Inhalt. Formelzeichen Einf hrung Allgemeine Grundlagen... 31

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1 Inhalt Formelzeichen Einf hrung Geschichtliche Entwicklung Leistungsklassen Anwendungsgebiete Elektrische Energieversorgung Volkswirtschaftliche Aspekte Allgemeine Grundlagen Gr en und Einheiten Z hlpfeilsysteme Einf hrung in die Wechselstromtechnik Drehstrom Grundlagen Schaltungen bei Drehstrom Unsymmetrische Belastung Dreileiternetz Vierleiternetz Symmetrische Komponenten Aufgaben zum Wechsel- und Drehstrom Kennlinien Stabilit t Grundgesetze Durchflutungsgesetz und magnetische Feldst rke Ohmsches Gesetz der magnetischen Kreise, magnetischer Fluss und Induktion Magnetisierungskennlinie (Hystereseschleife) Energie und Kraft im magnetischen Feld Induktionsgesetz

2 1.8.7 Gegeninduktion und Gegeninduktivit t Induzierte Spannung in einer rotierenden Spule Aufgaben zum magnetischen Kreis Transformatoren Einleitung Funktionsweise und Aufbau Unterteilung nach der Form des Eisenkerns Unterteilung nach der Form der Wicklungen Unterteilung nach der K hlung, der Isolierung und des Schutzes Magnetisierungsstrom, Oberschwingungsverhalten Betriebsverhalten, Ersatzschaltbild und Zeigerdiagramm Idealer Transformator Technischer Transformator Spezielle Betriebszust nde Leerlauf Vereinfachtes Ersatzschaltbild und Kurzschluss Betrieb im Bemessungspunkt nderungen der Sekund rspannung bei Belastung Grafische Darstellung (Kappsches Dreieck) Parallelschaltung von Transformatoren Ungleichheit der bersetzungsverh ltnisse Ungleichheit der relativen Kurzschlussspannungen Schaltungen und Schaltgruppen der Drehstromtransformatoren Spartransformator Stromtransformator Verluste in elektrischen Maschinen Eisenverluste Wirbelstromverluste Hystereseverluste Kupferverluste Wirkungsgrad Aufgaben zu Transformatoren

3 3.1 Einleitung Aufbau Magnetischer Kreis (Entstehung des magnetischen Felds und der Pole) Wicklungsarten des Ankers Induzierte Spannung im Anker und Kommutation Strombelag Vereinfachte Schaltung, Drehmoment, Wirkungsweise und Ersatzschaltbild Energiebilanz (Sankey-Diagramm) Leistungsbeziehungen (innere und u ere Leistung) Gleichstrommotoren Besonderheiten, Betriebskennlinie, spezielle Anwendungen und Drehzahlverstellung Fremderregter Motor und Nebenschlussmotor Reihenschlussmotor Doppelschlussmotor Anlassen des Motors mit Hilfe der Ankervorwiderst nde Gleichstromgeneratoren Fremderregter Generator Selbsterregter Generator Ankerr ckwirkung, Wendepol und Kompensationswicklung Kennzeichen der Anschl sse Erg nzungen Aufgaben zu Gleichstrommaschinen Grundlagen der Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen Einleitung Vergleich mit Gleichstrommaschinen Vergleich von Wechselstrom- mit Drehstrommaschinen Hauptunterteilung rotierender elektrischer Maschinen Unterteilung nach Strangzahl Unterteilung nach Au en- bzw. Innenpol Drehfeld Entstehung und Beschreibung Drehfeld durch rotierendes Polrad (f r Synchronmaschinen)

4 (f r Asynchronmaschinen) Induzierte Spannung des Drehfelds Wicklungsfaktor (Zonen- und Sehnungsfaktor) Asynchronmaschinen Qualitative Betrachtung Einleitung Aufbau Anschlussbezeichnungen und Verschaltung der Klemmen Funktionsweise und Betriebsverhalten (Schlupf, Drehzahlen, Frequenzen, Spannungen und Drehmoment) Zeigerdiagramm der Induktions- und Strombelagsschwingungen Betriebskennlinie (Drehmoment-Schlupf-Abh ngigkeit, Klosssche Formel) Energiebilanz (Sankey-Diagramm), Betriebszust nde ausgedr ckt durch Luftspalt-, L uferverlust- und mechanische Leistung Asynchrongenerator Anlass- und Bremsverfahren Anlassverfahren L uferanlasser Schleifringl ufer K figl ufer St nderanlasser Anlasstransformator Unsymmetrische Speisung der St n- derwicklung (Kusa-Schaltung) Anlassen mit ver nderbarer Frequenz (Umrichtergespeiste Drehstromasynchronmaschinen) Stern-Dreieck-Anlauf Bremsverfahren Gegenstrombremse Erh hung des Schlupfs Reduzierung der Frequenz Gleichstrombremsung Bremsung mit niederfrequentem Wechselstrom Polpaarzahl nderung

