Warum kann ein permanent erregter Synchronmotor im Fall eines Kurzschlusses der Wicklungen blockieren?

Antwort der Redaktion

Das Verhalten des kurzgeschlossenen permanent erregten Synchronmotors lässt sich am besten an seinem 1-phasigen Ersatzschaltbild ableiten. Dieses Ersatzschaltbild beschreibt eine Wicklung und tritt im realen Motor 3 mal auf. Da der Motor symmetrisch aufgebaut sein soll, reicht es aus, eine Wicklung zu betrachten. Wichtig ist, dass alle 3 Wicklungen zum Drehmoment beitragen und damit die Leistung des gesamten Motors das 3-fache der Leistung einer Wicklung beträgt.

Die kurzgeschlossene Wicklung weist eins Spannungsquelle UM auf. Sie beschreibt die induzierte Spannung, die aufgrund der Drehbewegung des mit Permanentmagneten bestückten Rotors entsteht. Die induzierte Spannung steigt mit der Drehzahl linear an.

Die induzierte Spannung treibt einen Strom I durch die Wicklung. Die Höhe des Stromes hängt von der Impedanz Z ab, die sich aus dem ohmschen Widerstand R der Wicklung und der Induktivität L der Wicklung ergibt. Die Impedanz nimmt mit steigender Frequenz der induzierten Spannung zu.

Über dem Widerstand R wird Arbeit verrichtet und Leistung in Wärme umgesetzt. Diese Leistung muss an der Welle des kurzgeschlossenen Motors eingebracht werden.

Es gilt der Energieerhaltungssatz:

Setzt man die folgenden Gleichungen in die Gleichung des Leistungsgleichgewichtes ein, kann das Drehmoment in Abhängigkeit von der mechanischen Drehzahl bzw. der mechanischen Winkelgeschwindigkeit ermittelt werden.

Dabei beschreiben

• kE die Spannungskonstante und
• p die Polpaarzahl

des Motors.

Als Ergebnis erhält man die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des kurzgeschlossenen Synchronmotors.

Die Kennlinie ähnelt der des Asynchronmotors. Sie weist ihr Maximum bei einer kleinen Drehzahl auf und fällt dann mit 1/n ab. Der kurzgeschlossene permanent erregte Synchronmotor muss deshalb mit einem hohen Drehmoment angefahren werden, um die "Blockade" bei kleinen Drehzahlen zu überwinden.