Elektrische Maschinen: Leistungselektronik, elektrische Antriebe
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Haan-Gruiten
Verl. Europa-Lehrmittel
2014
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INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
1 GRUNDLAGEN 1.1 MAGNETISCHES FELD 9
1.2 BEWEGTE LEITERSCHLEIFE IM MAGNETFELD 12
1.3 RUHENDE LEITERSCHLEIFE IM MAGNETISCHEN WECHSELFELD 15
1.4 STROMDURCHFLOSSENE LEITERSCHLEIFE IM MAGNETFELD 16
1.5 GRUNDLAGEN DER ANTRIEBSTECHNIK 18
1.5.1 DREHMOMENTERZEUGUNG IN ELEKTROMOTOREN 19
1.5.2 GLEICHUNGEN ZUR ANTRIEBSBERECHNUNG 19
1.5.3 ANTRIEBSQUADRANTEN 28
1.6 BAUELEMENTE DER LEISTUNGSELEKTRONIK 31
1.6.1 DIODEN 35
1.6.2 TRANSISTOREN 37
1.6.2.1 BIPOLARE TRANSISTOREN, BP 37
1.6.2.2 UNIPOLARTRANSISTOREN, MOSFET 39
1.6.2.3 INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR, IGBT 42
1.6.3 THYRISTOREN 46
1.6.3.1 SYMMETRISCH SPERRENDER THYRISTOR (SCR) 47
1.6.3.2 WEITERE THYRISTORARTEN 52
1.7 GRUNDSCHALTUNGEN DER LEISTUNGSELEKTRONIK 55
1.7.1 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER 56
1.7.1.1 EINPULS-MITTELPUNKTSCHALTUNG M1 56
1.7.1.2 ZWEIPULS-MITTELPUNKTSCHALTUNG M2 70
1.7.1.3 DREIPULS-MITTELPUNKTSCHALTUNG M3 70
1.7.1.4 VOLLGESTEUERTE BRUECKENSCHALTUNGEN 74
1.7.1.5 ZWOELFPULS-BRUECKENSCHALTUNGEN 77
1.7.1.6 HALBGESTEUERTE BRUECKENSCHALTUNGEN 78
1.7.2 NETZGEFUEHRTE WECHSELRICHTER 80
1.7.3 BERECHNUNG NETZGEFUEHRTER SCHALTUNGEN 83
1.7.4 WECHSELSTROM- U. DREHSTROMSTELLER 88
1.7.4.1 WECHSELSTROMSTELLER 88
1.7.4.2 DREHSTROMSTELLER 90
1.7.5 SELBSTGEFUEHRTE STROMRICHTER 91
1.7.5.1 GLEICHSTROMSTELLER (CHOPPER) 91
1.7.5.2 SELBSTGEFUEHRTE WECHSELRICHTER 99
1.7.5.3 GRUNDLAGEN DER FREQUENZUMRICHTER 102
1.7.5.4 MODULATION DER AUSGANGSSPANNUNG 106
1.7.5.5 STEUERUNG/REGELUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 110
1.7.5.6 NETZRUECKWIRKUNGEN VON FREQUENZUMRICHTERN 113
2 GLEICHSTROMMASCHINEN 2.1 AUFBAU DER GLEICHSTROMMASCHINE 117
2.1.1 STATOR - STAENDER 118
2.1.2 ROTOR-ANKER 119
2.2 SCHALTUNGEN DER GLEICHSTROMMASCHINEN 121
2.3 SPANNUNGSERZEUGUNG 122
