Grundlagen elektrischer Maschinen

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1 Germar Müller, Bernd Ponick Grundlagen elektrischer Maschinen Neunte, völlig neu bearbeitete Auflage WILEY- VCH WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort zur 9. Auflage Vorwort zur 1. Auflage V IX 0 Einleitung Schreibweise der Formelzeichen Formelzeichen Vorzeichenvereinbarungen Formulierung der Grundgesetze Zusammengefasste Darstellung der komplexen Wechselstromrechnung Einführung und Eigenschaften des symmetrischen Dreiphasensystems Einführung symmetrischer Komponenten Darstellung magnetischer Felder 38 1 Transformator Historische Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung Wirkungsweise und Betriebsverhalten des Einphasentransformators Prinzipielle Ausführungsformen Wirkungsweise Analytische Behandlung SO Betriebs verhalten am Netz starrer Spannung Betriebsverhalten bei vorgegebenem Strom Wirkungsweise und Betriebs verhalten des Dreiphasentransformators Ausführungsformen Wirkungsweise unter symmetrischen Betriebsbedingungen JOS Analytische Behandlung und Betriebsverhalten unter symmetrischen Betriebsbedingungen Betriebsverhalten unter unsymmetrischen Betriebsbedingungen Einsatz der Schaltungskombinationen Besondere Ausführungsformen Spartransformatoren 141 Grundlagen elektrischer Maschinen, 9. Auflage. Germar Müller und Bernd Ponick Copyright 2006 WII.EY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN:

3 Inhaltsverzeichnis Stelltransformatoren Stromrichtertransformatoren Messwandler Energieumsatz Verluste Wirkungsgrad i6i 1.6 Prüfung Festgelegte Anforderungen Leerlaufversuch Kurzschlussversuch Erwärmung und Kühlung Wärmequellen Mechanismus des Erwärmungsvorgangs und der stationären Wärmeströmung Wärmeströmung innerhalb der aktiven Bauteile '.4 Kühlungsarten Übertemperatur der Wicklung und Wärmeklassen des Isoliersystems Betriebsarten Technische Ausführung von Leistungstransformatoren Grundlegendes über die Baugröße Konstruktive und technologische Gestaltung der aktiven Bauteile Äußere Gestaltung Schaltzeichen Schutztechnik Ausführungsbeispiele Allgemeine Betrachtungen über rotierende elektrische Maschinen Aufgaben Energieumsatz Grundlagen der elektromechanischen Energiewandlung Stationärer Energieumsatz Konstruktive und technologische Gestaltung Aktive Bauteile Inaktive Bauteile Bauformen Schutzgrade Das magnetische Feld 234 IAA Aufteilung der Felder und Verkettungsmechanismus Beschreibung des Luftspaltfelds Bestimmung des Luftspaltfelds Spannungsinduktion durch das magnetische Feld Erwärmung und Kühlung 252

4 Inhaltwerzeicbnh XV Wärmequellen Erwärmungs Vorgang Stationäre Wärmeströmung Kühlmethoden Prüfung Festgelegte Anforderungen Prüfungsdurchführung Technische Ausführung Grundlegendes über die Baugröße Zusammenhang zwischen Baugröße und Wirkungsgrad Elemente der Schaltzeichen Schutztechnik Cleichstrommaschine Historische Entwicldung und wirtschaftliche Bedeutung Aufbau Prinzipieller Aufbau Entwicklung des Kommutatorankers Aufbau der realen Gleichstrommaschine Analytische Behandlung Luftspaltfeld Spannungsinduktion im Kommutatoranker Spannungsgleichung des Ankerkreises Drehmoment Kommutierung Gleichstrommaschinen mit Fremd-, Nebenschluss- und Permanenterregung Betriebsverhalten als Generator bei konstanter Drehzahl Betrieb an einem Netz starrer Spannung Betrieb im drehzahlvariablen Antrieb Energieumsatz Gleichstrommaschinen mit Reihenschlusserregung Motorbetrieb am Netz starrer Spannung Anlassen Bremsen Einsatz Prüfung Technische Ausführung Konstruktive und technologische Gestaltung Schaltzeichen Klemmenbezeichnungen Ausführungsbeispiele 354

