Theodor Bödefeld, Heinrich Sequenz

Elektrische Maschinen (eBook, PDF)

Eine Einführung in die Grundlagen

• Format: PDF

Produktdetails

• Verlag: Springer-Verlag KG
• Seitenzahl: 502
• Erscheinungstermin: 17. April 2013
• Deutsch
• ISBN-13: 9783709135440
• Artikelnr.: 53084633

Inhaltsangabe

I. Einführung.- A. Grundgesetze des magnetischen Feldes.- 1. Grundbegriffe des magnetischen Feldes.- 2. DurcMlutungsgesetz.- 3. Feldbilder.- 4. SpulenfluJß, Induktivität und magnetische Energie.- a) Spulenfluß.- b) Induktivität.- c) Magnetische Energie.- B. Das elektrische Feld.- C. Induktionsgesetz.- 1. Ruhesehwund.- 2. Bewegungsschwund.- 3. Spannungserzeugung in umlaufenden elektrischen Maschinen.- D. Magnetische Kräfte.- 1. Kraft eines Magnetfeldes auf einen stromführenden Leiter.- 2. Elektromagnete und Stromkräfte auf Spulen.- 3. Kräfte zwischen zwei Stromkreisen.- 4. Kraft eines Magnetfeldes auf einen Eisenkern.- E.Umsetzung von Energie im Eisen. Eisenwärme.- 1. Hysteresewärme.- 2. Wirbelstromwärme.- F. Vorzeichenregeln bei Wechselstrom.- 1. Zählpfeüe.- 2. Zählpfeilsysteme.- 3. Yorzeichenregeln für Wirk- und Blindwiderstände.- a) Wirkwiderstand.- b) Kondensator.- c) Induktivitäten.- ?) Selbstinduktivität.- ?) Gegeninduktivität.- d) Zusammenfassung.- G. Streuung bei elektrischen Maschinen und Transformatoren.- 1. Magnetische Streuung.- 2. Induktive Streuimg.- a) Allgemeine Definition der induktiven Streuung.- b) Schema der induktiven Verkettung eines Transformators.- c) Induktive Streuung und Feldbild.- d) Induktive Streuung beim Transformator mit geschlossenem Eisenkern.- 3. Streuung bei umlaufenden Maschinen.- a) Drehstrom-Induktionsmaschine.- b) Synchronmaschine.- 4. Zusammenfassung.- II. Der Transformator.- A. Grundsätzliches Verhalten.- B. Aufbau der Transformatoren.- 1. Eisengestell.- a) Einphasentransformator.- b) Drehstromtransformatoren.- c) Konstruktive Einzelheiten.- 2. Wicklungen.- 3. Kühlung.- C. Betriebseigenschaften des Einphasentransformators.- 1. Leerlauf.- 2. Belastung.- 3. Ersatzstromkreis.- 4. Kurzschluß.- 5. Stoßkurzschluß.- 6. Spannungsänderung des Transformators bei Nennlast.- 7. Parallelbetrieb von Transformatoren.- 8. Sparschaltung.- 9. Allgemeine Theorie des Transformators.- a) Die Streuziffern.- b) Spannungsgleichungen.- c) Ersatzstromkreis.- d) Der Spannungstransformator.- e) Der Stromtransformator.- f) Leistungsbilanz.- D. Drehstromtransformatoren.- 1. Allgemeines.- 2. Schaltungen und Schaltgruppen.- a) Grundsehaltungen.- b) Die Schaltgruppen.- e) Verwendung der Schaltgruppen.- ?) Einphasige Last zwischen zwei Außenleitern.- ?) Einphasige Last zwischen dem Null- und einem Außenleiter.- ?) Haupttransformatoren, Zusammenstellung der vorwiegend verwendeten Schaltungen für Haupt-, Verteilungs- und Gleichrichtertransformatoren.- E. Der Magnetisierungsstrom und der Stromstoß beim Einschalten eines Transformators.- 1. Der Magnetisierungsstrom des Einphasentransformators.