(HT).Synchronemaschine

Funktionweise eine Synchronmaschine (Bei Innenpolmaschine)

1. Der Erregerwicklung (Im Rotor ) wird mit Gleichstrom erregt. Damit wird der Welle angetrieben.

2. Der Rotor dreht sich

3. Damit dreht sich das konstante Magnetfeld, welches durch die mit einem Gleichstrom “bestromte “Eregerwicklung erzeugt wird. Bei permanent erregten SM wir das Magnetfeld durch dauermagnetische Materialien erzeugt.

4. In den drei raumliche versetzter Statorwicklungen wird jeweils eine Spannung induziertz (Diese
   Spannungen sind 120 ° phase verschoben, L1, L2, L3 und überlagert sich sinusformig und haben die gleiche Amplitude, Das passiert bei symedtrische gebaut System).

5. Dann ein Dreiphase-Drehspannungssystem induziert.

6. Ist eine Last angeschlossen, so treiben die Drehspannungen einen Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) durch die Last und damit durch die Statorwicklungen

7. Durch die drei um 120°(elektr.) zueinander verschobenen Statorströme, die durch die 120° (räuml.) versetzten Statorwicklungen fließen, entsteht ein in seiner Stärke konstantes aber sich drehendes Statormagnetfeld (Drehfeld)-> Im Luftspalt

8. Durch die Überlagerung der 3 Wechselsfelder entscteht ein resultierende Statormagnetfeld, welches in seiner Stärke konstant und umlaufend ist.

9. Im Luftspalt zeigt sich die Überlagerung des sich drehenden Statorfeldes und des gegebene Rotorfeldes als resultierendes Luftspaltfeld

10. Rotor und das Statorfeld laufen synchron um! (mechanish)

Was ist Bemerkenswert bei ein SM mit polpaarzahl = 1

1. Bisher wurde eine zwei-polige SM betrachtet. Dann ist der elektr. Polradwinkel v identisch mit dem mechanischen Polradwinkel , denn die Polpaarzahl ist 1 (p=1)! ist abhängig von p

2. Der elektr. Polradwinkel v darf 90°(im Betrag) nicht überschreiten

Was ist Bemerkenswert bei ein SM mit Polpaarzahl = 2

1. Bei 4 pollig Maschine dreht der Statorfeld schneller als der Rotorfeld (elektrisch gesehen). mechanischen drhen die Roto und Statorfeld synchrone.

2. Bei Motorbetrieb: Statorfeld dreht schneller als der Rotorfeld

3. Bei Generator betrieb: Rotorfeld dreht schneller als der Statorfeld

Was ist der Unterschied zwischen SM Schenkelpolläufer (innenpolausführung) und SM in Außenpolausführung

Bei der SM in Außenpolausführung ist der Erregerwicklung auf den Stator und bei SM Schenkelpolläufer die Erregerwicklung ist auf den Rotor.

SM in Außenpolausführung wird als Erregermaschine verdendet

1.Beschreibe die ESB der SM

was ist der Unterschied mit der ESM der SM mit einem starres Netz

2. Welche Voraussetzung mussen bei der Betrachtung der ESB gefolgt sein

Voraussetzung:

1.Symmetrische Verhältnisse + Aufbau
Das bedeutet, dass das System (z. B. die dreiphasige Maschine) symmetrisch aufgebaut ist – also z. B. gleiche Impedanzen in allen Phasen.
Folge: Man darf dann die Betrachtung auf eine Phase reduzieren (einphasiges Ersatzschaltbild), weil alle Phasen gleichartig funktionieren.

2.Eingeschwungener Zustand (stationär)
→ Die Maschine befindet sich im stationären Betrieb, d. h. es liegen keine transienten Effekte wie Einschaltvorgänge oder plötzliche Lastwechsel vor.
Folge: Das Ersatzschaltbild gilt nur im eingeschwungenen Dauerbetrieb.

3.Sinusförmige Größen
→ Alle Spannungen und Ströme sind ideal sinusförmig, keine Verzerrungen durch Oberwellen o. Ä.
Folge: Das Modell basiert auf idealen sinusförmigen Wechselgrößen, was in der Praxis meist näherungsweise zutrifft.

Stromortskurve: Erkläre bei der Abbildung bei verschiedenenpunkt den Verlauf von der Wirkleistung , der Blindleistung , die Ströme und Spannungen.

