Eigenschaften und Anlaufeigenschaften von Synchronmotoren

Die mechanische Kennlinie des Synchronmotors hat die Form einer horizontalen Geraden, d. h. seine Drehzahl ist lastunabhängig (Abb. 1, a). Mit zunehmender Belastung nimmt der Winkel θ zu – der Winkel zwischen den Vektoren der Netzspannung Uc und der EMK der Statorwicklung E0 (Abb. 1, b).

Aus dem Vektordiagramm lässt sich die Formel für das elektromagnetische Moment ableiten

M = (m1/ω1)(U1E0 / x1) sinθ,

wobei m1 die Anzahl der Statorphasen ist; ω1 – die Winkelgeschwindigkeit des Statorfeldes; U1 – Statorspannung; E0 – In der Statorwicklung induzierte EMF; NS1 – induktiver Widerstand der Statorwicklung; θ – der Winkel zwischen den Vektoren der Magnetisierungskräfte des Stators und des Rotors. Aus dieser Formel folgt, dass sich das Moment in Abhängigkeit von der Belastung nach dem Sinusgesetz ändert (Abb. 1, c).
Leerlaufwinkel θ = 0, d.h. Spannung und EMK sind in Phase. Dies bedeutet, dass das Statorfeld und das Rotorfeld in ihrer Richtung übereinstimmen, das heißt, der Raumwinkel zwischen ihnen ist Null.

Reis. 1.Eigenschaften (a, b) und Vektordiagramm (6) eines Synchronmotors: I – Statorstrom; r1 – aktiver Widerstand der Statorwicklung; x1 – induktiver Widerstand, der durch Leckstrom und Ankerstrom entsteht

Mit zunehmender Belastung steigt das Drehmoment und erreicht bei θ = 80° (Kurve 1) einen kritischen Maximalwert, den der Motor bei gegebener Netzspannung und Feldstrom erzeugen kann.

Normalerweise beträgt der Nennwinkel θAnzahl (25 ≈ 30) °, der dreimal kleiner als der kritische Wert ist, daher beträgt die Überlastfähigkeit des Motors Mmax / Mnom = 1,5 + 3. Der größere Wert gilt für Motoren mit implizit ausgeprägten Polen des Rotor und der kleinere - mit ausgeprägten. Im zweiten Fall weist die Kennlinie (Kurve 2) ein kritisches Moment bei θ = 65° auf, das durch den Einfluss des Reaktionsmoments verursacht wird.

Um den Motor bei Überlastung oder Reduzierung der Netzspannung nicht zu synchronisieren, besteht die Möglichkeit, den Erregerstrom vorübergehend zu erhöhen, also den Zwangsbetrieb zu nutzen.

Bei gleichmäßiger Drehung hat die Anlaufwicklung keinen Einfluss auf den Betrieb des Motors. Bei einer Laständerung ändert sich der Winkel θ, was mit einer Zunahme oder Abnahme der Geschwindigkeit einhergeht. Dann beginnt die Startwicklung eine stabilisierende Rolle zu spielen. Das darin entstehende asynchrone Drehmoment gleicht Schwankungen der Drehzahl des Rotors aus.

Ein Synchronmotor zeichnet sich durch folgende Ausgangseigenschaften aus:

• Az* n = AzNS //Aznom – das Vielfache des Startstroms, der im ersten Moment des Starts durch den Stator fließt;
• M * n = Mn / Mnom – das Vielfache des Startdrehmoments, das von der Anzahl der Stäbe der Startspule und ihrem aktiven Widerstand abhängt;
• M * in = MVh / Mnom – der Satz des Eingangsdrehmoments, das der Motor im Asynchronmodus entwickelt, bevor er bei Schlupf s = 0,05 in den Synchronismus gebracht wird;
• M * max = Mmax / Mnoy – der Satz des maximalen Drehmoments im Synchronmodus des Motors;
• U* n = Un • 100 /U1 — die niedrigste zulässige Statorspannung beim Start, %.

Der synchrone Elektroantrieb wird in Anlagen eingesetzt, die kein häufiges Starten und keine Drehzahlregelung erfordern, beispielsweise für Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren. Ein synchroner Elektromotor hat einen höheren Wirkungsgrad als ein asynchroner, er kann mit Übererregung arbeiten, d.h. mit einem negativen Winkel φ, also kompensierende induktive Leistung andere Benutzer.

Obwohl ein Synchronmotor komplexer aufgebaut ist, eine Gleichstromquelle benötigt und über Schleifringe verfügt, erweist er sich als kostengünstiger als ein Induktionsmotor, insbesondere für den Antrieb leistungsstarker Mechanismen.