Magnetische Ausgleichsvorgänge

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1 Magnetische Ausgleichsvorgänge in elektrischen Maschinen Von J. Biermanns Vorsteher des Hochspannungslaboratoriums der A E G Mit 123 Textfiguren Berlin Verlag von Julius Springer 1919

2 Alle Reohte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Copyright 1919 by Julius Springer in Berlin. Softcover reprint ofthe hardcover 1st edition 1919 ISBN ISBN (ebook) DOI /

3 Vorwort. Die sogenannten Ausgleichsvorgänge, die in elektrischen Maschinen bei plötzlichen Änderungen des. jeweiligen Betriebszustandes auftreten und die ihre Entstehung ausnahmslos der in der betreffenden Maschine aufgespeicherten magnetischen Energie verdanken, haben meines Erachtens in der elektrotechnischen Praxis immer noch nicht diejenige Würdigung gefunden, die ihnen ihrer großen Bedeutung nach zukommt. Wohl sind in den letzten Jahren eine Reihe wesentlicher Arbeiten 1) erschienen, die das Gebiet ziemlich erschöpfend behandeln und die einschlägigen Untersuchungen zu einem gewissen Abschluß gebracht haben, ich kann -mich aber doch des Eindrucks nicht erwehren, daß die Ausgleichsvorgänge bisher nur ein Studium für Wenige geblieben sind. Die Gründe hierfür mögen verschiedenen Ursprungs sein. Der in der Praxis stehende Ingeirieur ist gewohnt, seine Überlegungen mit Hilfe des so überaus einfachen Vektordiagrammes anzustellen, das aber bei der Behandlung unstationärer Vorgänge in den meisten Fällen versagt. Zwar hat Dreyfus 1) die Vektormethode etwas erweitert und dadurch ihre Anwendung auf eine gewisse Gattung von Ausgleichsvorgängen ermöglicht, hat damit aber bisher in der Praxis, wie er selbst eingestehen muß, nicht viel Gegenliebe gefunden. Das Vektordiagramm scheint mir im vorliegenden Falle doch nicht mehr einfach genug auszufallen und seine allgemeine Anwendbarkeit nicht genügend gesichert, als daß ich ein Abgehen von der bisher bewährten Behandlung unstationärer Vorgänge mit Hilfe der Differentialgleichungen empfehlen möchte. Das Studium der Ausgleichsvorgänge, die ich hier im Auge habe, erfordert ja nur die Kenntnis einiger weniger Differentialgleichungen, die sich zudem in einfachster Weise lösen lassen und vor allem auf elementare, jedem Ingenieur wohlvertraute Funktionen, nämlich auf Exponential- und trigonometrische Funktionen führen. Hat der Ingenieur sich erst etwas mathematisches Denkvermögen angeeignet, so kann meines Erachtens das Studium der Ausgleichsvorgänge mit Hilfe einfachster mathematischer Hilfsmittel keine wesentlich 1) Siehe Quellenverzeichnis. a*

4 IV Vorwort. größeren Schwierigkeiten bereiten als die Behandlung stationärer Vorgänge mit Hilfe des Vektordiagrammes. Das vorliegende Buch ist aus der Praxis heraus entstanden und wendet sich an die Praxis. Demgemäß habe ich in einigen Fällen die Strenge der mathematischen Behandlung zugunsten größerer Klarheit und Übersichtlichkeit etwas zurücktreten lassen und mich mit gewissen Näherungslösungen begnügt, doch erreicht der dadurch bedingte Fehler, wie ein in einem Falle durchgeführter Vergleich mit der strengen Lösung beweist, niemals Werte, mit welchen der in der Praxis stehende Ingenieur noch zu rechnen. gewohnt wäre. Ich habe mich stets bemüht, überall den physikalischen Kern herauszuschälen und habe, um das Verständnis zu erleichtern, weitestgehenden Gebrauch von der zeichnerischen Darstellung gemacht. Ferner habe ich zahlreiche Oszillogramme eingefügt und so dem Les~r ermöglicht, sich jederzeit selbständig ein Urteil über die Leistungsfahigkeit der Theorie zu bilden. Daß die ins Zeichnerische übersetzte Lösung der Difierentialgleichungen uns das Ergebnis direkt in einer Form darbietet, in der wir es im Oszillogramm zu sehen gewohnt sind, erscheint mir gerade als ein besonderer Vorzug. Ich hoffe, dadurch das Studium der Ausgleichsvorgänge auch denjenigen Fachgenossen mundgere9ht gemacht zu haben, welche der trockenen Theorie keinen besonderen Geschmack abgewinnen können. Nichts Neues sollte die vorliegende Arbeit bringen - sie lehnt sich in ihrer Darstellungsweise eng an verschiedene bekannte Veröffentlichungen an - sondern lediglich mit dazu beitragen helfen, die Kenntnis der sogenannten Ausgleichsvorgänge zum Allgemeingut der in der Praxis stehenden Ingerueure zu machen. Berlin-Pankow, im Mai J. Bierm.anns.

