Verfügbarkeit: Elektrische Antriebe

Elektrische Antriebe: [Band 1] Grundlagen : mit durchgerechneten Übungs- und Prüfungsaufgaben

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Schröder, Dierk 1941-2024 (VerfasserIn), Kennel, Ralph 1955- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer [2021] Berlin Springer Vieweg [2021]
Ausgabe:	7. Auflage
Schriftenreihe:	Springer-Lehrbuch
Schlagworte:	Elektroantrieb Automatisierungstechnik Elektrotechnik elektrische Energietechnik Regelungstechnik Antriebstechnik elektrische Maschinen Elektrische Antriebe Aufgabensammlung Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	Bandzählung fingiert
Beschreibung:	XIX, 885 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm, 1511 g
ISBN:	9783662631003 3662631008

Internformat

MARC


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adam_text	INHALT S VERZEICHNIS 1 ANTRIEBSANORDNUNGEN: GRUNDLAGEN 1 1.1 MECHANISCHE GRUNDGESETZE . 1 1.1.1 ANALOGIEN ZWISCHEN TRANSLATION UND ROTATION . 1 1.1.2 UBERTRAGUNGSSTELLEN UND GETRIEBE . 5 1.1.3 DREHMOMENTBILANZ IM ANTRIEBSSYSTEM . 9 1.1.4 NORMIERUNG DER GLEICHUNGEN UND DIFFERENTIALGLEICHUNGEN . 10 1.2 ZEITLICHES VERHALTEN DES ROTIERENDEN MECHANISCHEN SYSTEMS . 13 1.2.1 ANALYTISCHE BEHANDLUNG . 13 1.2.2 GRAPHISCHE BEHANDLUNG VON BEWEGUNGSVORGAENGEN . 16 1.2.3 NUMERISCHE LOESUNG UEBER DIFFERENZENGLEICHUNG . 19 1.3 SYSTEM ARBEITSMASCHINE-ANTRIEBSMASCHINE . 20 1.3.1 STATIONAERES VERHALTEN DER ARBEITSMASCHINE . 20 1.3.1.1 WIDERSTANDSMOMENT MW = CONST . 20 1.3.1.2 WIDERSTANDSMOMENT MW = F(N, V) . 21 1.3.1.3 WIDERSTANDSMOMENT MW = 22 1.3.1.4 WIDERSTANDSMOMENT MW = /(R) . 22 1.3.1.5 WIDERSTANDSMOMENT MW - F(T) . 23 1.3.2 STATIONAERES VERHALTEN DER ANTRIEBSMASCHINEN: M M = F(N, . 23 1.3.2.1 ASYNCHRONES BZW. NEBENSCHLUSS-VERHALTEN . 24 1.3.2.2 KONSTANT-MOMENT-VERHALTEN . 25 1.3.2.3 SYNCHRONES VERHALTEN . 25 1.3.2.4 BEISPIEL: GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINE . 26 1.3.3 STATISCHE STABILITAET IM ARBEITSPUNKT . 28 1.3.3.1 GRAPHISCHE METHODEN . 28 1.3.3.2 RECHNERISCHE STABILITAETSPRUEFUNG UEBER DIE LINEARISIERTE DIFFEREN TIALGLEICHUNG IM ARBEITSPUNKT . 29 1.3.3.3 STABILITAETSPRUEFUNG UEBER DIE LAPLACE-TRANSFORMATION . 30 1.3.4 BEMESSUNG DER ANTRIEBSANORDNUNG . 32 1.3.4.1 ARBEITSMASCHINEN . 32 1.3.4.2 ANTRIEBSMASCHINEN . 33 X INHALTSVERZEICHNIS 2 VERLUSTE UND ERWAERMUNG IM ANTRIEBSSYSTEM 36 2.1 VERLUSTE AN DER UEBERTRAGUNGSSTELLE . 36 2.1.1 LEISTUNGSBILANZ . 36 2.1.2 VERLUSTARBEIT AN DER UEBERTRAGUNGSSTELLE YYMOTOR " . 38 2.1.3 VERLUSTE BEIM BESCHLEUNIGEN . 40 2.2 ERWAERMUNG ELEKTRISCHER MASCHINEN . 43 2.2.1 VERLUSTLEISTUNG UND TEMPERATUR . 43 2.2.2 RECHENGANG: MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN . 47 2.2.3 STROMBELASTUNG UND VERLUSTLEISTUNG . 48 2.2.4 NORMEN UND BETRIEBSARTEN . 50 2.2.4.1 BETRIEBSARTEN UND BEMESSUNGSDATEN . 52 2.2.4.2 DAUERBETRIEB (BETRIEBSART SL) . 53 2.2.4.3 KURZZEITBETRIEB (BETRIEBSART S2) . 53 2.2.4.4 AUSSETZBETRIEB (BETRIEBSART S3) . 54 2.2.4.5 AUSSETZBETRIEB MIT EINFLUSS DES ANLAUFVORGANGS (BETRIEBSART S4) 56 2.2.4.6 AUSSETZBETRIEB MIT ELEKTRISCHER BREMSUNG (BETRIEBSART S5) . 57 2.2.4.7 UNUNTERBROCHENER PERIODISCHER BETRIEB MIT AUSSETZBELASTUNG (BETRIEBSART S6) . 57 2.2.4.8 UNTERBROCHENER PERIODISCHER BETRIEB MIT ELEKTRISCHER BREMSUNG (BETRIEBSART S7) . 57 2.2.4.9 UNUNTERBROCHENER PERIODISCHER BETRIEB MIT LAST UND DREHZAHL AENDERUNGEN (BETRIEBSART S8) . 59 2.2.4.10 UNUNTERBROCHENER BETRIEB MIT NICHTPERIODISCHER LAST UND DREH ZAHLAENDERUNG (BETRIEBSART S9) . 59 2.2.4.11 BETRIEB MIT DISKRETEM KONSTANTEM BELASTUNGSZUSTAND (BETRIEBSART S10) . 60 2.2.5 MITTELWERTBETRIEB BEI PERIODISCHER BELASTUNG . 60 2.3 MASCHINEN MIT MEHREREN BEMESSUNGSBETRIEBEN . 63 2.4 AUFSTELLUNGSHOEHE, TEMPERATUR UND KUEHLMITTEL . 63 2.4.1 BELUEFTUNG UND KUEHLUNG . 64 2.4.2 ELEKTRISCHE BEDINGUNGEN . 65 3 GLEICHSTROMMASCHINE 71 3.1 EINFUEHRUNG . 71 3.2 REGELUNGSTECHNISCHE MODELLBILDUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE . 71 3.3 SIGNALFLUSSPLAN DER GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINE . 78 3.3.1 ANKERKREIS . 78 3.3.2 FELDKREIS, ERREGERKREIS . 84 3.3.3 ZUSAMMENFASSUNG VON ANKERKREIS UND ERREGERKREIS . 90 3.4 SIGNALFLUSSPLAENE, UEBERGANGSVERHALTEN . 96 3.4.1 FUEHRUNGSVERHALTEN UND FUEHRUNGS-UEBERTRAGUNGSFUNKTION . 96 3.4.2 LASTVERHALTEN UND STOER-UEBERTRAGUNGSFUNKTION . 99 3.4.3 EINFLUSS VON UE AUF N (FELDSCHWAECHUNG) . 99 INHALTSVERZEICHNIS XI 3.4.4 ZUSAMMENGEFASSTER PLAN (LINEARISIERT, UEBERLAGERT, VEREINFACHT) . . 102 3.5 STEUERUNG DER DREHZAHL . 104 3.5.1 DREHZAHLSTEUERUNG DURCH DIE ANKERSPANNUNG . 104 3.5.2 STEUERUNG DURCH DEN FLUSS . 106 3.5.3 STEUERUNG DURCH ANKERSPANNUNG UND FELD . 107 3.5.3.1 STATIONAERES VERHALTEN, KENNLINIEN . 107 3.5.3.2 ZEITVERHALTEN . 109 3.5.4 DREHZAHL-STEUERUNG DURCH VORWIDERSTAND IM ANKERKREIS . 109 3.5.4.1 DREHZAHLVERSTELLUNG DURCH GESCHALTETE VORWIDERSTAENDE . 110 3.6 ZEITLICHES VERHALTEN BEI SPANNUNGS UND STROMSTEUERUNG . 