Logo of the Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Permanentmagneterregte Synchronmaschinen unter den Aspekten des Explosionsschutzes

07.11.2012

Insbesondere unter Energieeffizienzgesichtspunkten weist die permanentmagneterregte Synchronmaschine gegenüber der Asynchronmaschine im Konstantmomentbereich (Ankerstellbereich) und im in der Praxis häufig anzutreffenden Teillastbetrieb große Vorteile auf. Bei den aktuellen (und zukünftig wahrscheinlich noch steigenden) Kosten für die Elektroenergie erfolgt eine Amortisation der Mehrkosten der Synchronmaschine in überschaubaren Zeiträumen.

Neben den Vorteilen durch die höhere Energieeffizienz kommen auch Vorteile durch einen im Vergleich zur Asynchronmaschine geringeren Maschinenstrom bei gleicher abgegebener mechanischer Leistung hinzu. Dieses gestattet oftmals die Auswahl eines „kleineren“ und günstigeren Frequenzumrichters. Häufig kann die Motorbaugröße auch eine Baugrößenstufe „kleiner“ ausgewählt werden als bei Verwendung einer Asynchronmaschine, welches auch eine Platzersparnis bedeutet.

Es ist daher abzusehen, dass zukünftig die permanentmagneterregte Synchronma-schine auch im Bereich der explosionsgeschützten Maschinen immer breitere An-wendungsfälle findet und daher auch unter den Aspekten der Kostenersparnis für die Hersteller ein tiefergehendes Verständnis der explosionsschutzrelevanten Vorgänge in der Maschine immer wichtiger wird.

Zum sicheren Betrieb der permanentmagneterregten Synchronmaschinen in explosionsgefährdeten Bereichen sind detaillierte Kenntnisse über die potentiellen Zündquellen dieser Maschinenbauart sowie deren sicherheitstechnische Beherrschung von elementarer Bedeutung. Bei permanentmagneterregten Maschinen sind das  zum einen die Erwärmung im Normalbetrieb und im Störungsfall zusammen mit dem Schutz der Maschine vor Überlastung und die mechanisch sichere Befestigung der Magnete des Rotors.

Hier sind auch zusätzliche Erwärmungen des Rotors und der Magnete durch umrichterbedingte Stromoberschwingungen mit Grundwellenpolteilung in der Ma-schine ein wichtiges Thema.

Aber auch möglicherweise zündfähiger Teil- und Gleitentladungen der Wicklung bei Beaufschlagung mit transienten, umrichterbedingten Überspannungen sind ein wichtiger Aspekt des Explosionsschutzes und verdienen einer Beachtung. Der eingesetzte Maschinenschutz muss gemäß Bild 1 die für den Explosionsschutz relevanten Fehlerfälle sicher erkennen.

Mögliche Fehlerfälle der PM-Synchronmaschine


Bild 1: mögliche Fehlerfälle bei der PM-Synchronmaschine


Im Rahmen eines Forschungsvorhabens zusammen mit dem Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen der Technischen Universität Braunschweig sowie namenhaften Herstellern derartiger Maschinen sollen zukünftig speziell die den Explosionsschutz betreffenden Aspekte wissenschaftlich untersucht und deren Auswirkungen auf den sicheren Betrieb der Maschinen und die Prüfpraxis bewertet werden.
Die Entwicklung auch von anderen Benannten Stellen anerkannten „Prüfregeln“ für derartige Maschinen und die Erarbeitung von „Design Rules“ als Unterstützung für die Hersteller soll unter anderem auch aufwändige Mehrfachprüfungen nach dem „Trial and Error“ Verfahren für die Zertifizierung vermeiden helfen und sind ein weiteres wichtiges Ziel des geplanten Projektes.

Kontakt: Dr.-Ing. Christian Lehrmann, FB 3.72, christian.lehrmann(at)ptb.de