2.4 DREHMOMENTERZEUGUNG UND LEISTUNGSUMSATZ 127
2.5 GENERATORBETRIEB UND MOTORBETRIEB 128
2.6 MAGNETISCHE FELDER 131
2.6.1 HAUPTFELD 131
2.6.2 ANKERFELD 131
2.6.3 GESAMTFELD (RESULTIERENDES FELD) 132
2.7 ANKERRUECKWIRKUNG 132
2.7.1 ENTSTEHUNG 132
2.7.2 REDUZIERUNG DER ANKERRUECKWICKLUNG 133
2.8 STROMWENDUNG (KOMMUTIERUNG) 134
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INHALTSVERZEICHNIS
5
SEITE
2 GLEICHSTROMMASCHINEN 2.8.1 URSACHEN DES BUERSTENFEUERS 134
FORTSETZUNG 2.8.2 STEGSPANNUNG (LAMELLENSPANNUNG) 136
2.9 MOTOREN 137
2.9.1 NEBENSCHLUSSMOTOR UND FREMDERREGTER MOTOR 137
2.9.2 REIHENSCHLUSSMOTOR (HAUPTSCHLUSSMOTOR) 141
2.9.3 DOPPELSCHLUSSMOTOR 142
2.10 ANLASSVORGANG 143
2.11 ELEKTRISCHE BREMSUNG 146
2.11.1 SENKBREMSUNG 146
2.11.2 NACHLAUFBREMSUNG 149
2.12 DREHZAHLSTEUERUNG 151
2.12.1 ANKERSTELLBEREICH 151
2.12.2 FELDSTELLBEREICH 153
2.12.3 BETRIEB AM WECHSELSTROMNETZ 155
2.12.3.1 EINQUADRANTENBETRIEB (1-Q-BETRIEB) 156
2.12.3.2 ZWEIQUADRANTENBETRIEB (2-Q-BETRIEB) 159
2.12.3.3 VIERQUADRANTENBETRIEB (4-Q-BETRIEB) 160
2.12.4 BETRIEB AM GLEICHSTROMNETZ 162
2.13 VERLUSTE UND WIRKUNGSGRAD 163
2.13.1 VERLUSTARTEN 163
2.13.2 WIRKUNGSGRAD 164
2.14 GLEICHSTROM-ANKERWICKLUNGEN 167
2.14.1 RINGWICKLUNG 167
2.14.2 TROMMELWICKLUNG 168
2.14.3 UMSCHALTEN BZW. UMWICKELN EINER MASCHINE 175
3 TRANSFORMATOREN 3.1 AUFGABEN UND ARTEN 179
3.2 EINPHASENTRANSFORMATOR 181
3.2.1 WIRKUNGSWEISE DES IDEALEN TRANSFORMATORS 181
3.2.2 GRUNDGLEICHUNGEN 183
3.2.2.1 SPANNUNGSUEBERSETZUNG 183
3.2.2.2 STROMUEBERSETZUNG 183
3.2.2.3 WIDERSTANDSTRANSFORMATION 184
3.2.2.4 TRANSFORMATOREN-HAUPTGLEICHUNG 184
3.3 BETRIEBSVERHALTEN 185
3.3.1 ERSATZSCHALTUNG DES REALEN TRANSFORMATORS 185
3.3.2 LEERLAUFBETRIEB 186
3.3.3 LASTBETRIEBSVERHALTEN 190
3.3.4 SPANNUNGSVERHALTEN BEI NORMALER BELASTUNG 193
3.4 PARALLELSCHALTUNG VON TRANSFORMATOREN 194
3.5 ENERGIEUMSATZ IM TRANSFORMATOR 197
3.5.1 VERLUSTE 197
3.5.2 VOLLLASTWIRKUNGSGRAD/BEMESSUNGSLASTWIRKUNGSGRAD 198
3.5.3 JAHRESWIRKUNGSGRAD 199
3.6 DREHSTROMTRANSFORMATOR 202
3.6.1 TRANSFORMATORENBANK 202
3.6.2 KONSTRUKTIVE VEREINIGUNG VON DREI EINPHASEN
TRANSFORMATOREN ZU EINEM DREHSTROMTRANSFORMATOR 203
3.6.3 SCHALTGRUPPEN 205
3.6.4 BETRIEBSVERHALTEN VON DREHSTROMTRANSFORMATOREN UNTER
EINPHASIGER ODER EXTREM UNSYMMETRISCHER BELASTUNG 206
3.7 BESONDERE AUSFUEHRUNGSFORMEN DES TRANSFORMATORS 211
3.7.1 SPARTRANSFORMATOR 211
3.7.2 STELLTRANSFORMATOR 213
3.7.3 TRANSFORMATOREN FUER MESSZWECKE 214
6
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
3 TRANSFORMATOREN 3.8 KONSTRUKTIVE UND TECHNOLOGISCHE GESTALTUNG
FORTSETZUNG DER AKTIVEN TRANSFORMATORBAUTEILE 217
3.8.1 ANORDNUNG DER AKTIVEN BAUTEILE 217
3.8.2 WERKSTOFFE UND AUFBAU DES EISENKERNS 218
3.8.3 BLECHSCHNITTE UND KONSTRUKTIVE ZUSAMMENFASSUNG
DER KERNBLECHE 219
3.8.4 WICKLUNGEN 221
3.8.5 AEUSSERE GESTALTUNG 224
3.9 TRANSFORMATORENSCHUTZ 226
3.9.1 INNERE FEHLER 226
3.9.2 SCHUTZEINRICHTUNGEN 226
4 WECHSELSTROMMASCHINEN 4.1 GRUNDLAGEN DER DREHSTROMWICKLUNGEN 230
4.2 WICKLUNGSFAKTOREN 231
4.2.1 VERTEILTE WICKLUNG - ZONENFAKTOR 231
4.2.2 GESEHNTE WICKLUNG - SEHNUNGSFAKTOR 232
4.2.3 BEDEUTUNG DER WICKLUNGSFAKTOREN 234
4.3 MAGNETISCHE FELDER 235
4.3.1 FELDERREGERKURVE UND FELDKURVE 235
4.3.1.1 KONZENTRIERTE WICKLUNG 236
4.3.1.2 VERTEILTE WICKLUNG 237
4.3.2 NUTZFLUSS UND STREUFLUSS 238
4.3.3 DREHFELDER 238
4.4 ENTWURF VON WECHSELSTROMWICKLUNGEN 242
4.4.1 EINSCHICHT-GANZLOCHWICKLUNGEN 242
4.4.2 ZWEISCHICHT-GANZLOCHWICKLUNGEN 247
4.4.3 EINSCHICHT-BRUCHLOCHWICKLUNGEN 251
4.4.4 ZWEISCHICHT-BRUCHLOCHWICKLUNGEN 254
4.4.5 POLUMSCHALTBARE WICKLUNGEN (DAHLANDER) 255
4.4.6 POLUMSCHALTBARE SONDERWICKLUNGEN 260
4.4.7 EINPHASENWICKLUNGEN 260
4.4.8 UMWICKELN VON MASCHINENWICKLUNGEN 261
4.5 DREHSTROM-ASYNCHRONMASCHINE 266
4.5.1 AUFBAU 266
4.5.2 WIRKUNGSWEISE 267
4.5.3 LAEUFERFREQUENZ UND LAEUFERSPANNUNG 271
4.5.4 LEISTUNGSAUFTEILUNG 272
4.5.5 ERSATZSCHALTUNG UND ZEIGERDIAGRAMM 275
4.5.6 DREHMOMENT 278
4.5.7 STROMAUFNAHME 281
4.5.8 KREISDIAGRAMM 284
4.5.8.1 LEERLAUF UND KURZSCHLUSSVERSUCH 285
4.5.8.2 AUSWERTUNG 286
4.5.8.3 BEDEUTUNG DES KREISDIAGRAMMS 289
4.5.9 BELASTUNGSKENNLINIEN 290
4.5.10 ANLAUF UND ANLASSEN 292
4.5.10.1 HOCHLAUFVORGANG 292
4.5.10.2 ANLAUFSTROM 293
4.5.10.3 SCHLEIFRINGLAEUFER MIT ANLASSWIDERSTAENDEN 294
4.5.10.4 STROMVERDRAENGUNGSLAEUFER 297
4.5.10.5 STERN-DREIECK-ANLAUFSCHALTUNG 298
4.5.10.6 SANFTANLASSER MIT DREHSTROMSTELLER 301
4.5.10.7 ANLASSTRANSFORMATOR 302
4.5.10.8 WEITERE ANLASSVERFAHREN 302
4.5.11 DREHZAHLSTEUERUNG 303
4.5.11.1 STEUERUNGSMOEGLICHKEITEN 303
INHALTSVERZEICHNIS
7
SEITE
4 WECHSELSTROMMASCHINEN 4.5.11.2 AENDERN DER STAENDERSPANNUNG 304
FORTSETZUNG 4.5.11.3 SCHLUPFWIDERSTAENDE 306
4.5.11.4 LAEUFERGEGENSPANNUNG 307
4.5.11.5 FREQUENZVERSTELLUNG 307
4.5.11.6 POLUMSCHALTUNG 309
4.5.12 BREMSEN 311
4.6 EINPHASEN-ASYNCHRONMOTOREN 315
4.6.1 EINSTRAENGIGER MOTOR - ANWURFMOTOR 315
4.6.2 ZWEISTRAENGIGER MOTOR 317
4.6.2.1 ZWEIPHASIGER ANSCHLUSS 318
4.6.2.2 EINPHASIGER ANSCHLUSS 319
4.6.2.3 KONDENSATORMOTOR 320
4.6.2.4 EINPHASENMOTOR MIT WIDERSTANDSHILFSWICKLUNG 322
4.6.2.5 SPALTPOLMOTOR 323
4.6.3 DREHSTROMMOTOR IM EINPHASENBETRIEB 324
4.7 SYNCHRONMASCHINEN 326
4.7.1 AUFBAU UND ARTEN 326
4.7.1.1 AUSSENPOLMASCHINE 327
4.7.1.2 INNENPOLMASCHINE 328
4.7.2 ERREGUNG 330
4.7.3 WIRKUNGSWEISE 331
4.7.3.1 LEERLAUF 331
4.7.3.2 BELASTUNG 332
4.7.3.3 ERSATZSCHALTUNG UND ZEIGERDIAGRAMM 333
4.7.3.4 KURZSCHLUSS 334
4.7.3.5 DREHMOMENT 336
4.7.4 GENERATORBETRIEB 337
4.7.4.1 INSELBETRIEB 337
4.7.4.2 PARALLELBETRIEB 338
4.7.5 MOTORBETRIEB 339
4.7.5.1 BETRIEBSVERHALTEN 339
4.7.5.2 MECHANISCHE PENDELUNGEN 341
4.7.5.3 ANLAUF 341
4.7.6 DREHZAHLSTEUERUNG 342
4.7.7 BESONDERHEITEN DER SCHENKELPOLMASCHINE 342
4.8 DREHSTROMANTRIEBE AM FREQUENZUMRICHTER (U-UMRICHTER). . 344
4.8.1 DREHSTROM-KURZSCHLUSSLAEUFERMOTOR AM FREQUENZUMRICHTER 345
4.8.2 87-HZ-BETRIEB 347
4.8.3 PARAMETRIERUNG VON FREQUENZUMRICHTERN 347
4.8.4 BREMSUNG, BREMSARTEN 349
4.8.5 MOTORSCHUTZ 349
4.8.6 PARALLELSCHALTEN VON MOTOREN 350
4.8.7 ELEKTRISCHER ANSCHLUSS 350
5 WEITERE MASCHINENARTEN 5.1 TRANSFORMATOREN 351
5.1.1 STREUFELDTRANSFORMATOR 351
5.1.2 STROMRICHTERTRANSFORMATOR (SRT) 352
5.2 WECHSELSTROMMASCHINEN 356