114 3.6.1 DREHZAHLAENDERUNG DURCH SPANNUNGSUMSCHALTUNG . 114 3.6.2 DREHZAHLAENDERUNG MIT KONSTANTEM STROM . 115 3.7 ARBEITSBEREICH-GRENZEN DER FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMASCHINE 117 3.7.1 BEREICH 1: SPANNUNGSVER STELLUNG IM ANKER KREIS . 117 3.7.2 BEREICH 2: FELDVERSTELLUNG . 118 3.7.3 BEREICH 3: ERHOEHUNG DER DREHZAHL BEI KONSTANTER SPANNUNG UND KONSTANTEM FLUSS . 118 4 LEISTUNGSELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN 121 4.1 LEISTUNGSELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN FUER ANTRIEBE - EINFUEHRUNG . 121 4.1.1 LEISTUNGSELEKTRONISCHE BAUELEMENTE - EINFUEHRUNG . 121 4.1.2 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER-STELLGLIEDER - EINFUEHRUNG . 130 4.1.2.1 GRUNDPRINZIPIEN NETZGEFUEHRTER STELLGLIEDER . 130 4.1.2.2 DREIPHASEN BRUECKENSCHALTUNG (B6-SCHALTUNG) . 133 4.1.2.3 KOMMUTIERUNG - UEBERLAPPUNG . 135 4.1.2.4 WECHSELRICHTERBETRIEB - WECHSELRICHTERKIPPEN . 139 4.1.2.5 VERSCHIEBUNGSFAKTOR, LEISTUNGSFAKTOR . 140 4.1.2.6 UMKEHRSTROMRICHTER . 143 4.1.2.7 UMKEHRSTROMRICHTER ABLAUF BEFEHLSFOLGE . 144 4.1.3 DC-DC-WANDLER EINFUEHRUNG . 147 4.1.4 U-UMRICHTER EINFUEHRUNG . 147 4.2 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER-STELLGLIEDER GLEICHSTROMANTRIEBE . . . 148 4.2.1 GRENZEN DES BETRIEBSBEREICHS VON STROMRICHTER UND MASCHINE . 149 4.3 STROM UND DREHZAHLREGELUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE . 153 4.3.1 ANKERSTROMREGELUNG . 155 4.3.2 DREHZAHLREGELUNG . 157 4.3.3 GROSSSIGNALVERHALTEN . 162 4.3.4 PRAEDIKTIVE STROMREGELUNG . 167 4.3.5 FUEHRUNGS-UND STOERVERHALTEN VON REGELKREISEN . 169 4.4 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER-STELLGLIEDER - DREHSTROMANTRIEBE . . 175 4.4.1 DIREKTUMRICHTER . 175 4.4.2 STROMRICHTERMOTOR . 175 4.4.3 I-UMRICHTER . 176 4.5 DC-DC-WANDLER GLEICHSTROMMASCHINE . 177 XII INHALTSVERZEICHNIS 4.5.1 TIEFSETZSTELLER (BUCK CONVERTER) . 177 4.5.2 HOCHSETZSTELLER (BOOST CONVERTER) . 181 4.6 STEUERVERFAHREN BEI DC-DC-WANDLERN . 182 4.6.1 PULSWEITENSTEUERUNG PWM . 182 4.6.2 PULSFOLGESTEUERUNG . 183 4.6.3 HYSTERESE-REGELUNG . 184 4.7 GLEICHSTROMSTELLER - GLEICHSTROMMASCHINE . 186 4.7.1 TIEFSETZSTELLER (BUCK CONVERTER) - GLEICHSTROMMASCHINE . 186 4.7.2 EIN-QUADRANT-BREMSBETRIEB (BOOST CONVERTER) - GLEICHSTROMMA SCHINE . 187 4.7.3 ZWEI-QUADRANT-STELLER MIT ANKERSTROMUMKEHR - GLEICHSTROMMA SCHINE . 187 4.7.4 ZWEI-QUADRANTEN-STELLGLIED MIT ANKERSPANNUNGSUMKEHR - GLEICH STROMMASCHINE 188 4.7.5 VIER-QUADRANTEN-STELLGLIED - GLEICHSTROMMASCHINE . 192 4.8 REGELUNGEN GLEICHSTROMSTELLER - GLEICHSTROMMASCHINE . 195 4.9 QUERVERWEISE DC-DC-WANDLER . 198 5 ASYNCHRONMASCHINEN 199 5.1 EINFUEHRUNG . 199 5.2 FUNKTIONSWEISE VON ASYNCHRONMASCHINEN . 200 5.2.1 ERZEUGUNG EINES DREHFELDES IM LUFTSPALT DURCH DEN STATOR . . . 201 5.2.2 SPANNUNGSINDUKTION IM ROTOR . 212 5.2.3 STROMAUFBAU IM ROTOR . 217 5.2.4 ENTSTEHUNG DES DREHMOMENTS, STATIONAERE DREHZAHL-DREHMOMENT KENNLINIE . 219 5.2.5 HOEHERE POLPAARZAHLEN . 221 5.3 RAUMZEIGER-DARSTELLUNG . 223 5.3.1 DEFINITION EINES RAUMZEIGERS . 224 5.3.2 RUECKTRANSFORMATION AUF MOMENTANWERTE . 228 5.3.3 KOORDINATENSYSTEME . 228 5.3.4 DIFFERENTIATION IM UMLAUFENDEN KOORDINATENSYSTEM . 231 5.4 SCHLEIFRINGLAEUFERMASCHINE . 231 5.5 ASYNCHRONMASCHINE: SIGNALFLUSSPLAN MIT VERZOEGERUNGSGLIEDERN . 245 5.6 ASYNCHRONMASCHINE IM STATIONAEREN BETRIEB . 247 5.6.1 DREHZAHL-DREHMOMENT-KENNLINIE DER ASYNCHRONMASCHINE . 248 5.6.2 ELEKTRISCHE VERHAELTNISSE IM STATIONAEREN BETRIEB . 255 5.6.2.1 ERSATZSCHALTBILDER DER ASYNCHRONMASCHINE . 255 5.6.2.2 STROMORTSKURVE DES STATORSTROMS . 256 5.7 ASYNCHRONMASCHINE BEI UMRICHTERBETRIEB . 260 5.7.1 STEUERVERFAHREN BEI STATORFLUSSORIENTIERUNG . 261 5.7.2 STEUERVERFAHREN BEI ROTORFLUSSORIENTIERUNG . 272 5.7.3 ASYNCHRONMASCHINE AM UMRICHTER MIT EINGEPRAEGTEM STATORSTROM 281 5.8 LINEARMASCHINEN . 281 INHALTSVERZEICHNIS XIII 6 SYNCHRONMASCHINE 285 6.1 FUNKTIONSWEISE VON SYNCHRONMASCHINEN . 285 6.2 SYNCHRON-SCHENKELPOHNASCHINE OHNE DAEMPFERWICKLUNG . 290 6.2.1 BESCHREIBENDES GLEICHUNGSSYSTEM . 290 6.2.2 SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE IN NORMIERTER DARSTELLUNG . 295 6.2.3 SIGNALFLUSSPLAN SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE - SPANNUNGSEINPRAEGUNG . 299 6.2.4 SIGNALFLUSSPLAN SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE - STROMEINPRAEGUNG 303 6.2.5 ERSATZSCHALTBILD DER SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE . 305 6.3 SCHENKELPOLMASCHINE MIT DAEMPFERWICKLUNG . 307 6.4 SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE . 311 6.4.1 BESCHREIBENDES GLEICHUNGSSYSTEM UND SIGNALFLUSSPLAENE . 311 6.4.2 ERSATZSCHALTBILD DER SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE . 317 6.4.3 STEUERBEDINGUNGEN DER SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE OHNE DAEMP FERWICKLUNG . 319 6.5 PERMANENTMAGNETERREGTE MASCHINEN . 326 6.5.1 REGELUNG MIT NEBENBEDINGUNGEN . 330 6.6 TRANSVERSALFLUSSMASCHINEN . 331 7 RELUKTANZ-SYNCHRONMASCHINE 336 7.1 EINLEITUNG . 