6. Synchronmaschine - IEM
6. Synchronmaschine - IEM
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
196
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Außenpolgenerator:<br />
• Erregung außen;<br />
fest<br />
• Spannungsinduktion innen;<br />
rotiert<br />
• Energieübertragung mittels<br />
Schleifringe<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Außenpolmaschine:<br />
• Erregung hier 2p = 4<br />
• Läufer trägt Drehstromwicklung,<br />
ebenfalls mit 2p = 4<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
198
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Innenpolgenerator:<br />
• Erregung innen;<br />
rotiert<br />
• Spannungsinduktion außen;<br />
fest<br />
• Energieübertragung unkompliziert<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Innenpolgenerator:<br />
• Dreiphasige Ausführung eines<br />
Innenpolgenerators in seiner<br />
primitivsten Form<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Schenkelpolgenerator:<br />
• Innenpol mit 2p > 4<br />
• bis 2p = 100 =⇒ n = 60min −1<br />
• z. B. Wasserkraftanlagen<br />
• Smax ≈ 800MVA<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
201
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Turbogenerator:<br />
• Innenpol mit 2p = 2 oder 4<br />
• ⇒ n = 3000/1500min −1<br />
• thermische Kraftwerke<br />
• Smax ≈ 1700MVA<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
202
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Prinzipielle Wirkungsweise<br />
Turbogenerator:<br />
• Vollpolmaschine; einfachere mathematische Behandlung<br />
• kaum Reluktanzmoment<br />
• hohe mechanische und thermische Beanspruchung<br />
• Läuferlängen bis 10m<br />
• Läuferdurchmesser 1.20m (2polig), 1.80m (4polig)<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
203
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Rotorfertigung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
204
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Rotorfertigung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
205
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Rotorfertigung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
206
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Rotor mit eingelegter Erregerwicklung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Rotor mit<br />
eingelegter<br />
Erregerwicklung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Rotor mit<br />
eingelegter<br />
Erregerwicklung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Stapeln<br />
des Blechpaketes:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Stator -<br />
Wickelkopf der<br />
Evolventenwicklung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
211
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Stator -<br />
Einbringen des Oberbzw.<br />
Unterstabes:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Stator mit fertiger<br />
Drehstromwicklung:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
213
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Turbogenerator<br />
Modell eines<br />
Wasser-Wasserstoff<br />
gekühlten Generators:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
214
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Kleine Schenkelpolmaschine<br />
Aufbau:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
215
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Klauenpolgenerator<br />
Aufbau:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
216
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Drehstromlichtmaschine<br />
Aufbau:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
217
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
218
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
219
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
220
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Zeigerdiagramm:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
221
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Belastungskennlinien<br />
(Inselbetrieb):<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
222
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Synchronisation:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
223
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Synchronoskop:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
224
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Wirklastbetrieb:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
225
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Blindlastbetrieb:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
226
<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Betriebsbereiche:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
Stromortskurve:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
V-Kurven:<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Grundlagen zur Berechnung<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Übungen<br />
Ü<strong>6.</strong>1: Synchrongenerator<br />
Ein dreiphasiger Synchrongenerator (Vollpolmaschine) hat folgende Daten:<br />
688MVA, 21 kV, Y-Schaltung, 50Hz, 3000min −1 , cosϕ = 0.8,<br />
Gesamtwirkungsgrad η G = 99.5%.<br />
Bei einem Leerlaufversuch wurde die Nennspannung mit einem Erregerstrom<br />
I f 0 = 1689A erreicht, für den Kurzschlussversuch mit Nennstrom war ein<br />
Erregerstrom I f k = 3842A nötig.<br />
1. Wie groß ist die Synchronreaktanz X d bei linearisierter<br />
Magnetisierungskennlinie?<br />
2. Wie groß ist die Polpaarzahl?<br />
3. Welche mechanische Leistung P m muss eine Dampfturbine mindestens<br />
abgeben, damit die Nenndaten erreicht werden?<br />
4. Wie groß sind dabei die Gesamtverluste P v im Generator?<br />
5. Wie groß ist der Erregerbedarf bei Nennbetrieb?<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Übungen<br />
Ü<strong>6.</strong>2: Synchronmotor<br />
Ein Synchronmotor für 380V, Y, 50Hz hat die Leerlauferregung I E0 = 1.8A. Er<br />
läuft mit dem Leistungsfaktor cosϕ = 0.8 (induktiv) und dem Polradwinkel<br />
ϑ = 30 o .<br />
1. Berechnen Sie den Erregerstrom I E<br />
2. Bestimmen Sie grafisch anhand des Zeigerbildes, wie der Erregerstrom I E<br />
verändert werden muss, um bei gleichem Polradwinkel den Leistungsfaktor<br />
cosϕ = 1.0 einzustellen!<br />
Empfohlener Maßstab: 20V/cm.<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Übungen<br />
Ü<strong>6.</strong>3: Synchronmotor<br />
Ein Synchronmotor hat die Daten 380V, Dreieck, 50Hz, 3000min −1 , cosϕ =1.0.<br />
Die synchrone Reaktanz beträgt X d =2.0W. Der Erregerstrom ist bei<br />
Nennbetrieb um I EN /I E0 =2.2 größer als im Leerlauf. Der Ständerwiderstand,<br />
die Eisenverluste und die magnetische Sättigung können wie üblich<br />
vernachlässigt werden.<br />
1. Berechnen Sie den Polradwinkel ϑ !<br />
2. Wie groß ist das Drehmoment M i ?<br />
3. Berechnen Sie den Nennstrom I N !<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Übungen<br />
Ü<strong>6.</strong>4: Synchrongenerator<br />
Ein verlustfreier, zweipoliger Synchrongenerator in Sternschaltung mit der<br />
Nennleistung P N = 120MW für die Spannung U N = 10 kV, 50Hz hat die<br />
Synchronreaktanz X d = 1.0W. Die Nennerregung ist gegenüber dem Leerlauf<br />
um I EN /I E0 = 2.5 größer.<br />
1. Berechnen Sie den Polradwinkel ϑ !<br />
2. Berechnen Sie das Kippmoment M K !<br />
3. Um welchen Faktor verändert sich das Kippmoment M 0k , wenn der<br />
Erregerstrom um 20% vergrößert wird?<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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<strong>6.</strong> <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Übungen<br />
Ü<strong>6.</strong>5: <strong>Synchronmaschine</strong><br />
Ein Elektrizitätswerk bestellt eine Turbogruppe bestehend aus Dampfturbine<br />
und Synchrongenerator. Der Synchrongenerator soll folgende Nenndaten<br />
haben: 1500MVA, 27 kV, cosϕ=0.8, 1800min −1 . Sein Wirkungsgrad<br />
wird mit 99% angenommen.<br />
Bestimmen Sie für Nennbetrieb<br />
1. die Leiterströme I N in den Generatorableitungen,<br />
2. die Strangströme I 1Y und I 1D bei Stern- und Dreieckschaltung,<br />
3. die im Generator erzeugte Verlustleistung P V ,<br />
4. die Nennleistung der Dampfturbine P T und<br />
5. das Wellenmoment M N .<br />
<strong>6.</strong> Wie ändern sich die Strangströme (I 1Y , I 1D ), die Verlustleistung P V , die<br />
Turbinenleistung P T und das Wellenmoment M N , wenn der<br />
Kraftwerksbetreiber einen Turbogenerator mit cosϕ´=0.9 bei sonst gleichen<br />
Daten bestellen würde?<br />
EM1, Kovalev/Novender/Kern<br />
(Fachbereich <strong>IEM</strong>)<br />
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