Berechnung elektrischer Maschinen

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1 Cermar Müller, Karl Vogt und Bernd Ponick Berechnung elektrischer Maschinen 6., völlig neu bearbeitete Auflage WILEY- VCH WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

2 XI Inhaltsverzeichnis Vorwort zur 6. Auflage Vorwort zur 1. Auflage V IX Formelzeichen XVII 1 Wicklungen rotierender elektrischer Maschinen Allgemeine Bezeichnungen und Gesetzmäßigkeiten Allgemeine Bezeichnungen von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen Allgemeine Gesetzmäßigkeiten von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen Wicklungen mit ausgebildeten Strängen Wicklungsgesetze Wicklungsentwurf Bestimmung des Wicklungsfaktors Aussagen des Görges-Diagramms Bewertung der Entwürfe Wicklungsdimensionierung Kommutatorwicklungen 124, Wicklungsgesetze und Wicklungsbezeichnungen Wicklungsentwurf Wicklungsdimensionierung Weitere Wicklungsarten Wicklungen auf ausgeprägten Polen In Nuten verteilt angeordnete Wicklungen Magnetischer Kreis Feldgleichungen und deren allgemeine Aussagen 276 Berechnung elektrischer Maschinen, 6. Auflage. Germar Müller, Karl Vogt und Bernd Ponick Copyright 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN:

3 Inhaltsverzeichnis Allgemeine Aussagen der Feldgleichungen für die Berechnung magnetischer Kreise Prinzipieller Berechnungsgang bei der konventionellen Magnetkreisberechnung Ermittlung magnetischer Felder Feldgebiete konstanter Permeabilität ohne Durchflutung Feldgebiete konstanter Permeabilität mit Durchflutung Luftspaltfelder Einfluss von Polform und Durchflutungsverteilung auf das Luftspaltfeld als ebenes Feld ohne Einfluss der Nutung Einfluss der Unterbrechungen der Luftspaltbegrenzungsflächen auf das Luftspaltfeld Charakteristische Abschnitte des ferromagnetischen Teils des magnetischen Kreises Abschnitte mit annähernd homogenen Feldern Abschnitte mit sich längs des Integrationswegs ändernder Querschnittsfläche Abschnitte mit längs des Integrationswegs veränderlichem Fluss Gegenseitige Beeinflussung der Abschnittsfelder Einführende Betrachtung zur gegenseitigen Beeinflussung der Abschnittsfelder Iterative Ermittlung der gegenseitigen Beeinflussung Konzentrierte Erregerwicklung Verteilte erregende Wicklung bei gleichmäßiger Nutung Verteilte erregende Wicklung bei ungleichmäßiger Nutung Bestimmung der Leerlaufkennlinie Gleichstromerregung mit konzentrierter Erregerwicklung Gleichstromerregung mit verteilt angeordneter Erregerwicklung Mehrphasige Wechselstromerregung Sonderfälle der Erregung Einfluss der Belastungsströme auf das Feld der erregenden Wicklung Maschinen mit linearer Durchflutungsverteilung der Belastungsstiöme Maschinen mit konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme Maschinen mit nicht konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme Erregung durch permanentmagnetische Abschnitte Entmagnetisierungskennlinie Reversible Kennlinie Hartmagnetische Werkstoffe Dimensionierung von permanentmagnetischen Abschnitten Flusskonzentration 288

4 XIII Einfluss der Ankerrückwirkung Streuung Allgemeine Erscheinungen und ihre Bezeichnungen Einführung der Teilstreufelder Spaltstreuung als Teil der Gesamtstreuung eines Wicklungspaars Gesamtstreuung eines Wicklungspaars Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung der Streuung Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflüssen Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflussverkettungen Ermittlung von Streuflüssen in der Berechnungspraxis Nut-Zahnkopf-Streufluss Polstreufluss ausgeprägter Pole Ermittlung von Streuflussverkettungen in der Berechnungspraxis Nut-und Zahnkopfstreuung Wicklungskopfstreuung Oberwellenstreuung Polstreuung Stromwendung Stromwendevorgang Phasen des Stromwendevorgangs Prinzipieller Verlauf der Stromwendung Beanspruchung des Bürstenkontakts Prinzipielle analytische Behandlung der Stromwendung Maschengleichung der kommutierenden Masche Wendezone Gleichungssystem zur Berechnung der Stromwendung Betrachtungen zur Lösung des Gleichungssystems Genäherte Berechnung der Stromwendung Verlauf der Ankerreaktanzspannung Mittlere Ankerreaktanzspannung Wendepolwicklung Möglichkeiten zur Beeinflussung der Stromwendung Einfluss der Bürsten Einfluss der Wicklungsdimensionierung und der Wendepolgestaltung Stromverdrängung Prinzipielle Abhängigkeiten der Stromverdrängung Ermittlung der prinzipiellen Abhängigkeiten 386