336 7.2 AUFBAU . 338 7.3 DREHMOMENTBILDUNG / ENERGIEUMWANDLUNG D. TRITSCHLER, SEW EURODRIVE . 340 7.3.1 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN FLUSSVERKETTUNG UND STROMZEIGER . . . 340 7.3.2 ALLGEMEINE DREHMOMENTGLEICHUNG . 341 7.3.3 VEREINFACHUNGEN . 346 7.4 BETRIEBSVERHALTEN DR.-ING. J. BONIFACIO, ZF FRIEDRICHSHAFEN AG . 351 7.4.1 GRUNDDREHZAHLBEREICH . 352 7.4.2 FELDSCHWAECHBEREICH . 355 7.4.3 TIEFER FELDSCHWAECHBEREICH . 357 7.4.4 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 361 7.5 AUSWIRKUNG DER SAETTIGUNG AUF STEUERUNG UND REGELUNG DR.-ING. J. BONIFACIO . 363 7.5.1 BERUECKSICHTIGUNG DER SAETTIGUNG BEI DER ENTKOPPLUNG . 363 7.5.2 DYNAMIK DES STROMAUFBAUS . 365 7.5.3 STROMREGELKREIS MIT SAETTIGUNGSEFFEKTEN . 366 7.6 MISCHFORMEN DER SYNCHRONMASCHINE D. TRITSCHLER, SEW EURODRIVE . 369 XIV INHALTSVERZEICHNIS 8 GESCHALTETE RELUKTANZMASCHINEN 372 PROF. DR. H. BAUSCH, UNIVERSITAET D. BUNDESWEHR MUENCHEN 8.1 EINLEITUNG . 372 8.2 AUFBAU . 375 8.3 BETRIEBSVERHALTEN . 377 8.4 ENERGIEUMWANDLUNG . 386 8.5 STROMRICHTERSCHALTUNGEN . 389 8.6 STEUERUNG UND REGELUNG . 395 9 LAGERLOSE PERMANENTMAGNETMOTOREN 402 PROF. DR. W. AMRHEIN; DR. S. SILBER ACCM/ JOHANNES KEPLER UNIVERSITAET LINZ 9.1 EINLEITUNG . 402 9.2 KRAFT UND DREHMOMENTBERECHNUNG . 407 9.2.1 MAGNETISCHE KOENERGIE . 407 9.2.2 MAXWELLSCHER SPANNUNGSTENSOR . 408 9.2.2.1 FOURIER-REIHENDARSTELLUNG DER FELDGROESSEN . 411 9.2.2.2 DREHMOMENTBERECHNUNG . 413 9.2.2.3 KRAFTBERECHNUNG . 414 9.2.2.4 INTERPRETATION DER ERGEBNISSE . 415 9.3 AUSFUEHRUNGSBEISPIELE ZU LAGERLOSEN PERMANENTMAGNETMOTOREN . 416 9.4 REGELUNG UND ELEKTRONISCHE ANSTEUERUNG . 421 9.5 APPLIKATIONEN LAGER LOSER SCHEIBENLAEUFERMOTOREN . 424 10 KLEINANTRIEBE 432 10.1 SCHRITTMOTOREN . 432 10.1.1 EINFUEHRUNG, FUNKTIONSPRINZIP . 432 10.1.2 GRUNDTYPEN VON SCHRITTMOTOREN . 434 10.1.2.1 RELUKTANZ-SCHRITTMOTOR . 434 10.1.2.2 PERMANENTMAGNETERREGTER SCHRITTMOTOR . 436 10.1.2.3 HYBRID-SCHRITTMOTOR . 438 10.1.3 GEGENUEBERSTELLUNG DREHFELD-SCHRITTFELD . 440 10.1.4 BETRIEBSKENNLINIEN, BETRIEBSVERHALTEN . 441 10.1.4.1 STATISCHER DREHMOMENTVERLAUF . 441 10.1.4.2 STATISCHES LASTVERHALTEN . 443 10.1.4.3 EINZELSCHRITT-FORTSCHALTUNG . 444 10.1.4.4 GRENZKENNLINIEN, BETRIEBSBEREICHE . 446 10.1.5 ANSTEUERUNG, LEISTUNGSELEKTRONIK . 449 10.1.5.1 ERSATZSCHALTBILD EINES MOTORSTRANGS . 449 10.1.5.2 UNIPOLARE UND BIPOLARE SPEISUNG DER STRANGWICKLUNGEN . 449 10.1.5.3 LEISTUNGSTREIBER . 450 10.1.5.4 BETRIEBSARTEN: VOLL-, HALB UND MIKROSCHRITTBETRIEB . 452 10.1.5.5 BESTROMUNGSTABELLEN . 455 INHALTSVERZEICHNIS XV 10.1.6 POSITIONIERGENAUIGKEIT, SCHRITTWINKELFEHLER . 456 10.1.7 DREHZAHLVERHALTEN, RESONANZFREQUENZEN . 458 10.1.7.1 PARAMETRISCHE ANREGUNG . 460 10.1.7.2 DAEMPFUNG . 462 10.1.8 MODELLBILDUNG . 462 10.1.9 AUSLEGUNG VON SCHRITTMOTORANTRIEBEN . 465 10.1.9.1 ERMITTLUNG DER STARTGRENZFREQUENZ . 466 10.1.9.2 BERECHNUNG VON LINEAREN FREQUENZRAMPEN . 466 10.2 ELEKTRONISCH KOMMUTIERTE GLEICHSTROMMASCHINE . 470 11 UMRICHTER ANTRIEBE 471 11.1 DIREKTUMRICHTER . 473 11.2 STROMRICHTERMOTOR . 480 11.2.1 PRINZIPIELLE FUNKTION . 481 11.2.2 LASTGEFUEHRTE KOMMUTIERUNG . 483 11.2.3 ANFAHRVORGANG . 487 11.2.4 DREHMOMENTPENDELUNGEN . 489 11.2.5 REGELUNG DES STROMRICHTERMOTORS . 490 11.2.6 EINSATZGEBIETE STROMRICHTERMOTOR . 492 11.3 UMRICHTER MIT PHASENFOLGELOESCHUNG UND EINGEPRAEGTEM STROM (I UMRICHTER) . 493 11.3.1 PRINZIPIELLES SYSTEMVERHALTEN . 493 11.3.2 MODIFIZIERTER I-UMRICHTER . 495 11.4 SELBSTGEFUEHRTE UMRICHTER MIT GLEICHSPANNUNGSZWISCHENKREIS . . 500 11.4.1 GRUNDFUNKTION . 500 11.4.2 MODULATIONSVERFAHREN BEI PULSUMRICHTERN . 502 11.4.2.1 ZWEIPUNKTREGELUNG (PRINZIPDARSTELLUNG) . 502 11.4.2.2 PULSWEITENMODULATION (PWM) . 505 11.4.2.3 RAUMZEIGER-MODULATION . 511 11.4.3 OPTIMIERTE PULSMUSTER . 513 11.5 MEHRPUNKT-WECHSELRICHTER . 516 11.6 HOCHLEISTUNGS-WECHSELRICHTER . 520 11.6.1 SERIEN-ZELLEN WECHSELRICHTER . 521 11.6.2 M2C-WECHSELRICHTER . 521 11.7 LEISTUNGSFAKTOR-KORREKTUR (PFC) . 526 12 REGELUNGEN VON DREHFELDMASCHINEN 531 12.1 ENTKOPPLUNG - ASYNCHRONMASCHINE . 531 12.2 FELDORIENTIERUNG - ASYNCHRONMASCHINE . 538 12.3 ENTKOPPLUNG - SYNCHRONMASCHINE . 542 12.4 FELDORIENTIERUNG - SYNCHRONMASCHINEN . 546 12.5 PM-MASCHINE MIT RELUKTANZEINFLUESSEN . 549 12.6 GEBERLOSE REGELUNG VON ELEKTRISCHEN ANTRIEBEN . 550 XVI INHALTSVERZEICHNIS 12.7 WEITERFUEHRENDE INFORMATIONEN . 559 12.7.1 STATORSTROM-REGELUNGEN . 559 12.7.2 DYNAMISCHES VERHALTEN DES STELLGLIEDS UND ZUGEHOERIGE SIGNAL VER ARBEITUNG BEI SELBSTGEFUEHRTEN STELLGLIEDERN . 559 12.7.3 UEBERLAGERTE REGELVERFAHREN [97] . 567 12.7.4 TECHNOLOGISCHE AUFGABENSTELLUNGEN . 569 12.8 OPTIMIERUNG BETRIEB - VERLUSTMINIMIERUNG . 572 12.8.1 DIREKTANTRIEB GEGEN GETRIEBEMOTOR . 572 12.8.2 BETRIEBSOPTIMIERUNG - VERLUSTMINIMIERUNG . 578 12.8.2.1 EINFUEHRUNG . 578 12.8.2.2 MODELLE . 579 12.8.2.3 KUPFERVERLUSTE . 583 12.8.2.4 EISENVERLUSTE . 583 12.8.2.5 OBERSCHWINGUNGEN . 587 12.8.2.6 TRANSIENTER SKIN-EFFEKT . 