Wie wirkt sich eine Verringerung der Erregung eines Synchronmotors auf seinen Stromverbrauch aus?

Auswirkungen der Verringerung der Erregung auf den Stromverbrauch in Synchronmotoren

Die Reduzierung der Erregung eines Synchronmotors hat erhebliche Auswirkungen auf seinen Stromverbrauch und beeinflusst hauptsächlich mehrere wesentliche Aspekte:

1. Veränderungen des Ankerstroms

Der Ankerstrom (d.h. Statorstrom) eines Synchronmotors besteht aus zwei Komponenten: Wirkstrom und Blindstrom. Zusammen bestimmen diese den gesamten Ankerstrom.

• Wirkstrom: In Bezug zur mechanischen Leistungsausgabe des Motors, die in der Regel durch die Last bestimmt wird.

• Blindstrom: Wird verwendet, um das Magnetfeld aufzubauen und ist eng mit dem Erregungsstrom verbunden.

Wenn der Erregungsstrom reduziert wird, schwächt sich die Stärke des Motor-Magnetfeldes, was zu folgenden Veränderungen führt:

Zunahme des Blindstroms: Um denselben Leistungsfaktor beizubehalten, muss der Motor mehr Blindstrom vom Netz beziehen, um das schwächere Magnetfeld auszugleichen. Dies führt zu einer Zunahme des gesamten Ankerstroms.

Stromungleichgewicht: Wenn die Erregung zu gering ist, kann der Motor in einen untererregten Zustand geraten, in dem er nicht nur Wirkleistung, sondern auch eine große Menge an Blindleistung vom Netz bezieht. Dies kann zu einem Stromungleichgewicht, Spannungsschwankungen oder Instabilität führen.

2. Veränderungen des Leistungsfaktors

Der Leistungsfaktor eines Synchronmotors ist ein entscheidender Indikator für seine Effizienz. Der Leistungsfaktor kann in zwei Zustände unterteilt werden:

Vorgehender Leistungsfaktor (Übererregter Zustand): Wenn der Erregungsstrom hoch ist, generiert der Motor überschüssigen magnetischen Fluss, wodurch er reaktivleistung zurück ins Netz speist, was zu einem vorgehenden Leistungsfaktor führt.

Nachgehender Leistungsfaktor (Untererregter Zustand): Wenn der Erregungsstrom reduziert wird, kann der Motor nicht genügend magnetischen Fluss erzeugen und muss reaktivleistung vom Netz beziehen, was zu einem nachgehenden Leistungsfaktor führt.

Daher verschlechtert die Reduzierung des Erregungsstroms den Leistungsfaktor des Motors (macht ihn nachgehen), was zu einer höheren Nachfrage nach Blindstrom und einem erhöhten Gesamtstromverbrauch führt.

3. Veränderungen des elektromagnetischen Drehmoments

Das elektromagnetische Drehmoment eines Synchronmotors hängt sowohl vom Erregungsstrom als auch vom Ankerstrom ab. Genauer gesagt kann das elektromagnetische Drehmoment T wie folgt ausgedrückt werden:

wobei:

T das elektromagnetische Drehmoment, k eine Konstante, ϕ der magnetische Fluss im Luftspalt (proportional zum Erregungsstrom), Ia der Ankerstrom ist.

Wenn der Erregungsstrom reduziert wird, nimmt der magnetische Fluss im Luftspalt ϕ ab, was zu einer Verringerung des elektromagnetischen Drehmoments führt. Um dasselbe Lastmoment beizubehalten, muss der Motor den Ankerstrom erhöhen, um diesen Verlust auszugleichen. Daher führt die Reduzierung des Erregungsstroms zu einer Zunahme des Ankerstroms und damit zu einem erhöhten Gesamtstromverbrauch.

4. Stabilitätsprobleme

Wenn der Erregungsstrom zu stark reduziert wird, kann der Motor in einen untererregten Zustand geraten, was potenziell zu einem Verlust der Synchronisation führt. In diesem Zustand kann der Motor die Synchronisation mit dem Netz nicht aufrechterhalten, was zu schwerwiegenden elektrischen und mechanischen Fehlfunktionen führen kann. Darüber hinaus verschlechtern sich in einem untererregten Zustand die Stabilität und dynamische Reaktion des Motors.

5. Auswirkungen auf die Spannungsregelung

Synchronmotoren können die Netzspannung durch Anpassung des Erregungsstroms regeln. Wenn der Erregungsstrom reduziert wird, nimmt auch die Fähigkeit des Motors, die Netzspannung zu unterstützen, ab, was potenziell zu einem Spannungsabfall führen kann, insbesondere unter hoher Last.

Zusammenfassung

Die Reduzierung des Erregungsstroms eines Synchronmotors beeinflusst seinen Stromverbrauch in den folgenden wesentlichen Punkten:

• Zunahme des Ankerstroms: Aufgrund der Notwendigkeit, mehr Blindstrom vom Netz zu beziehen, um das geschwächte Magnetfeld auszugleichen, nimmt der gesamte Ankerstrom zu.

• Verschlechterung des Leistungsfaktors: Die Reduzierung des Erregungsstroms verschlechtert den Leistungsfaktor (macht ihn nachgehen), was die Nachfrage nach Blindstrom weiter erhöht.

• Reduktion des elektromagnetischen Drehmoments: Um dasselbe Lastmoment beizubehalten, muss der Motor den Ankerstrom erhöhen, was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt.

• Abnahme der Stabilität und Spannungsregelungsfähigkeit: Eine unzureichende Erregung kann zu einem Verlust der Synchronisation oder Spannungsinstabilität führen.

Daher ist es in der Praxis wichtig, den Erregungsstrom entsprechend den Lastanforderungen anzupassen, um eine effiziente und stabile Motorenbetriebsweise sicherzustellen.