Polrad

Polrad

Das Polrad ist der Teil einer rotierenden Einphasen- oder Drehstrom-Synchronmaschine, auf der die gleichstromgespeiste Erregerwicklung untergebracht wird, also auf dem Läufer (Rotor). Bei Linearmotoren werden die Tragmagnete, die die Erregung sicherstellen und die Tragkräfte aufbringen, ebenfalls Polrad genannt.[1] Dieser Artikel behandelt nur das Polrad der Synchronmaschine.

Inhaltsverzeichnis

Aufbau und Funktion

Polrad in einer Synchronmaschine mit Schleifringläufer

Das Polrad trägt Permanentmagnete oder eine Erregerwicklung, die ein magnetisches Feld erzeugen. Letzteres sind Spulen, die mit Gleichstrom gespeist werden. Als Permanentmagnete kommen heute meist Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) oder bei günstigeren Maschinen Ferrite zum Einsatz. Wegen der hohen Kosten werden Seltene-Erd-Magnete wie Samarium-Cobalt (SmCo) nur noch für spezielle Kleinserien verwendet.

Polradwinkel

Federmodell des Polradwinkels einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb

Der sogenannte Polradwinkel (oder auch Lastwinkel) ist der Winkel, unter dem das Polrad einer Synchronmaschine dem Synchrondrehfeld voreilt (Generatorbetrieb) bzw. nacheilt (Motorbetrieb). Im Federmodell einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb, mit der Polradspannung UP und der Ständerspannung US, stellt die Federkraft FFeder die Belastung durch das Netz dar, der das durch eine Antriebsmaschine zugeführte Drehmoment M und somit die Kraft FM entgegen wirkt. Im Motorbetrieb entspräche die Federkraft dem Motormoment, welches dem Lastmoment entgegen wirkte. Der Polradwinkel darf für einen stabilen Betrieb nicht größer als 90° werden (siehe auch Stromortskurve der Synchronmaschine). Bei 90° gibt die Maschine im Motorbetrieb das größte Drehmoment ab. Bei einem größeren Winkel „kippt“ die Maschine, weswegen das größte Moment auch Kippmoment genannt wird. Bildlich gesprochen reißt die gedachte Feder, der Motor gerät „außer Tritt“ und bleibt stehen. Wird die Synchronmaschine im Generatorbetrieb instabil betrieben, kann sie die mechanische Leistung nicht mehr in elektrische Leistung wandeln, „geht durch“, beschleunigt über ihre Bemessungsdrehzahl und wird ohne Abschaltung beschädigt oder gar zerstört.

Polrad in der Messtechnik

In der Messtechnik besteht das Polrad aus vielen kleinen Permanentmagneten. Auf dem Umfang wechseln sich etwa alle 2 bis 5 mm Nord- und Südpol ab. Die Magnete dienen als Maßverkörperung die mit Spulen oder Magnetfeldsensoren (Liste) ausgewertet wird. Das Polrad wird wie ein Inkrementalgeber als Drehzahl- oder Winkelsensor verwendet. Gegenüber optischen Teilscheiben ist das Polrad unempfindlicher für Schmutz, billiger durch die offene Bauweise, aber nicht so genau.

Literatur

  • Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und Elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1990, ISBN 3-8085-5002-3.
  • Gerd Fehmel, Horst Flachmann, Otto Mai: Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen. 12. Auflage, Vogel Buchverlag, Oldenburg/Würzburg, 2000, ISBN 3-8023-1795-5.

Einzelnachweise

  1. ↑ Magnetbahnspezifische Begriffe und Definitionen. PDF(323 kB).

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