6. Synchronmaschine. EM1, Kovalev/Novender/Kern (Fachbereich IEM)

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2 Prinzipielle Wirkungsweise Außenpolgenerator: Erregung außen; fest Spannungsinduktion innen; rotiert Energieübertragung mittels Schleifringe 2

3 Prinzipielle Wirkungsweise Außenpolmaschine: Erregung hier 2p = 4 Läufer trägt Drehstromwicklung, ebenfalls mit 2p = 4 3

4 Prinzipielle Wirkungsweise Innenpolgenerator: Erregung innen; rotiert Spannungsinduktion außen; fest Energieübertragung unkompliziert 4

5 Prinzipielle Wirkungsweise Innenpolgenerator: Dreiphasige Ausführung eines Innenpolgenerators in seiner primitivsten Form 5

6 Prinzipielle Wirkungsweise Schenkelpolgenerator: Innenpol mit 2p > 4 bis 2p = 100 = n = 60min 1 z. B. Wasserkraftanlagen Smax 800MVA 6

7 Prinzipielle Wirkungsweise Turbogenerator: Innenpol mit 2p = 2 oder 4 n = 3000/1500min 1 thermische Kraftwerke Smax 1700MVA 7

8 Prinzipielle Wirkungsweise Turbogenerator: Vollpolmaschine; einfachere mathematische Behandlung kaum Reluktanzmoment hohe mechanische und thermische Beanspruchung Läuferlängen bis 10m Läuferdurchmesser 1.20m (2polig), 1.80m (4polig) 8

9 Turbogenerator Rotorfertigung: 9

10 Turbogenerator Rotorfertigung: 10

11 Turbogenerator Rotorfertigung: 11

12 Turbogenerator Rotor mit eingelegter Erregerwicklung: 12

13 Turbogenerator Rotor mit eingelegter Erregerwicklung: 13

14 Turbogenerator Rotor mit eingelegter Erregerwicklung: 14

15 Turbogenerator Stapeln des Blechpaketes: 15

16 Turbogenerator Stator - Wickelkopf der Evolventenwicklung: 16

17 Turbogenerator Stator - Einbringen des Ober- bzw. Unterstabes: 17

18 Turbogenerator Stator mit fertiger Drehstromwicklung: 18

19 Turbogenerator Modell eines Wasser-Wasserstoff gekühlten Generators: 19

20 Kleine Schenkelpolmaschine Aufbau: 20

21 Klauenpolgenerator Aufbau: 21

22 Drehstromlichtmaschine Aufbau: 22

23 Grundlagen zur Berechnung 23

24 Grundlagen zur Berechnung 24

25 Grundlagen zur Berechnung 25

26 Grundlagen zur Berechnung Zeigerdiagramm: 26

27 Grundlagen zur Berechnung Belastungskennlinien (Inselbetrieb): 27

28 Grundlagen zur Berechnung Synchronisation: 28

29 Grundlagen zur Berechnung Synchronoskop: 29

30 Grundlagen zur Berechnung Wirklastbetrieb: 30

31 Grundlagen zur Berechnung Blindlastbetrieb: 31

32 Grundlagen zur Berechnung Betriebsbereiche: 32

33 Grundlagen zur Berechnung Stromortskurve: 33

34 Grundlagen zur Berechnung V-Kurven: 34

35 Grundlagen zur Berechnung 35

36 Übungen Ü6.1: Synchrongenerator Ein dreiphasiger Synchrongenerator (Vollpolmaschine) hat folgende Daten: 688MVA, 21 kv, Y-Schaltung, 50Hz, 3000min 1, cosϕ = 0.8, Gesamtwirkungsgrad η G = 99.5%. Bei einem Leerlaufversuch wurde die Nennspannung mit einem Erregerstrom I f 0 = 1689A erreicht, für den Kurzschlussversuch mit Nennstrom war ein Erregerstrom I f k = 3842A nötig. 1.Wie groß ist die Synchronreaktanz X d bei linearisierter Magnetisierungskennlinie? 2.Wie groß ist die Polpaarzahl? 3.Welche mechanische Leistung P m muss eine Dampfturbine mindestens abgeben, damit die Nenndaten erreicht werden? 4.Wie groß sind dabei die Gesamtverluste P v im Generator? 5.Wie groß ist der Erregerbedarf bei Nennbetrieb? 36

37 Übungen Ü6.2: Synchronmotor Ein Synchronmotor für 380V, Y, 50Hz hat die Leerlauferregung I E0 = 1.8A. Er läuft mit dem Leistungsfaktor cosϕ = 0.8 (induktiv) und dem Polradwinkel ϑ = 30 o. 1.Berechnen Sie den Erregerstrom I E 2.Bestimmen Sie grafisch anhand des Zeigerbildes, wie der Erregerstrom I E verändert werden muss, um bei gleichem Polradwinkel den Leistungsfaktor cosϕ = 1.0 einzustellen Empfohlener Maßstab: 20V/cm. 37

38 Übungen Ü6.3: Synchronmotor Ein Synchronmotor hat die Daten 380V, Dreieck, 50Hz, 3000min 1, cosϕ =1.0. Die synchrone Reaktanz beträgt X d =2.0Ω. Der Erregerstrom ist bei Nennbetrieb um I EN /I E0 =2.2 größer als im Leerlauf. Der Ständerwiderstand, die Eisenverluste und die magnetische Sättigung können wie üblich vernachlässigt werden. 1. Berechnen Sie den Polradwinkel ϑ 2. Wie groß ist das Drehmoment M i? 3. Berechnen Sie den Nennstrom I N 38

39 Übungen Ü6.4: Synchrongenerator Ein verlustfreier, zweipoliger Synchrongenerator in Sternschaltung mit der Nennleistung P N = 120MW für die Spannung U N = 10 kv, 50Hz hat die Synchronreaktanz X d = 1.0Ω. Die Nennerregung ist gegenüber dem Leerlauf um I EN /I E0 = 2.5 größer. 1.Berechnen Sie den Polradwinkel ϑ 2.Berechnen Sie das Kippmoment M K 3.Um welchen Faktor verändert sich das Kippmoment M 0k, wenn der Erregerstrom um 20% vergrößert wird? 39

40 Übungen Ü6.5: Synchronmaschine Ein Elektrizitätswerk bestellt eine Turbogruppe bestehend aus Dampfturbine und Synchrongenerator. Der Synchrongenerator soll folgende Nenndaten haben: 1500MVA, 27 kv, cosϕ=0.8, 1800min 1. Sein Wirkungsgrad wird mit 99% angenommen. Bestimmen Sie für Nennbetrieb 1.die Leiterströme I N in den Generatorableitungen, 2.die Strangströme I 1Y und I 1D bei Stern- und Dreieckschaltung, 3.die im Generator erzeugte Verlustleistung P V, 4.die Nennleistung der Dampfturbine P T und 5.das Wellenmoment M N. 6.Wie ändern sich die Strangströme (I 1Y, I 1D ), die Verlustleistung P V, die Turbinenleistung P T und das Wellenmoment M N, wenn der Kraftwerksbetreiber einen Turbogenerator mit cosϕ =0.9 bei sonst gleichen Daten bestellen würde? 40

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