5 XIV I Inhaltsverzeichnis Gesichtspunkte für die Wicklungsdimensionierung Veranschaulichung der Erscheinung der Stromverdrängung Einseitige Stromverdrängung Zweiseitige Stromverdrängung Definition von Parametern Analytisch geschlossene Berechnung der Stromverdrängung Entwicklung der Grundgleichungen Massive Leiter Unterteilte Leiter Kunststäbe Kommutatorwicklungen Verluste Energiebilanz der elektrischen Maschine Verluste und Wirkungsgrad Nachweis des Wirkungsgrads Mechanische Verluste Verluste durch Gas- und Lagerreibung Verluste durch Bürstenreibung Grundverluste in den Stromkreisen Eigenschaften der Leitermaterialien Wicklungswiderstände Wicklungsverluste Bürstenübergangsverluste Grundverluste im magnetischen Kreis Eigenschaften des Magnetmaterials Ermittlung der Ummagnetisierungsgrundverluste in der Berechnungspraxis Zusätzliche Verluste Zusätzliche Verluste durch Oberwellen im Luftspaltfeld Zusätzliche Stromwärmeverluste in Ständer- und Läuferwicklungen durch Oberschwingungen des speisenden Stroms Zusätzliche Verluste durch Stromverdrängung in Wicklungen Quellen weiterer zusätzlicher Verluste Kräfte Allgemeine Beziehungen zur Ermittlung der Kräfte Ermittlung der Kräfte auf stromdurchflossene Leiter, ausgehend von den Feldgrößen Ermittlung der Grenzflächenkräfte Ermittlung der Kräfte aus der Induktivitätsänderung 469

6 Ixv 7.2 Tangentiale Kräfte auf Blechpakete Radiale Kräfte auf Blechpakete Allgemeine Erscheinungen Zugspannungswellen des resultierenden Luftspaltfelds und ihre Wirkung Magnetische Geräusche Einseitiger magnetischer Zug Axiale Kräfte auf Blechpakete Allgemeine Erscheinungen Axiale Kräfte aufgrund des Luftspaltfelds Axiale Kräfte aufgrund des Streufelds des Wicklungskopfs Kräfte auf in Nuten eingebettete Leiter Tangentiale Kräfte Radiale Kräfte Kräfte auf die Leiter im Wicklungskopf Allgemeine Erscheinungen und Beziehungen Vereinfachte Berechnung Induktivitäten, Reaktanzen und Zeitkonstanten Induktivitäten und Reaktanzen Grundlegende Zusammenhänge Induktivitäten und Reaktanzen des Luftspaltfelds Streuinduktivitäten und Streureaktanzen Charakteristische Induktivitäten und Reaktanzen Zeitkonstanten Eigenzeitkonstanten Charakteristische Zeitkonstanten Entwurfs- und Berechnungsgänge Grobentwurf Entwurfsgleichung Entwurfsrichtwerte Detaillierte Dimensionierung und analytische Nachrechnung Grundsätzliches Vorgehen Gleichstrommaschinen Induktionsmaschinen Synchronmaschinen Kleinmaschinen Optimierung des Entwurfs Nachrechnung mit Hilfe numerischer Feldberechnung von K. Reichert Grundlagen 613

7 XVI Inhaltsverzeichnis Numerische Feldberechnungsmethoden Anwendung numerischer Feldberechnungsmethoden Praktischer Einsatz der Finite-Elemente-Methode zur numerischen Feldberechnung Wicklungsumrechnung Anpassung an eine andere Bemessungsspannung Beeinflussung der charakteristischen Reaktanzen Berechnung einer Maschinenreihe 653 Literaturverzeichnis 655 Sachverzeichnis 659