PN → P1: Verringerung der Antriebsleistung (PA↑) bei konst. Erregerstrom Ie, ω↑

• P1→ P4: PA↑, in P4 ist PA=0(ideale Betrachtung)

in P4 nur induktive Blindleistungsabgabe, keine Wirkleistung (ideale Betrachtung)

P ↑ und Q leicht steigend!

• P4 → P0: Ie verringert, Antriebsleistung konstant

P=0, Q↑ in P0 ist Q=0, ω=0 (ideelle Betrachtung)

• P0→ P5: Ie verringert, theoretisch bis Ie = 0 in P5 (praktisch nicht, da Ie ↓ Iemin!)

PA = 0, P = 0, ω = 0(ideelleBetrachtung), Q < 0 induktive Blindleistungsaufnahme

• P5,P0,P4: Phasenschieberbetrieb

• PN → P2 (übereregt): PA konst, Ie↑, P konst, Q↑ in P2 ist Q=0, ω↔

• P2 → P3 (untererregt): PA konst, Ie ↑, P konst, Q<0,ω↔, in P3 ist ω = 90

Spannungszeigerdiagramm:

1.Was ist ein Starres Netz?

2.Beschreibe der folgen Zeigerdiagramm und erklärt in welchem Betriebsfall hier dargestellt ist

1.Starres Netz: Spannungsbetrag und Frequenz sind eingeprägt (in der Nachberechnung Betrag und Phasen-

winkel) Ein Starres Netz kann theoretisch unendlich viel Leistung liefern bzw aufnehmen. In de Realität es existiert kein reales staress Netzt.

2. Generator Übererregt in Verbraucher

Polradspannung und Drehzahl einstellbar. Wie komme man an Upn an? was sind die Voraussetzung?

Voraussetzungen:

• R = 0 (Wicklungswiderstand vernachlässigt)

• Starres Netz (Spannung konstant, unabhängig vom Strom)

• Polradspannung Up​ und Drehzahl nn sind einstellbar

  Vorgehen zur Ermittlung von UpN​:

  1. Nennmoment und Nenndrehzahl einstellen
     → Dadurch ergibt sich der Nennstrom IN : Bei der Leerlaufmessung wird die Klemmenstrangspannung UStr in Funktion des Erregerstroms IErr der Synchronmaschine aufgezeichnet. UStr = f(𝐼𝐸𝑟𝑟).

     In diesem Abschnitt wird die Leerlaufmessung der Synchronmaschine im Generatorbetrieb beschrieben, wie sie in der Abbildung 1 dargestellt ist. Zunächst wird die Drehzahl der noch nicht erregten Synchronmaschine mit Hilfe der Gleichstrommaschine auf die Nenndrehzahl von 1500 𝑚𝑖𝑛−1 eingestellt, um eine Klemmenstrangspannungsfrequenz von 50 Hz zu erreichen.

  2. Maschine ausschalten → in Leerlauf bringen
     → Keine Last angeschlossen: Nach korrekter Einstellung der Frequenz bzw. Drehzahl wird die Erregung der Synchronmaschine über den Feldsteller eingeschaltet, wobei der Stromsollwert auf 0 Ampere einzustellen ist

  3. Polradspannung Up einstellen
     → So, dass am Ausgang die Nennspannung erreicht wird: Anschließend wurden die Erregerspannung UErr und der Erregerstrom IErr durch Verstellen des Stromsollwertes erhöht

  4. Gemessene Ausgangsspannung = UpN​

     z.B. in Labor: Um die Polradspannung 𝑈𝑃𝑁 aufzunehmen, wird die Spannung zwischen Klemmenpunkt U und V gemessen. Nachdem die SM1 wieder auf Nennbetrieb gebracht wurde, wird der Erregerstrom IErr auf 1,08A eingestellt. Dies entspricht der Erregung, bei der im Kurzschluss genau der nach Typenschild angegebene Nennstrom (IN = 𝟖 𝐀) in den Ständerwicklungen fließt. Danach wird die Erregung eingeschaltet und kontinuierlich erhöht, bis die Klemmenspannung am Generator der Nennspannung UN entspricht

     zu Bemerken: Auch wenn der Erregerstrom abgeschaltet ist, erzeugt die Synchronmaschine eine Spannung. Diese wird als Remanenz Spannung bezeichnet, die durch Magnetisierungseffekte im Eisen verursacht wird.

Erkläre , was diese Bild beschreibt

Stabilitätsgrenze ein Synchronemaschine

was sind die Voraussetzung für die Möglichkeit der Synchronisation des Generators auf das starre Netz?

