Was ist der Spannungswinkel und die Last im Fall eines synchronen Motors?

Leistungswinkel und Last bei Synchronmotoren

Der Leistungswinkel (Power Angle) und die Last bei Synchronmotoren stehen in enger Beziehung zueinander. Das Verständnis dieser Konzepte hilft, das Arbeitsprinzip und die Leistung von Synchronmotoren besser zu erfassen. Hier ist eine detaillierte Erklärung:

1. Leistungswinkel (Power Angle)

Definition

Der Leistungswinkel (auch Drehmomentwinkel oder elektrischer Winkel, bezeichnet mit δ) ist die Phasendifferenz zwischen der Achse des Rotorfeldes und der Achse des Statorfeldes. Er stellt die Position des Rotorfeldes relativ zum Statorfeld dar.

Auswirkungen

• Leistungsübertragung: Der Leistungswinkel beeinflusst direkt die von dem Synchronmotor aus dem Netz absorbierte Wirkleistung. Je größer der Leistungswinkel, desto mehr Wirkleistung absorbiert der Motor.

• Stabilität: Ein zu großer Leistungswinkel kann dazu führen, dass der Motor die Synchronisation verliert und ein "Rutschen" auftritt.

2. Last

Definition

Die Last bezieht sich auf die mechanische Last, die vom Synchronmotor angetrieben wird, und wird in der Regel in Leistungseinheiten (Kilowatt oder Pferdestärken) angegeben.

Beziehung

Beziehung zwischen Leistungswinkel und Last: Der Leistungswinkel δ und die Last P eines Synchronmotors haben eine nichtlineare Beziehung, die durch die folgende Formel ausgedrückt werden kann:

Wobei:

• P die vom Motor absorbierte Wirkleistung (Watt oder Kilowatt) ist.

• E die Leerlauf-EMF (Elektromotorische Kraft) des Motors (Volt) ist.

• V die Netzspannung (Volt) ist.

• Xs die synchrone Reaktanz des Motors (Ohm) ist.

• δ der Leistungswinkel (Bogenmaß) ist.

3. Graphische Darstellung der Leistungswinkeleigenschaften

Kennlinie

• Kennlinie: Die Beziehung zwischen Leistungswinkel und Last kann durch eine Kennlinie dargestellt werden. Diese Kurve ist in der Regel nichtlinear und folgt einer Sinusfunktion.

• Maximale Leistungspunkt: Wenn der Leistungswinkel δ 90 Grad (π/2 Bogenmaß) erreicht, absorbiert der Motor die maximale Wirkleistung Pmax:

Ausrutschpunkt: Wenn der Leistungswinkel 90 Grad überschreitet, kann der Motor die Synchronisation verlieren und in einen "Rutsch"-Zustand geraten.

4. Einflussfaktoren

Netzspannung

Spannungsänderung: Änderungen der Netzspannung V beeinflussen die Beziehung zwischen Leistungswinkel und Last. Eine Erhöhung der Spannung ermöglicht es dem Motor, mehr Wirkleistung zu absorbieren.

Motorkenngrößen

Synchrone Reaktanz: Die synchrone Reaktanz Xs ist ein wichtiger interner Parameter des Motors, der die Beziehung zwischen Leistungswinkel und Last beeinflusst. Eine höhere synchrone Reaktanz führt zu weniger absorbierten Wirkleistung durch den Motor.

Laständerung

Erhöhung der Last: Wenn die Last zunimmt, passt der Motor automatisch den Leistungswinkel an, um mehr Wirkleistung zu absorbieren, bis ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird.

5. Zusammenfassung

• Leistungswinkel δ: Stellt die Phasendifferenz zwischen dem Rotorfeld und dem Statorfeld dar und beeinflusst direkt die vom Motor absorbierte Wirkleistung.

• Last P: Die mechanische Last, die vom Motor angetrieben wird, hat eine nichtlineare Beziehung zum Leistungswinkel.

• Beziehungsgleichung: P=（EV/Xs） sin(δ) beschreibt die Beziehung zwischen Leistungswinkel und Last.

• Maximaler Leistungspunkt: Wenn der Leistungswinkel δ 90 Grad erreicht, absorbiert der Motor die maximale Wirkleistung Pmax=EV/ Xs.

• Ausrutschpunkt: Wenn der Leistungswinkel 90 Grad überschreitet, kann der Motor die Synchronisation verlieren.

Das Verständnis dieser Konzepte hilft, Synchronmotoren besser zu entwerfen und zu betreiben, um ihre stabile Funktion unter verschiedenen Bedingungen sicherzustellen.