Welche Gründe gibt es dafür, dass Synchrongeneratoren höhere Verluste haben als Asynchronmotoren?

Obwohl Synchronmaschinen (Synchronous Generators) und Asynchronmotoren (Induction Motors) auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion basieren, unterscheiden sie sich in Struktur und Arbeitsprinzipien. Diese Unterschiede führen dazu, dass Synchronmaschinen im Vergleich zu Asynchronmotoren in der Regel höhere Verluste aufweisen. Hier ist eine detaillierte Analyse der Gründe:

1. Verluste des Erregersystems

• Synchronmaschine: Synchronmaschinen benötigen ein unabhängiges Erregersystem, um das Magnetfeld des Rotors zu erzeugen. Dieses System beinhaltet in der Regel einen Erreger, einen Gleichrichter und die zugehörigen Steuerungsschaltungen, die Energie verbrauchen und zusätzliche Verluste verursachen.

• Asynchronmotor: Asynchronmotoren erzeugen das Magnetfeld des Rotors durch Induktion aus dem Stator-Magnetfeld, was die Notwendigkeit eines unabhängigen Erregersystems entfällt und diese Art von Verlust reduziert.

2. Kernverluste

• Synchronmaschine: Kernverluste (einschließlich Hysterese- und Wirbelstromverluste) bei Synchronmaschinen sind in der Regel höher. Das liegt daran, dass Synchronmaschinen stärkere Magnetfelder haben und die Kernmaterialien sowohl des Rotors als auch des Stators höhere magnetische Flussdichten aushalten müssen.

• Asynchronmotor: Kernverluste bei Asynchronmotoren sind aufgrund schwächerer Magnetfelder und geringerer magnetischer Flussdichten relativ geringer.

3. Kupferverluste

• Synchronmaschine: Die Wicklungen des Stators und des Rotors bei Synchronmaschinen sind in der Regel länger und haben mehr Windungen, was zu einem höheren Widerstand und damit zu höheren Kupferverlusten führt.

• Asynchronmotor: Die Wicklungen von Asynchronmotoren sind in der Regel kompakter mit geringerem Widerstand, was zu geringeren Kupferverlusten führt.

4. Luftwiderstandsverluste

• Synchronmaschine: Synchronmaschinen, insbesondere solche, die für die großtechnische Stromerzeugung verwendet werden, haben größere Rotoren. Die Luftwiderstandsverluste (auch mechanische Verluste genannt), die während der Rotation entstehen, sind höher.

• Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben kleinere Rotoren, was zu geringeren Luftwiderstandsverlusten führt.

5. Lagerverluste

• Synchronmaschine: Die Lagerspannungen bei Synchronmaschinen, insbesondere bei großen Maschinen, sind höher, was zu höheren Reibungsverlusten führt.

• Asynchronmotor: Die Lagerspannungen bei Asynchronmotoren sind vergleichsweise geringer, was zu geringeren Reibungsverlusten führt.

6. Verluste des Kühlungssystems

• Synchronmaschine: Große Synchronmaschinen benötigen effiziente Kühlungssysteme, um sichere Betriebstemperaturen zu gewährleisten. Diese Kühlungssysteme verbrauchen selbst Energie und tragen zu den Gesamtverlusten bei.

• Asynchronmotor: Asynchronmotoren haben einfachere Kühlungssysteme, was zu geringeren Verlusten führt.

7. Geschwindigkeits- und Steuersystemverluste

• Synchronmaschine: Synchronmaschinen werden in der Regel in Stromerzeugungssystemen eingesetzt und erfordern komplexe Geschwindigkeits- und Steuersysteme, um eine stabile Ausgangsfrequenz und Spannung aufrechtzuerhalten. Diese Steuersysteme verbrauchen Energie.

• Asynchronmotor: Asynchronmotoren werden in der Regel zum Antrieb mechanischer Lasten eingesetzt und haben einfachere Geschwindigkeits- und Steuersysteme, was zu geringeren Verlusten führt.

Zusammenfassung

Die Verluste bei Synchronmaschinen sind im Allgemeinen größer als bei Asynchronmotoren aus folgenden Gründen:

• Verluste des Erregersystems: Synchronmaschinen benötigen unabhängige Erregersysteme, die den Energieverbrauch erhöhen.

• Kernverluste: Synchronmaschinen haben höhere Magnetfeldstärken und magnetische Flussdichten, was zu höheren Kernverlusten führt.

• Kupferverluste: Die Wicklungen von Synchronmaschinen haben einen höheren Widerstand, was zu höheren Kupferverlusten führt.

• Luftwiderstandsverluste: Synchronmaschinen haben größere Rotoren, was zu höheren Luftwiderstandsverlusten führt.

• Lagerverluste: Synchronmaschinen haben höhere Lagerspannungen, was zu höheren Reibungsverlusten führt.

• Verluste des Kühlungssystems: Synchronmaschinen erfordern effiziente Kühlungssysteme, die zusätzliche Energie verbrauchen.

• Geschwindigkeits- und Steuersystemverluste: Synchronmaschinen benötigen komplexe Geschwindigkeits- und Steuersysteme, die Energie verbrauchen.