5 Heyland-Kreis) Ohne Ber cksichtigung von St nderkupfer -, Eisen- und Zusatzverlusten Ermittlung wichtiger Punkte des Kreises Leistungsaufteilung Mit Ber cksichtigung von St nderkupfer - und Eisenverlusten Konstruktion des Kreisdiagramms Bestimmung der Kippmomente Bestimmung der Schlupfgeraden Zusammenfassung und Erg nzung M gliche Ursachen f r die Ver nderung der Stromortskurve Aufgaben zu Asynchronmaschinen Ausgew hlte Kapitel der elektrischen Messtechnik Einleitung Strom- und Spannungsmessung Messbereichserweiterung Strommesser Spannungsmesser Leistungsmesser Eigenverbrauch eines Messinstruments Auswahl und Benutzung der Messinstrumente Widerstandsmessung Indirekte Methode (mit Hilfe der U- und I-Messung) Direkte Methode (mit Hilfe von Messbr cken) Messung von Leistung und Arbeit Induktivit ts - und Kapazit tsmessung Temperaturmessung Zeit- und Frequenzmessung Magnetfeldmessung Drehzahlmessung Drehmomentmessung Ger uschmessung

6 7.1 Einleitung Grundlagen der Halbleiterbauelemente Aufbau, Wirkungsweise und Anwendung der Bauelemente Widerst nde, Kondensatoren und Spulen Transistoren Diode Thyristor Spezielle Anwendungen von Diode und Thyristor Speisung des Gleichstrommotors durch das Wechselspannungsnetz Gleichrichterschaltungen Mit Wechselstrom Mit Drehstrom Gl ttung Prinzipschaltung von Gleichrichterschaltungen (Stromrichter) Antiparallel- bzw. Zweiwegschaltung (Triac) Halbleiterbauelemente als Schalter Prinzipschaltung von Wechselrichtern Prinzipschaltung von Gleichstromstellern Umrichter I-, U- und Direktumrichter Synchronmaschinen Qualitative Betrachtung Besonderheiten, Anwendung und Aufbau Betriebsverhalten am starren Netz Leerlauf Drehfeld in Folge des St nderstroms Drehfeld in Folge des Erregerstroms Drehfeld in Folge von St nder- und Erregerstrom Lastfall Pendelungen der Synchronmaschine Synchronmaschine mit D mpferwicklung und asynchroner Anlauf Drehmoment bei der Schenkelpolsynchronmaschine Anlauf und Synchronisierung des Synchrongenerators

7 8.2.1 Spannungsgleichung, Ersatzschaltbild und Potiersche Dreiecke Kreisdiagramm der Vollpolsynchronmaschine Leerlauf- und Kurzschlusskennlinie des Generators Drehmoment und Leistung V-Kurven (Abh ngigkeit des St nderstroms vom Erregerstrom bei konstanter Wirkleistung) Vergleich von Synchron- und Asynchronmaschinen Aufgaben zu Synchronmaschinen Drehzahlverstellung von Drehstromasynchronmotoren Schlupf nderung Polpaarzahl nderung (Polumschaltbare Motoren) Unterbringung von Wicklungen unterschiedlicher Polpaarzahl Dahlander-Schaltung Kaskadenschaltung von Drehstromasynchronmaschinen Speisefrequenz nderung Dynamischer Frequenzwandler Asynchroner Frequenzwandler Frequenzwandler in Leonard-Schaltung Integrierter dynamischer Frequenzwandler (Schrage-Richter- bzw. Scherbius-Maschine) Statischer Frequenzwandler Statischer Frequenzwandler im L uferkreis Drehstrom-Gleichstrom-Kaskade Drehzahlverstellung mit Frequenzwandler im L uferkreis Statischer Frequenzwandler im St nderkreis (stromrichtergespeiste Drehstromasynchronmaschinen) Einleitung Grundlagen Verf gbare Umrichtersysteme (I-, U- und Direktumrichter) Entstehung der Drehmomentoberschwingungen Auswirkungen der Oberschwingungen Auswertung

8 parasit ren Erscheinungen Zusammenfassung Kleinmaschinen Spezielle Asynchronmaschinen Anwendung vom Drehstromasynchronmotor im Wechselstromnetz (unsymmetrischer Betrieb vom Drehstromasynchronmotor) Betriebsverhalten Pulsierendes (stehendes), elliptisches und kreisf rmiges Wechselfeld Kusa-Schaltung Anlassen von Drehstromasynchronmotoren im Wechselstromnetz (Steinmetz-Schaltung) Nachteile der Anwendung von Drehstromasynchronmotoren im Wechselstromnetz Einstr ngige Induktionsmaschinen (Wechselstrommaschinen) Betriebsverhalten und Funktionsweise Modifikationen Spaltpolmotor Motor mit Hilfswicklung (Hilfswicklung mit erh htem Widerstand) Motor mit Hilfswicklung und Betriebskondensator Motor mit Hilfswicklung und Anlasskondensator Motor mit Hilfswicklung, Betriebs- und Anlasskondensator Vergleich von einstr ngigen Induktio nsmotoren Wechselstrom-Kommutatormotoren Universalmotor Schrage-Richter-Motor (Scherbius-Maschine) Motoren mit eisenlosem L ufer Ferrarismotor Scheibenl ufer Massivl ufer Tachogenerator Spezielle Synchronmaschinen Hysteresemotor

