Elektrische Maschinen Einführung

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1 Maschinen Einführung Inhalt - Allgemeine Grundlagen - Gleichstrommaschinen - Transformatoren - Synchronmaschinen - Asynchrommaschinen Literatur Rolf Fischer Maschinen 1 Maschinen Gesellschaftliche Bedeutung Primärenergieverbrauch Stromerzeugung Antriebe 2

2 Maschinen Entwicklungsziele Komponenten r Antriebe: - Motor, Getriebe, Last Feldberechnung, Thermodynamik, Werkstoffe, Fertigungstechnik, Mechanik - Stromrichter Leistungselektronik, Thermodynamik, Werkstoffe, Fertigungstechnik - Steuerung Rechentechnik, Regelungstechnik Entwicklungsziele - Herstellkostensenkung (reduzierter Materialeinsatz, bessere Fertigbarkeit) - Wirkungsgradverbesserung (lebenslange Energiekosten > Anschaffungskosten) - Zuverlässigkeit, Langlebigkeit (z.b. Offshore Windparks) - Performance (Drehmomentwelligkeit, Dynamik z.b. Werkzeugmaschinen) 3 Maschinen Historische Entwicklung 1786: Entdeckung der strömenden Elektrizität (L. Galvani) 1820: Entdeckung der Kraftwirkung eines stromdurchflossenen Leiters auf eine Magnetnadel (Oersted) 1831: Nachweis der elektromagnetischen Induktion (Faraday) 1866: Dynamomaschine (W. Siemens, Ch. Wheatstone u.a.) 1879: 1. elektrische Lokomotive (W. Siemens) 1880: 1. elektrischer Personenaufzug (W. Siemens) 1882: E-Kraftwerk in New-York (Th. A. Edison) 1885: Entdeckung des Drehfeldes (Ferraris, Tesla) 1887: Drehstromgenerator (Haselwander, Bradley) 1889: praktisch brauchbarer Drehstrommotor (ASM) (M. v. Dolivio-Dobrolowski) 1890: 1. elektrische U-Bahn in London 1891: Drehstromübertragung über 175km von Lauffen / Neckar nach Frankfurt / Main 4

3 Maschinen Historische Entwicklung Entwicklung von Masse und Wirkungsgrad Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer, 3 kw, 1440 min -1 bei 50 Hz. Jahr Wirkungsgrad [%] Masse [kg] Maschinen Anwendungen Industrieantriebe - Allgemeine Automatisierung - Werkzeugmaschinen - Pumpen und Lüfter - Druck- und Papierverarbeitung - Lebensmittel- und Verpackungstechnik - Robotik -Walzwerke Verkehrstechnik - Stellmotoren in Kfz - Starter, Lichtmaschine - Antriebsmotoren für Hybridautos, Lokomotiven, Schiffe - Generatoren - Pumpen Consumer Products - Haushaltsgeräte - Computer (Laufwerke, Lüfter) - Heizungspumpen 6

4 Maschinen Überblick Asynchronmotor für Netzbetrieb 400V Asynchronmotor für Umrichterbetrieb 400V Permanenterregter Synchronmotor Permanenterregter Synchronmotor Linearmotor Getriebemotor (ASM mit intergriertem Getriebe) Fotos: Siemens 7 Maschinen Überblick Gleichstrommotor Hochspannungsmotor ASM bis 13kV, bis 30MW Hochspannungsmotor SM bis 13kV, bis 100MW Fotos: Siemens 8

5 Maschinen Bauformen Quelle: Fischer: Maschinen 9 Maschinen Baugrößen Achshöhe in genormten Stufen Normmotoren für ASM: für jede Achshöhe genormte Einbaumaße und Leistung Quelle: Fischer: Maschinen 10

6 Maschinen Schutzarten IPxy (international protection) x: Berührungsschutz 0 keiner 1 Öffnungen kleiner 50mm (Hand) 2 Öffnungen kleiner 12mm (Finger) 3 Öffnungen kleiner 2,5mm (Werkzeug) 4 Öffnungen kleiner 1mm (Draht) 5 keine Öffnungen 6 vollständig gegen Staub geschützt y: Wasserschutz 0 keiner 1 Schutz gegen senkrecht fallendes Tropfwasser 2 senkrecht oder 15 schräg fallendes Tropfwasser 3 Sprühwasser bis 60 schräg 4 Spritzwasser aus allen Richtungen 5 Strahlwasser aus allen Richtungen 6 bei Überflutung kein Eindringen schädlicher Mengen 7 beim Eintauchen kein Eindringen schädlicher Mengen 8 beim Untertauchen kein Eindringen schädlicher Mengen üblich: IP12 IP21 IP22 IP23 IP44 IP54 IP55 11 Maschinen Betriebsarten Dauerbetrieb S1 Leistung P N wird solange gefahren, bis stationäre Endtemperatur erreicht ist. Kurzzeitbetrieb S2 (P N ) S2 wird 10 min / 20 min / 60 min / 90 min gefahren, anschließend Pause bis zur vollständigen Abkühlung. Aussetzbetrieb S3 Spieldauer 10 min, relative Einschaltdauer 15%, 25% 40%, 60% Periodischer Betrieb mit Aussetzbelastung S6 wie S3, Maschine läuft in den Lastpausen aber weiter (bessere Kühlung) 12

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