589 12.8.2.7 PERMANENTMAGNETERREGTE SYNCHRONMASCHINE PM-SM . 589 12.8.2.8 ASYNCHRONMASCHINE . 591 12.8.2.9 FAHRZEUGE . 592 12.8.2.10 SYNCHRONE RELUKTANZMASCHINE . 594 12.8.2.11 EINPHASEN-ASYNCHRONMASCHINE . 594 12.8.2.12 AKUSTIK . 594 12.9 MODELL PRAEDIKTIVE REGELUNG MPC . 595 12.9.1 EINFUEHRUNG . 595 12.9.2 MPC - THEORIE UND PRAXIS DR.-ING. P. STOLZE, TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN . 599 12.9.2.1 ASM GRUNDGLEICHUNGEN . 599 12.9.3 HEURISTIK ZUR REDUKTION DES RECHENAUFWANDS . 604 12.9.3.1 GRUNDPRINZIP . 605 12.9.3.2 VALIDIERUNG DER HEURISTISCHEN VORSELEKTION . 607 12.9.3.3 BESTIMMUNG DES WERTKONTINUIERLICHEN OPTIMUMS . 609 12.9.3.4 SYSTEMBESCHREIBUNG FUER DAS WERTKONTINUIERLIEHE OPTIMIERUNGS PROBLEM 611 12.9.3.5 BINAERER SUCHBAUM . 612 12.9.3.6 BESTIMMUNG DES SEKTORS . 614 12.9.3.7 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER ZWEILEVEL-UMRICHTER . 614 12.9.3.8 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER DREILEVEL-FLYING-CAPACITOR UMRICHTER . 615 12.9.4 VARIABLER SCHALTZEITPUNKT . 616 12.9.4.1 GRUNDPRINZIP . 616 12.9.4.2 BERECHNUNG DES VARIABLEN SCHALTZEITPUNKTES . 617 12.9.4.3 REGELALGORITHMUS . 619 12.9.4.4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER ZWEILEVEL-UMRICHTER . 619 12.9.5 KOMBINATION VON HEURISTIK UND VARIABLEM SCHALTZEITPUNKT . . . 622 12.9.5.1 REGELALGORITHMUS . 622 INHALTSVERZEICHNIS XVII 12.9.5.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER ZWEILEVEL-UMRICHTER . 622 12.9.5.3 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER DREILEVEL-FLYING-CAPACITOR UMRICHTER . 623 12.9.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK . 626 13 PHYSIKALISCHE MODELLBILDUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE 629 13.1 EINFUEHRUNG . 629 13.2 THEORIE DER FELDER . 629 13.2.1 ELEKTROSTATISCHES FELD, COULOMB-KRAFT . 630 13.2.2 MAGNETFELD - LORENTZKRAFT . 634 13.2.3 MAGNETFELD - INDUKTIONSSPANNUNG . 642 13.2.3.1 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN LADUNGEN - LENZ ' SCHE REGEL . 645 13.2.4 MAGNETISCHE FELDSTAERKE . 645 13.2.5 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE . 648 13.2.5.1 LORENTZKRAFT . 648 13.2.5.2 MATERIALABHAENGIGKEIT DER LORENTZKRAFT BZW. DER MAGNETISCHEN FLUSSDICHTE . 650 13.2.5.3 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE IN NICHT FERROMAGNETISCHEN MATERIALIEN 655 13.2.5.4 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE IN FERROMAGNETISCHEN MATERIALIEN (HYSTERESEKURVE) . 656 13.2.6 WICHTIGE EIGENSCHAFTEN DES MAGNETISCHEN FELDES FUER DAS VERSTAEND NIS ELEKTRISCHER MASCHINEN . 661 13.2.6.1 MAGNETFELDBUENDELNDE WIRKUNG FERROMAGNETISCHER MATERIALIEN . 661 13.2.6.2 QUELLENFREIHEIT DES MAGNETISCHEN FELDES . 662 13.2.6.3 KRAFT AUF BEWEGTE LADUNGEN IM LUFTSPALT ZWISCHEN FERROMAGNE TISCHEN MATERIALIEN . 663 13.2.6.4 OBERFLAECHENSTROEME . 665 13.2.6.5 WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN FERROMAGNETISCHEN WERKSTOFFEN . 666 13.2.6.6 MAGNETISCHER KREIS . 670 13.2.6.7 GRENZFLAECHENKRAEFTE: MAGNETISCHER QUERDRUCK UND LAENGSZUG . . . 675 13.2.6.8 BRECHUNGSGESETZE FUER MAGNETISCHE FELDLINIEN . 682 13.2.7 ZUSAMMENFASSUNG . 693 13.3 PHYSIKALISCHES FUNKTIONSPRINZIP DER GLEICHSTROMMASCHINE . 694 13.3.1 PRINZIP DER MOMENTERZEUGUNG - ABLEITUNG DER MOMENTEN-GRUNDGLEICHUNG . 695 13.3.1.1 BETRACHTUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE ALS MAGNETISCHEN KREIS . 695 13.3.1.2 KOMMUTATOR . 699 13.3.1.3 ABLEITUNG DER MOMENTEN-GRUNDGLEICHUNG . 703 13.3.1.4 ROTOR MIT NUTEN . 704 13.3.2 BESCHLEUNIGUNG DES ROTORS - ABLEITUNG DER MECHANIK-GRUNDGLEICHUNG . 708 13.3.3 ENTSTEHUNG EINER GEGENSPANNUNG - ABLEITUNG DER BEWEGUNGSINDUKTIONS-GRUNDGLEICHUNG . 708 XVIII INHALTSVERZEICHNIS 13.3.4 EIGENINDUKTIVITAET DES ROTORS - ABLEITUNG DER ANKERKREIS-GRUNDGLEICHUNG . 712 UEBUNGSAUFGABEN 713 PRUEFUNGSAUFGABEN 754 VARIABIENUEBERSICHT 781 LITERATURVERZEICHNIS 797 AUSGEWAEHLTE ARBEITEN DES LEHRSTUHLS . 797 ANTRIEBSTECHNIK UND BENACHBARTE GEBIETE (BUECHER) . 800 ELEKTROANTRIEB ALLGEMEIN . 805 LEISTUNGSHALBLEITER . 806 LEISTUNGSELEKTRONIK: ANSTEUERUNG, BESCHALTUNG, KUEHLUNG . 809 GLEICHSTROMSTELLER, DC-DC-WANDLER . 811 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER: SCHALTUNGSTECHNIK UND AUSLEGUNG . 812 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER: REGELUNG . 814 DIREKT UMRICHTER . 819 UNTERSYNCHRONE KASKADE (USK) . 821 STROMRICHTERMOTOR . 823 STROMZWISCHENKREIS-UMRICHTER (I-UMRICHTER) . 825 SPANNUNGSZWISCHENKREIS-UMRICHTER (U-UMRICHTER) . 827 ASYNCHRONMASCHINE: REGELUNG . 829 SYNCHRONMASCHINE . 834 RELUKTANZ-SYNCHRONMASCHINE . 836 RELUKTANZMASCHINE . 838 GEBERLOSE RELUKTANZMASCHINE . 844 GEBERSYSTEME FUER ELEKTRISCHE ANTRIEBE . 845 GEBERLOSE REGELUNG VON SYNCHRONMASCHINEN MIT PERMANENTMAGNETERREGUNG 846 EMK BEOBACHTER . 846 SYNCHRONMASCHINEN MIT PERMANENTMAGNETERREGUNG MIT ROTOR ANISOTROPY (SALIENCY) . 847 HOCHFREQUENZINJEKTION MIT ROTIERENDEM TRAEGER . 847 HOCHFREQUENZINJEKTION MIT ALTERNIERENDEM TRAEGER . 847 KOMBINATION OF EMK UND ANISOTROPIEBASIERTEN BEOBACHTERN . 848 ARBITRARY INJECTION . 849 NICHT-IDEALE ANISOTROPIEN . 849 UMRICHTER-NICHTLINEARITAETEN . 850 PARAMETER IDENTIFIKATION . 850 ASYNCHRONMASCHINEN . 851 PATENTE ZUM THEMA GEBERLOSE REGELUNG . 851 INHALTSVERZEICHNIS XIX LINEARMOTOREN . 852 LAGERLOSE PERMANENTMAGNETMOTOREN . 853 KLEINANTRIEBE . 859 BETRIEBSOPTIMIERUNG . 860 PRAEDIKTIVE REGELUNG - MPC . 867 STICHWORTVERZEICHNIS 871
