Elektrische Maschinen und Antriebe p. 1 Einführung in elektrische Maschinen und Antriebe p. 1 Energieumwandlung und Antriebssysteme p.

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1 Elektrische Maschinen und Antriebe p. 1 Einführung in elektrische Maschinen und Antriebe p. 1 Energieumwandlung und Antriebssysteme p. 1 Einleitung p. 1 Elektromechanische Energieumwandlung p. 4 Elektrische Energieumformung p. 5 Beschreibung eines Antriebssystems p. 6 Bedeutung elektrischer Maschinen und Antriebe p. 8 Projektierung eines Antriebsystems (Schnittstellen) p. 9 Einsatzgebiete elektrischer Maschinen und Antriebe p. 12 Innovationen in der Antriebstechnik p. 12 Theoretische Grundlagen elektrischer Maschinen p. 13 Elektrischer und magnetischer Kreis p. 13 Elektrischer Kreis (Stromkreis) p. 13 Magnetischer Kreis und Durchflutungsgesetz p. 14 Analogie zwischen elektrischem und magnetischem Kreis p. 15 Berechnungsbeispiele eines magnetischen Kreises p. 16 Wirkungen im Magnetfeld p. 20 Spannungserzeugung nach dem Induktionsgesetz p. 20 Erzeugung mechanischer Kräfte und Leistungen p. 23 Elektrische Energieversorgung p. 24 Erzeugung der elektrischen Energie (Drehstromsynchrongenerator im Kraftwerk) p. 24 Drehstromsystem p. 31 Verteilung (Transport) der elektrischen Energie p. 32 Öffentliche Netze für Groß- und Einzelabnehmer p. 33 Drehstromnetze p. 33 Wechselstromnetze p. 34 Gleichstromnetze p. 35 Klassische Maschinentypen p. 35 Gleichstrom-Maschine (GSM) p. 35 Allgemeine Übersicht p. 35 Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise p. 42 Funktionsprinzip eines Gleichstrom-Generators p. 42 Prinzipieller Aufbau einer Gleichstrommaschine (GSM) p. 43 Funktionsprinzip eines Gleichstrom-Motors p. 48 Grundgleichungen und zugeordnete Maschinenkonstanten p. 49 Ankerstrom-Rückwirkung und ihre Kompensation p. 52 Aufbau einer sechspoligen GSM p. 55 Schaltungsmöglichkeiten und Klemmenbezeichnungen p. 55 Universelles Schaltbild mit genormten Anschlüssen p. 57 Gleichstrom-Nebenschluß-Maschine (GS-NSM) p. 58

2 Gleichstrom-Reihenschluß-Maschine (GS-RSM) p. 59 Betriebsarten (Vierquadranten-Betrieb), Arbeitspunkte, Nennbetrieb p. 60 Vierquadranten-Betrieb p. 60 Definition Arbeitspunkt AP durch eine Wirkungs-Kausalkette p. 61 Nennbetrieb, Leistungs- bzw. Typenschild p. 63 Betriebsverhalten und Kennlinien der GSM p. 64 Betriebsarten und Kennlinien der GS-NSM p. 64 GS-NSM als Generator p. 64 GS-NSM als Motor, Schaltung und Kennlinien p. 70 Geschwindigkeits-Steuerung und -Regelung p. 75 Berechnungsbeispiel einer GS-NSM p. 80 Permanentmagneterregte GS-NSM (PM-GSM) p. 85 Normierte Gleichungen und Kennlinien der GS-NSM p. 86 Gleichstrom-Reihenschluß-Maschine (GS-RSM) p. 86 Betriebsarten und Kennlinien der GS-RSM p. 86 Berechnungsbeispiel einer GS-RSM mit nichtlinearer Magnetisierungskurve p. 92 Berechnungsbeispiel einer GS-RSM mit linearer magnetischer Aussteuerung p. 98 Leistungsbilanz,Wirkungsgrad und Leistungsgrenzen der GSM p. 100 Anwendung von Gleichstrommaschinen p. 103 Drehstrom-Asynchronmaschine (DS-ASM) p. 104 Allgemeine Übersicht und Einsatzgebiete von Asynchronmaschinen p. 104 Aufbau und Drehfeld der DS-ASM p. 109 Stator mit Drehstromwicklung p. 109 Schaltarten der Statorwicklungen p. 110 Erzeugung des Statordrehfeldes p. 110 Polpaarzahl und Synchrondrehzahl p. 115 Kurzschluß- oder Käfig-Läufer (DS-ASM-KL) p. 116 Schleifringläufer (DS-ASM-SRL) p. 116 Wirkungsweise der DS-ASM (Schlupf- oder Induktionsmaschine) p. 117 Wirkungskausalkette der DS-ASM p. 118 Schlupf, Drehzahl, Drehmoment und Betriebsbereiche p. 119 DS-ASM als Frequenzwandler und Transformator p. 120 Ersatzschaltbilder der DS-ASM (analog zum Trafo) p. 122 Ableitung der Kloß'schen Formel, Kippmoment und Kippschlupf p. 127 Drehmoment-Schlupf(bzw. -Drehzahl)-Kennlinien,Arbeitspunkte und Nennbetrieb p. 129 Ortskurven und verschiedene Kennlinien p. 131 Ortskurven für vereinfachtes Ersatzschaltbild p. 131 Leistungskomponenten in der Ortskurve p. 133 Meßtechnisch-grafische Ermittlung der Stromortskurve p. 134 Grafische Ermittlung der Schlupfbezifferung (s-skala) p. 135 Schlupfbezifferung mit Vorwiderständen beim Schleifringläufer p. 136

