Aufbau der Synchronmaschine

Abbildung 1: Synchronmaschine (Schnittbild), Schenkelpolmaschine

Die Dreiphasen-Synchronmaschine ist eine Drehfeldmaschine, bei der das Drehfeld einerseits durch eine drehstromerregte Wicklung und andererseits durch ein gleichstromerregtes Polsystem aufgebaut wird. Die Maschine arbeitet mit dem Schlupf $s=0$, d.h. die Drehzahl des Läufers ist - unabhängig von der Belastung - stets gleich der synchronen Drehzahl $n_{s}$. Die Polpaarzahl $p$ ist entsprechend Gleichung (1) zum einen durch die Frequenz des Netzes $f$ festgelegt, mit der die Maschine zusammenarbeiten soll, zum anderen durch die Drehzahl $n_{s}$, mit der man die Maschine zu betreiben beabsichtigt.

$$n_{s} = \frac{f}{p}$$ (1)

Im allgemeinen verwendet man Innenpolmaschinen. Der Ständer trägt die dreisträngige Wicklung, die den Energieumsatz mit dem Netz herbeiführt. Der Läufer bildet dann das Polsystem, so dass die Stromzuführung zur Erregerwicklung über Schleifringe erfolgen muss.

Es gibt zwei Ausführungsmöglichkeiten des Polsystems:

• Die Schenkelpolanordnung (Abbildung 1)
• Die Vollpolanordnung

Bei der Schenkelpolmaschine besitzt der Läufer ausgeprägte Pole. Die Sinusförmigkeit des von der Erregerwicklung aufgebauten Luftspaltfelds erreicht man durch entsprechende Formgebung der Polschuhe. Bei mehr als zwei Polpaaren sind diese auf dem sog. Polrad befestigt. Hochpolige Schenkelpolmaschinen werden vor allem in Wasserkraftwerken benötigt, da sie mit niedrigen Drehzahlen laufen.

Im Polschuh der Schenkelpolmaschine, bzw. über der Erregerwicklung der Vollpolmaschine, befindet sich der Dämpferkäfig. Er ist ähnlich aufgebaut wie der Kurzschlusskäfig einer Asynchronmaschine. Im normalen Betrieb, in dem - relativ zum Polsystem - ein konstantes Luftspaltfeld vorliegt, werden in ihm keine Spannungen induziert (wenn man von den Auswirkungen der Nutungsoberwellen absieht). Er hat die Aufgabe Drehfelder zu dämpfen, die bei Ausgleichsvorgängen und Schieflast auftreten und relativ zum Polsystem umlaufen. Außerdem entwickelt der Dämpferkäfig im asynchronen Betrieb ein Drehmoment, welches zum Hochlauf verwendet werden kann.

Die Vollpolmaschine weist einen rotationssymmetrischen Läufer auf, in dessen Nuten eine verteilte Erregerwicklung untergebracht ist. Dadurch wird das von der Erregerwicklung aufgebaute Luftspaltfeld weitgehend sinusförmig, obwohl der magnetisch wirksame Luftspalt konstant ist. Vollpolmaschinen werden vor allem als zweipolige Maschinen - für sehr große Leistungen auch als vierpolige - ausgeführt und mit Dampfturbinen als sogenannter Turbogenerator eingesetzt.

Die 2-Pol-Maschine, bei der der Ständer das Polsystem bildet, muss über Schleifringe gespeist werden. Die gesamte Netzleistung wird dem Läufer zugeführt. Aufgrund der Schleifringe wird sie nur für kleine Leistungen ausgeführt.

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