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Das '''Polrad''' ist der Teil einer rotierenden Einphasen- oder [[Drehstrom-Synchronmaschine]], auf dem die [[Gleichstrom|gleichstromgespeiste]] [[Erregerwicklung]] untergebracht wird, also auf dem Läufer ([[Rotor]]). Bei [[Linearmotor]]en werden die Tragmagnete, die die Erregung sicherstellen und die Tragkräfte aufbringen, ebenfalls Polrad genannt.<ref name="Bahn" /> Dieser Artikel behandelt nur das Polrad der Synchronmaschine.

== Aufbau und Funktion ==
[[Bild:Synchronmaschine.png|mini|Polrad in einer Synchronmaschine mit Schleifringläufer]]
Das Polrad trägt [[Permanentmagnet]]e oder eine [[Erregerwicklung]], die ein magnetisches Feld erzeugen. Letzteres sind [[Spule (Elektrotechnik)|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 Erden|Seltene-Erd]]-Magnete wie [[Samarium-Cobalt]] (SmCo) nur noch für spezielle Kleinserien verwendet.

== Polradwinkel ==
[[Datei:Federmodell Polradwinkel Synchronmaschine.svg|mini|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 ([[Drehstrom-Synchronmaschine#Generatorbetrieb|Generatorbetrieb]]) bzw. nacheilt ([[Drehstrom-Synchronmaschine#Motorbetrieb|Motorbetrieb]]). Im Federmodell einer Synchronmaschine im Generatorbetrieb, mit der Polradspannung ''U''P und der Ständerspannung ''U''S, stellt die Federkraft ''F''Feder die Belastung durch das Netz dar, der das durch eine Antriebsmaschine zugeführte Drehmoment ''M'' und somit die Kraft ''F''M entgegenwirkt. Im Motorbetrieb entspräche die Federkraft dem Motormoment, welches dem Lastmoment entgegenwirkte. Der Polradwinkel darf für einen stabilen Betrieb nicht größer als 90° werden, üblich sind Polradwinkel im Bereich um 20° bis 30° bei [[Nennleistung]]. 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. Grafisch wird dieses Verhalten in der [[Drehstrom-Synchronmaschine#Stromortskurve|Stromortskurve]] der Synchronmaschine dargestellt. Bildlich gesprochen reißt beim Kippmoment die gedachte Feder, der Motor gerät „außer Tritt“. 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 kann ohne Abschaltung beschädigt oder zerstört werden.

Bei höherer [[Polpaarzahl]] weichen der (elektrische) Polradwinkel und der mechanische Polradwinkel voneinander ab. Die Umrechnung erfolgt über die Polpaarzahl.

:<math>\vartheta_m = \frac{\vartheta}{p}</math> <ref name="ETH" />

== Polrad in der Messtechnik ==
In der [[Messtechnik]] besteht das ''Polrad'' aus vielen kleinen Permanentmagneten. Auf dem Umfang wechseln sich etwa alle 0,5 bis 5 mm Nord- und Südpol ab. Die Magnetpole dienen als Maßverkörperung und werden mit Spulen oder Magnetfeldsensoren ([[Sensoren nach Messprinzip#Magnetfeldsensoren|Liste]]) abgetastet. Das Polrad wird wie ein [[Inkrementalgeber]] als Drehzahl- oder Winkelgeber verwendet. Gegenüber optischen Teilscheiben ist das Polrad unempfindlicher gegen Schmutz und Feuchtigkeit (z. B. Betauung), je nach Ausführung auch kostengünstiger, aber durch die gröbere Einteilung durch die beschränkte Anzahl an Magneten nicht so genau. Neben einer einzelnen Inkrementalspur sind auch mehrere magnetische Spuren auf einem Polrad realisierbar.

== 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 ==
<references>
<ref name="Bahn">''[http://www.bahnsysteme.tu-berlin.de/fileadmin/a3533/uploads/Sonstiges/300_Magnetbahnbegriffe.pdf Magnetbahnspezifische Begriffe und Definitionen].'' PDF(323 kB).</ref>
<ref name="ETH">''{{Webarchiv|url=http://www.pes.ee.ethz.ch/fileadmin/user_upload/pes/education/fpelma/SM.pdf |wayback=20151125205218 |text=Versuch Synchronmaschine |archiv-bot=2019-05-07 21:38:24 InternetArchiveBot }} (PDF; 882 kB)''. ETH Zürich</ref>
</references>

[[Kategorie:Bauteil (Elektromaschine)]]

Polrad - Versionsgeschichte

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