Synchronmaschinen

Innenpolmaschine

Die Pole sind innen im Rotor angeordnet. Der Erregerstrom wird über Schleifringe zugeführt und die erzeugte elektrische Energie nimmt man an den festen Klemmen des Stators ab. kVA bis 1500MVA.

Aussenpolmaschine

Erregerwicklung befindet sich aussen am Stator, der Rotor wird mit einer Ankerwicklung bewickelt, welche die Aufgabe der Energieerzeugung hat. ( wird vorwiegend als Erregermaschine für grössere Synchrongeneratoren verwendet.

Bei der Synchronmaschine drehen Polrad und das Drehfeld synchron, wenn sie zeitlich, sowie bezüglich Drehsinn und phasenlagsmässig übereinstimmen.

Vollpolläufer

Diese werden für schnellaufende Maschinen in thermischen Kraftwerken verwendet. Der Rotor besteht aus einem geschmiedeten Stahlzylinder mit eingefrästen nuten. Sie haben keine ausgeprägten Pole.

Turbogenerator 2pol. Maschinen für eine Drehzahl von 3000min-1für 50 Hz

Schenkelpolläufer

Solche eignen sich für langsamlaufende Maschinen in Wasserkraftwerken. Der Rotor ist aus geschmiedeten Stahlteilen zusammengebaut, mit aufgesetzten Polschuhen. Sie haben ausgeprägte Pole.

Wasserkraftgeneratoren: angetrieben durch Pelton-, Kaplan und Franzisgturbinen. Der Rotor hat meist eine hohe Polzahl und ist als Schenkelpolläufer ausgelegt.

Der Läufer wird durch eine Kraftmaschine angetrieben. Der Gleichstrom in der Erregerwicklung erzeugt ein zum Läufer stillstehendes Magnetfeld. Durch die Drehung des Läufers entsteht aber für den Ständer ein Drehfeld, das in den drei Strängen der Ständerwicklung drei um 120° gegeneinander phasenverschobene Spannungen induziert. Dem Ständer kann Drehstrom entnommen werden.

Die Höhe der induzierten Generatorspannung hängt vom Erregerstrom und von der Drehzahl ab. Da die Frequenz meist vorgegeben ist , bestimmt sie die Polraddrehzahl. Die Spannung wird durch den Erregerstrom eingestellt.

Unter Inselbetrieb versteht man den Betrieb ohne Verbindung mit einer Partnermaschine oder einem weiteren Netz.

Der Ersatzstrombetrieb stellt somit den klassischen Inselbetrieb dar.

- gleiche Spannung

- gleiche Frequenz

- gleiche Phasenlage

- gleiche Phasenfolge

Dies kontrolliert man am besten mit einem ( Differenz) Voltmeter oder Nullspannungsmesser.

Da die Blindleistung einen ganz anderen Charakter als die Wirkleistung hat, muss sie nicht eigentlich vom Antrieb erzeugt, sondern nur am Generator mit Hilfe des Erregerstromes eingestellt werden.

Der Synchrongenerator deckt bei übererregtem Betrieb den Blindleistungsbedarf induktiver Verbraucher im Netz

Die Wirkleistungsabgabe eines Generators steigt bei Erhöhung der mechanischen Antriebsleistung.

• Synchrongenerator im Inselbetrieb
• Generator im Parallelbetrieb

Innenpolmaschine ( Erregung erfolgt über Schleifringe )

Aussenpolmaschine ( Erregerwicklung befindet sich aussen im Stator )

• Frequenz
• Erregerstrom

Under dem Lastwinkel versteht man die örtliche Verschiebung des Polrades zum Drehfeld bei einem belasteten Synchronmotor.

Grössere Synchronmotoren sind nicht selbstanlaufend, weil das Polrad eine zu grosse Schwungmasse bildet, um vom Drehfeld mitgenommen zu werden. Man greift deshalb zu folgenden Anlaufhilfen:

• Anlassemotor, der das erregte Polrad bis zur synchronen Drehzahl antreibt. Anschliessend wird synchronisiert und das Netz zugeschaltet.
• Frequenzanlauf, durch Hochfahren der Frequenz mit einem Frequenzumrichter bis zur synchronen Drehzahl.
• Asynchroner Anlauf mit speziell konstruierten Polrädern.Nebst der Gleichstromwicklung weist das Polrad auch noch eine Kurzschlusswicklung auf.

Die Richtung der Blindleistung kann wie beim Synchrongenerator über den Erregerstrom eingestellt werden.

• Bei Übererregung gibt der Motor Blindleistung ab
• Bei Untererregung bezieht er Blindleistung vom Netz

Nach dem Anlaufen dreht sich der Synchronmotor mit der Drehzahl des Drehfeldes. Wird er belastet, so nimmt der Abstand der Pole des Polrades von den Polen des Drehfeldes zu. Das Polrad bleibt um den Lastwinkel ( Polradwinkel ) hinter dem Drehfeld und damit hinter der Leerlaufstellung des Polrades zurück.

Grössere Synchronmotoren sind nicht selbstanlaufend, weil das Polrad eine zu grosse Schwungmasse bildet, um vom Drehfeld mitgenommen zu werden. Man greift deshalb zu folgenden Anlauf hilfen:

- Anlassermotor, der das erregte Polrad bis zur Synchronen Drehzahl antreibt. Anschliessend wird synchronisiert und das Netz zugeschaltet.

- Frequenzanlauf, durch Hochfahren der Frequenz mit einem Frequenzumrichter bis zur synchronen Drehzahl.

- Asynchroner Anlauf mit speziell konstruierten Polrädern. Nebst der Gleichstromwicklung weist das Polrad auch noch eine Kurzschlusswicklung auf. Mit dieser läuft es bis in die Nähe der synchronen Drehzahl asynchron hoch. Erregt man dann das Polrad, so schlüpft es anschliessend in den Synchronismus hinein.

Die Richtung der Blindleistung kann wie beim Synchrongenerator über den Erregerstrom eingestellt werden.

- Bei Übererregung gibt der Motor Blindleistung ab

- Bei Untererregung bezieht er Blindleistung vom Netz