6. Synchronmaschine - IEM

6. Synchronmaschine 

EM1, Kovalev/Novender/Kern 

(Fachbereich IEM) 

196


Prinzipielle Wirkungsweise 

Außenpolgenerator: 

• Erregung außen; 

fest 

• Spannungsinduktion innen; 

rotiert 

• Energieübertragung mittels 

Schleifringe 



197



Außenpolmaschine: 

• Erregung hier 2p = 4 

• Läufer trägt Drehstromwicklung, 

ebenfalls mit 2p = 4 



198



Innenpolgenerator: 

• Erregung innen; 

rotiert 

• Spannungsinduktion außen; 

fest 

• Energieübertragung unkompliziert 



199



Innenpolgenerator: 

• Dreiphasige Ausführung eines 

Innenpolgenerators in seiner 

primitivsten Form 



200



Schenkelpolgenerator: 

• Innenpol mit 2p > 4 

• bis 2p = 100 =⇒ n = 60min −1 

• z. B. Wasserkraftanlagen 

• Smax ≈ 800MVA 



201



Turbogenerator: 

• Innenpol mit 2p = 2 oder 4 

• ⇒ n = 3000/1500min −1 

• thermische Kraftwerke 

• Smax ≈ 1700MVA 



202



Turbogenerator: 

• Vollpolmaschine; einfachere mathematische Behandlung 

• kaum Reluktanzmoment 

• hohe mechanische und thermische Beanspruchung 

• Läuferlängen bis 10m 

• Läuferdurchmesser 1.20m (2polig), 1.80m (4polig) 



203


Turbogenerator 

Rotorfertigung: 



204






205






206



Rotor mit eingelegter Erregerwicklung: 



207



Rotor mit 

eingelegter 

Erregerwicklung: 



208



Rotor mit 

eingelegter 

Erregerwicklung: 



209



Stapeln 

des Blechpaketes: 



210



Stator - 

Wickelkopf der 

Evolventenwicklung: 



211



Stator - 

Einbringen des Oberbzw. 

Unterstabes: 



212



Stator mit fertiger 

Drehstromwicklung: 



213



Modell eines 

Wasser-Wasserstoff 

gekühlten Generators: 



214


Kleine Schenkelpolmaschine 

Aufbau: 



215


Klauenpolgenerator 

Aufbau: 



216


Drehstromlichtmaschine 

Aufbau: 



217


Grundlagen zur Berechnung 



218





219





220



Zeigerdiagramm: 



221



Belastungskennlinien 

(Inselbetrieb): 



222



Synchronisation: 



223



Synchronoskop: 



224



Wirklastbetrieb: 



225



Blindlastbetrieb: 



226



Betriebsbereiche: 



227



Stromortskurve: 



228



V-Kurven: 



229





230


Übungen 

Ü6.1: Synchrongenerator 

Ein dreiphasiger Synchrongenerator (Vollpolmaschine) hat folgende Daten: 

688MVA, 21 kV, Y-Schaltung, 50Hz, 3000min −1 , cosϕ = 0.8, 

Gesamtwirkungsgrad η G = 99.5%. 

Bei einem Leerlaufversuch wurde die Nennspannung mit einem Erregerstrom 

I f 0 = 1689A erreicht, für den Kurzschlussversuch mit Nennstrom war ein 

Erregerstrom I f k = 3842A nötig. 

1. Wie groß ist die Synchronreaktanz X d bei linearisierter 

Magnetisierungskennlinie? 

2. Wie groß ist die Polpaarzahl? 

3. Welche mechanische Leistung P m muss eine Dampfturbine mindestens 

abgeben, damit die Nenndaten erreicht werden? 

4. Wie groß sind dabei die Gesamtverluste P v im Generator? 

5. Wie groß ist der Erregerbedarf bei Nennbetrieb? 



231


Übungen 

Ü6.2: Synchronmotor 

Ein Synchronmotor für 380V, Y, 50Hz hat die Leerlauferregung I E0 = 1.8A. Er 

läuft mit dem Leistungsfaktor cosϕ = 0.8 (induktiv) und dem Polradwinkel 

ϑ = 30 o . 

1. Berechnen Sie den Erregerstrom I E 

2. Bestimmen Sie grafisch anhand des Zeigerbildes, wie der Erregerstrom I E 

verändert werden muss, um bei gleichem Polradwinkel den Leistungsfaktor 

cosϕ = 1.0 einzustellen! 

Empfohlener Maßstab: 20V/cm. 



232


Übungen 

Ü6.3: Synchronmotor 

Ein Synchronmotor hat die Daten 380V, Dreieck, 50Hz, 3000min −1 , cosϕ =1.0. 

Die synchrone Reaktanz beträgt X d =2.0W. Der Erregerstrom ist bei 

Nennbetrieb um I EN /I E0 =2.2 größer als im Leerlauf. Der Ständerwiderstand, 

die Eisenverluste und die magnetische Sättigung können wie üblich 

vernachlässigt werden. 

1. Berechnen Sie den Polradwinkel ϑ ! 

2. Wie groß ist das Drehmoment M i ? 

3. Berechnen Sie den Nennstrom I N ! 



233


Übungen 

Ü6.4: Synchrongenerator 

Ein verlustfreier, zweipoliger Synchrongenerator in Sternschaltung mit der 

Nennleistung P N = 120MW für die Spannung U N = 10 kV, 50Hz hat die 

Synchronreaktanz X d = 1.0W. Die Nennerregung ist gegenüber dem Leerlauf 

um I EN /I E0 = 2.5 größer. 

1. Berechnen Sie den Polradwinkel ϑ ! 

2. Berechnen Sie das Kippmoment M K ! 

3. Um welchen Faktor verändert sich das Kippmoment M 0k , wenn der 

Erregerstrom um 20% vergrößert wird? 



234


Übungen 

Ü6.5: Synchronmaschine 

Ein Elektrizitätswerk bestellt eine Turbogruppe bestehend aus Dampfturbine 

und Synchrongenerator. Der Synchrongenerator soll folgende Nenndaten 

haben: 1500MVA, 27 kV, cosϕ=0.8, 1800min −1 . Sein Wirkungsgrad 

wird mit 99% angenommen. 

Bestimmen Sie für Nennbetrieb 

1. die Leiterströme I N in den Generatorableitungen, 

2. die Strangströme I 1Y und I 1D bei Stern- und Dreieckschaltung, 

3. die im Generator erzeugte Verlustleistung P V , 

4. die Nennleistung der Dampfturbine P T und 

5. das Wellenmoment M N . 

6. Wie ändern sich die Strangströme (I 1Y , I 1D ), die Verlustleistung P V , die 

Turbinenleistung P T und das Wellenmoment M N , wenn der 

Kraftwerksbetreiber einen Turbogenerator mit cosϕ´=0.9 bei sonst gleichen 

Daten bestellen würde? 



235

6. Synchronmaschine - IEM

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?