DER GLEICHSTROMMAGNET

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Curt Kolbe
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1 DER GLEICHSTROMMAGNET VON DR.-ING. EBERHARD KALLENBACH STÜTZERBACH/THÜRINGEN MIT 169 BILDERN UND 17 TABELLEN $ LEIPZIG1969 AKADEMISCHE VERLAGSGESELLSCHAFT GEEST&PORTIG K.-G.

Inhalt 1. Das magnetische Feld des Gleichstrommagneten 15 1.1. Grundgesetze des stationären magnetischen Feldes 16 1.1.1. Das magnetische Feld in magnetisch homogenen Körpern 16 1.1.2.

2 Inhalt 1. Das magnetische Feld des Gleichstrommagneten Grundgesetze des stationären magnetischen Feldes Das magnetische Feld in magnetisch homogenen Körpern Das magnetische Feld in magnetisch inhomogenen Körpern Grundgesetze des magnetischen Kreises Berechnung des magnetischen Feldes im Luftraum Exakte mathematische Methoden zur Berechnung des Luftspaltfeldes Berechnung ebener magnetischer Felder mit Hilfe des Differenzenverfahrens Berechnung des flächenparallelen magnetischen Feldes auf graphischem Wege Berechnung der magnetischen Leitfähigkeit des Luftraumes zwischen ferromagnetischen Körpern mit Hilfe vereinfachter Flußwege Bestimmung der magnetischen Leitfähigkeit des Luftraumes zwischen ferromagnetischen Körpern mit Hilfe der Methode der Ähnlichkeit 33 Ermittelung der magnetischen Leitfähigkeit des Luftraumes zwischen den Stirnflächen 34 Bestimmung der magnetischen Leitfähigkeit des Luftraumes zwischen den Seitenflächen Methoden zur Berechnung des magnetischen Kreises von Elektromagneten Die Differentialgleichung des magnetischen Kreises Methoden zur Lösung der Differentialgleichung des magnetischen Kreises Analytische Lösung der Differentialgleichung des magnetischen Kreises Der magnetische Kreis mit Luftspalten an einem Spulenende 41 Der magnetische Kreis mit Luftspalten in der Spulenmitte Graphische Methoden zur Lösung der Differentialgleichung des magnetischen Kreises 44 Methode der Isoklinen 44 Methode der doppelten graphischen Integration Berechnung des magnetischen Kreises durch Approximation des Flußverlaufes Berechnung magnetischer Kreise mit Hilfe von Streufaktoren Modellierung magnetischer Felder 59 Literatur zu Der Gleichstrommagnet als Energiewandler Allgemeines Der Gleiehstrommagnet als statischer Energiewandler Die elektro-magneto-mechanische Energiewandlung Die elektrische Grundstruktur Die magnetische Grundstruktur Der Wirkungsgrad der magneto-mechanischen Energiewandlung Ausnutzung der mechanischen Energie 69

Inhalt 9 2.2.4. Der Gesamtwirkungsgrad von Elektromagneten 71 2.3. Der Gleichstrommagnet als dynamischer Energiewandler 71 2.3.1. Die Lagrange-Gleichung des Gleichstrommagneten 71 2.3.2. Die Ableitung der Bewegungsgleichungen eines Gleichstrommagneten aus den Lagrange-Gleichungen 77 Literatur zu 2 79 3.

3 Inhalt Der Gesamtwirkungsgrad von Elektromagneten Der Gleichstrommagnet als dynamischer Energiewandler Die Lagrange-Gleichung des Gleichstrommagneten Die Ableitung der Bewegungsgleichungen eines Gleichstrommagneten aus den Lagrange-Gleichungen 77 Literatur zu Berechnung der Magnetkraft und der Magnetkraftkennlinie von Gleichstrommagneten Allgemeines Die Kraftwirkung auf ferromagnetische Körper im magnetischen Feld Die magnetischen Feldkräfte im linearen magnetischen Feld Die magnetischen Feldkräfte im nichtlinearen magnetischen Feld Ableitung der magnetischen Zugspannungen Ableitung der magnetischen Querspannungen Berechnung der Magnetkraft aus dem v'-i-kennlinienfeld Analytische Berechnung der Magnetkraft Graphische Ermittlung der Magnetkraft Berechnung der Magnetkraft mit Hilfe des Selbstinduktionskoeffizenten Berechnung der Magnetkraft von Flachankermagneten Berechnung der Magnetkraft von Tauchankermagneten Berechnung der Magnetkraft unter Berücksichtigung der Sättigung und der Streuung Der Einfluß der Geometrie des magnetischen Kreises auf die Magnetkraftkennlinie Berechnung der Magnetkraftkennlinie mit Hilfe der Synthesebetrachtung Grundlagen der Kennliniensynthese Praktische Kennliniensynthese bei Vernachlässigung des magnetischen Widerstandes des Eisenkreises Praktische Kennliniensynthese bei Berücksichtigung des nichtlinearen magnetischen Widerstandes des Eisenkreises Der Einfluß der Geometrie des Ankergegenstückes auf die Magnetkraftkennlinie Wirkungsweise des Ankergegenstückes Hinweise zur konstruktiven Gestaltung des Ankergegenstückes Experimentelle Untersuchungen an Topfmagneten mit Kennlinienbeeinflussung 111 Magnetkraftkennlinien bei hohlzylindrischen Ankergegenstücken 111 Kennlinienverlauf bei konischem Ankergegenstück 113 Magnetkraftkennlinien mit Bereichen fallender Magnetkraft Vorausberechnung der geometrischen Abmessungen von Ankergegenstücken mit Hilfe von Ähnlichkeitbetrachtungen 118 Literatur zu Optimierung von Gleichstrommagneten Allgemeines Methoden zur Berechnung der optimalen Hauptabmessungen Allgemeines Berechnung der optimalen geometrischen Hauptabmessungen von Gleichstrommagneten bei Vorgabe der Magnetarbeit Ableitung der Nebenbedingung bei Vorgabe der idealen Magnetarbeit und der Stromdichte 126

10 Inhalt 4.2.2.2. Berechnung des optimalen U-Magneten 128 4.2.2.2.1. Das Volumen des U-Magneten 128 4.2.2.2.2. Berechnung der optimalen Hauptabmessungen des U-Magneten für den linearen Fall 129 4.2.2.2.3.

