elektrischer Maschinen einschlie8lich der modernen Querfeldmaschinen VOD Werner Niirnberg Berlin Dritte durchgesehene und erweiterte Auflage

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1 Die Prufung elektrischer Maschinen einschlie8lich der modernen Querfeldmaschinen VOD Werner Niirnberg Berlin Dritte durchgesehene und erweiterte Auflage Mit 286 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

2 ISBN ISBN (ebook) DOI / Alle Rechte, insbesondere das der Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne ausdrilckliche Genehmigung dea Verlages ist ea a.uch nicht geatattet, diesea Buch oder Teile daraus auf photomachanischem Wage (Photokopie, Mikrokopie) zu vervielfâltigen. Copyright 1940 and 1955 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag OHG., BerlinjGottingenjHeidelberg. Softcover reprint ofthe hardcover 3rd edition 1955

3 V orwort zur dritten Auflage. Seit den beiden ersten Auflagen hat eine schon lange bekannte Maschinengattung in moderner Gestaltung und auf zum Teil ganzlich neuen Anwendungsgebieten das Interesse der Ingenieure auf sich gelenkt und weite Verbreitung in der Praxis gefunden. Es handelt sich um die als Querfeld- oder Zwischenbtirstenmaschine bezeichnete Gleichstrommaschine, die im wesentlichen zur Erzeugung konstanten Stromes oder als Verstărkermaschine zur Anwendung kommt. Diesen Maschinen wurde in der vorliegenden 3. Auflage ein besonderes Kapitel von 58 Seiten Text mit 1)7 Abbildungen gewidmet. Es enthălt den Niederschlag eigener zwanzigjahriger theoretischer und praktischer Tatigkeit, der durch die Zusammenarbeit mit vorziiglichen Ingenieuren und unter Mitbenutzung der Ergebnisse anderer Fachgenossen Erfolg beschieden wurde. Viele Anregungen ftir die Anwendung und die Entwicklung der Querfeldmaschinen der modernen Bauart entstammten zahlreichen Unterredungen mit dem erfinderisch sehr regen PESTARINI und dem mir in Freundschaft verbundenen BORRIELLO, der wertvo11e Hinweise aus der eigenen Praxis gab. Die mitgeteilten Versuchsergebnisse und Anwendungsbeispiele der unter den Namen Metadyne und Amplidyne besondets bekannt gewordenen Maschinen stammen von der Aligemeinen Elektricitatsgesellschaft Berlin, die sie freundlicherweise zur Verfiigung ste11te. Ihr und ihren Ingenieuren fiihle ich mich zu besonderer Dankbarkeit verpflichtet. Dem Verlag gebiihrt ftir oft bewiesenes Entgegenkommen und angenehme Zusammenarbeit ebenfa11s der beste Dank. Berlin, Juni Werner Niirnberg. Âus dem Vorwort zur ersten Âuflage. Die eingehende Darstellung der Versuche bei der Priifung elektrischer Maschinen unter besonderer Beriicksichtigung ihrer Wirkungsweise ist der Zweck des vorliegenden Buches. Behandelt werden die Transformatoren, die Asynchron-, Synchron- und Gleichstrommaschinen, der Einankerumformer und die Kommutatormaschinen ftir Ein- und Mehrphasenstrom. Bei letzteren finden die immer stărker an Bedeutung gewinnenden Nebenschlu.6motoren der stander- und der laufergespeisten Bauart eine besonders ausfiihrliche Darste11ung. V on den Sonderanwendungen der Asynchronmaschine sind im einzelnen behandelt die polumscha1tbare Maschine, der Einphasenmotor, der Asynchrongenerator, der Periodenwandler, die synchronisierte Maschine, die elektrische Welle, der Drehregler und die Maschinen mit Drehzahl- und

