Ein Synchronmotor ist eine Art Wechselstrommotor. Ein Wechselstrommotor bezieht sich auf einen Motor, der Wechselstrom als Eingang aufnimmt und ihn in eine Drehbewegung umwandelt (Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie). Der Hauptunterschied zwischen Wechsel- und Gleichstrommotoren besteht darin, dass die Drehzahl eines Gleichstrommotors durch seine Spannung gesteuert wird, während die Drehzahl eines Wechselstrommotors eine Funktion der Versorgungsfrequenz ist.

Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren.

1. Synchronmotoren
2. Induktionsmotoren (Asynchronmotor)

Synchronmotoren

Unter einem Synchronmotor versteht man einen Wechselstrommotor, der mit synchroner Drehzahl läuft. Ein Synchronmotor besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: einem Rotor und einem Stator. Der Stator ist ein unbeweglicher Teil und der Rotor ein beweglicher Teil des Synchronmotors. Der Synchronmotor nutzt wie ein Induktionsmotor einen Stator, um ein rotierendes Magnetfeld (RMF) zu erzeugen.

Der Rotor eines Synchronmotors besteht aus Permanentmagnetspulen, die durch eine Gleichstromversorgung erregt werden. Wenn der Stator mit Wechselstrom versorgt wird, wird ein rotierendes Magnetfeld (RMF) erzeugt. Der Rotor hat Pole mit unterschiedlicher Polarität. Wenn dieses Rotormagnetfeld aufgrund unterschiedlicher Polaritäten mit dem Stator-RMF interagiert, sperren Stator-RMF und Rotormagnetfeld, da sich RMF mit synchroner Geschwindigkeit bewegt und der Rotor beginnt, sich mit synchroner Geschwindigkeit zu drehen. Daher werden sie Synchronmotoren oder Motoren mit konstanter Drehzahl genannt.

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Funktionsprinzip des Synchronmotors

Ein Synchronmotor basiert auf dem Prinzip der magnetischen Verriegelung. Der Start eines Synchronmotors erfolgt auf die gleiche Weise wie bei einem Induktionsmotor, der zunächst durch eine dreiphasige Wechselstromversorgung an den Stator erregt wird. Wenn die Maschine ihre maximale Drehzahl erreicht hat, die 90 % ihrer Drehzahl entspricht, wird eine Gleichstromquelle an den Rotor angelegt.

An die Ankerwicklung ist eine 3-Phasen-Quelle angeschlossen, und der Anker entwickelt ein rotierendes Magnetfeld, das sich mit einer synchronen Geschwindigkeit von 120f/P dreht. Sobald wir die permanenten Pole der von der Gleichstromquelle erzeugten Feldwicklung erregen, versucht diese, den ungleichen Pol der rotierenden Magnetpole anzuziehen. Wenn die Magnetpole angezogen und ineinandergreifen, dreht sich der Rotor mit synchroner Geschwindigkeit weiter.

Wo,

f = Frequenz

und p = Anzahl der Pole

Aufbau eines Synchronmotors

Der Synchronmotor besteht aus zwei Primärteilen; Stator und Rotor

Stator:

Ein Stator ist ein stationärer (unbeweglicher) Teil einer Synchronmaschine. Der Stator besteht aus einem Gusseisenkern, der als Joch bezeichnet wird und der Maschine Stabilität verleiht. Bei einem Synchronmotor liegt die Ankerwicklung über dem Stator, die sogenannte Statorwicklung. Der Statorkern besteht aus laminierten Stahlblechen, was zur Reduzierung der Wirbelstromverluste beiträgt. Die Lüftungskanäle befinden sich im Maschinenrahmen, der den hohen Temperaturen standhält. Die Wicklung des Anlassers ist eine 3-Phasen-Wicklung, die durch die 3-Phasen-Wechselstromversorgung erregt wird.

Rotor:

Ein Rotor ist ein rotierendes (bewegliches) Teil einer Synchronmaschine. Der Rotor enthält eine Feldwicklung, die über Schleifringe mit Gleichstrom versorgt wird. Der Rotor ist in zwei Typen unterteilt, die als ausgeprägter Pol und nicht ausgeprägter Pol bekannt sind. Die meisten Synchronmotoren verwenden eine Konstruktion mit ausgeprägtem Pol.

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Schenkelpolrotor:

Der Schenkelpolrotor hat einen großen Durchmesser und eine kurze axiale Länge. Der Luftspalt im Schenkelpolrotor ist ungleichmäßig und die Pole ragen nach außen zur Rotoroberfläche. Die Pole sind aus Siliziumstahl laminiert und tragen die Feldwicklung, und die Polflächen sind im Allgemeinen mit Schlitzen (zur Unterstützung) für die Käfigwicklung versehen. Die Dämpferstäbe werden an beiden Enden durch die Kupferringe kurzgeschlossen. Die Funktion der Dämpferwicklung sorgt in erster Linie für das Anlaufdrehmoment und begrenzt das Pendeln (unerwünschte Geräusche und Vibrationen der Maschine) in einem Synchronmotor.

Rotor mit nicht ausgeprägtem Pol:

Der Aufbau eines Rotors mit nicht ausgeprägtem Pol ist zylindrisch und enthält parallele Schlitze zur Platzierung der Rotorwicklungen. Die Schlitze sind in Reihe mit den Schleifringen verbunden, die durch die Gleichstromquellenversorgung erregt werden. Der nicht ausgeprägte Mast besteht aus massivem Stahlmaterial. Es hat einen sehr kleinen Durchmesser und eine sehr große koaxiale Länge mit einem gleichmäßigen Luftspalt.

Unterschied zwischen Synchronmotor und Induktionsmotor (Asynchronmotor)

Vorteile des Synchronmotors

• Der Synchronmotor läuft mit konstanter Drehzahl, d. h. seine Drehzahl ist nicht lastabhängig. Es wird beispielsweise in Uhren verwendet.
• Die Betriebsfrequenz des Synchronmotors ist hoch.
• Ein übererregter Synchronmotor kann Blindleistung entwickeln; Daher ist es hohen Belastungen gewachsen und stabilisiert das System.
• Ein Synchronmotor wird vor allem zum Antrieb hoher Lasten eingesetzt, was eine hohe Leistung bei niedriger Drehzahl erfordert. Zum Beispiel Mühlen.

Nachteile des Synchronmotors

• Der Synchronmotor benötigt eine separate Gleichstromquelle zur Rotorerregung, während der andere Motor keine separate Erregung benötigt.
• Es ist teuer.
• Zur Rotorerregung werden Bürsten und Schleifringe benötigt, wodurch Verluste entstehen.

Anwendung eines Synchronmotors

Im digitalen Zeitalter findet ein Synchronmotor breite Anwendung im täglichen Leben. Die häufigste Anwendung von Synchronmotoren sind Dinge, die eine konstante Geschwindigkeit erfordern, da die Netzfrequenz kurz- und langfristig präzise gesteuert wird – zum Beispiel digitale und analoge Uhren, Tonbandgeräte, Plattenspieler usw.