3 Ermittlung verschiedener Kennlinien aus der Stromortskurve p. 138 Betrieb der DS-ASM p. 138 Klemmenbrett und verschiedene Anschlußmöglichkeiten p. 138 Einschalten und Hochlauf (Stern-Dreieck-Anlauf) p. 139 Kennlinien für verschiedene Vorwiderstände beim Schleifringläufer p. 142 Leistungen und Wirkungsgrad p. 143 Typen- oder Leistungsschild und Datenblatt p. 144 Drehzahlsteuerung p. 145 Varianten von Drehstrom-Asynchronmotoren p. 148 Stromverdrängungsläufer: Keilstab-, Tropfenstab-, Hochstab-und Doppelstabläufer p. 148 Polumschaltbare Kurzschlußläufer p. 148 Schleifringläufer mit Vorwiderständen p. 149 Berechnungsbeispiele für Drehstrom-Asynchronmaschinen p. 150 Berechnungsbeispiel eines DS-ASM-SRL (Schleifringläufers) p. 150 Berechnungsbeispiel eines DS-ASM-KL (Käfigläufers) mit Stern-Dreieck-Anlauf p. 154 Einphasen-Asynchronmaschine (EP-ASM) p. 158 Der reine Einphasenmotor (ohne Hilfswicklung) p. 158 Einphasenasynchronmotor mit Hilfswicklung (Kondensatormotor) p. 160 Einphasen-ASM mit Widerstandshilfsphase p. 162 Der Spaltpolmotor p. 163 Drehstrom-Synchronmaschine (DS-SM) p. 164 Allgemeine Übersicht und Einsatzgebiete p. 164 Aufbau und Wirkungsweise der Drehstrom-Synchronmaschine (DS-SM) p. 166 Stator und Drehfeld p. 166 Vollpol- und Schenkelpol-Rotor, Synchronbetrieb p. 166 Drehstrom-Synchronmaschine als Generator im Kraftwerk p. 168 Leerlauf und Belastungsbetrieb, Dauer- und Stoß-Kurzschlußbetrieb p. 168 Synchronisation im Netzbetrieb p. 173 Drehstrom-Synchronmaschine als Motor (Leerlauf und Belastungsbetrieb) p. 175 Vierquadrantenbetriebe, Über- und Untererregung, Zeigerdiagramm und Ortskurve p. 176 Mechanischer und elektrischer Vierquadrantenbetrieb, Zeigerdiagramme p. 176 Ortskurve in der komplexen Darstellung (komplexe Zahlenebene) p. 178 Drehmoment-Lastwinkel-Kennlinie p. 180 Anlaufverfahren bei Synchronmaschinen p. 181 Synchronisierung von Synchrongeneratoren p. 181 Anlaufvon Synchronmotoren p. 181 Sonderbauarten von Synchronmotoren p. 182 Reluktanzmotor p. 182 Einphasensynchronmotor, Hysteresemotoren (EP-SM) p. 184 Synchron-Kleinstmotoren p. 185 Universalmotoren für Gleich- und Wechselstrombetrieb p. 186