4 IV Aus dem Vorwort zur ersten Auflage. Phasenregelung. Die Gleichstrommotoren und Generatoren sind mit allen gebrăuchlichen Anordnungen des Erregerkreises beschrieben. Bei der Synchronmaschine sind auch jene Versuche und Berechnungsformeln angegeben, die die Bestimmung der zahlreichen charakteristischen Werte, wie z. B. der Reaktanzen in Lăngs- und Querachse fur das mitlăufige, das gegenlăufige und das Nullsystem ode~ der Eigenschwingungszahlen u. a., erlauben. Die Schaltungsschemas sind bei allen Maschinen und Transformatoren, bei den Gleichstrommaschinen sogar fur beide Drehrichtungen wiedprgegeben,. da ihre Kenntnis bei der Priifung der oft noch nicht fertig oder gar falsch geschalteten Maschine von besonderem Nutzen ist. Die Stromwendung und die Ankerriickwirkung der mit Yvendepolen ausgeriisteten Kommutatormaschinen fiir Gleich- und Wechselstrom sind theoretisch kurz, praktisch aber in ausfiihrlicher Weise behandelt. Das Verstăndnil:! bei der Priifung der einzelnen Maschinengattungen wird durch Diagramme und Ortskurven vertieft, die in genauer oder in zulăssig vereinfachter Form auf Grund von Leerlauf- und KurzschluBversuchen oder von Lastablesungen gezeichnet und ausgewertet werden k6nnen. Bei der Gleichstrommaschine tritt an die Stelle der sonst iiblichen zahlreichen Sonderdiagramme fiir die selbst-, fremd-, verbund- oder hauptstromerregte Maschine, die als Motor oder Generator arbeitet, ein einziges Diagramm, dem die Kennlinien fur die Klemmenspannung, die Drehzahl und die Erregung entnommen werden k6nnen. Die Diagramme der ungesăttigten und der gesăttigten Volltrommeloder Einzelpolsynchronmaschine sind der Vollstăndigkeit wegen neben das praktisch besonders wichtige "Schwedendiagramm" gestellt, das noch durch das Diagramm entsprechend den Amerikanischen Norm.alien ergănzt wird. Wegen der theoretischen Begriindung der einzelnen Diagramme mub auf die Spezialliteratur verwiesen werden. V on den MeBgerăten und Verfahren ist in knapper Form nur das wichtigste. angegeben. Auch hier miissen zum năheren Studium die einschlăgigen Werke benutzt werden. Die Berechnung der MeBkonstanten und die Erweiterung des MeBbereiches mit Neben- und Vorwiderstăndeu.und mit Strom- und Spannungswandlern ist in alier Ausfiihrlichkeit durchgefuhrt.die zur Messung der mechanischen Gr6Ben, also von Temperatur, Drehzahl, Schwingungen, Gerăuschen, Drehmomenten, 1;..uftgeschwindigkeit und -druck, dienenden Gerăte werden kurz gestreift. Die allerwichtigsten Formeln fiir den tăglichen Gebrauch im Priiffeld sind am Schlusse des Buches zur bequemeren Benutzung zusammengestellt. Das Buch wendet sich an die Studierenden der technischen Rochund Fachschulen und an die in der Praxis stehenden Ingenieure, denen es eine Rilfe bei der DurchfUhrung von Messungen und Versuchen an ErstausfUhrungen und bei der Kontrolle von bereits im Betrieb befindlichen Mascbinen und Transformatoren sein m6chte. Berlin, Januar Werner Nurnberg.