adam_txt	INHALT S VERZEICHNIS 1 ANTRIEBSANORDNUNGEN: GRUNDLAGEN 1 1.1 MECHANISCHE GRUNDGESETZE . 1 1.1.1 ANALOGIEN ZWISCHEN TRANSLATION UND ROTATION . 1 1.1.2 UBERTRAGUNGSSTELLEN UND GETRIEBE . 5 1.1.3 DREHMOMENTBILANZ IM ANTRIEBSSYSTEM . 9 1.1.4 NORMIERUNG DER GLEICHUNGEN UND DIFFERENTIALGLEICHUNGEN . 10 1.2 ZEITLICHES VERHALTEN DES ROTIERENDEN MECHANISCHEN SYSTEMS . 13 1.2.1 ANALYTISCHE BEHANDLUNG . 13 1.2.2 GRAPHISCHE BEHANDLUNG VON BEWEGUNGSVORGAENGEN . 16 1.2.3 NUMERISCHE LOESUNG UEBER DIFFERENZENGLEICHUNG . 19 1.3 SYSTEM ARBEITSMASCHINE-ANTRIEBSMASCHINE . 20 1.3.1 STATIONAERES VERHALTEN DER ARBEITSMASCHINE . 20 1.3.1.1 WIDERSTANDSMOMENT MW = CONST . 20 1.3.1.2 WIDERSTANDSMOMENT MW = F(N, V) . 21 1.3.1.3 WIDERSTANDSMOMENT MW = 22 1.3.1.4 WIDERSTANDSMOMENT MW = /(R) . 22 1.3.1.5 WIDERSTANDSMOMENT MW - F(T) . 23 1.3.2 STATIONAERES VERHALTEN DER ANTRIEBSMASCHINEN: M M = F(N, . 23 1.3.2.1 ASYNCHRONES BZW. NEBENSCHLUSS-VERHALTEN . 24 1.3.2.2 KONSTANT-MOMENT-VERHALTEN . 25 1.3.2.3 SYNCHRONES VERHALTEN . 25 1.3.2.4 BEISPIEL: GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINE . 26 1.3.3 STATISCHE STABILITAET IM ARBEITSPUNKT . 28 1.3.3.1 GRAPHISCHE METHODEN . 28 1.3.3.2 RECHNERISCHE STABILITAETSPRUEFUNG UEBER DIE LINEARISIERTE DIFFEREN TIALGLEICHUNG IM ARBEITSPUNKT . 29 1.3.3.3 STABILITAETSPRUEFUNG UEBER DIE LAPLACE-TRANSFORMATION . 30 1.3.4 BEMESSUNG DER ANTRIEBSANORDNUNG . 32 1.3.4.1 ARBEITSMASCHINEN . 32 1.3.4.2 ANTRIEBSMASCHINEN . 33 X INHALTSVERZEICHNIS 2 VERLUSTE UND ERWAERMUNG IM ANTRIEBSSYSTEM 36 2.1 VERLUSTE AN DER UEBERTRAGUNGSSTELLE . 36 2.1.1 LEISTUNGSBILANZ . 36 2.1.2 VERLUSTARBEIT AN DER UEBERTRAGUNGSSTELLE YYMOTOR " . 38 2.1.3 VERLUSTE BEIM BESCHLEUNIGEN . 40 2.2 ERWAERMUNG ELEKTRISCHER MASCHINEN . 43 2.2.1 VERLUSTLEISTUNG UND TEMPERATUR . 43 2.2.2 RECHENGANG: MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN . 47 2.2.3 STROMBELASTUNG UND VERLUSTLEISTUNG . 48 2.2.4 NORMEN UND BETRIEBSARTEN . 50 2.2.4.1 BETRIEBSARTEN UND BEMESSUNGSDATEN . 52 2.2.4.2 DAUERBETRIEB (BETRIEBSART SL) . 53 2.2.4.3 KURZZEITBETRIEB (BETRIEBSART S2) . 53 2.2.4.4 AUSSETZBETRIEB (BETRIEBSART S3) . 54 2.2.4.5 AUSSETZBETRIEB MIT EINFLUSS DES ANLAUFVORGANGS (BETRIEBSART S4) 56 2.2.4.6 AUSSETZBETRIEB MIT ELEKTRISCHER BREMSUNG (BETRIEBSART S5) . 57 2.2.4.7 UNUNTERBROCHENER PERIODISCHER BETRIEB MIT AUSSETZBELASTUNG (BETRIEBSART S6) . 57 2.2.4.8 UNTERBROCHENER PERIODISCHER BETRIEB MIT ELEKTRISCHER BREMSUNG (BETRIEBSART S7) . 57 2.2.4.9 UNUNTERBROCHENER PERIODISCHER BETRIEB MIT LAST UND DREHZAHL AENDERUNGEN (BETRIEBSART S8) . 59 2.2.4.10 UNUNTERBROCHENER BETRIEB MIT NICHTPERIODISCHER LAST UND DREH ZAHLAENDERUNG (BETRIEBSART S9) . 59 2.2.4.11 BETRIEB MIT DISKRETEM KONSTANTEM BELASTUNGSZUSTAND (BETRIEBSART S10) . 60 2.2.5 MITTELWERTBETRIEB BEI PERIODISCHER BELASTUNG . 60 2.3 MASCHINEN MIT MEHREREN BEMESSUNGSBETRIEBEN . 63 2.4 AUFSTELLUNGSHOEHE, TEMPERATUR UND KUEHLMITTEL . 63 2.4.1 BELUEFTUNG UND KUEHLUNG . 64 2.4.2 ELEKTRISCHE BEDINGUNGEN . 65 3 GLEICHSTROMMASCHINE 71 3.1 EINFUEHRUNG . 71 3.2 REGELUNGSTECHNISCHE MODELLBILDUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE . 71 3.3 SIGNALFLUSSPLAN DER GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINE . 78 3.3.1 ANKERKREIS . 78 3.3.2 FELDKREIS, ERREGERKREIS . 84 3.3.3 ZUSAMMENFASSUNG VON ANKERKREIS UND ERREGERKREIS . 90 3.4 SIGNALFLUSSPLAENE, UEBERGANGSVERHALTEN . 96 3.4.1 FUEHRUNGSVERHALTEN UND FUEHRUNGS-UEBERTRAGUNGSFUNKTION . 96 3.4.2 LASTVERHALTEN UND STOER-UEBERTRAGUNGSFUNKTION . 99 3.4.3 EINFLUSS VON UE AUF N (FELDSCHWAECHUNG) . 99 INHALTSVERZEICHNIS XI 3.4.4 ZUSAMMENGEFASSTER PLAN (LINEARISIERT, UEBERLAGERT, VEREINFACHT) . . 102 3.5 STEUERUNG DER DREHZAHL . 104 3.5.1 DREHZAHLSTEUERUNG DURCH DIE ANKERSPANNUNG . 104 3.5.2 STEUERUNG DURCH DEN FLUSS . 106 3.5.3 STEUERUNG DURCH ANKERSPANNUNG UND FELD . 107 3.5.3.1 STATIONAERES VERHALTEN, KENNLINIEN . 107 3.5.3.2 ZEITVERHALTEN . 109 3.5.4 DREHZAHL-STEUERUNG DURCH VORWIDERSTAND IM ANKERKREIS . 109 3.5.4.1 DREHZAHLVERSTELLUNG DURCH GESCHALTETE VORWIDERSTAENDE . 110 3.6 ZEITLICHES VERHALTEN BEI SPANNUNGS UND STROMSTEUERUNG . 114 3.6.1 DREHZAHLAENDERUNG DURCH SPANNUNGSUMSCHALTUNG . 114 3.6.2 DREHZAHLAENDERUNG MIT KONSTANTEM STROM . 115 3.7 ARBEITSBEREICH-GRENZEN DER FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMASCHINE 117 3.7.1 BEREICH 1: SPANNUNGSVER STELLUNG IM ANKER KREIS . 117 3.7.2 BEREICH 2: FELDVERSTELLUNG . 118 3.7.3 BEREICH 3: ERHOEHUNG DER DREHZAHL BEI KONSTANTER SPANNUNG UND KONSTANTEM FLUSS . 