4 Aufbau und Einsatzgebiete p. 186 Funktionsweise als Wechselstrommotor und Betriebskennlinien p. 187 Variation und Steuerung/Regelung der Drehzahl p. 188 Sonderausführungen für steuer/regelbare Antriebe (Servoantriebe) p. 188 Gleichstromgesteuerte Servoantriebe p. 189 Permanenterregte,bürstenkommutierte Scheibenläufermaschinen p. 189 Funktionsprinzip und Aufbau p. 189 Formeln und Kennlinien p. 191 Besondere Eigenschaften und Vorteile p. 193 Scheibenläufer-Antriebspakete p. 194 Anwendungsbereiche p. 195 Datenblätter und Auswahl von Scheibenläufertypen p. 195 Bürstenkommutierte Drehmoment-(Torque-)Motoren für Direktantriebe p. 196 Aufbau und Wirkungsweise p. 196 Eigenschaften des bürstenkommutierten Torquemotors p. 198 Anwendungen (in gesteuerten oder geregelten Antrieben bzw. Servosystemen) p. 201 Bürstenloser (brushles) Torquemotor p. 201 Elektronikmotoren mit elektronischer Kommutierung p. 203 Elektronisch kommutierter (EC-) Motor (Elektronikmotor) p. 204 Elektronische Block- oder Sinus-Kommutierung p. 205 Systembeschreibung (EC-Motor,Winkelgeber und Sinusverstärker) p. 209 Vorteile und Anwendungsgebiete p. 210 DC-Motoren mit eisenlosem Rotor (Glockenankermotor) p. 211 Bürstenbehaftete, mechanische kommutierte DC-Motoren (Ausführung Glockenanker) p. 211 Bürstenlose, elektronisch kommutierte DC-Glockenankermotoren p. 212 Einsatzgebiete p. 214 Linearantriebe p. 214 Vergleich linearer Direktantrieb gegen Zahnstangen, Spindeln und Exzenter p. 214 Lineare Piezoantriebe p. 215 Magnetostriktionsantriebe p. 215 Proportionalmagnete, Magnetmotor p. 216 Gleichstrom-Linearmotoren p. 216 Reluktanz-Linearantrieb p. 218 Magnetlager p. 220 Piezostelltechnik (Piezotranslator PZT, Piezo Walk Drive, Inchworm Drive) p. 221 Einleitung und Anwendungsgebiete p. 221 Grundlagen der peizoelektrischen Stelltechnik p. 222 Erreichbare Ausdehnung eines PZT-Translators p. 223 Dynamischer Betrieb p. 225 Ansteuerung von Piezotranslatoren p. 225 Positionsgeregelter Betrieb p. 226

