Taschenbücher der Technik Herausgegeben vom Wissenschaftlichen Ausschuß des Akademischen Vereins Hütte e.v. 29. Auflage

Transkript

1 Taschenbücher der Technik Herausgegeben vom Wissenschaftlichen Ausschuß des Akademischen Vereins Hütte e.v. 29. Auflage Band 1 Maschinen Bandherausgeber W. Böning Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1978

2 1. Allgemeine Grundlagen 1.1 Formelzeichen, Größen und Einheiten (G. Leiner) Normen und Bestimmungen {G. Leiner) DIN-Normen VDE-Bestimmungen Schaltzeichen (G. Leiner) Allgemeine Schaltungsglieder Elektrische Maschinen Werkstoffe Magnetische Werkstoffe (H. Nolzon) Einteilung Kenngrößen Anwendung Isolierstoffe (W. Mertens) Anorganische Isolierstoffe Organische Isolierstoffe Kontakt- und Leiterwerkstoffe {D. Reut) Allgemeines Reine Metalle und nicht legierte Stoffe Kontaktwerkstoffe 50 I Leiterwerkstoffe 55 Literatur zu 1.4 Werkstoffe Meßtechnik (D. Filbert) Allgemeines Meßverfahren Strom-und Spannungsmessung Messung von Wechselstromgrößen Messung von Leistung, Leistungsfaktor und Arbeit Widerstands-und Isolationsmessung Induktivitäts- und Kapazitätsmessung Frequenz- und Zeitmessung Magnetfeldmessung Drehzahl- und Drehbeschleunigungsmessung Drehmomentmessung Temperaturmessung Ausgewählte Meßgeräte S Oszilloskope und Schreiber Digitale Meßgeräte 89 Literatur zu 1.5 Meßtechnik 92

3 X 2. Grundzüge der Projektierung und Berechnung 2.1 Bauformen, Schutzarten, Klemmenbezeichnungen (/. Nitzschke) Achshöhen Bauformen Schutzarten Schutzarten Zündschutzarten Drehsinn Anschlußbezeichnungen 104 Literatur zu Grundgesetze der elektrischen Berechnung (W. Böning) Durchflutungsgesetz und Formel von Biot-Savart Magnetische Induktion, Permeabilität und magnetischer Fluß Magnetische Potentiale, Feldberechnung Induktionsgesetz Induktivität und Gegeninduktivität. Streuung. Ersatzschaltbilder Magnetische Feldenergie, magnetische Kräfte Induktiver Stromkreis. Bezugspfeile und Bezugssysteme Grundgesetze symmetrischer Drehstromsysteme 12V Rechnerische Vereinfachung von Dreiphasensystemen Symmetrische Komponenten a,js,0-komponenten d^.o-komponenten, Zweiachsentransformation 125 Literatur zu 2.2,Grundgesetze der elektrischen Berechnung Elektrische Entwurfsberechnung (/. Schneider) 12/ Formelzeichen Ermittlung der Maschinenabmessungen Ausgangsdaten für den Entwurf Wahl der Hauptabmessungen Magnetische und elektrische Beanspruchungen Wicklungen Aufbau von Ankerwicklungen. Allgemeine Begriffe Wechselstrom-Ankerwicklungen, Gleichstrom-Ankerwicklungen Kurzgeschlossene Wicklungen Polwicklungen Luftspaltfelder und magnetischer Kreis I Luftspaltfeld im Leerlauf Magnetische Teilspannungen Erregerdurchflutung und Magnetisierungsstrom Luftspaltfeld der Ankerströme Haupt- und Streuinduktivitäten Ermittlung der Hauptinduktivitäten Streuflüsse und Streuinduktivitäten 166