118 4 LEISTUNGSELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN 121 4.1 LEISTUNGSELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN FUER ANTRIEBE - EINFUEHRUNG . 121 4.1.1 LEISTUNGSELEKTRONISCHE BAUELEMENTE - EINFUEHRUNG . 121 4.1.2 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER-STELLGLIEDER - EINFUEHRUNG . 130 4.1.2.1 GRUNDPRINZIPIEN NETZGEFUEHRTER STELLGLIEDER . 130 4.1.2.2 DREIPHASEN BRUECKENSCHALTUNG (B6-SCHALTUNG) . 133 4.1.2.3 KOMMUTIERUNG - UEBERLAPPUNG . 135 4.1.2.4 WECHSELRICHTERBETRIEB - WECHSELRICHTERKIPPEN . 139 4.1.2.5 VERSCHIEBUNGSFAKTOR, LEISTUNGSFAKTOR . 140 4.1.2.6 UMKEHRSTROMRICHTER . 143 4.1.2.7 UMKEHRSTROMRICHTER ABLAUF BEFEHLSFOLGE . 144 4.1.3 DC-DC-WANDLER EINFUEHRUNG . 147 4.1.4 U-UMRICHTER EINFUEHRUNG . 147 4.2 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER-STELLGLIEDER GLEICHSTROMANTRIEBE . . . 148 4.2.1 GRENZEN DES BETRIEBSBEREICHS VON STROMRICHTER UND MASCHINE . 149 4.3 STROM UND DREHZAHLREGELUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE . 153 4.3.1 ANKERSTROMREGELUNG . 155 4.3.2 DREHZAHLREGELUNG . 157 4.3.3 GROSSSIGNALVERHALTEN . 162 4.3.4 PRAEDIKTIVE STROMREGELUNG . 167 4.3.5 FUEHRUNGS-UND STOERVERHALTEN VON REGELKREISEN . 169 4.4 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER-STELLGLIEDER - DREHSTROMANTRIEBE . . 175 4.4.1 DIREKTUMRICHTER . 175 4.4.2 STROMRICHTERMOTOR . 175 4.4.3 I-UMRICHTER . 176 4.5 DC-DC-WANDLER GLEICHSTROMMASCHINE . 177 XII INHALTSVERZEICHNIS 4.5.1 TIEFSETZSTELLER (BUCK CONVERTER) . 177 4.5.2 HOCHSETZSTELLER (BOOST CONVERTER) . 181 4.6 STEUERVERFAHREN BEI DC-DC-WANDLERN . 182 4.6.1 PULSWEITENSTEUERUNG PWM . 182 4.6.2 PULSFOLGESTEUERUNG . 183 4.6.3 HYSTERESE-REGELUNG . 184 4.7 GLEICHSTROMSTELLER - GLEICHSTROMMASCHINE . 186 4.7.1 TIEFSETZSTELLER (BUCK CONVERTER) - GLEICHSTROMMASCHINE . 186 4.7.2 EIN-QUADRANT-BREMSBETRIEB (BOOST CONVERTER) - GLEICHSTROMMA SCHINE . 187 4.7.3 ZWEI-QUADRANT-STELLER MIT ANKERSTROMUMKEHR - GLEICHSTROMMA SCHINE . 187 4.7.4 ZWEI-QUADRANTEN-STELLGLIED MIT ANKERSPANNUNGSUMKEHR - GLEICH STROMMASCHINE 188 4.7.5 VIER-QUADRANTEN-STELLGLIED - GLEICHSTROMMASCHINE . 192 4.8 REGELUNGEN GLEICHSTROMSTELLER - GLEICHSTROMMASCHINE . 195 4.9 QUERVERWEISE DC-DC-WANDLER . 198 5 ASYNCHRONMASCHINEN 199 5.1 EINFUEHRUNG . 199 5.2 FUNKTIONSWEISE VON ASYNCHRONMASCHINEN . 200 5.2.1 ERZEUGUNG EINES DREHFELDES IM LUFTSPALT DURCH DEN STATOR . . . 201 5.2.2 SPANNUNGSINDUKTION IM ROTOR . 212 5.2.3 STROMAUFBAU IM ROTOR . 217 5.2.4 ENTSTEHUNG DES DREHMOMENTS, STATIONAERE DREHZAHL-DREHMOMENT KENNLINIE . 219 5.2.5 HOEHERE POLPAARZAHLEN . 221 5.3 RAUMZEIGER-DARSTELLUNG . 223 5.3.1 DEFINITION EINES RAUMZEIGERS . 224 5.3.2 RUECKTRANSFORMATION AUF MOMENTANWERTE . 228 5.3.3 KOORDINATENSYSTEME . 228 5.3.4 DIFFERENTIATION IM UMLAUFENDEN KOORDINATENSYSTEM . 231 5.4 SCHLEIFRINGLAEUFERMASCHINE . 231 5.5 ASYNCHRONMASCHINE: SIGNALFLUSSPLAN MIT VERZOEGERUNGSGLIEDERN . 245 5.6 ASYNCHRONMASCHINE IM STATIONAEREN BETRIEB . 247 5.6.1 DREHZAHL-DREHMOMENT-KENNLINIE DER ASYNCHRONMASCHINE . 248 5.6.2 ELEKTRISCHE VERHAELTNISSE IM STATIONAEREN BETRIEB . 255 5.6.2.1 ERSATZSCHALTBILDER DER ASYNCHRONMASCHINE . 255 5.6.2.2 STROMORTSKURVE DES STATORSTROMS . 256 5.7 ASYNCHRONMASCHINE BEI UMRICHTERBETRIEB . 260 5.7.1 STEUERVERFAHREN BEI STATORFLUSSORIENTIERUNG . 261 5.7.2 STEUERVERFAHREN BEI ROTORFLUSSORIENTIERUNG . 272 5.7.3 ASYNCHRONMASCHINE AM UMRICHTER MIT EINGEPRAEGTEM STATORSTROM 281 5.8 LINEARMASCHINEN . 281 INHALTSVERZEICHNIS XIII 6 SYNCHRONMASCHINE 285 6.1 FUNKTIONSWEISE VON SYNCHRONMASCHINEN . 285 6.2 SYNCHRON-SCHENKELPOHNASCHINE OHNE DAEMPFERWICKLUNG . 290 6.2.1 BESCHREIBENDES GLEICHUNGSSYSTEM . 290 6.2.2 SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE IN NORMIERTER DARSTELLUNG . 295 6.2.3 SIGNALFLUSSPLAN SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE - SPANNUNGSEINPRAEGUNG . 299 6.2.4 SIGNALFLUSSPLAN SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE - STROMEINPRAEGUNG 303 6.2.5 ERSATZSCHALTBILD DER SYNCHRON-SCHENKELPOLMASCHINE . 305 6.3 SCHENKELPOLMASCHINE MIT DAEMPFERWICKLUNG . 307 6.4 SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE . 311 6.4.1 BESCHREIBENDES GLEICHUNGSSYSTEM UND SIGNALFLUSSPLAENE . 311 6.4.2 ERSATZSCHALTBILD DER SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE . 317 6.4.3 STEUERBEDINGUNGEN DER SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE OHNE DAEMP FERWICKLUNG . 319 6.5 PERMANENTMAGNETERREGTE MASCHINEN . 326 6.5.1 REGELUNG MIT NEBENBEDINGUNGEN . 330 6.6 TRANSVERSALFLUSSMASCHINEN . 331 7 RELUKTANZ-SYNCHRONMASCHINE 336 7.1 EINLEITUNG . 336 7.2 AUFBAU . 338 7.3 DREHMOMENTBILDUNG / ENERGIEUMWANDLUNG D. TRITSCHLER, SEW EURODRIVE . 340 7.3.1 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN FLUSSVERKETTUNG UND STROMZEIGER . . . 340 7.3.2 ALLGEMEINE DREHMOMENTGLEICHUNG . 341 7.3.3 VEREINFACHUNGEN . 346 7.4 BETRIEBSVERHALTEN DR.-ING. J. BONIFACIO, ZF FRIEDRICHSHAFEN AG . 351 7.4.1 GRUNDDREHZAHLBEREICH . 352 7.4.2 FELDSCHWAECHBEREICH . 355 7.4.3 TIEFER FELDSCHWAECHBEREICH . 