Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer:
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| Published: |
Berlin
Springer Vieweg
[2018]
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Ekbert Hering • Rolf Martin
Jürgen Gutekunst • Joachim Kempkes
Hrsg
Elektrotechnik
und Elektronik
für Maschinenbauer
3 , aktualisierte Auflage
^ Springer Vieweg
Inhaltsverzeichnis
A Grundlagen der Elektrotechnik 1
A 1 Physikalische Grundgesetze und Definitionen 1
All Ladung 1
A12 Spannung 2
A13 Strom 3
A14 Ohm’sches Gesetz 4
A15 Widerstand 5
A16 Arbeit und Leistung 6
A17 Kirchhoff’sehe Regeln 7
A 2 Gleichstromkreise mit linearen Komponenten 10
A21 Zweipolquellen 10
A22 Reihenschaltung von Widerständen 14
A23 Parallelschaltung von Widerständen 15
A24 Gemischte Schaltungen 16
A25 Messung elektrischer Größen 25
A 3 Elektrisches Feld 30
A31 Feldbegriff 30
A32 Kondensator 31
A33 Laden und Entladen von Kondensatoren 34
A34 Energieinhalt des elektrischen Feldes 34
A 4 Magnetisches Feld 37
A41 Feldbegriff 37
A42 Kraftwirkungen im Magnetfeld 41
A43 Materie im Magnetfeld 44
A44 Magnetischer Kreis 47
A45 Elektromagnetische Induktion 56
A46 Selbstinduktion 61
A47 Gegeninduktion 63
A48 Ein- und Ausschalten von Stromkreisen mit Induktivitäten 65
A49 Energieinhalt des magnetischen Feldes 66
A 5 Wechselstromkreise 68
A51 Benennungen und Definitionen 68
A52 Sinusförmige Ströme und Spannungen 71
VII
VIII
Inhaltsverzeichnis
A53 Zeigerdiagramm 74
A54 Widerstand, Spule und Kondensator bei sinusförmigem
Wechselstrom 80
A55 Wechselstromschaltungen von Widerstand, Spule
und Kondensator 83
A56 Blindstromkompensation 93
A57 Schwingkreise 95
A58 Ortskurven 102
A59 Transformator 103
A 6 Drehstrom 117
A61 Entstehung der Dreiphasenwechselspannung 117
A62 Generatorschaltungen 119
A63 Verbraucher-Sternschaltung 120
A64 Verbraucher-Dreieckschaltung 126
A65 Stern-Dreieck-Umschaltung 129
A66 Leistungsmessung 130
B Halbleitertechnik 135
B l Bauelemente 135
Bll Leitungsmechanismen 135
B12 Dioden 144
Bl3 Transistoren 153
B14 Feldeffekttransistoren (FET) 162
B15 Thyristoren und Triacs 175
B16 Optoelektronik 179
B 2 Analoge integrierte Schaltungen 200
B21 Operationsverstärker 200
B22 Weitere analoge integrierte Schaltungen 204
B23 DA- und AD-Wandler 207
B 3 Digitale integrierte Schaltungen 217
B31 Logische Verknüpfungen und Schaltzeichen 219
B32 Logikfamilien 222
C Leistungselektronik 229
C l Bauelemente der Leistungselektronik 229
Cll Passive Bauelemente 230
C12 Aktive Bauelemente 251
C 2 Leistungselektronik in der Praxis 263
C21 Anwendung passiver Bauelemente 263
C22 Aktorsteuerung 266
C23 Brückenschaltungen 273
C24 Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) 280
C25 Spannungswandler 286
D Elektrische Maschinen 299
D l Wirkungsprinzipien elektromechanischer Energiewandler 299
D11 Elektrodynamisches Prinzip 299
Inhaltsverzeichnis
IX
D12 Kräfte auf Grenzflächen 301
D13 Prinzipieller Aufbau rotierender elektrischer Maschinen 302
D 2 Leistungsbilanz 305
D 3 Ausführungsvarianten 306
D 4 Ausnutzung und Baugröße 307
D 5 Gleichstrommotor 313
D51 Prinzipieller Aufbau 313
D52 Aufbau des Ankers 314
D53 Kommutierung 317
D54 Induzierte Spannung und Drehmoment 319
D55 Betriebsverhalten 322
D56 Reihenschlussmaschine/Universalmotor 325
D57 Drehzahlverstellung des Universalmotors 328
D58 Typische Daten von Gleichstrommaschinen 329
D 6 Synchronmotor 332
D61 Synchronmotor als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor 333