4 XI Elektrische Verluste 1/ Verluste im aktiven Eisen Verluste in den Wicklungen Bürstenübergangsverluste Wirkungsgrad 182 Literatur zu 2.3 Elektrische Entwurfsberechnung Mechanische Entwurfsberechnung (H. Mertens) Grundlagen Entwurfsberechnung Spannungen Formänderungen Werkstoffverhalten bei statischer Belastung Werkstoffverhalten bei schwingender Belastung Bemerkungen zum Sprödbiruch Sicherheitsbeiwerte Schleuderdrehzahl Trommelläufer und Käfigläufer Nutenkeile Läuferzähne Tangential einteilige Läuferkerne Aus Segmenten zusammengesetzte Läuferkerne (Blechketten) Blechpaketverspannung Wicklungskappen Bandagen " Kurzschlußringe für Blankstabläufer Polräder, Läufersterne und Pole Scheibenräder Speichenräder und Läufersterne Kegelförmige Scheiben-und Speichenräder, Eigengewicht Verbindungselemente diametral geteilter Räder Pole Polwicklung Dämpferwicklung Bremsen Schwungräder Vorbemerkung Schwungräder mit veränderlicher Scheibendicke Schwungräder mit konstanter Wanddicke Dimensionierungsrichtlinien....' Stromführung vom feststehenden zum umlaufenden Teil Schwalbenschwanz-Kommutatoren Schrumpfring-Kommutatoren Schleifringe Bürstenhalter Lager und Lagerträger Gleitlager Wälzlager Lagerisolation Lagerträger 248

5 XII Wellen Wellenbemessung Nachrechnung des Wellenstranges Torsionsschwingungen Biegeschwingungen Ständer auf Fundament Näherungsformeln Verfeinerte Berechnung Polschrauben Wärmedehnungen Druckfeste Gehäuse Drehgefederte Ständer Gefederte Ständer von Tatzmotoren in elektrischen Triebfahrzeugen Eigenfrequenzen von Tatzmotoren Störfrequenzen. 275 Literatur zu 2.4 Mechanische Entwurfsberechnung Entwärmung elektrischer Maschinen (W. Liebe) Kühlverfahren : Außenkühlung Röhrenkühlung Innenkühlung Kühlmittel Kühlmittelstrom Kühlstrombelastung Einfluß der Höhenlage Druckaufwand Druckverluste in der Maschine Drosselbeiwert Rotationseffekt Druckerzeugung Druckverluste in der Peripherie Selbstversorgimg Fremdversorgung Wärmewiderstände i Wärmeleitung Wärmeübergang (Konvektion) Wärmestrahlung Strahlungsaustausch im Freien ' Ventilationsverluste Kennzeichnung der Kühlarten und Kühlmittel Vereinfachte Kennzeichnung Vollständige Kennzeichnung 299 Literatur zu 2.5 Entwärmung elektrischer Maschinen : Umweltfragen Geräusche (G. Hübner) Geräuschbeurteilung und Messung Geräuschquellen umlaufender elektrischer Maschinen 302

6 XIII Schwingungsverhalten und erzwungene Schwingungen Lager- und Bürstengeräusche Sekundäre Maßnahmen zur Geräuschminderung Geräuschgrenzwerte. 314 Literatur zu Geräusche Funk-Entstörung (R. Labastille) Definitionen Funkstörquellen Gesetzliche Bestimmungen, Funkschutzzeichen Frequenzbereich, Ausbreitung, Messung Grenzwerte Entstörung Beispiele von Entstör-Schaltungen 323 Literatur zu Funk-Entstörung Aufbau, Kenngrößen und Betriebsverhalten von elektrischen Maschinen 3.1 Gleichstrommaschinen (W. Düll) Aufbau der Gleichstrommaschinen Ständer Aufbau des Läufers, Ankerwicklungen Kommutator Wirkungsweise und Kenngrößen Ankerfluß Spannung und Drehzahl Drehmoment und Leistung Segmentspannung Kommutierung ^2.6 Verluste, Erwärmung, Wirkungsgrad Zeitkonstanten Ausnutzung, Grenzleistung Einteilung der Gleichstrommaschinen Möglichkeiten der Erregung Grundschaltungen der Gleichstrommaschine Generatoren, Motoren Betriebsverhalten des Gleichstrommotors Möglichkeiten der Drehzahländerung, Belastungsdiagramm I.4..3 Statische Drehzahlkennlinien Drehzahl und Drehmoment in Vierquadranten-Darstellung Dynamisches Verhalten Stromrichterspeisung I.5.I Gebräuchliche Schaltungen Oberschwingungen von Spannung und Strom 36O Rückwirkungen der Stromrichterspeisung auf den Gleichstrommotor Stromrichtergespeiste Motoren ohne Glättungsdrossel 363