5 Einleitung.... Inhaltsverzeichnis. Seite 1 A bschnitt 1. Die allgemt'ine l\faschinl'npriifung, A. Die Widerstalldsmessung Drehstromwicklungen S Uleichstromwicklungen S Wi(,k lungen der Ein- und Mehrphasenkommutatormaschinen S.5. H. Jsolationsfestigkelt Wicklungsprobe 1:) Sprungwellenprobe S Hochfrequenzpriifungen S Windungsprobe S AbRolutwert des Isolationswiderstandes S. 7. C. Wlekelslnn und Wlekelllchse Feldwicklungen von G1eichstrommaschinen S ]<'eldwicklung der Synchronmaschinen S Die Ankerwit'klung der Kommutatormaschinen S Die Wicklungen der Synchron" und der Asynchronmaschinen fiir Drehstrom S bie Ausmessung dt'r /Z1'/Zt'nRt'itigt'n Lage von Primăr- und St'kundărwickluflgen S. 1]. D. Der I,eerlaufversuch Motorverfahren S Leerlaufkennlinien S Leerverluste S Generatorverfahren S Schleuderprobe S. ]5. - Der mechanische Lauf S. ]6. I<;. Der Belastungsversuch Die Belastungskennlinien S Die Erwărmungsprobe (Dauerlauf) S Die Messung der Erwărmung S Die praktische Durchfiihrung des Dauerlaufes S Grenzleistung H Beliiftungsmessungen S Luftmengenmessung S Luftwiderstandsmessung und Leist1,lngsbedarf des Liifters S G('răusche S. 24. ]<'. Der.KurzschluBversul'h Die KUTZschlullkennlinie S Das Kurzschlulldrehmoment S Die KUTZschluBzusatzverluste S.27. U. Der Hochlaufversuch Zweck und Durchfiihrung des Versuches S Auswertung S. 29. H. Der Auslaufversuch Zweck und Durchfiihrung dt's Versuches S Die Auswertung S Die Bestimmung des GD2 S Messung von Verlustt'n S Trennung der Verlust(" S Der Wlrkungsgrad Direkte Wirkungsgradbestimmung S. 38; - Indirekte Wirkungsgradbestimmung S Riickarbeit8verfahren S G1eichstrommaschinen S Die Riickarbeit von Synchi-onmaschinen S "Oher- und Untererregungsverfahren bei Synchronmaschinen S Einzelverlustverfahren S Die Wirkungsgradkennlinie S. 44. K. Ole Belastungsverfabren L. Die Pendelmaschlne Die Wirkungsweise S Der grundsătzliche Aufbau S Aufnahme von Belastungskennlinien S Bestimmung des Wirkungsgrades S Bestimmung des Korrekturdrehmomentes der Pendelmaschine S. 51. M. Die Drehmoment-Drehzablkennllnlen der Antrlebs- und der Belastungsmaschloen Die G1eichstrommaschine S Die Synchronmaschine S Stabilitit und Un8tahilitllt S. M.

6 VI InhaltsverzeichnÎ8. Abschnitt II. Die besondere Masehinenpriifung. Selte A. Der Transformator Allgemeines S Die Schaltgruppen S Parallelarbeit S Das Transformatordiagramm S '- Die Spannungsănderung S Die Berechnung des Wirkungsgrades S Die Priifung des unbewickelten Kernes S Die Priifung des gewickelten Transformators ohne 01 und ohne Kessel &:,66. - Die Priifung des fertigen Transformators mit olgefiilltem Kessel S. J1. - Der Erwărmungslauf S Transfonnatoren in Sparschaltung S Toleranzen S. 76. H. Die Asynchronmaschinen Aufbau und Wirkungsweise S a) Der Drehstromasynchronmotor Der Leerlaufversuch S Der KurzschluBversuch S Der 80 Hochlaufversuch S Der Belastungsversuch S Der Schlupf S Belastungskennlinien S Der Dauerlauf S Der Wirkungsgrad S Gewăhrleistungen und Toleranzen S Stempelung S Das Kreisbild der Drehstromasynchronmaschine mit Phasenanker S Die Zeichnung des Kreisbildes S Die Bestimmung des Schlupfes S Bestimmung von AolaBwiderstănden bei Stillstand und von Regelwiderstănden bei Lauf des Motors S Allgemeine Beziehungen S b) Polumschaltbare Asynchronmaschinen e) Der Asynchrongenerator Wirkungsweise S Betrieb S d) Der Einphasenasynchronmotor Wirkungsweise S Das Diagramm des Einphasenmotors ohne Hilfswicklung S Das KurzschluBdiagramm des Motors mit HilfsphaseS Erzielung des hochsten Anfahrdrehmomentes S e) Der Periodenwandler Wirkungsweise S Die Priifung S Der Leerlaufversuch S Der KurzschluBversuch S Das Diagramm des Periodenwandlers in Schaltung B S Die Belastung S f) Die synchronisierte Asynchronmaschine Wirkungsweise S Die Schaltung S Das Diagramm S tjberlastbarkeit S g) Die elektrische Welle Aufbau S Die Wirkungsweise S Das Diagramm S Die Grenze der Stabilităt S Die Arbeitswelle S Die Ausgleichswelle S Die Synchronisierung S Die Pendelneigung S '- Die Priifung S h) Die Drehregler Der dreiphasige Drehregler S Diagramm S Der Laerlaufversuch S Der IiurzschluBversuch S Die Spannungsănderung S Der Belastungs- und der Dauerversuch S Das Drehmoment S Der Doppeldrehregler S Der Einphasendrehregler S i) Asynchronmaschinen mit Drehzahl- und Phasenregelung 145 WirkungsweiseS Die Ausmessung S Das vereinfachte Kreisdiagramm der geregelten Asynchronmaschine S Der Asyn. chronmotor mit stănderloser, eigenerregter Drehstromerregermaschine S Die Wirkungsgradbestimmung S C. DieSynchronmaschinen Aufbau S Die Streuprobe ohne Induktor S Der Leerlaufversuch S Die Spannungskurve S Der KurzschluBversuch S versuch S Der StoBkurzschluBversuch S Die Belastungsaufnahmen S Der Hochlauf Das Synchronisieren S Die DunkeIschaltung S Die HelIschaltung S Kontrolle S Die Belastungseinstellung S