9 Schrittmotoren Einleitung Klassifizierung Aufbau Wirkungsweise Eckdaten und Einsatzgebiet Zusammenfassung Spezielle Gleichstrommaschinen Mit Permanentmagneterregung Elektronikmotor (EC-Motor bzw. b rstenloser Gleichstrommotor) im Vergleich mit Schrittmotor Sondermaschinen Linearmotor Elektrische Welle Ausgew hlte Kapitel der elektrischen Antriebstechnik (Zusammenwirken von Motor und Arbeitsmaschine) Aufbau eines Antriebs Drehmomentkennlinien Betriebskennlinien von Motoren (M a ) Widerstandsmoment von Arbeitsmaschinen (M w ) M w = f (n) M w = f (t) M w = f (a) Bewegungsgleichung Impulssatz Getriebe Leistung und Arbeit Der station re Betriebspunkt (Stabilit t) Berechnung der Anlaufzeiten Leerlauf Leerlauf eines Gleichstromnebenschlussmotors Leerlauf eines Asynchronmotors Anfahren unter Last Geschlossene Methode

10 12.6 Erw rmung und Khlung Wachstumsgesetze Isolationsklassen Lebensdauer Temperaturerfassung Temperaturmessung Temperaturberechnung Elektrische Maschine als homogener K rper Elektrische Maschine als inhomogener K rper Auswahl des geeigneten Motors Das mittlere quadratische Drehmoment Betriebsarten Dauerbetrieb (Betriebsart S1) Kurzzeitbetrieb (Betriebsart S2) Aussetzbetrieb (Betriebsart S3) Aussetzbetrieb mit Einfluss des Anlaufvorgangs (Betriebsart S4) Aussetzbetrieb mit Einfluss des Anlaufvorgangs und elektrischer Bremsung (Betriebsart S5) Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Aussetzbelastung (Betriebsart S6) Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Einfluss des Anlaufvorgangs und elektrischer Bremsung (Betriebsart S7) Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Drehzahl nderung (Betriebsart S8) Ununterbrochener Betrieb mit nichtperiodischer Last- und Drehzahl nderung (Betriebsart S9) Betrieb mit einzelnen konstanten Belastungen (Betriebsart S10) Mechanische Betrachtung des Antriebssystems als Punktmasse Ger uschentwicklung elektrischer Maschinen Einleitung Ger uscharten und deren Entwicklung in elektrischen Maschinen Simulation Ma nahmen zur Ger uschminderung

11 Ger uschs Prim rma nahmen Sekund rma nahmen M glichkeiten zur Reduzierung des aerodynamischen Ger uschs M glichkeiten zur Reduzierung des Lagerger uschs Beispiele (Simulation Messung Vergleich) Zusammenfassung Leistungsschildangaben Einf hrung in das dynamische Verhalten rotierender elektrischer Maschinen (Ursachen, Wirkungen, Darstellung und Betrachtung) Einleitung Ausgleichsvorg nge bei Gleichstrommotoren (Zeitabh ngigkeit von Ankerstrom, Drehmoment und Drehzahl sowie Drehmoment-Drehzahl-Abh ngigkeit im dynamischen Zustand) Ausgleichsvorg nge bei Asynchronmotoren und Synchronmotoren Elektromagnetischer Ausgleichsvorgang (Zeitabh ngigkeit der Str me und des magnetischen Felds im dynamischen Zustand) Elektromechanischer Ausgleichsvorgang (Drehmoment-Drehzahl- sowie Drehzahl-Zeit-Verhalten) Allgemeine Aufgaben Grundz ge der Simulation elektrischer Maschinen Einleitung Simulation der Einflussgr en Magnetische Einflussgr en (Feldverteilung, Leistung, Drehmoment, Kr fte etc.) Analytische Methoden Numerische Methoden Feldberechnung (Aufstellung der Feldgleichungen) L sung der Feldgleichungen Modellierung

12 Strategien zur Berechnung von Leerlauf- und Lastkennlinie Erfahrungen mit dem Programmsystem ANSYS Thermische Einflussgr en (Temperaturverteilung station r und instation r) Str mungstechnische Einflussgr en (Str mungsverhalten) Schwingungs- und verformungstechnische und akustische Einflussgr en Praktische Pr fungen Pr fstand Messeinrichtung Auswerteeinheit und Auswertung Belastungseinheit f r Generatorpr fstand L sungen der Aufgaben L sungen zu ªWechsel- und Drehstrom L sungen zu ªMagnetischer Kreis L sungen zu ªTransformatoren L sungen zu ªGleichstrommaschinen L sungen zu ªAsynchronmaschinen L sungen zu ªSynchronmaschinen L sungen zu ªAllgemeine Aufgaben Fragen zur Selbstkontrolle Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis