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1 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 1.1 Magnetisches Feld Bewegte Leiterschleife im Magnetfeld Ruhende Leiterschleife im magnetischen Wechselfeld Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld Grundlagen der Antriebstechnik Drehmomenterzeugung in Elektromotoren Gleichungen zur Antriebs berechnung Antriebsquadranten Bauelemente der Leistungselektronik Dioden Transistoren Bipolare Transistoren, BP Unipolartransistoren, MOSFET Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT Thyristoren Symmetrisch sperrender Thyristor (SCR) Weitere Thyristorarten Grundschaltungen der Leistungselektronik Netzgeführte Stromrichter Einpuls-Mittelpunktschaltung M Zweipuls-Mittelpunktschaltung M Dreipuls-Mittelpunktschaltung M Vollgesteuerte Brückenschaltungen Zwölfpuls-Brückenschaltungen Halbgesteuerte Brückenschaltungen Netzgeführte Wechselrichter Berechnung netzgeführter Schaltungen Wechselstrom- u. Drehstromsteller Wechselstromsteller Drehstromsteller Selbstgeführte Stromrichter Gleichstromsteller (Chopper) Selbstgeführte Wechselrichter Grundlagen der Frequenzumrichter Modulation der Ausgangsspannung Steuerung/Regelung der Ausgangsspannung Netzrückwirkungen von Frequenz umrichtern Gleichstrommaschinen 2.1 Aufbau der Gleichstrommaschine Stator Ständer Rotor Anker Schaltungen der Gleichstrom maschinen Spannungserzeugung Drehmomenterzeugung und Leistungsumsatz Generatorbetrieb und Motorbetrieb Magnetische Felder Hauptfeld Ankerfeld Gesamtfeld (Resultierendes Feld) Ankerrückwirkung Entstehung Reduzierung der Ankerrückwicklung Stromwendung (Kommutierung)

2 Inhaltsverzeichnis 5 2 Gleichstrommaschinen Ursachen des Bürstenfeuers Stegspannung (Lamellenspannung) Motoren Nebenschlussmotor und fremderregter Motor Reihenschlussmotor (Hauptschlussmotor) Doppelschlussmotor Anlassvorgang Elektrische Bremsung Senkbremsung Nachlaufbremsung Drehzahlsteuerung Ankerstellbereich Feldstellbereich Betrieb am Wechselstromnetz Einquadrantenbetrieb (1-Q-Betrieb) Zweiquadrantenbetrieb (2-Q-Betrieb) Vierquadrantenbetrieb (4-Q-Betrieb) Betrieb am Gleichstromnetz Verluste und Wirkungsgrad Verlustarten Wirkungsgrad Gleichstrom-Ankerwicklungen Ringwicklung Trommelwicklung Umschalten bzw. Umwickeln einer Maschine Transformatoren 3.1 Aufgaben und Arten Einphasentransformator Wirkungsweise des idealen Transformators Grundgleichungen Spannungsübersetzung Stromübersetzung Widerstandstransformation Transformatoren-Hauptgleichung Betriebsverhalten Ersatzschaltung des realen Transformators Leerlaufbetrieb Lastbetriebsverhalten Spannungsverhalten bei normaler Belastung Parallelschaltung von Transformatoren Energieumsatz im Transformator Verluste Volllastwirkungsgrad/Bemessungslastwirkungsgrad Jahreswirkungsgrad Drehstromtransformator Transformatorenbank Konstruktive Vereinigung von drei Einphasentransformatoren zu einem Drehstromtrans formator Schaltgruppen Betriebsverhalten von Dreh stromtransformatoren unter einphasiger oder extrem unsymmetrischer Belastung Besondere Ausführungsformen des Transformators Spartransformator Stelltransformator Transformatoren für Messzwecke

3 6 Inhaltsverzeichnis 3 Transformatoren 3.8 Konstruktive und technologische Gestaltung der aktiven Transformatorbauteile Anordnung der aktiven Bauteile Werkstoffe und Aufbau des Eisenkerns Blechschnitte und konstruktive Zusammenfassung der Kernbleche Wicklungen Äußere Gestaltung Transformatorenschutz Innere Fehler Schutzeinrichtungen Wechselstrommaschinen 4.1 Grundlagen der Drehstromwicklungen Wicklungsfaktoren Verteilte Wicklung Zonenfaktor Gesehnte Wicklung Sehnungsfaktor Bedeutung der Wicklungsfaktoren Magnetische Felder Felderregerkurve und Feldkurve Konzentrierte Wicklung Verteilte Wicklung Nutzfluss und Streufluss Drehfelder Entwurf von Wechselstromwicklungen Einschicht-Ganzlochwicklungen Zweischicht-Ganzlochwicklungen Einschicht-Bruchlochwicklungen Zweischicht-Bruchlochwicklungen Polumschaltbare Wicklungen (Dahlander) Polumschaltbare Sonderwicklungen Einphasenwicklungen Umwickeln von Maschinenwicklungen Drehstrom-Asynchronmaschine Aufbau Wirkungsweise Läuferfrequenz und Läuferspannung Leistungsaufteilung Ersatzschaltung und Zeigerdiagramm Drehmoment Stromaufnahme Kreisdiagramm Leerlauf und Kurzschlussversuch Auswertung Bedeutung des Kreisdiagramms Belastungskennlinien Anlauf und Anlassen Hochlaufvorgang Anlaufstrom Schleifringläufer mit Anlasswiderständen Stromverdrängungsläufer Stern-Dreieck-Anlaufschaltung Sanftanlasser mit Drehstromsteller Anlasstransformator Weitere Anlassverfahren Drehzahlsteuerung Steuerungsmöglichkeiten

4 Inhaltsverzeichnis 7 4 Wechselstrommaschinen 5 Weitere Maschinenarten Ändern der Ständerspannung Schlupfwiderstände Läufergegenspannung Frequenzverstellung Polumschaltung Bremsen Einphasen-Asynchronmotoren Einsträngiger Motor Anwurfmotor Zweisträngiger Motor Zweiphasiger Anschluss Einphasiger Anschluss Kondensatormotor Einphasenmotor mit Widerstandshilfswicklung Spaltpolmotor Drehstrommotor im Einphasenbetrieb Synchronmaschinen Aufbau und Arten Außenpolmaschine Innenpolmaschine Erregung Wirkungsweise Leerlauf Belastung Ersatzschaltung und Zeigerdiagramm Kurzschluss Drehmoment Generatorbetrieb Inselbetrieb Parallelbetrieb Motorbetrieb Betriebsverhalten Mechanische Pendelungen Anlauf Drehzahlsteuerung Besonderheiten der Schenkelpolmaschine Drehstromantriebe am Frequenz umrichter (U-Umrichter) Drehstrom-Kurzschlussläufer motor am Frequenzumrichter Hz-Betrieb Parametrierung von Frequenzumrichtern Bremsung, Bremsarten Motorschutz Parallelschalten von Motoren Elektrischer Anschluss Transformatoren Streufeldtransformator Stromrichtertransformator (SRT) Wechselstrommaschinen Einphasen-Reihenschlussmotor und Universalmotor Repulsionsmotor Drehstrom-Kollektormotor Reluktanzmotor Drehstromsynchronmotor mit permanenterregtem Läufer Asynchroner Linearmotor Servoantriebe Bauarten

5 8 Inhaltsverzeichnis 5 Weitere Maschinenarten Erregerkreiswerkstoffe Motorkenndaten Gleichstrom-Scheibenläufermotor Aufbau und Wirkungsweise Betriebsverhalten Gleichstrom-Langläufermotor Aufbau und Wirkungsweise Betriebsverhalten Bürstenloser Gleichstrom- Servomotor Drehstrom- Asynchronservomotoren Drehstrom-Synchronservomotoren Gebersysteme für Servomotoren Schrittmotoren Aufbau, Bauarten und Wirkungsweise Ansteuerungsarten/Betriebsarten Schrittarten Steuerlogik Treiberstufen Betriebsverhalten Zusammenfassung und Erläuterungen Umformer Prüfen der Maschinen 6.1 Elektrische Prüfung Körperschluss (Prüfung der Isolation) Windungsschluss Unterbrechung Erwärmungsprüfung Strom- und Drehmomentüberlastbarkeit Mechanische Prüfung Störungen und Fehlersuche im Betrieb Normung der Maschinen 7.1 Übersicht über die einschlägigen Normen elektrischer Maschinen Bauformen und Baugröße Schutzarten Bemessung und Betrieb Betriebsarten, Bemessungsklassen Erwärmung Thermische Klassen, Wärmeklassen Kühlung, Umgebungs- und Kühlmitteltemperatur Bemessungsspannungen Leistungsschilder Anschlussbezeichnungen und Drehsinn drehender elektrischer Maschinen Anhang Bildquellenverzeichnis Sachwortverzeichnis Hinweise auf DIN-Normen in diesem Werk entsprechen dem Stand der Normung bei Abschluss des Manuskriptes. Maßgebend sind die jeweils neuesten Ausgaben der Normblätter des DIN Deutsches Institut für Normung e.v. im Format A4, die durch die Beuth-Verlag GmbH, Berlin Wien Zürich, zu beziehen sind. Sinngemäß gilt das Gleiche für alle in diesem Buch herangezogenen amtlichen Richtlinien, Bestimmungen, Verordnungen usw.