7 Inhaltsverzeichnis. Selte Die Belastungskennlinien S Die Bestimmung des Erregerstromes und der Spannungsănderung nach den schwedischen NormaIien S Die Bestimmung des Erregerstromes und der Spannungsănderung nach den amerikanischen NormaIien S Das Diagramm der Synchronmaschine S.173_ - Die charakteristischen GroSen der Synchronmaschine ~nd ihre experimentelle Ermittlung S.I77. - Die Drehmomente der Synchronmaschine S Der Dauerlauf S Der Wirkungsgrad S Toleranzen D. Dle Glelchstrommaschloeo a) Allgemeines Der Aufbau S Das Schaltschema S Die Ankerriickwirkung S Das Diagramm und die Kennlinien S Das Drehmoment S Parallellauf und Lastverteilung S Die Stromwendung S Die praktische Untersuchung der Stromwendung S Die mechanische Untersuchung S Die elektrische Untersuchung S Der Leerlaufversuch S Die Bedingung der Selbsterregung S Der KurzschluBversuch S Die Belastungsversuche S Die Korrektur der Leerlauf- oder der Lastdrehzahl von Gleichstrommaschinen durch Ănderung des Hauptpolluftspaltes S Der Dauerlauf S Die Aufnahme der Feldkurve S Die Messung der Welligkeit der Gleichspannung S Die FIimmerprobe mit Gliihlampen S Die Bestimmung des Wirkungsgrades S Die Eichung von Belastungs- und Antriebsmaschinen S Toleranzen S.231. b) Generatoren Der selbsterregte NebenschluBgenerator Der selbsterregte Generator mit zusătzlicher Hauptstromwicklung S Der fremderregte Generator S Der fremderregte Generator mit zubă.tzlicher Gegenstromwicklung S Der Hauptstromgenerator S Die Krămermaschine (Dreifeldmaschine) S Die Querfeldmaschine nach ROSENBERG S c) Motoren Der NebenschluBmotor Die DrehzahlregelwIg des NebenschluBmotors S Der NebenschluBmotor mit zubă.tzlicher Hauptstromwicklung S Der HauptschluBmotor S d) Spannungsteilung Die Gleichstrommasehine mit Spannungsteilung S Ausgleichssătze S E. Der Elnankerumformer Aufbau S Das Obersetzungsverhăltnis S Die praktischen Werte der Obersetzung S Die Drehzahl des Einankerumformers S Die Spannungsregelung S Die Ankerkupferverluste des Umformers S Das Diagramm des Einankerumformers S Das An1assen des Umformers S Die Priifung S Der Wirkungsgrad S.257. F. Die Eln- und Mehrphasenkommutatormaschlnen a) Der stăndergespeiste DrehstromnebenschluUmotor... 25R Aufbau und Wirkungsweise S Die Einstellung des Motora iu Umkehrstellung S Die Einstellung der Kompensationsapannung bei Verwendung eines besonderen Kompensationstrafos S.261. b) Der Motor mit Einfachdrehregler und beweglichem Biir. stenjoch Schaltung und Regelprinzip S Die Einstellung S Die Leerlaufmessungen S Die Selbsterregung S Der Belastungsversuch S Der Wirkungsgrad S Umkehr der Drehrichtung S c) Der Iăufergespeiste Drehstromnebenschlu8motor (Schragemotor) Aufbau und Wirkungsweise S Die Einstellung des Schragemotors S Leerlauf-, KurzschluB- und Lastversuche S VII