7 XIV 3.2 Synchronmaschinen (E. Alwers) Allgemeines Vorschriften, Begriffserklärungen, Betriebsbedingungen Kennzahlen Mechanischer Aufbau Schenkelpolmaschinen Vollpolmaschinen Wellenspannungen und Lagerströme Elektromagnetische Zugkräfte Berechnung des Betriebsverhaltens Zwei-Achsen-Theorie Induktivitätsoperatoren; Reaktanzen und Zeitkonstanten Ersatzschaltbilder Dämpferwicklungen Kenngrößen Induktivitäten, Gegeninduktivitäten, Reaktanzen Widerstände Zeitkonstanten Nenn-Anlaufzeit und Trägheitskonstante Leerlauf-Kurzschlußverhältnis Relativgrößen Streu- und Abschirmkoeffizienten Der stationäre Betrieb der Synchronmaschine Zeigerdiagramm und Stromortskurven Drehmoment, statische Stabilität Leistungsdiagramme Kennlinien Phasenschieberbetrieb Unsymmetrischer Dauerbetrieb 403 '3-2.6 Transiente Vorgänge Dreisträngiger Stoßkurzschluß Zweisträngiger Stoßkurzschluß Einsträngiger Kurzschluß und Doppelerdschluß Asynchroner Betrieb Periodische Drehzahländerungen ( Pendeln") Dynamische Stabilität Laständerungen Anlauf und Bremsen Asynchronanlauf Frequenzanlauf Teilwicklungsanlauf Elektrisches Bremsen Erregung Drehstromerreger mit nachgeschalteten stationären Dioden Drehstromerreger mit rotierenden Dioden Stationäre Thyristorerregung Lastabhängige Erregung (Kompounderregung) Erregungsgeschwindigkeit von nichtkompoundierten Generatoren 419

8 XV 3.3 Asynchronmaschinen (R. Gerlach) Wirkungsweise der Mehrphasenmaschine Aufbau Spannungsgleichungen Ersatzschaltbild Leistung und Drehmoment Betrieb mit konstanter Drehzahl Kreisdiagramm Verluste und Wirkungsgrad Drehstrom-Asynchronmaschine mit Stromverdrängungsläufer Aufbau und Kenngrößen der Käfigwicklung Spannungsgleichungen; Vergleich mit der Stromverdrängungsfreien Maschine Stromortskurve Hochlaufverhalten Methoden zur Herabsetzung des Anfahrstroms Drehzahlstellen des Drehstrommotors Einschalten von regelbaren Widerständen in den Rotorwicklungskreis der Schleifringläufermaschine Drehzahlstellen mit Gleichstromkaskaden Drehzahlstellen mittels untersynchroner Stromrichterkaskade Drehzahlstellen durch Polumschaltung Drehzahlstellen durch Änderung der Speisefrequenz Sonderanwendungen des Drehstrom-Asynchronmotors Asynchrongenerator Drehtransformator Frequenzwandler Emphasen-Asynchronmotor Physikalischer Zusammenhang zwischen Emphasen- und Dreiphasenmotor Strom- und Spannungsgleichungen und ihre symmetrischen Komponenten ' Kreisdiagramm ' Drehmoment Anlaufschaltungen Dynamische Grundprobleme der Drehstrom-Asynchronmaschine Kleinmotoren Emphasen-Asynchronmotoren mit Kondensator- oder Widerstandshilfsphase {D. Labahn).... > Aufbau 4SI Theoretische Grundlagen Auswahl von Einphasen-Asynchronmotoren; Bemessungshinweise 48S Besondere Schaltungen ' Spaltpolmotoren (S. Tillner) Aufbau und Wirkungsweise Betriebsverhalten Pendelmomente Besondere Ausführungen 494

