Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Synchronmaschinen und Sondermotoren

Synchronmaschinen und Sondermotoren erklärt: Polrad, Kippen, Erregung, Synchronisieren, PM-Motor, Reluktanz-, Schritt-, EC- und Kondensatormotor.

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Darum geht es

Bei der Synchronmaschine läuft der Läufer, das Polrad, genau mit der Drehzahl des Drehfelds. Er ist mit einer Erregerwicklung über Gleichstrom oder mit Permanentmagneten magnetisiert und wird vom Drehfeld mitgezogen. Bei Last bleibt das Polrad um den Polradwinkel zurück, die Drehzahl ändert sich nicht. Überschreitet die Last das Kippmoment, fällt die Maschine außer Tritt. Am starren Netz läuft ein Synchronmotor nicht von selbst an; er braucht einen Dämpferkäfig oder einen Umrichter.

Als Generator erzeugt die Synchronmaschine fast den gesamten Strom in Kraftwerken. Die Frequenz hängt von Polpaarzahl und Drehzahl ab, deshalb haben langsam laufende Wasserkraftgeneratoren viele Pole. Bevor ein Generator auf das Netz geschaltet wird, müssen Spannung, Frequenz, Phasenfolge und Phasenlage übereinstimmen. Am Netz stellt der Erregerstrom die Blindleistung ein: Übererregt gibt die Maschine induktive Blindleistung ab und wirkt wie ein Kondensator, untererregt nimmt sie welche auf.

Permanentmagneterregte Synchronmotoren erreichen sehr hohe Wirkungsgrade und kleine Baugrößen, laufen aber am Umrichter. Achtung: Dreht die Last die Welle, steht an den Klemmen Spannung, auch wenn alles freigeschaltet ist. Zu den Sondermotoren gehören der Synchron-Reluktanzmotor ohne Magnete, der Schrittmotor für Positionieraufgaben ohne Geber, der EC-Motor mit elektronischer Kommutierung, der Universalmotor mit Kommutator und der einphasige Kondensatormotor mit Hilfsstrang.

Das solltest du dir merken

Der Synchronmotor läuft schlupffrei genau mit der Drehfelddrehzahl.
Über dem Kippmoment fällt die Synchronmaschine außer Tritt.
Übererregt liefert die Synchronmaschine induktive Blindleistung ins Netz.
Ein PM-Motor erzeugt Spannung, sobald seine Welle gedreht wird.
Ein Schrittmotor verliert bei Überlast Schritte, die Position stimmt dann nicht mehr.

Formeln

Frequenz und Drehzahl: $f = \frac{p \cdot n}{60}$; $f$ in Hz, $p$ Polpaarzahl, $n$ Drehzahl in min⁻¹
Drehzahl des Schrittmotors: $n = \frac{f _{z} \cdot 60}{z}$; $f_{z}$ Schrittfrequenz in Hz, $z$ Schritte je Umdrehung, $n$ in min⁻¹

Typische Fehler in der Prüfung

Dem Synchronmotor einen lastabhängigen Schlupf zugeschrieben.
Unter- und Übererregung beim Blindleistungsverhalten verwechselt.
An einem PM-Motor nur freigeschaltet und die drehende Welle nicht gesichert.

Tipps aus der Werkstatt

Ein permanenterregter Motor ist auch freigeschaltet nicht spannungsfrei, sobald sich seine Welle dreht. Lüfter im Luftzug, Bänder mit Gefälle oder Aufzüge treiben ihn als Generator an. Vor jeder Arbeit an den Klemmen die Welle mechanisch gegen Drehen sichern und erst dann Spannungsfreiheit feststellen.

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12 Aufgaben zu „Synchronmaschinen und Sondermotoren“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Maschinen und Antriebstechnik, Lernfeld 7 (Betriebsverhalten elektrischer Maschinen analysieren); DIN EN 60034-1. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.