4 10 Inhalt Berechnung des optimalen U-Magneten Das Volumen des U-Magneten Berechnung der optimalen Hauptabmessungen des U-Magneten für den linearen Fall Berechnung der optimalen Hauptabmessungen des U-Magneten unter Berücksichtigung der Nichtlinearität der Magnetisierungskennlinie Ermittlung der optimalen Hauptabmessungen Berechnung der optimalen Hauptabmessungen des E-Magneten Berechnung der optimalen Hauptabmessungen des Topfmagneten Das Volumen des Topfmagneten Die Ableitung der Nebenbedingung für den Topfmagneten Berechnung der optimalen Hauptabmessungen Untersuchung des Verlaufes des Volumenminimums Vereinfachung des Berechnungsverfahrens Berechnung der optimalen Hauptabmessungen bei Vorgabe der Anzugskraft Berechnung der optimalen Hauptabmessungen bei Vorgabe der Anzugskraft mit Hilfe der Maxwellschen Zugkraftformel Die Berechnung der optimalen geometrischen Hauptabmessungen von Gleichstrommagneten bei Vorgabe der Anzugskraft und bekanntem Induktivitätsverlauf Ableitung der Nebenbedingung Berechnung der optimalen Hauptabmessungen Die Optimierung der Gleichstrommagnete hinsichtlich der Magnetkraftkennlinie Allgemeines Die Abhängigkeit des magnetischen Wirkungsgrades Die Abhängigkeit der Magnetausnutzungszahl 156 Literatur zu Das dynamische Verhalten von Gleichstrommagneten Allgemeines Der Ausgleichsvorgang beim Einschalten eines Gleichstrommagneten Der Ausgleichsvorgang während des Anzugsverzuges Berechnung des Anzugsverzuges Berechnung der optimalen Induktivität des Anzugsverzuges Verteilung der Leistung während des Anzugsverzuges Der Ausgleichsvorgang während der Anzugszeit Numerische Verfahren zur Berechnung des dynamischen Verhaltens während der Anzugszeit 169 Methode von MOSKVITIN 169 Methode von SOTSKOV 171 Methode von TBE-AKOPOV 171 Methode von GRAUBNEE Graphische Verfahren zur Berechnung der Anzugszeit 174 Methode von LYSOV 174 Methode von GusmccKU Graphoanalytisches Verfahren zur Ermittlung der dynamischen Charakteristik Der Einfluß der Wirbelströme auf die Dynamik von Gleichstrommagneten beim Einschalten Untersuchung des Fluß- und Kraftanstieges bei feststehendem Anker Einführung des Ersatzschaltbildes Ermittlung der Anzugszeit unter Berücksichtigung der Wirbelströme 183

Inhalt 11 5.2.4. Die Berechnung von Gleichstrommagneten mit optimalen dynamischen Eigenschaften 185 5.2.5. Ermittlung des dynamischen Verhaltens mit Hilfe eines Analogrechners... 191 5.3.

5 Inhalt Die Berechnung von Gleichstrommagneten mit optimalen dynamischen Eigenschaften Ermittlung des dynamischen Verhaltens mit Hilfe eines Analogrechners Der Ausgleichsvorgang beim Abschalten eines Gleichstrommagneten Der Ausgleichsvorgang während des Abfallverzuges Das dynamische Verhalten von Gleichstrommagneten während der Abfallzeit 196 Methode von Livsic Schaltungstechnische Beeinflussung des dynamischen Verhaltens Schaltungen zur Beschleunigung des Übergangsprozesses Einsatz eines Vorwiderstandes Einfluß der Spannung auf den Anzugsverzug Einfluß der Л-C-Kombination auf das dynamische Verhalten Schaltungen zur Verzögerung des Einschaltvorganges 205 Literatur zu Erwärmungsberechnung von Gleichstrommagneten Allgemeines Grundlagen der Wärmeübertragung Wärmeleitung Wärmeübertragung durch Konvektion Wärmeabgabe durch Strahlung Die Erwärmung der Erregerspule eines Gleichstrommagneten unter idealen Bedingungen Berechnung der Spulentemperatur unter Berücksichtigung der durch die Erwärmung der Spule bedingten Leistungsänderung Berechnung der Spulentemperatur bei eingeprägter Spannung Berechnung der Spulentemperatur bei eingeprägtem Strom Temperaturverteilung im Inneren der Erregerspule Die Berechnung der stationären Temperaturverteilung im Gleichstrommagneten mit Hilfe des Wärmeersatzschaltbildes Grundlagen Das einfache Wärmeersatzschaltbild eines E-Magneten zur Berechnung der Übertemperatur der Spulenoberfläche Berechnung der Spulentemperatur einer Erregerspule mit gleichmäßiger Übertemperatur an der Oberfläche Aufbau und Technologie der Erregerspule Allgemeines Füllfaktoren Folienspulen Grundgleichungen zur Berechnung der Spulendaten von Gleichstrommagneten 236 Literatur zu Tabellenanhang 244 Sachregister <. 257»

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