Frequenzsynchronisation: Um synchron mit dem Netz zu arbeiten, muss der Generator die gleiche Frequenz wie das Netz haben. Dies erfordert eine genaue Einstellung der Drehzahl des Generators, um die Netzfrequenz zu erreichen. Die Drehzahl der Synchronmaschine wird zunächst auf die Nenndrehzahl von n (U/min) eingestellt, um eine Frequenz der Klemmenspannung von 50 oder 60 Hz je nachdem was der Netz entspricht zu erreichen.

Phasensynchronisation: Neben der Frequenz müssen auch die Phasen von Generator und Netz synchron sein. Dies bedeutet, dass die Generatorspannung mit der Netzspannung in Phase sein muss, um eine effiziente Energieübertragung zu gewährleisten.

Lastanpassung: Vor der Synchronisierung muss die Generatorlast an die Netzlast angepasst werden. Dadurch werden transiente Strom- und Spannungsverluste beim Einschalten minimiert und die Netzstabilität verbessert.

Spannungs- und Frequenzüberwachung: Während des Synchronisierungsprozesses müssen Spannung und Frequenz des Generators kontinuierlich überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie innerhalb der zulässigen Grenzen liegen und mit denen des Netzes übereinstimmen.

Automatische Synchronisierungssysteme: In vielen modernen Stromnetzen erfolgt die Synchronisation automatisch durch spezielle Synchronisierungssysteme. Diese Systeme überwachen und steuern den Synchronisationsprozess, um eine sichere und effiziente Integration des Generators in das Netz zu gewährleisten. Die Möglichkeit, den Generator mit dem starren Netz zu synchronisieren, hängt von der genauen Kontrolle der Frequenz, der Phase und der Last sowie von der Verfügbarkeit geeigneter Synchronisierungssysteme ab.

was sind die Möglichkeiten der Blindleistungssteuerung mit dem Generator?

Feldschwächung: Durch Reduzierung des Erregerstroms kann die Synchronmaschine ihre Blindleistung erhöhen. Dies ermöglicht eine bessere Anpassung an den Blindleistungsbedarf des Netzes.

Kapazitiver oder induktiver Betrieb: Je nach Bedarf kann die Synchronmaschine als induktiver oder kapazitiver Verbraucher betrieben werden, um die benötigte Blindleistung zu liefern oder aufzunehmen.

Automatische Spannungsregelung (AVR) (nicht wichtig, wenn ich es mich nicht gemerkt habe): Moderne Synchronmaschinen verfügen über AVR-Systeme, die die Erregerleistung automatisch steuern, um die Ausgangsspannung und damit die Blindleistung zu regeln.

Parallelschaltung von Kondensatoren oder Drosseln: In einigen Fällen können externe Kondensatoren oder Drosseln parallel zum Generator geschaltet werden, um die Blindleistung zu kompensieren und den Leistungsfaktor zu verbessern.

Blindleistungskompensation (RPC): RPC-Systeme ermöglichen eine gezielte Blindleistungsregelung durch automatisches Zu- und Abschalten von Kondensatoren oder Induktivitäten im System, um den Blindleistungsbedarf des Netzes auszugleichen.

Zusammenfassung: Die Blindleistungsregelung mit einem Generator erfordert eine präzise Regelung der Erregerleistung und eine kontinuierliche Überwachung der Netzbedingungen, um einen stabilen und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Eine effektive Blindleistungsregelung kann die Netzstabilität verbessern, die Überlastung von Leitungen und Transformatoren reduzieren und die Gesamteffizienz des Netzbetriebs erhöhen.

was bedeut es ein Niederohmig Widerstand zu haben ?

ein elektrischer Widerstand sehr klein ist, also einen geringen Ohm-Wert hat. Solche niederohmigen Komponenten leiten Strom sehr gut, also haben sie kaum Widerstand gegen den Stromfluss.

In Welchem ZPsystem befindet sich die SM laut diese Zeigerdiagramm?

Erzeugerzphalsysteme.

In Welchem Betriebszustand befindet sich die SM laut diese Zeigerdiagramm?

EZP, Übererregt, Generator ohmische induktive Belastung

In Welchem Betriebszustand befindet sich die SM laut diese Zeigerdiagramm?

EZP, Generator ünterrergt Kapazitive Belastung

In Welchem Betriebszustand befindet sich die SM laut diese Zeigerdiagramm?

EZP, Motor untererregt, kapzitive

In Welchem Betriebszustand befindet sich die SM laut diese Zeigerdiagramm?

EZP, Motor übererregt, induktive

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