D62 Wechselfelder und Drehfelder 338
D63 Drehfeldwicklungen 341
D64 Ersatzschaltbild und Zeigerdiagramm 344
D65 Drehmoment der Vollpolmaschine 347
D66 Permanent erregter Synchronservomotor 348
D67 Synchronmotoren mit Zahnspulenwicklung 352
D68 Reluktanzmotor 353
D69 Schrittmotoren 356
D 6 10 Klauenpolgenerator („Lichtmaschine“) 357
D 7 Asynchronmotor 359
D71 Bedeutung der Asynchronmaschine 359
D72 Aufbau und Ersatzschaltbild 360
D73 Stromortskurve der Asynchronmaschine 364
D74 Drehmoment und Kloss’sche Formel 367
D75 Drehzahlverstellung der Asynchronmaschine 369
D76 Einphasen-Asynchronmotor 373
E Antriebstechnik 379
E l Prozessbeeinflussung durch elektrische Antriebe 379
E 2 System „Arbeitsmaschine - Antriebsmaschine“ 380
E 3 Betriebsarten 381
E 4 Bauformen, Schutzarten, Kühlung, Isolation 383
E41 Bauformen 383
E42 Schutzarten 384
E43 Wärmeklassen und Kühlung 385
E 5 Wirkungsgradklassen 388
E 6 Optimale Getriebeübersetzung 389
E61 Optimale Getriebeübersetzung ohne Drehzahl-Begrenzung 390
E62 Optimale Getriebeübersetzung mit begrenzter Lastdrehzahl 392
X
Inhaltsverzeichnis
E63 Optimale Getriebeübersetzung mit begrenzter Motordrehzahl 394
E 7 Servoantriebe 394
E71 Struktur und Komponenten eines Servoantriebs 396
E72 Anforderungen 397
E73 Sensoren 398
E 8 Aktorsysteme für Massenströme (Stellantriebe) 401
E 9 Generatorkonzepte für Windkraftanlagen 407
E91 Grundlagen 407
E92 Polumschaltbare Asynchrongeneratoren 409
E93 Doppelt-gespeister Asynchrongenerator 410
E94 Synchrongenerator 414
E 10 Elektrische Fahrzeugantriebe 414
F Elektrische Energieversorgung 419
F l Energieerzeugung 420
F11 Primärenergie 420
F12 Belastungskurven 421
Fl3 Kraftwerke 423
F 2 Energieübertragung 431
F21 Übertragungssysteme 431
F22 Drehstromnetze 432
F23 Gleichspannungsnetze 433
F24 Netzstrukturen 435
F25 Verbundbetrieb 437
F 3 Schutzmaßnahmen 438
F 4 Niederspannungsschaltanlagen 442
G Sensoren und Aktoren 447
G l Sensoren 447
Gll Grundlagen 447
Gl2 Weg-und Positions-Sensoren 449
G 2 Aktoren 474
G21 Hydraulische Aktoren 474
G22 Pneumatische Aktoren 477
G23 Piezo-Steller 478
G 3 Anschlusstechnik 481
G31 Aktorstecker 481
G32 Sensorstecker 482
G33 Standardisierung der Steckerbelegung und die Vorteile 482
H Feldbusse 485
H l Grundlagen zu Feldbussen 488
Hll Topologie von Feldbussen 488
Hl2 Allgemeine Anforderungen an Feldbussysteme 489
H 2 Standard-Feldbusse 490
Inhaltsverzeichnis
XI
H21 Profibus 492
H22 CAN-Bus/DeviceNet 495
H23 AS-Interface 502
H24 Interbus-S 504
H25 CC-Link 507
H 3 Ethernet basierende Feldbusse 508
H31 Grundlegendes zur Ethernet-Kommunikation 510
H32 TCP/IP 517
H33 ProfiNet 518
H34 Ethernet/IP 520
H 4 IO-Link 523
I Elektrische Messtechnik 529
I 1 Grundlagen 529
I11 Definitionen und Begriffe 529
112 Einteilung elektrischer Messgeräte 532
113 Übersicht über die Darstellung der Messwerte 533
114 Messfehler, Genauigkeit und Empfindlichkeit 533
1 2 Messung von Spannung und Strom 540
121 Gleichstromkreis 540
122 Wechselstromkreis 542
123 Zeitlich veränderliche Spannungen 545
1 3 Messung von Widerständen 547
131 Messung Ohm’scher Widerstände im Gleichstromkreis 547
132 Messung von Blind- und Schein widerständen im
Wechselstromkreis 549
1 4 Arbeitsmessung 551
1 5 Leistungsmessung 552
1 6 Zeit- und Frequenzmessung 552
161 Elektronischer Zähler 552
162 Zeit- und Frequenzmessung 554
Lösungen der Übungsaufgaben 557
Sachverzeichnis |
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