5 Inhaltsverzeichnis. Seite-!. Allgemeines II. Der einfach verkettete magnetische Fluß 3 1. Die Energie des magnetischen Feldes Die Differentialgleichung des mit einem magnetischen Kraftflusse verketteten Stromkreises Die Betrachtung verschiedener Schaltvorgänge Das Schalten des sekundär offenen Transformators III. Einfach verkettete magnetische Flüsse in elektrischer Wechselwirkung Die Rückwirkung des Einschaltvorganges von Transformatoren auf das Netz IV. Der mehrfach verkettete magnetische Fluß zwischen ruhenden Wicklungssystemen Allgemeine Begriffe Die Differentialgleichungen zweier, durch einen magnetischen Kraftfluß verketteter Wicklungen Das Schalten des sekundär kurzgeschlossenen Transformators Der plötzliche Kurzschluß des Transformators und seine Unterbrechung V. Der mehrfach verkettete magnetische Fluß zwischen bewegten, einachsigen Wicklungssystemen Die Einphasen-Synchronmaschine im stationären Leerlauf und Kurzschluß Die Lösung der Differentialgleichungen Der plötzliche Kurzschluß der Einphasen-Synchronmaschine Vergleich zwischen Theorie und Experiment Die Unterbrechung des Kurzschlusses Näherungslösung der Differential~leichungen der Einphasen Synchronmaschine für den Fall verschiedener Zeitkonstanten von Induktor- und Statorwicklung VI. Der mehrfach verkettete magnetische Fluß zwischen bewegten, symmetrischen Mehrphasensystemen Das stationäre Drehfeld der Asynchronmaschine Das Einschalten des Stators einer Asynchronmaschine bei offenem Rotor Die Differentialgleichungen der Zweiphasenmaschine mit unsymmetrisch bewickeltem Rotor Die Eigenschwingangen der symmetrischen Mehrphasenmaschine Das Einschalten des Stators einer Asynchronmaschine bei geschlossenem uad synchron umlaufendem Rotor Der plötzliche Kurzschluß der Asynchronmaschine Der plötzliche Kurzschluß der Synchronmaschine mit Dämpferwicklung

6 VI Inhaltaverzeichnis. Vll. Der mehrfach verkettete magnetische Fluß zwischen be~ wagten, unsymmetrischen Mehrphasensystemen Die Bestimmung der Schwingungskonstanten Der plötzliche allphasige Kurzschluß der Mehrphaaen-Syncbron~ masohine Der plötzliche einphasige Kurzschluß der Mehrphasen-Syncbron~ maschine Der plötzliche einphasige Kurzschluß der Mehrphaaen~Syncbronmaschine mit einer vollkommenen Dämpferwicklung auf dem Induktor Die Unterbrechung des Kurzschlusses der Mehrphasen-Synchronmaschine VID. Zusätze Der Einßuß der Eisensättigung Der Einfluß des Polzwischenraumes Der Einfluß der Wirbelströme in Pol und Joch. 31. Die Grenzbedingungen Die Beanspruchung der Spulenköpfe durch magnetische Zugkräfte 33. Schutzmaßnahmen zur Begrenzung der Kurzschlußströme... IX. Beispiel Vergleich eines Langsamläufen mit einem Sohnelläufer gleicher Leistung X. Die Kollektormaschinen Allgemeines Der plötzliche Kurzschluß der Gleichstrom-Hauptschlußmaschine 37. Das Verhalten des Hauptschlußmotors mit überbrückter Feldwicklung bei Netzkurzsohlüasen Die allgemeinen Differentialgleichungen einer Kollektormaschine und ihre Lösung Der plötzliche Kurzschluß der Gleichstrom-Nebenschlußmaschine 40. Der Repulsionsmotor XI. Rückblick.. Quellenverzeichnis. Seite