357 7.4.4 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 361 7.5 AUSWIRKUNG DER SAETTIGUNG AUF STEUERUNG UND REGELUNG DR.-ING. J. BONIFACIO . 363 7.5.1 BERUECKSICHTIGUNG DER SAETTIGUNG BEI DER ENTKOPPLUNG . 363 7.5.2 DYNAMIK DES STROMAUFBAUS . 365 7.5.3 STROMREGELKREIS MIT SAETTIGUNGSEFFEKTEN . 366 7.6 MISCHFORMEN DER SYNCHRONMASCHINE D. TRITSCHLER, SEW EURODRIVE . 369 XIV INHALTSVERZEICHNIS 8 GESCHALTETE RELUKTANZMASCHINEN 372 PROF. DR. H. BAUSCH, UNIVERSITAET D. BUNDESWEHR MUENCHEN 8.1 EINLEITUNG . 372 8.2 AUFBAU . 375 8.3 BETRIEBSVERHALTEN . 377 8.4 ENERGIEUMWANDLUNG . 386 8.5 STROMRICHTERSCHALTUNGEN . 389 8.6 STEUERUNG UND REGELUNG . 395 9 LAGERLOSE PERMANENTMAGNETMOTOREN 402 PROF. DR. W. AMRHEIN; DR. S. SILBER ACCM/ JOHANNES KEPLER UNIVERSITAET LINZ 9.1 EINLEITUNG . 402 9.2 KRAFT UND DREHMOMENTBERECHNUNG . 407 9.2.1 MAGNETISCHE KOENERGIE . 407 9.2.2 MAXWELLSCHER SPANNUNGSTENSOR . 408 9.2.2.1 FOURIER-REIHENDARSTELLUNG DER FELDGROESSEN . 411 9.2.2.2 DREHMOMENTBERECHNUNG . 413 9.2.2.3 KRAFTBERECHNUNG . 414 9.2.2.4 INTERPRETATION DER ERGEBNISSE . 415 9.3 AUSFUEHRUNGSBEISPIELE ZU LAGERLOSEN PERMANENTMAGNETMOTOREN . 416 9.4 REGELUNG UND ELEKTRONISCHE ANSTEUERUNG . 421 9.5 APPLIKATIONEN LAGER LOSER SCHEIBENLAEUFERMOTOREN . 424 10 KLEINANTRIEBE 432 10.1 SCHRITTMOTOREN . 432 10.1.1 EINFUEHRUNG, FUNKTIONSPRINZIP . 432 10.1.2 GRUNDTYPEN VON SCHRITTMOTOREN . 434 10.1.2.1 RELUKTANZ-SCHRITTMOTOR . 434 10.1.2.2 PERMANENTMAGNETERREGTER SCHRITTMOTOR . 436 10.1.2.3 HYBRID-SCHRITTMOTOR . 438 10.1.3 GEGENUEBERSTELLUNG DREHFELD-SCHRITTFELD . 440 10.1.4 BETRIEBSKENNLINIEN, BETRIEBSVERHALTEN . 441 10.1.4.1 STATISCHER DREHMOMENTVERLAUF . 441 10.1.4.2 STATISCHES LASTVERHALTEN . 443 10.1.4.3 EINZELSCHRITT-FORTSCHALTUNG . 444 10.1.4.4 GRENZKENNLINIEN, BETRIEBSBEREICHE . 446 10.1.5 ANSTEUERUNG, LEISTUNGSELEKTRONIK . 449 10.1.5.1 ERSATZSCHALTBILD EINES MOTORSTRANGS . 449 10.1.5.2 UNIPOLARE UND BIPOLARE SPEISUNG DER STRANGWICKLUNGEN . 449 10.1.5.3 LEISTUNGSTREIBER . 450 10.1.5.4 BETRIEBSARTEN: VOLL-, HALB UND MIKROSCHRITTBETRIEB . 452 10.1.5.5 BESTROMUNGSTABELLEN . 455 INHALTSVERZEICHNIS XV 10.1.6 POSITIONIERGENAUIGKEIT, SCHRITTWINKELFEHLER . 456 10.1.7 DREHZAHLVERHALTEN, RESONANZFREQUENZEN . 458 10.1.7.1 PARAMETRISCHE ANREGUNG . 460 10.1.7.2 DAEMPFUNG . 462 10.1.8 MODELLBILDUNG . 462 10.1.9 AUSLEGUNG VON SCHRITTMOTORANTRIEBEN . 465 10.1.9.1 ERMITTLUNG DER STARTGRENZFREQUENZ . 466 10.1.9.2 BERECHNUNG VON LINEAREN FREQUENZRAMPEN . 466 10.2 ELEKTRONISCH KOMMUTIERTE GLEICHSTROMMASCHINE . 470 11 UMRICHTER ANTRIEBE 471 11.1 DIREKTUMRICHTER . 473 11.2 STROMRICHTERMOTOR . 480 11.2.1 PRINZIPIELLE FUNKTION . 481 11.2.2 LASTGEFUEHRTE KOMMUTIERUNG . 483 11.2.3 ANFAHRVORGANG . 487 11.2.4 DREHMOMENTPENDELUNGEN . 489 11.2.5 REGELUNG DES STROMRICHTERMOTORS . 490 11.2.6 EINSATZGEBIETE STROMRICHTERMOTOR . 492 11.3 UMRICHTER MIT PHASENFOLGELOESCHUNG UND EINGEPRAEGTEM STROM (I UMRICHTER) . 493 11.3.1 PRINZIPIELLES SYSTEMVERHALTEN . 493 11.3.2 MODIFIZIERTER I-UMRICHTER . 495 11.4 SELBSTGEFUEHRTE UMRICHTER MIT GLEICHSPANNUNGSZWISCHENKREIS . . 500 11.4.1 GRUNDFUNKTION . 500 11.4.2 MODULATIONSVERFAHREN BEI PULSUMRICHTERN . 502 11.4.2.1 ZWEIPUNKTREGELUNG (PRINZIPDARSTELLUNG) . 502 11.4.2.2 PULSWEITENMODULATION (PWM) . 505 11.4.2.3 RAUMZEIGER-MODULATION . 511 11.4.3 OPTIMIERTE PULSMUSTER . 513 11.5 MEHRPUNKT-WECHSELRICHTER . 516 11.6 HOCHLEISTUNGS-WECHSELRICHTER . 520 11.6.1 SERIEN-ZELLEN WECHSELRICHTER . 521 11.6.2 M2C-WECHSELRICHTER . 521 11.7 LEISTUNGSFAKTOR-KORREKTUR (PFC) . 526 12 REGELUNGEN VON DREHFELDMASCHINEN 531 12.1 ENTKOPPLUNG - ASYNCHRONMASCHINE . 531 12.2 FELDORIENTIERUNG - ASYNCHRONMASCHINE . 538 12.3 ENTKOPPLUNG - SYNCHRONMASCHINE . 542 12.4 FELDORIENTIERUNG - SYNCHRONMASCHINEN . 546 12.5 PM-MASCHINE MIT RELUKTANZEINFLUESSEN . 549 12.6 GEBERLOSE REGELUNG VON ELEKTRISCHEN ANTRIEBEN . 550 XVI INHALTSVERZEICHNIS 12.7 WEITERFUEHRENDE INFORMATIONEN . 559 12.7.1 STATORSTROM-REGELUNGEN . 559 12.7.2 DYNAMISCHES VERHALTEN DES STELLGLIEDS UND ZUGEHOERIGE SIGNAL VER ARBEITUNG BEI SELBSTGEFUEHRTEN STELLGLIEDERN . 559 12.7.3 UEBERLAGERTE REGELVERFAHREN [97] . 567 12.7.4 TECHNOLOGISCHE AUFGABENSTELLUNGEN . 569 12.8 OPTIMIERUNG BETRIEB - VERLUSTMINIMIERUNG . 572 12.8.1 DIREKTANTRIEB GEGEN GETRIEBEMOTOR . 572 12.8.2 BETRIEBSOPTIMIERUNG - VERLUSTMINIMIERUNG . 578 12.8.2.1 EINFUEHRUNG . 578 12.8.2.2 MODELLE . 579 12.8.2.3 KUPFERVERLUSTE . 583 12.8.2.4 EISENVERLUSTE . 583 12.8.2.5 OBERSCHWINGUNGEN . 587 12.8.2.6 TRANSIENTER SKIN-EFFEKT . 589 12.8.2.7 PERMANENTMAGNETERREGTE SYNCHRONMASCHINE PM-SM . 589 12.8.2.8 ASYNCHRONMASCHINE . 591 12.8.2.9 FAHRZEUGE . 592 12.8.2.10 SYNCHRONE RELUKTANZMASCHINE . 594 12.8.2.11 EINPHASEN-ASYNCHRONMASCHINE . 594 12.8.2.12 AKUSTIK . 594 12.9 MODELL PRAEDIKTIVE REGELUNG MPC . 595 12.9.1 EINFUEHRUNG . 595 12.9.2 MPC - THEORIE UND PRAXIS DR.-ING. P. STOLZE, TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN . 599 12.9.2.1 ASM GRUNDGLEICHUNGEN . 