Synchronmaschine oder SM

Die Synchronmaschine (SM) ist eine Drehfeldmaschine, bei der der Rotor synchron mit dem Drehfeld dreht. Bei der klassischen Ausführung der Synchronmaschine wird der Rotor elektrisch erregt und kann als Schenkelpolrotor oder als Vollpolrotor ausgeführt werden. Jedoch ist jede Maschinenausführung, bei der der Rotor synchron mit dem Drehfeld dreht, ob Transversalflussmaschine, PM-Maschine oder synchrone Reluktanzmaschine, eine Synchronmaschine. Die Synchronmaschine kann als Elektromotor und auch als Generator betrieben werden.

Aufbau und Funktionsprinzip

Die Maschine besteht aus einem Stator, der aus dreiphasigen Wicklungen ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, und einem Rotor mit permanentem oder fremderregtem Magnetfeld. Weil der Rotor synchron mit dem Statorfeld rotiert, gibt es keinen Schlupf – die Drehzahl ist fest an die Netzfrequenz gekoppelt. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und zwei Polpaaren ergibt das z. B. 3000 U/min.

Rotorbauformen

Man unterscheidet im Wesentlichen zwei Bauformen: Den Schenkelpolrotor mit ausgeprägten Polen für niedrige Drehzahlen sowie den Vollpolrotor (Trommel- oder Außenpol) für höhere Drehzahlen und Leistung. Bei fremderregten Varianten befinden sich Erregerwicklungen im Rotor – oft mit Dämpferwicklung zur Unterstützung beim Anlauf.

Betriebsarten und Steuerung

Im Motorbetrieb folgt der Rotor dem Statorfeld mit einem leichten Phasenwinkel (Polradwinkel), der das Drehmoment erzeugt. Bei Belastung steigt dieser Winkel, bei Überschreitung des Kippmoments bleibt der Rotor stehen. Generatorbetrieb ist möglich, wenn der Rotor mechanisch über der synchronen Drehzahl angetrieben wird – er speist dann Strom ins Netz. Frequenzumrichter ermöglichen variable Drehzahlen; Sensoren oder Resolver sorgen für Rotorlagenerfassung.

Eigenschaften und Einsatz

Synchronmaschinen bieten hohe Effizienz, konstante Drehzahl und die Möglichkeit zur Blindleistungsregelung – sie sind daher in Generatoren, Phasenschiebern und großen Maschinen im Einsatz. In industriellen Motoranwendungen nutzen sie PM-Motoren oder fremderregte Varianten für präzise Drehzahlführung, z. B. in Werkzeugmaschinen, Pumpen oder Schiffsantrieben.