Synchronmaschine

Generatorbetrieb
(c) Friedrich Sick
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Die Ausgangsspannung des Synchrongenerators steigt proportional mit der Drehzahl und hängt von der Höhe des Erregerstromes in der Läuferwicklung ab. Wie der Erregerstrom die Ausgangsspannung beeinflusst zeigt der Leerlaufversuch. Dabei wird bei Nenndrehzahl der Maschine die Ausgangsspannung in Abhängigkeit vom Erregerstrom aufgenommen. Die Nennspannung sollte dabei im Knickbereich der Kennlinie erreicht werden. (Siehe nebenstehende Kennlinie!) Erregerströme im Sättigungsbereich führen zu hohen Verlusten und damit schlechtem Wirkungsgrad.
Die Frequenz der Ausgangsspannung hängt von der Drehzahl und der Polpaarzahl ab. Daraus ergeben sich drei Einsatzmöglichkeiten:
  1. Konstante Spannung bei variabler Frequenz
    Sie findet nur dort Anwendung, wo die Drehzahl der Antriebsmaschine nicht konstant gehalten werden kann. Häufig wird dann die erzeugte Spannung gleichgerichtet (z.B. bei der sog. Lichtmaschine im Kfz) und evtl. wieder wechselgerichtet (z.B. Windkraftanlagen).
  2. Konstante Spannung bei fester Frequenz (Inselbetrieb)
    Soll ein Synchrongenerator im Inselbetrieb arbeiten und handelsübliche Verbraucher bedienen, so ist eine (einigermaßen) konstante Netzfrequenz notwendig. Damit muss die Antriebsdrehzahl konstant gehalten werden und die Ausgangsspannung kann nur über den Erregerstrom gesteuert werden.
  3. Betrieb im Verbundnetz
    Im Verbundnetz ist die Ausgangs-Klemmenspannung und die Frequenz durch das Netz bestimmt. Der Generator gibt Energie in´s Netz ab, wenn ihm mechanische Energie durch die Antriebsmaschine (z.B. Turbine) zugeführt wird. Mit dem Erregerstrom wird dann die Art und Höhe der Blindleistung gesteuert. (Siehe nächste Seite.)
Der Laststrom verursacht in den Statorwicklungen eine Selbstinduktionsspannung, die der Generatorspannung entgegenwirkt. Der Synchrongenerator kann also - wenn man den geringen ohmschen Spannungsverlust vernachlässigt - als idealer Wechselspannungsgenerator mit nachgeschaltetem induktiven Widerstand gesehen werden. (Siehe Ersatzschaltbild!)

Ist die Antriebsleistung - z.B. Turbinenleistung - größer als die Leistung eines im Netz arbeitenden Generators, so reißt der magn. Kraftschluss zwischen Läufer- und Statorfeld und die Maschine geht durch! Das Gleiche geschieht bei plötzlichem Lastabwurf im Inselbetrieb. Bei Dampf- u. Gasturbinen sind das sehr kritische Betriebsmomente.

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  • Ersatzschaltbild für einen Strang
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