Welche Gründe liegen daran, dass Synchrongeneratoren höhere Verluste haben als Asynchronmotoren?
Gründe, warum die Verluste von Synchronmaschinen größer sind als die von Asynchronmotoren
Sowohl Synchronmaschinen als auch Asynchronmotoren verursachen während des Betriebs verschiedene Verluste, aber die Verluste bei Synchronmaschinen sind in der Regel höher. Dies ist hauptsächlich auf Unterschiede in ihrer Struktur und ihren Arbeitsprinzipien zurückzuführen. Hier sind einige der Hauptgründe:
1. Erregungsverluste
Synchronmaschine: Synchronmaschinen benötigen ein externes Erregungssystem, um das Magnetfeld zu erzeugen, was zusätzliche Verluste verursacht. Das Erregungssystem beinhaltet in der Regel einen Erreger, einen Gleichrichter und Erregungswicklungen, die alle elektrische Energie verbrauchen.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren erzeugen ihr Magnetfeld durch den Wechselstrom in den Statorwicklungen, wodurch die Notwendigkeit eines externen Erregungssystems entfällt und somit Erregungsverluste vermieden werden.
2. Kernverluste
Synchronmaschine: Synchronmaschinen haben in der Regel höhere Kernverluste, da sie mit stärkeren Magnetfeldern und bei höheren Frequenzen arbeiten. Kernverluste umfassen Hystereseverluste und Wirbelstromverluste.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben geringere Kernverluste, da sie mit schwächeren Magnetfeldern und bei niedrigeren Frequenzen arbeiten.
3. Kupferverluste
Synchronmaschine: Synchronmaschinen haben längere Stator- und Rotorwicklungen mit höherem Widerstand, was zu höheren Kupferverlusten führt. Darüber hinaus tragen auch die Erregungswicklungen zu den Kupferverlusten bei.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben kürzere Stator- und Rotorwicklungen mit geringerem Widerstand, was zu geringeren Kupferverlusten führt.
4. Mechanische Verluste
Synchronmaschine: Synchronmaschinen werden oft in großen Kraftwerken eingesetzt und arbeiten mit höheren Drehzahlen, was zu größeren mechanischen Verlusten durch Lager und Luftwiderstand führt.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren arbeiten in der Regel mit niedrigeren Drehzahlen, was zu geringeren mechanischen Verlusten führt.
5. Kommutationsverluste
Synchronmaschine: Während des Betriebs haben Synchronmaschinen eine größere Luftspalte zwischen Rotor und Stator, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Magnetfelds und zusätzlichen Verlusten führt.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben eine kleinere Luftspalte, was zu einem gleichmäßigeren Magnetfeld und geringeren Kommutationsverlusten führt.
6. Verluste durch Kühlungssysteme
Synchronmaschine: Große Synchronmaschinen benötigen oft komplexe Kühlungssysteme, um Wärme abzuführen, und diese Systeme selbst verbrauchen Energie, was die Gesamtverluste erhöht.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben einfachere Kühlungssysteme, was zu geringeren Verlusten führt.
7. Harmonische Verluste
Synchronmaschine: Synchronmaschinen können während des Betriebs aufgrund von Schwankungen im Erregungssystem und der Last Oberschwingungen erzeugen, was zu zusätzlichen Verlusten führt.
Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben geringere harmonische Verluste, da sie mit standardmäßigen Wechselstromquellen betrieben werden.
Zusammenfassung
Die Hauptgründe, warum Synchronmaschinen höhere Verluste als Asynchronmotoren haben, sind:
Erregungsverluste: Synchronmaschinen benötigen ein externes Erregungssystem, während Asynchronmotoren dies nicht tun.
Kernverluste: Synchronmaschinen arbeiten mit stärkeren Magnetfeldern, was zu höheren Kernverlusten führt.
Kupferverluste: Synchronmaschinen haben längere Wicklungen mit höherem Widerstand, was zu höheren Kupferverlusten führt.
Mechanische Verluste: Synchronmaschinen arbeiten mit höheren Drehzahlen, was zu größeren mechanischen Verlusten führt.
Kommutationsverluste: Synchronmaschinen haben eine größere Luftspalte, was zu höheren Kommutationsverlusten führt.
Verluste durch Kühlungssysteme: Synchronmaschinen benötigen komplexe Kühlungssysteme, was zu höheren Verlusten führt.
Harmonische Verluste: Synchronmaschinen können Oberschwingungen erzeugen, was zu zusätzlichen Verlusten führt.
Diese Faktoren tragen zusammen dazu bei, dass die Gesamtverluste bei Synchronmaschinen höher sind als bei Asynchronmotoren. Bei der Auswahl des geeigneten Motortyps für eine bestimmte Anwendung müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, darunter Effizienz, Kosten, Wartung und Betriebsbedingungen.