9 XVI Einphasen-Synchronmotoren (S. Tillner) Reluktanzmotoren Hysteresemotoren Polarisierte Synchronmotoren Einphasen-Reihenschlußmotoren (Universalmotoren) (D. Labahn) Aufbau Theoretische Grundlagen Betriebsverhalten Besondere Schaltungen Gleichstrom-Kleinmotoren {D. Lab ahn) Kommutatormotoren mit Dauermagneterregung Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung Bahnmotoren (/. Kuhlow) Allgemeines Aufgabe Elektrische Energieübertragung Mechanische Energieübertragung Zusatzbedingungen Arten von Bahnmotoren Motoren mit Kommutator Motoren ohne Kommutator Bauformen..: Mechanische Bauformen Lüftungstechnische Bauformen Kenngrößen Charakteristik Belastbarkeitsdiagramm 521 3r5.4.3 Steuerdiagramm :5 Betriebstüchtigkeit Sondermaschinen (H. J. Gutt) Definition und Einteilung Physikalisches Prinzip Leitfähigkeitsarten Bewegungsart Geschwindigkeit und Drehzahl Speisungs- und Kommutierungsart Stromrichtergespeiste Maschinen Drehzahlverstellbare Einzelantriebe mit Spannungsvorgabe Drehzahlverstellbare Antriebe mit Frequenz- und Spannungsvorgabe Gruppenantriebe Übersetzungslose, rotierende Maschinen Maschinen mit hoher Umfangsgeschwindigkeit Langsamlaufende Direktantriebe Wanderfeldmotoren Definition, Arten, Eigenheiten Sektormotoren Linearmotoren 550

10 XVII Maschinen mit supraleitenden Spulen Lineare Antriebssysteme Supraleitende, rotierende Gleichstrommaschinen 558 Literatur zu 3. Aufbau, Kenngrößen und Betriebsverhalten von elektrischen Maschinen Prüfung und Betriebsüberwachung von elektrischen Maschinen (U. Schröder) Messungen bei der Prüfung Wicklungswiderstände Meßverfahren Hinweise für die Messung Isolationsfähigkeit Wicklungsprüfung. Messung des Isolationswiderstandes Windungsprobe Bestimmung von Wicklungsachsen Ständer-und Läuferwicklungen getrennt für sich Lage der Achsen der Ständer- und Kommutatorwicklung zueinander Reaktanzen von Drehstrommaschinen Messung der Streureaktanz Messung der synchronen Längs- und Querreaktanz bei Synchronmaschinen Messung der Inversreaktanz Messung der Transient- und Subtransientreaktanz, von Synchronmaschinen *5 Messung der Nullreaktanz Leerlauf- und Kurzschlußmessung Allgemeines Gleichstrommaschinen Mehrphasen- und Einphasen-Asynchronmaschinen Mehrphasen- und Emphasen-Synchronmaschinen Belastung und Belastungsverfahren Belastungsverfahren Kreisschaltung Sondermaschinen Erwärmung und Belüftung Belüftung Wasserkühler im Luftkreislauf Erwärmungsmessungen Verluste und Wirkungsgrad Art der Verluste Messung der Verluste Mechanische Stromwendung bei Kommutatormaschinen Gleichstrommaschinen Emphasen-Wechselstrom-Kommutatoren (Bahnmotoren)...594

11 XVIII Aufnahme von Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien Schrittweise Änderung der Belastung Hochlaufversuch Schwingungsuntersuchungen Geräuschuntersuchungen Lagerströme 59S Magnetisierung der Welle Induktion von Wellenspannungen durch pulsierende magnetische Flüsse im Ständerjoch Praktische Betriebsfragen und Wartung elektrischer Maschinen Untersuchungen im Stillstand Untersuchungen im Lauf Kontrollo des mechanischen Laufes ohne magnetisches Feld Kontrolle des magnetischen Laufes mit magnetischem Feld Untersuchungen unter Last Bürstenfeuer auf Kommutatoren Ablaufkanten Auflaufkanten Überschläge Bürstenfeuer auf Schleifringen Behandlung von Kommutatoren und Schleifringen Zusammengefaßte Hinweise zur Störungsbehebung bei Kommutatoren 609 Literatur zu 4- Prüfung und Betriebsüberwachung von elektrischen Maschinen Sachverzeichnis 615