5.2.1 EINPHASEN-REIHENSCHLUSSMOTOR UND UNIVERSALMOTOR 356
5.2.2 REPULSIONSMOTOR 358
5.2.3 DREHSTROM-KOLLEKTORMOTOR 358
5.2.4 RELUKTANZMOTOR 359
5.2.5 DREHSTROMSYNCHRONMOTOR MIT PERMANENTERREGTEM LAEUFER . 360
5.2.6 ASYNCHRONER LINEARMOTOR 361
5.3 SERVOANTRIEBE 362
5.3.1 BAUARTEN 363
8
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
5 WEITERE MASCHINENARTEN 5.3.2 ERREGERKREISWERKSTOFFE 364
FORTSETZUNG 5.3.3 MOTORKENNDATEN 365
5.3.4 GLEICHSTROM-SCHEIBENLAEUFERMOTOR 369
5.3.4.1 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE 369
5.3.4.2 BETRIEBSVERHALTEN 370
5.3.5 GLEICHSTROM-LANGLAEUFERMOTOR 370
5.3.5.1 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE 370
5.3.5.2 BETRIEBSVERHALTEN 371
5.3.6 BUERSTENLOSER GLEICHSTROM-SERVOMOTOR 371
5.3.7 DREHSTROM-ASYNCHRONSERVOMOTOREN 373
5.3.8 DREHSTROM-SYNCHRONSERVOMOTOREN 374
5.3.9 GEBERSYSTEME FUER SERVOMOTOREN 376
5.4 SCHRITTMOTOREN 380
5.4.1 AUFBAU, BAUARTEN UND WIRKUNGSWEISE 380
5.4.2 ANSTEUERUNGSARTEN/BETRIEBSARTEN 381
5.4.3 SCHRITTARTEN 383
5.4.4 STEUERLOGIK 384
5.4.5 TREIBERSTUFEN 385
5.4.6 BETRIEBSVERHALTEN 386
5.4.7 ZUSAMMENFASSUNG UND ERLAEUTERUNGEN 387
5.5 UMFORMER 388
6 PRUEFEN DER MASCHINEN 6.1 ELEKTRISCHE PRUEFUNG 391
6.1.1 KOERPERSCHLUSS (PRUEFUNG DER ISOLATION) 391
6.1.2 WINDUNGSSCHLUSS 395
6.1.3 UNTERBRECHUNG 396
6.2 ERWAERMUNGSPRUEFUNG 398
6.3 STROM- UND DREHMOMENTUEBERLASTBARKEIT 401
6.4 MECHANISCHE PRUEFUNG 402
6.5 STOERUNGEN UND FEHLERSUCHE IM BETRIEB 403
7 NORMUNG DER MASCHINEN 7.1 UEBERSICHT UEBER DIE EINSCHLAEGIGEN NORMEN
ELEKTRISCHER MASCHINEN 408
7.2 BAUFORMEN UND BAUGROESSE 409
7.3 SCHUTZARTEN 412
7.4 BEMESSUNG UND BETRIEB 414
7.5 BETRIEBSARTEN, BEMESSUNGSKLASSEN 414
7.6 ERWAERMUNG - THERMISCHE KLASSEN, WAERMEKLASSEN 420
7.7 KUEHLUNG, UMGEBUNGS- UND KUEHLMITTELTEMPERATUR 422
7.8 BEMESSUNGSSPANNUNGEN 425
7.9 LEISTUNGSSCHILDER 426
7.10 ANSCHLUSSBEZEICHNUNGEN UND DREHSINN
DREHENDERELEKTRISCHERMASCHINEN 427
ANHANG 429
BILDQUELLENVERZEICHNIS 431
SACHWORTVERZEICHNIS 432 |
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