Elektromotoren sind ein elektromechanisches Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Je nach Art der Stromzufuhr werden sie in einphasige und dreiphasige Motoren eingeteilt.
Die gebräuchlichsten dreiphasigen Motoren sind Synchronmotoren und Induktionsmotoren. Wenn dreiphasige elektrische Leiter in bestimmten geometrischen Positionen (d.h. in einem bestimmten Winkel zueinander) angeordnet sind, wird ein elektrisches Feld erzeugt. Das magnetische Drehfeld dreht sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die als Synchrondrehzahl bezeichnet wird.
Befindet sich ein Elektromagnet in diesem magnetischen Drehfeld, so wird der Elektromagnet magnetisch mit diesem magnetischen Drehfeld verriegelt und dreht sich mit der gleichen Drehfeldgeschwindigkeit.
Hierher kommt der Begriff Synchronmotor, da die Geschwindigkeit des Rotors des Motors die gleiche ist wie das rotierende Magnetfeld.
Es handelt sich um einen Motor mit fester Drehzahl, da er nur eine Geschwindigkeit hat, nämlich die Synchrondrehzahl. Diese Drehzahl ist mit der Netzfrequenz synchronisiert. Die Synchrondrehzahl ist gegeben durch:
Wobei:
- N= Die Synchrondrehzahl (in RPM – d.h.. Umdrehungen pro Minute)
- f = Die Netzfrequenz (in Hz)
- p = Die Anzahl der Pole
Aufbau des Synchronmotors
In der Regel ist der Aufbau fast identisch mit dem eines 3-Phasen-Induktionsmotors, mit dem Unterschied, dass wir hier den Rotor mit Gleichstrom versorgen, was wir später erklären werden. Lassen Sie uns zunächst den grundlegenden Aufbau dieses Motortyps durchgehen. Aus dem obigen Bild wird deutlich, wie wir diese Art von Maschine konstruieren. Wir versorgen den Stator mit Dreiphasenstrom und den Rotor mit Gleichstrom.
Hauptmerkmale von Synchronmotoren
- Synchronmotoren sind von Natur aus nicht selbstanlaufend. Sie benötigen einige externe Mittel, um ihre Drehzahl in die Nähe der Synchrondrehzahl zu bringen, bevor sie synchronisiert werden.
- Die Betriebsdrehzahl ist synchron mit der Netzfrequenz und daher verhalten sie sich bei konstanter Netzfrequenz als Motor mit konstanter Drehzahl, unabhängig von der Lastbedingung
- Dieser Motor hat die einzigartigen Eigenschaften, unter jedem elektrischen Leistungsfaktor zu arbeiten. Deshalb wird er zur Verbesserung des elektrischen Leistungsfaktors eingesetzt.
Arbeitsprinzip des Synchronmotors
Synchronmotoren sind doppelt erregte Maschinen, d.h. sie erhalten zwei elektrische Eingänge. Die Statorwicklung, die aus einer Wir liefern Dreiphasenstrom an die dreiphasige Statorwicklung und Gleichstrom an die Rotorwicklung.
Die dreiphasige Statorwicklung, die dreiphasige Ströme führt, erzeugt einen dreiphasigen rotierenden Magnetfluss. Der Rotor, der mit Gleichstrom versorgt wird, erzeugt ebenfalls einen konstanten Fluss. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz können wir aus der obigen Beziehung ersehen, dass der dreiphasige rotierende Fluss etwa 3000 Umdrehungen in einer Minute oder 50 Umdrehungen in einer Sekunde macht.
In einem bestimmten Augenblick können die Pole des Rotors und des Stators die gleiche Polarität haben (N-N oder S-S), was eine abstoßende Kraft auf den Rotor ausübt, und im nächsten Augenblick wird es N-S sein, was eine anziehende Kraft verursacht. Aufgrund der Trägheit des Rotors ist er jedoch nicht in der Lage, sich aufgrund dieser anziehenden oder abstoßenden Kräfte in irgendeine Richtung zu drehen, und der Rotor bleibt im Stillstand. Daher ist ein Synchronmotor nicht selbstanlaufend.
Hier verwenden wir einige mechanische Mittel, die den Rotor zunächst in dieselbe Richtung wie das Magnetfeld drehen, bis er eine Geschwindigkeit erreicht, die der Synchrondrehzahl sehr nahe kommt. Beim Erreichen der Synchrondrehzahl kommt es zur magnetischen Verriegelung, und der Synchronmotor dreht sich auch nach dem Entfernen der externen mechanischen Mittel weiter.
Aber aufgrund der Trägheit des Rotors kann er sich aufgrund der anziehenden oder abstoßenden Kräfte in keine Richtung drehen, und der Rotor bleibt im Stillstand. Daher ist ein Synchronmotor nicht selbstanlaufend.
Hier verwenden wir einige mechanische Mittel, die den Rotor zunächst in dieselbe Richtung wie das Magnetfeld drehen, bis er eine Geschwindigkeit erreicht, die der Synchrondrehzahl sehr nahe kommt. Bei Erreichen der Synchrondrehzahl erfolgt eine magnetische Verriegelung, und der Synchronmotor dreht sich auch nach Entfernen der externen mechanischen Mittel weiter.
Anlaufverfahren für Synchronmotoren
- Motorstart mit externer Antriebsmaschine: Synchronmotoren sind mechanisch mit einem anderen Motor gekoppelt. Das kann entweder ein Drehstrom-Induktionsmotor oder ein Gleichstrom-Nebenschlussmotor sein. Hier wird zunächst keine Gleichstromerregung angelegt. Der Motor dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die sehr nahe an seiner Synchrondrehzahl liegt, und dann wird die Gleichstromerregung angelegt. Nach einiger Zeit, wenn die magnetische Verriegelung eintritt, wird die Versorgung des externen Motors unterbrochen.
- Dämpferwicklung In diesem Fall ist der Synchronmotor vom Typ mit ausgeprägtem Pol, eine zusätzliche Wicklung ist in der Rotorpolfläche angebracht. Zu Beginn, wenn sich der Rotor nicht dreht, ist die relative Geschwindigkeit zwischen der Dämpferwicklung und dem rotierenden Luftspaltfluss groß und es wird eine EMK induziert, die das erforderliche Anlaufmoment erzeugt. Wenn sich die Drehzahl der Synchrondrehzahl nähert, verringern sich die EMK und das Drehmoment, und wenn schließlich die magnetische Blockierung eintritt, verringert sich auch das Drehmoment auf Null. In diesem Fall läuft der Synchronmotor also zunächst wie ein Drehstrommotor mit einer zusätzlichen Wicklung und wird schließlich mit der Frequenz synchronisiert.
Anwendung von Synchronmotoren
- Der Synchronmotor, an dessen Welle keine Last angeschlossen ist, wird zur Verbesserung des Leistungsfaktors verwendet. Aufgrund seiner Eigenschaften, sich bei jedem elektrischen Leistungsfaktor zu verhalten, wird er in Stromnetzen eingesetzt, in denen statische Kondensatoren teuer sind.
- Der Synchronmotor findet dort Anwendung, wo die Betriebsdrehzahl gering ist (etwa 500 U/min) und eine hohe Leistung erforderlich ist. Bei einem Leistungsbedarf von 35 kW bis 2500 KW sind Größe, Gewicht und Kosten des entsprechenden Drehstrom-Asynchronmotors sehr hoch. Daher werden diese Motoren bevorzugt eingesetzt. Bsp. Hubkolbenpumpe, Kompressor, Walzwerke usw.