16 Dynamik der Synchronmaschine

In diesem Kapitel werden die dynamischen Grundgleichungen der elektrisch erregten und permanenterregten Synchronmaschine mit und ohne Dämpferwicklung behandelt. Ausgehend von der Raumzeigerrechnung für dreisträngige Wicklungssysteme wird die Zweiachsentheorie eingeführt, die berücksichtigt, dass bei Synchronmaschinen durch die Gleichfelderregung im Läufer zwischen einer magnetischen Längs- und Querachse unterschieden wird. Die aus kurzgeschlossenen Stäben aufgebaute Dämpferwicklung wird dabei in eine äquivalente zweisträngige Ersatzwicklung umgerechnet. Für eine Berechnung von einzelnen Dämpferstabströmen im dynamischen Betrieb wäre eine Erweiterung der dynamischen Gleichungen dahingehend erforderlich, dass jeder Stab durch eine eigene Differentialgleichung für elektromagnetische Ausgleichsvorgänge beschrieben wird. Für den Sonderfall elektrodynamischer Ausgleichsvorgänge bei konstanter Drehzahl werden die Reaktanzoperatoren der Synchronmaschine hergeleitet. Als zwei wesentliche Anwendungen werden der Stoßkurzschluss und die dynamische Stabilität der Synchronmaschine behandelt. Mit dieser Einführung in die Dynamik der Synchronmaschine ist es möglich, vertiefende Werke dazu leichter zu verstehen, in denen weiterführende Thematiken, die hier nicht dargestellt sind, ausführlich beschrieben werden, wie z. B. der zweipolige, einsträngige Stoßkurzschluss (Concordia 1951, Laible 1952, Bonfert 1962, Böning 1978). Zum Abschluss dieses Kapitels wird als Anwendung der dynamischen Stabilität auf die kritische Fehlerklärungszeit eingegangen.