5 Erwärmung des Piezotranslators p. 227 Bauformen piezoelektrischer Stellelemente p. 227 Piezo-Wanderantrieb (Piezo Walk Drive) p. 229 Schrittmotoren (Stepper Motor) p. 230 Einleitung und Einsatzgebiete p. 230 Verschiedene Bauformen, Aufbau, Wirkungsweise p. 231 Reluktanz-Schrittmotor p. 231 Schrittmotor mit Permanentmagnet (PM-Schrittmotor) p. 234 Hybrid-Schrittmotor p. 235 Scheibenmagnet-Schrittmotor (SM-SM) p. 237 Betriebsverhalten des Schrittmotors p. 238 Lastwinkel und Haltemoment p. 238 Bewegungsvorgang bei Einzelschritten p. 239 Drehmoment-Schrittfrequenz-Kennlinie p. 239 Leistung und Wirkungsgrad p. 241 Ansteuerschaltungen von Schrittmotoren (Steuerelektronik) p. 241 Schrittmotor-Steuerungen und -Steuersysteme p. 241 Verschiedene Varianten von Schrittmotor-Treibern p. 242 Mikroschrittbetrieb p. 244 Schrittmotor als Linearantrieb p. 247 Asynchron- oder Synchron-Servomotoren mit Umrichtertechnik p. 247 Dynamisches Verhalten elektrischer Antriebe p. 248 Vergleich statischer und dynamischer Betrieb p. 248 Statischer Betrieb p. 250 Statische Motor- und Last-Kennlinien p. 251 Statischer Arbeitspunkt und dessen Stabilität (Stabilitätskriterium) p. 252 Dynamischer Betrieb p. 254 Massenträgheits- und Beschleunigungsmoment p. 254 Transformation durch Zwischengetriebe p. 254 Zustandsgleichung nach NEWTON (Newtonsches Aktionsprinzip) p. 259 Verschiedene Hochlauffunktionen p. 259 Linearer Hochlauf (Standard Geschwindigkeits-Zeit-Rampe) p. 259 Exponentieller Hochlauf (Zeitkonstanten) p. 260 Graphisch-rechnerische Ermittlung des Hochlaufs (allgemeiner Fall) p. 268 Berechnungsbeispiele p. 270 Linearer Hochlauf mit Gleichstrom-Permanentmagnetomotor p. 270 Exponentieller Hochlauf mit Gleichstrom-Permanentmagnetmotor p. 275 Hochlauf nach grafisch-rechnerischer Lösungsmethode p. 277 Thermodynamisches Verhalten p. 278 Allgemeines p. 278 Betriebsarten und thermisches Verhalten (Erwärmungskurven) p. 281

6 Dauerbetrieb p. 281 Berechnungsbeispiel thermischer Dauerbetrieb p. 282 Kurzzeitbetrieb p. 284 Berechnung der Beharrungstemperatur bei vorgegebener Einschalt-oder Betriebsdauer p. 284 Ermittlung der erforderlichen Stillstands- oder Abkühlungsdauer p. 285 Berechnungsbeispiel thermischer Kurzzeitbetrieb p. 285 Aussetzbetrieb, periodischer Ein/Ausschaltbetrieb (intermittierender Betrieb) p. 289 Bestimmung der Motorleistung vom Aspekt der Erwärmung p. 292 Motorleistung bei Dauerbetrieb p. 292 Motorleistung bei Kurzzeitbetrieb p. 293 Motorleistung bei Aussetzbetrieb p. 293 Motorleistung bei stark wechselnder Belastung p. 294 Berechnungsbeispiel für intermittierenden Betrieb p. 294 Normrichtlinien: Bauformen, Schutzarten, Kühlung und Isolation p. 295 Bauformen p. 295 Schutzarten p. 297 Kühlung p. 298 Isolation p. 298 Elektromechanik p. 299 Begriffe, Normung und Darstellung p. 300 Mechanische Bauelemente p. 303 Schalter p. 303 Leuchtmelder p. 308 Elektromechanische Bauteile p. 309 Relais p. 309 Halbleiterrelais p. 314 Halbleiterrelais für Gleichstrom mit einem bipolaren Leistungstransistor p. 319 Halbleiterrelais für Gleichstrom mit MOSFET p. 323 Halbleiterrelais für Wechselstrom p. 323 Realisierung eines Wechselspannungsrelais mit Thyristoren p. 324 Eingangsschaltung mit Potentialtrennung p. 325 Steuerschaltung mit Thyristoren p. 326 Halbleiterschalter für dreiphasigen Wechselstrom p. 326 Schutzbeschaltung für Halbleiterrelais p. 327 Zeitrelais p. 327 Schütze p. 330 Schütztechnik p. 330 Stern-Dreieck-Schütz p. 332 Wendeschützschaltung p. 334 Zusatzbeschaltung von Schützen p. 336 Sicherheitsbaugruppen p. 340

7 Sicherheitsschalter p. 341 Sicherheitsverriegelungen p. 343 Überwachungsbausteine p. 344 Klemmen p. 345 Sicherungen p. 346 Table of Contents provided by Blackwell's Book Services and R.R. Bowker. Used with permission.