8 VIII Inhaltsverzeichnis. Seite d) Der Drehstromreihenschlul.lmotor Aufbau und Wirkungsweise S Die Drehrichtungsumkehr S Der Motor mit Zwischentransformator S Das Dia gramm des Reihenschlul.lmotors (ohne Zwischentransformator) S Das Diagramm des Reihenschlul.lmotors (mit Zwischentransformator) S Der Reihenschlullmotor mit doppeltem Biirstensatz S Die Selbsterregung S Die Einstellung S Die Priifung S.290. e) Der Einphasenreihenschlullmotor (Bahnmotor) Aufbau und Wirkungsweise S Das Diagramm S Die Stromwendung S Die praktische Untersuchung der Stromwendung S_ Die Priifung S f) Der RepulsionsInotor Aufbau und Wirkungsweise S Die drei Ausfiihrungsarten des BiirstenkurzschluBSes S Die Einstellung der Biirstenbriicke S Magnetisierung und Kurzschlull S Lastversuche S Drehrichtungsumkehr S g) Die eigenerregte, stănderlose Drehstromerregermaschine 303 Aufbau und Wirkungsweise S Die Priifung S Verlustbestimmung S h) Der Frequenzwandler Aufbau und Wirkungsweise S Die Priifung Der kompensierte Frequenzwandler S i) Die stăndererregte Drehstromkommutatormaschine Aufbau und Wirkungsweise S Die Drehstromkommutatormaschine mit sechs Teilpolen S Die Priifung S.31O. - Die Scherbiusmaschine S.311. Abschnitt III. Die l\le8geriite nnd Yerfahren. A. Die Messung der elektrlschen GriBen a) Allgemeines b) Die Messllng v.on Strom, Spanllung uud Leitltung bei Gleichstrom Strommessung S Gleiehstromspannungllmetlsullg S ' Gleichstromleistungsmessullg S c) Die Messung von Strom, Spannung und Leistung bei Wechselstrom technischer Frequenz ( Hz) Strommessung S Wechselstromspannungsmessung S Wechselstromleistungsmessung S d) Leistungsfaktorme/lser Messungen im Einphasennetz S.32!l. - MellliUlIgell im Drehstromnetz S.330. e) Frequenzmesser Zungenfrequenzmell~r I:l lnduktiollsfrequellzmesser I:l Kreuzeisenfrequenzmesser S f) Die Messung von OHMschen Widerstănden Strom-Spannungsverfahren S Thomsonbriicke S Wheatstonebriicke S.335. /.() Die Messung des induktiven Widerstandes und der Induktjyităt h) Der kapazitive Widerlltalld und die Kapazitat B. Die }[essung der mechanischen Gril.len Die Messung der Drehzahl S Die Messullg der I:lchwingungen S Die Gerăuschmessung S Die Messung der Temperatur S Luftdruck und Luftgeschwindigkeit S Messung des Drehmomentes S. 342.

9 Inhaltsverzeichnis. Abschnitt IV. Querfeldmasehinen Dauan Metadyne und Amplidyne. Vorbemerkung S Aufbau S AlIgemeine Wirkungsweise S Die kompensierte Verstărkermaschine (Amplidyne) S Erklărung der Versiărkerwirkung S Dil' Umformermetadyne S. 357; - Die Stănderwicklungen S Klemmenbezeichnung S Richtungsregeln S Anwendungen der Querfeldmaschinen S Priifung einer Metadyne (Konstantstrommaschine) S Priifung einer Amplidyne (Verstărkermaschine) S Aufnahme von Feldkurven S Dynamische Untersuchung von Querfeldmaschinen S Aufnahme des Frequenzganges und der Obergangsfunktion S IX Selte Formelanhang. Sachverzelchnls