
100
150
200
250
300
Spannung[V]

23. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 23
HysteresiskurveHysteresiskurve
Bei einer Stromspitze von A165 erreicht die Remanenzflußdichte einer Wert von T44,0 . Im Detail in
Abbildung 19 links unten ist ein Abfall der Induktion selbst nach Abklingen des Stromes auf den Wert Null
zu beobachten. Dieses Verhalten tritt bei ferromagnetischen Stoffen nicht auf.
Abbildung 19. Es zeigt den Verlauf der Hysteresekurve
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
Flußdichte[T]
Zeit [ms]
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
Strom [A]
Flußdichte[T]
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Strom [A]
Zeit[ms]
0A 4A 8A 12A 16A 20A
0.4T
0.6T
0.8T
1.0T
1.2T

24. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 24
InduktivitätInduktivität hL
Die Hauptfeld Induktivität hL , die die Luftspaltinduktivität δL und die Induktivität HTSL des HTS-
Materials darstellt, wird in zwei Bereiche unterteilt, in einen Bereich vor Erreichen des Maximalstroms und
einen Bereich danach. Die Spuleninduktivität nach Abbildung 20 ergibt sich dabei nach Gleichung (3).
Abbildung 20. Induktivität sverlauf der Hauptfeldinduktivität.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0.0000
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
0.0006
0.0007
0.0008
Lh[H]
Strom [A]
0 40 80 120 160
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Zeit [ms]
Strom[A]

25. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 25
Läufer 14mm
Spannung, Strom und FlußSpannung, Strom und Fluß
Bei V250 Kondensatrospannung wird der Maximalstrom von A140 durch die Spule ms16 nach Beginn
der Entladung erreicht.
Abbildung 21. Messung von Spannung, Strom und Fluß beim Läufer mit 14mm tiefen HTS-Segmenten.
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
Zeit [ms]
Fluß[Vs]
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
0
25
50
75
100
125
150
Strom[A]
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
0
50
100
150
200
250
Spannung[V]

26. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 26
HysteresiskurveHysteresiskurve
Für eine Stromspitze von A140 , Remanenzflußdichte ist gleich T28,0 .
Abbildung 22. Sie zeigt den Verlauf der Hysteresekurve
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
Flußdichte[T]
Zeit [ms]
0 25 50 75 100 125 150
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
Strom [A]
Flußdichte[T]
0 25 50 75 100 125 150
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Strom [A]
Zeit[ms]

27. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 27
InduktivitätInduktivität hL
Die Hauptfeld Induktivität hL , die die Luftspaltinduktivität δL und die Induktivität HTSL des HTS-
Materials darstellt, wird in zwei Bereiche unterteilt, in einen Bereich vor Erreichen des Maximalstroms und
einen Bereich danach. Die Spuleninduktivität nach Abbildung 23 ergibt sich dabei nach Gleichung (3).
Abbildung 23. Induktivität verlauf der Hauptfeldinduktivität.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
0.0000
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
0.0006
0.0007
0.0008
0.0009
0.0010
Strom [A]
Lh[H]
0 20 40 60 80 100 120 140
0
25
50
75
100
125
150
Strom[A]
Zeit [ms]

28. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 28
Literatur
„HTSL-Massivmaterialmotor, Feldberechnung des Motors“„HTSL-Massivmaterialmotor, Feldberechnung des Motors“
Bundesministerium für Bildung und Forschung - Projekt 13N6855A/4, Stuttgart ©2002
Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Gutt - Prof. Dr.-Ing. Arkadi Grüner
I.E.H. - I.E.M.A. , Universität Stuttgart
„PSpice, Einführung in die Elektroniksimulation“„PSpice, Einführung in die Elektroniksimulation“
Ed. Carl HanserVerlag München Wien ©2001
Robert Heinemann, Robert.PSPICE.Heinemann@t-online.de
ISBN: 3-446-21656-1
„HTS Motors < 0,5 MW“„HTS Motors < 0,5 MW“
Bundesministerium für Bildung und Forschung - Projekt 13N6855A/4, Moscow ©2001
Prof. L. Kovalev
Moscow State Aviation Institute, Technical University
„Superconducting Trapped Field Motors with Static Magnetization“„Superconducting Trapped Field Motors with Static Magnetization“
Bundesministerium für Bildung und Forschung - Projet 13N6855A/4, Stuttgart ©2001
Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Gutt
I.E.H. - I.E.M.A. , Universität Stuttgart
“Superconductivity and localization““Superconductivity and localization“
Ed. World Scientific, Singapore ©2000
Michael V. Sadovskii
ISBN: 981-02-4193-3
“Magnetism and superconductivity““Magnetism and superconductivity“
Ed. Stephen Lyle ©2000
Laurent-Patrick Lévy
ISBN: 3-540-66688-5
“Handbook of superconductivity““Handbook of superconductivity“
Ed. Academic Press, San Diego ©2000
Charles P. Poole
ISBN: 0-12-561460-8
„Das große PSpice V9 Arbeitsbuch“„Das große PSpice V9 Arbeitsbuch“
Ed. Fächer Verlag Frank Hoschar und Klaus Pontius GdbR, Karlsruhe ©2000
Frank Krämer
ISBN: 3-9804099-7-X
„Einsatz schmelztexturierter Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) in elektrischen Maschinen“„Einsatz schmelztexturierter Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) in elektrischen Maschinen“
Ed. Shaker Verlag GmbH ©2000
Dr.-Ing. Volker Schlechter
ISBN: 3-8265-7643-8

29. Hochtemperatur-Supraleiter STF70-45/-14-5 | 29
“Theory of superconductivity““Theory of superconductivity“
Ed. Perseus Books ©1999
J. R. Schrieffer
ISBN: 0-7382-0120-0
„Das OrCAD Capture Insider-Buch“„Das OrCAD Capture Insider-Buch“
Ed. Fächer Verlag Frank Hoschar und Klaus Pontius GdbR, Karlsruhe ©1998
Paul G. Krol
ISBN: 3-9804099-6-1
“Los Superconductores”“Los Superconductores”
Ed. IEPSA ©1997
Dr. Luis Fernando Magaña Solís
ISBN: 968-16-5329-7
“Máquinas Eléctricas”“Máquinas Eléctricas”
Manuscritos de cátedra ©1997
Ing. Roberto De Rosetti
Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Mendoza
„Hochstromanwendung der Supraleitung“„Hochstromanwendung der Supraleitung“
Ed. B.G. Teubner Stuttgart ©1995
Prof. Dr. techn. Peter Komarek
ISBN: 3-519-03225-2
„Tehoretisch Elektrotechnik und Elektronic”„Tehoretisch Elektrotechnik und Elektronic”
Ed. Springer-Lehrbuch 14. Auflage ©1993
Prof. Dr.-Ing. E. h. Karl Küpfmüller – Prof. Dr.-Ing. Gerhard Kohn
ISBN: 3-540-56500-0
“Superconductor engineering““Superconductor engineering“
B. F. Allen, New York ©1992
Thomas O. Mensah
ISBN: 0-8169-0567-3
„Supraleitung, 4. überarbeitete und ergänzte Auflage“„Supraleitung, 4. überarbeitete und ergänzte Auflage“
Ed. VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim ©1990
Prof. Dr., Dr. h. c. Werner Buckel
ISBN: 3-527-27882-6
“VLSI handbook““VLSI handbook“
Ed. McGraw-Hill ©1989
Joseph DiGiacomo
ISBN: 0-07-016903-9

30. Ricardo Naciff
Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik
Universität Stuttgart
Wintersemester 2001/2002