Definition: Ein Motor, der mit Synchrondrehzahl läuft, wird als Synchronmotor bezeichnet. Die Synchrondrehzahl ist die konstante Drehzahl, mit der der Motor die elektromotorische Kraft erzeugt. Der Synchronmotor wird zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie verwendet.

Aufbau des Synchronmotors

Der Stator und der Rotor sind die beiden Hauptbestandteile des Synchronmotors. Der Stator wird stationär und trägt die Ankerwicklung des Motors. Die Ankerwicklung ist die Hauptwicklung, durch die die EMK im Motor induziert wird. Der Läufer trägt die Feldwicklungen. Der Hauptfeldstrom wird in den Rotor induziert. Es gibt zwei Arten von Rotoren: den Rotor mit ausgeprägten Polen und den Rotor ohne ausgeprägte Pole.

Der Synchronmotor verwendet den Rotor mit ausgeprägten Polen. Das Wort ausgeprägt bedeutet, dass die Pole des Rotors zu den Ankerwicklungen hin gerichtet sind. Der Rotor des Synchronmotors ist aus Stahlblechen hergestellt. Die Lamellen reduzieren die Wirbelstromverluste, die an den Wicklungen des Transformators auftreten. Der ausgeprägte Polrotor wird meist für die Konstruktion von Motoren mit mittlerer und niedriger Drehzahl verwendet. Um die hohe Drehzahl zu erreichen, wird im Motor ein zylindrischer Rotor verwendet.

Synchronmotor in Betrieb

Der Stator und der Rotor sind die beiden Hauptteile des Synchronmotors. Der Stator ist der stationäre Teil, und der Rotor ist der rotierende Teil der Maschine. Der Stator des Motors wird mit Dreiphasen-Wechselstrom versorgt.

Stator und Rotor werden beide separat erregt. Die Erregung ist der Prozess der Induktion des Magnetfeldes auf die Teile des Motors mit Hilfe eines elektrischen Stroms.

Wenn die dreiphasige Versorgung an den Stator gegeben ist, entwickelt sich das rotierende Magnetfeld zwischen dem Stator und dem Rotor Spalt. Das Feld mit beweglichen Polaritäten wird als magnetisches Drehfeld bezeichnet. Das magnetische Drehfeld entsteht nur in einem mehrphasigen System. Aufgrund des rotierenden Magnetfeldes bilden sich am Stator Nord- und Südpole aus.

Der Rotor wird durch die Gleichstromversorgung erregt. Die Gleichstromversorgung induziert die Nord- und Südpole auf dem Rotor. Da die Gleichstromversorgung konstant bleibt, bleibt auch der auf dem Rotor induzierte Fluss gleich. Der Fluss hat also eine feste Polarität. Der Nordpol entsteht an einem Ende des Rotors, der Südpol am anderen Ende.

Der Wechselstrom ist sinusförmig. Die Polarität der Welle ändert sich in jedem Halbzyklus, d.h. die Welle bleibt im ersten Halbzyklus positiv und wird im zweiten Halbzyklus negativ. Der positive und negative Halbzyklus der Welle entwickelt den Nord- bzw. Südpol am Stator.

Wenn Rotor und Stator den gleichen Pol auf der gleichen Seite haben, stoßen sie sich gegenseitig ab. Haben sie entgegengesetzte Pole, ziehen sie sich gegenseitig an. Dies lässt sich anhand der folgenden Abbildung leicht nachvollziehen: Der Rotor zieht sich während des ersten Halbzyklus der Versorgung zum Pol des Stators hin an und stößt sich während des zweiten Halbzyklus ab. So wird der Rotor nur an einer Stelle pulsiert. Aus diesem Grund ist der Synchronmotor nicht selbstanlaufend.

Die Antriebsmaschine wird zum Drehen des Motors verwendet. Die Antriebsmaschine dreht den Rotor mit seiner Synchrondrehzahl. Die Synchrondrehzahl ist die konstante Drehzahl der Maschine, deren Wert von der Frequenz und der Polzahl der Maschine abhängt.

Wenn sich der Rotor mit seiner Synchrondrehzahl zu drehen beginnt, wird die Antriebsmaschine vom Motor abgekoppelt. Der Rotor wird mit Gleichstrom versorgt, wodurch sich die Nord- und Südpole an ihren Enden entwickeln

Die Nord- und Südpole des Rotors und des Stators verriegeln sich gegenseitig. Dadurch beginnt sich der Rotor mit der Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfeldes zu drehen. Der Motor läuft also mit einer synchronen Drehzahl. Die Drehzahl des Motors kann nur durch Änderung der Netzfrequenz geändert werden.

Hauptmerkmale des Synchronmotors

• Die Drehzahl des Synchronmotors ist unabhängig von der Last, d.h. die Änderung der Last hat keinen Einfluss auf die Drehzahl des Motors.
• Der Synchronmotor ist nicht selbstanlaufend. Die Antriebsmaschine wird verwendet, um den Motor mit seiner Synchrondrehzahl zu drehen.
• Der Synchronmotor arbeitet sowohl bei voreilendem als auch bei nacheilendem Leistungsfaktor.

Der Synchronmotor kann auch mit Hilfe der Dämpferwicklungen gestartet werden.