Tutorium V: Musterlösung

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1 Tutorium V: Musterlösung 1 Fragen zur Synchronmaschine 1. Bei der Synchronmaschine wird wie bei der Asynchronmaschiene im Ständer ein Drehfeld erzeugt. Der Läufer besteht nun aus einem elektrisch oder Permanenterregten Magneten, der von dem umlaufenden Magnetfeld im Stator mitgezogen wird. Der Läufer hat so stets die gleiche Drehzahl, wie das Feld im Ständer. Im Läufer einer Asynchronmaschine treten stets Ströme auf, die eine Frequenz haben, die dem Schlupf entspricht. Wenn der Schlupf jetz null wird, d.h. der Läufer dreht mir der Synchrondrehzahl des Ständerfelde, hätte ein Läuferstrom in der ASM eine Frequenz von null. In der Erregerwicklung (Läufer) der Synchronmaschiene treten nur Stöme mit der Frequenz null auf, deshalb kann sie analog zur ASM nur mit der Synchrondrehzahl des Ständerfeldes rotieren. 2. Es werden Schenkelpolläufer und sog. Vollpolläufer gebaut. Die ersteren werden mit ausgeprägten Polen gevertigt und haben miest Polparzahlen >4. Sie werden überwiegend für Anwendungen verwendet, bei denen eine geringe Drehzahl benötigt wird wie z.b. in Wasserkraftwerken. Die zweiteren haben eine kleinen Durchmesser (<1m) und höchstens eine Polparzahl von 2. Sie werden somit für Anwendungen eingesetzt, bei denen höhere Drehzahlen vorkommen z.b. in Thermischen Kraftwerken. 3. Bei einer Außenpolmaschiene sind die mit gleichstromerregtenpole (Erregerwicklung) außen angebracht und die Drehstromwicklung ist auf dem Läufer moniert. Solche Maschienen werden hauptsächlich eingesetzt, um auf der Welle imt einem großen Generator monitert einen Erregerstrom für dessen Läuferpole zu erzeugen. Innenpolmaschienen haben ihre Erregerwicklungen auf dem Läufer und die Drehstromwiklung wird über den Ständer verteilt. Da in der Drehstromwicklung die Hauptleistung umgesetzt wird, eignen sich solche Maschinen für große Generatoren bis 1, 3GW. 4. Vorteile SM: - keinen Schlupf daher einfachere Regelung. - hoherer Wirkungsgrad - keine Probleme mit Luftspaltgöße - kann Blindleistung liefern oder aufnehmen (ASM nur aufnehmen) c Markus Stiegeler 1

2 Abb. 1: Vollpol und Schenkelpolmaschine Nachteile SM: - teurer - Anlauf aus Stillstand ohne LE problematischer 5. Ersatzschaltbild einer SM Abb. 2: Ersatzschaltbild einer Synchronmaschine 6. Zeigerdiagramme c Markus Stiegeler 2

3 Abb. 3: Zeigerdiagramm einer SM im Leerlauf 7. Zeigerdiagramm einer Synchronmaschine im Motorbetrieb mit Ständerwiderstrand 8. Drehzahl-Drehmoment-Diagramm 9. Polradwinkel-Drehmoment-Kennlinie c Markus Stiegeler 3

4 Abb. 4: Zeigerdiagramm einer untereregten SM im Leerlauf Abb. 5: Zeigerdiagramm einer übererregten SM im Leerlauf c Markus Stiegeler 4

5 Abb. 6: Zeigerdiagramm einer Synchronmaschiene im Motorbetrieb c Markus Stiegeler 5

6 Abb. 7: Zeigerdiagramm einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb c Markus Stiegeler 6

7 Abb. 8: Motorbetrieb mit Verlusten im Ständer Abb. 9: Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie einer Synchronmaschine c Markus Stiegeler 7

8 Abb. 10: Polradwinkel-Drehmoment-Kennlinie einer Synchronmaschine c Markus Stiegeler 8

9 2 1.Aufgabe 1. ESB siehe Abb.: 2 U 1 = jx d I 1 + U p 2. S = 38, 68MV A I = 2233A cos ϕ = 0, 895 ϕ = 26, 55 U = 2233V U p = 7061V Abb. 11: Übererregter Generator ϑ = 16, S = P = 34, 6MW I = 1997, 6A U = 1997, 6V U p = 6109, 8V c Markus Stiegeler 9

10 Abb. 12: Reine Wirkleistungsabgabe ϑ = 19, S = 43, 22MV A I = 2495A cos ϕ = 0, 80 ϕ = 36, 82 U = 2495V U p = 4721, 9V ϑ = 25, 03 3 Aufgabe 2 1. n N = min I N = 5498A 2. P elcos1 = 100MW P mechcos1 = 102, 77MW P thermcos1 = 293, 6MW c Markus Stiegeler 10

11 P elcos0,7 = 70MW P mechcos0,7 = 71, 9MW P thermcos0,7 = 205, 5MW 3. Spannungszeigerdiagramm im Nennpunkt bei cos ϕ = 0, M = 223, 421kNm 5. M K = 440, 205kNm 6. U = 8400V I = 3818A U P = 5900V c Markus Stiegeler 11

12 Abb. 13: Zeigerdiagramm im Nennpunkt c Markus Stiegeler 12

13 Abb. 14: Zeigerdiagramm im Kipppunkt c Markus Stiegeler 13