599 12.9.3 HEURISTIK ZUR REDUKTION DES RECHENAUFWANDS . 604 12.9.3.1 GRUNDPRINZIP . 605 12.9.3.2 VALIDIERUNG DER HEURISTISCHEN VORSELEKTION . 607 12.9.3.3 BESTIMMUNG DES WERTKONTINUIERLICHEN OPTIMUMS . 609 12.9.3.4 SYSTEMBESCHREIBUNG FUER DAS WERTKONTINUIERLIEHE OPTIMIERUNGS PROBLEM 611 12.9.3.5 BINAERER SUCHBAUM . 612 12.9.3.6 BESTIMMUNG DES SEKTORS . 614 12.9.3.7 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER ZWEILEVEL-UMRICHTER . 614 12.9.3.8 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER DREILEVEL-FLYING-CAPACITOR UMRICHTER . 615 12.9.4 VARIABLER SCHALTZEITPUNKT . 616 12.9.4.1 GRUNDPRINZIP . 616 12.9.4.2 BERECHNUNG DES VARIABLEN SCHALTZEITPUNKTES . 617 12.9.4.3 REGELALGORITHMUS . 619 12.9.4.4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER ZWEILEVEL-UMRICHTER . 619 12.9.5 KOMBINATION VON HEURISTIK UND VARIABLEM SCHALTZEITPUNKT . . . 622 12.9.5.1 REGELALGORITHMUS . 622 INHALTSVERZEICHNIS XVII 12.9.5.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER ZWEILEVEL-UMRICHTER . 622 12.9.5.3 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE FUER DREILEVEL-FLYING-CAPACITOR UMRICHTER . 623 12.9.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK . 626 13 PHYSIKALISCHE MODELLBILDUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE 629 13.1 EINFUEHRUNG . 629 13.2 THEORIE DER FELDER . 629 13.2.1 ELEKTROSTATISCHES FELD, COULOMB-KRAFT . 630 13.2.2 MAGNETFELD - LORENTZKRAFT . 634 13.2.3 MAGNETFELD - INDUKTIONSSPANNUNG . 642 13.2.3.1 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN LADUNGEN - LENZ ' SCHE REGEL . 645 13.2.4 MAGNETISCHE FELDSTAERKE . 645 13.2.5 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE . 648 13.2.5.1 LORENTZKRAFT . 648 13.2.5.2 MATERIALABHAENGIGKEIT DER LORENTZKRAFT BZW. DER MAGNETISCHEN FLUSSDICHTE . 650 13.2.5.3 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE IN NICHT FERROMAGNETISCHEN MATERIALIEN 655 13.2.5.4 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE IN FERROMAGNETISCHEN MATERIALIEN (HYSTERESEKURVE) . 656 13.2.6 WICHTIGE EIGENSCHAFTEN DES MAGNETISCHEN FELDES FUER DAS VERSTAEND NIS ELEKTRISCHER MASCHINEN . 661 13.2.6.1 MAGNETFELDBUENDELNDE WIRKUNG FERROMAGNETISCHER MATERIALIEN . 661 13.2.6.2 QUELLENFREIHEIT DES MAGNETISCHEN FELDES . 662 13.2.6.3 KRAFT AUF BEWEGTE LADUNGEN IM LUFTSPALT ZWISCHEN FERROMAGNE TISCHEN MATERIALIEN . 663 13.2.6.4 OBERFLAECHENSTROEME . 665 13.2.6.5 WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN FERROMAGNETISCHEN WERKSTOFFEN . 666 13.2.6.6 MAGNETISCHER KREIS . 670 13.2.6.7 GRENZFLAECHENKRAEFTE: MAGNETISCHER QUERDRUCK UND LAENGSZUG . . . 675 13.2.6.8 BRECHUNGSGESETZE FUER MAGNETISCHE FELDLINIEN . 682 13.2.7 ZUSAMMENFASSUNG . 693 13.3 PHYSIKALISCHES FUNKTIONSPRINZIP DER GLEICHSTROMMASCHINE . 694 13.3.1 PRINZIP DER MOMENTERZEUGUNG - ABLEITUNG DER MOMENTEN-GRUNDGLEICHUNG . 695 13.3.1.1 BETRACHTUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE ALS MAGNETISCHEN KREIS . 695 13.3.1.2 KOMMUTATOR . 699 13.3.1.3 ABLEITUNG DER MOMENTEN-GRUNDGLEICHUNG . 703 13.3.1.4 ROTOR MIT NUTEN . 704 13.3.2 BESCHLEUNIGUNG DES ROTORS - ABLEITUNG DER MECHANIK-GRUNDGLEICHUNG . 708 13.3.3 ENTSTEHUNG EINER GEGENSPANNUNG - ABLEITUNG DER BEWEGUNGSINDUKTIONS-GRUNDGLEICHUNG . 708 XVIII INHALTSVERZEICHNIS 13.3.4 EIGENINDUKTIVITAET DES ROTORS - ABLEITUNG DER ANKERKREIS-GRUNDGLEICHUNG . 712 UEBUNGSAUFGABEN 713 PRUEFUNGSAUFGABEN 754 VARIABIENUEBERSICHT 781 LITERATURVERZEICHNIS 797 AUSGEWAEHLTE ARBEITEN DES LEHRSTUHLS . 797 ANTRIEBSTECHNIK UND BENACHBARTE GEBIETE (BUECHER) . 800 ELEKTROANTRIEB ALLGEMEIN . 805 LEISTUNGSHALBLEITER . 806 LEISTUNGSELEKTRONIK: ANSTEUERUNG, BESCHALTUNG, KUEHLUNG . 809 GLEICHSTROMSTELLER, DC-DC-WANDLER . 811 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER: SCHALTUNGSTECHNIK UND AUSLEGUNG . 812 NETZGEFUEHRTE STROMRICHTER: REGELUNG . 814 DIREKT UMRICHTER . 819 UNTERSYNCHRONE KASKADE (USK) . 821 STROMRICHTERMOTOR . 823 STROMZWISCHENKREIS-UMRICHTER (I-UMRICHTER) . 825 SPANNUNGSZWISCHENKREIS-UMRICHTER (U-UMRICHTER) . 827 ASYNCHRONMASCHINE: REGELUNG . 829 SYNCHRONMASCHINE . 834 RELUKTANZ-SYNCHRONMASCHINE . 836 RELUKTANZMASCHINE . 838 GEBERLOSE RELUKTANZMASCHINE . 844 GEBERSYSTEME FUER ELEKTRISCHE ANTRIEBE . 845 GEBERLOSE REGELUNG VON SYNCHRONMASCHINEN MIT PERMANENTMAGNETERREGUNG 846 EMK BEOBACHTER . 846 SYNCHRONMASCHINEN MIT PERMANENTMAGNETERREGUNG MIT ROTOR ANISOTROPY (SALIENCY) . 847 HOCHFREQUENZINJEKTION MIT ROTIERENDEM TRAEGER . 847 HOCHFREQUENZINJEKTION MIT ALTERNIERENDEM TRAEGER . 847 KOMBINATION OF EMK UND ANISOTROPIEBASIERTEN BEOBACHTERN . 848 ARBITRARY INJECTION . 849 NICHT-IDEALE ANISOTROPIEN . 849 UMRICHTER-NICHTLINEARITAETEN . 850 PARAMETER IDENTIFIKATION . 850 ASYNCHRONMASCHINEN . 851 PATENTE ZUM THEMA GEBERLOSE REGELUNG . 851 INHALTSVERZEICHNIS XIX LINEARMOTOREN . 852 LAGERLOSE PERMANENTMAGNETMOTOREN . 853 KLEINANTRIEBE . 859 BETRIEBSOPTIMIERUNG . 860 PRAEDIKTIVE REGELUNG - MPC . 867 STICHWORTVERZEICHNIS 871
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