5 XVI Inhaltsverzeichnis 4 Allgemeine Betrachtungen über Maschinen mit Drehfeldern als Luftspaltfeld Drehfeld Definition des Drehfelds Aufbau eines Drehfelds Spannungsinduktion durch ein Drehfeld Entwicldung des mittleren Drehmoments aus Sicht der Drehfelder des Luftspaltfelds Mechanismus der Grundwellenverkettung Prinzip der Grundwellenverkettung Spannungsgleichung des Strangs a Leistungsfluss und Drehmoment Beziehungen zwischen Ständer- und Läufergrößen Leistungsfluss Entwicklung der verschiedenen Arten von Drehfeldmaschinen Ermittlung des Drehmoments Dreiphasen-Induktionsmaschine Historische Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung Prinzipieller Aufbau Wirkungsweise Wirkungsweise am starren Netz in erster Näherung - Leerhochlaufund Lastübernahme Wirkungsweise am starren Netz in zweiter Näherung Wirkungsweise am Netz variabler Frequenz Analytische Behandlung Analytische Behandlung der Maschine mit Schleifringläufer Analytische Behandlung der Maschine mit Kurzschlussläufer Betriebsverhalten mit kurzgeschlossenem Schleifringläufer bzw. mit Stromverdrängungsfreiem Kurzschlussläufer am starren Netz Ströme Ortskurven von Ständer- und Magnetisierungsstrom Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie Stromortskurve unter Berücksichtigung des Widerstands der Ständerwicklung Energieumsatz Betriebsverhalten mit Kurzschlussläufer unter dem Einfluss der Stromverdrängung Maschine mit Einfachkäfig-Hochstabläufer Maschine mit Doppelkäfigläufer Spezielle Betriebszustände am starren Netz Anlassen Bremsen 447

6 Inhaltsverzeichnis XVI I 5.8 Betriebsverhalten mit Schleifringläufer als doppeltgespeiste Induktionsmaschine Betriebsverhalten mit Kurzschlussläufer im drehzahlvariablen Antrieb Besondere Ausführungsformen Polumschaltbare Maschinen Gegendrehfeld-Erregermaschinen Einsatz Prüfung Festgelegte Anforderungen Betriebskennlinien und Betriebskennwerte Technische Ausführung Konstruktive und technologische Gestaltung Schaltzeichen Klemmenbezekhnungen Schutztechnik Ausführungsbeispiele Dreiphasen-Synchronmaschine Historische Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung Prinzipieller Aufbau Wirkungsweise am starren Netz Komponenten des Luftspaltfelds und zugehörige Spannungen Herstellen der Verbindung mit dem Netz Mechanismus der Blindlastübernahme Mechanismus der Wirklastübernahme Analytische Behandlung Allgemeine Spannungsgleichung und Beziehung für die Ankerdurchflutung Spannungsgleichung der ungesättigten Maschine - Einführung von Reaktanzen Kurzschluss Betriebsverhalten der ungesättigten Maschine am starren Netz Ankerstrom Drehmoment Statische Stabilität Ortskurven des Ankerstroms V-Kurven Grenzleistungsdiagramm Betriebsverhalten der ungesättigten Maschine bei Generatorbetrieb auf ein passives Netzwerk Ankerstrom Drehmoment 538

7 XVIM Inhaltsverzeichnis Strom-Spannungs-Kennlinien Bremsbetrieb Genäherte Behandlung der gesättigten Maschine Leerlauf Kurzschluss Belastung Energieumsatz Erregung Klassische Erregungssysteme für Synchrongeneratoren Moderne Erregungssysteme für Synchrongeneratoren Selbsterregte Synchronmaschinen Erregung von Synchronmotoren Entregungsschaltungen Spezielle Betriebszustände am starren Netz - Anlauf und Synchronisieren B etrieb sverhalten im drehzahlvariablen Antrieb Betriebsverhalten der frenidgeführten Maschine Betriebsverhalten der selbstgeführten Maschine Besondere Ausführungsformen Synchronisierte Induktionsmaschine ] 1.2 Klauenpolmaschine Synchronmaschine mit Permanenterregung Torquemotor Aussenpol-Erregermaschine Synchronmaschine mit supraleitender Erregerwicklung Einsatz Prüfung Festgelegte Anforderungen Betriebskennlinien und Betriebskennwerte Technische Ausführung Konstruktive und technologische Gestaltung Schaltzeichen Klemmenbezeichnungen Schutztechnik Ausführungsbeispiele Maschinen für Betrieb am Einphasennetz Historische Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung Einphasen-Induktionsmaschine Prinzipielle Eigenschaften Ausführungsformen Einphasen-Synchronmaschine 620

8 7.4 Einphasen-Reihenschlussmaschme (Universalmotor) Ausführungsformen Prinzipielle Eigenschaften Betriebsverhalten am starren Netz Weitere Maschinenkonzepte Weitere aktuelle Maschinenkonzepte Hybridmotor Geschalteter Reluktanzmotor Transversalflussmotor Linearmotor Heute nicht mehr ausgeführte Maschinenkonzepte Drehstrom-Kommutatormaschine Drehtransformator Harzsche Schaltung Hysteresemotor Leonardschaltung Mittelfrequenzgenerator Querfeldmaschine Repulsionsmotor Verstärkermaschine Maschinen für andere Arten der Einspeisung Schrittmotoren Prinzipielle Eigenschaften Ausführungs formen Bürstenlose Maschinen für Gleichstrombetrieb Prinzipielle Eigenschaften Ausführungs formen 662 Anhang 665 I Fourier-Koeffizienten 665 li Nennspannungen und Nennfrequenzen 666 III Zusammenstellung der wichtigsten Normen 667 Literaturverzeichnis 673 Sachverzeichnis 675