- 2. Der Magnetisierungsstrom des Drehstromtransformators.- a) Primärwicklung in Sternschaltung mit Nulleiter, Sekundärwicklung in Sternschaltung.- b) Primärwicklung in Sternschaltung ohne Nulleiter.- c) Primärwicklung in Dreieckschaltung.- d) Zusammenfassung.- 3. Transformatoren mit sinusförmigem Magnetisierungsstrom.- 4. Der Stromstoß beim Einschalten eines Transformators.- F. Sonderbauarten von Transformatoren.- 1. Überspannungen und schwingungsfreie Transformatoren.- 2. Spannungsregelung.- a) Stufenregelung.- b) Stetige Regelung.- 3. Längs- und Querregler.- 4. Transformatoren zur Änderung der Phasenzahl.- a) Umformung von Drei- in Sechsphasenstrom.- b) Umformung von Drei- in Zwölfphasenstrom.- c) Umformimg von Drei- in Zweiphasenstrom.- 5. Wandler.- a) Stromwandler.- b) Spannungswandler.- III. Allgemeines über umlaufende Maschinen.- A. Weehselstromwieklungen.- 1. Aufstellung des ISTutensternes.- 2. Zuordnung der Nuten zu den Wicklungssträngen.- 3. Schaltung zu Spulen.- 4. Schaltung der Spulen zu Wicklungssträngen.- 5. Zuleitungen zu den Maschinenklemmen.- 6. Beispiel.- 7. Ausführungsarten für Drehstromwicklungen.- 8. Parallele Zweige in den Wicklungssträngen.- 9. Zweiphasenwicklungen.- 10. Emphasenwicklungen.- 11. Bruchlochwicklungen.- 12. Ausführungsbeispiele von Wechselstromwicklungen.- 13. Zweischichtwieklungen.- 14. Verminderung der Wirbelströme in den Wicklungen.- B. Magnetische Felder in elektrischen Maschinen.- 1. Feldkurve.- 2. Wechselfeld.- 3. Drehfeld.- 4. Beziehungen zwischen Drehfeld und Wechselfeld.- 5. Elliptisches Drehfeld.- 6. Addition mehrerer Wechselfelder.- 7. Erzeugimg eines Drehfeldes durch eine Drehstromwicklung.- 8. Symmetrische Komponenten.- C. Strombelag, Durchflutung und Felderregerkurve.- 1. Strombelag.- 2. Wechselstrombelag.- 3. Drehstrombelag.- 4. Durchflutimg, Wechsel- und Drehdurchflutung.- 5. Felderregerkurve.- 6. Durchflutungsvieleck.- D. Oberwellen.- E. Spannungserzeugung in elektrischen Maschinen.- 1. Ungesehnte Wicklungen.- 2. Wicklungsfaktor bei gesehnten Wicklungen.- 3. Spannungserzeugung durch das Wechselfeld einer Spule.- 4. Wicklungsfaktoren der Oberwellen.- F. Induktivitäten.- 1. Induktivität einer Einphasenwicklung.- 2. Induktivität einer Drehstromwicklung.- G. Drehmoment und Drehschub.- IV. Induktionsmaschinen.- A. Aufbau und Wirkungsweise.- 1. Aufbau.- 2. Läuferwieklungen.- a) Nutenlose Läufer..- b) Käfigwieklungen.- c) Läuferwieklungen für Sehleifringankermasehinen.- 3. Wirkungsweise einer mehrphasigen Induktionsmaschine.- B. Betriebseigenschaften der mehrphasigen Induktionsmaschine.- 1. Frequenzgleichung und Schlupf; Frequenzumformung.- 2. Läuferspannung und Läuferstrom ; Phasenumformung.- 3. Drehfeldtransformator und Ersatzstromkreis.- 4. Drehmoment und Leistungsaufteilung der Induktionsmaschine.- 5. Kippschlupf, Kippmoment und Drehmomentkurve.- 6. Stabiler Betriebsbereich.- 7. Stromdiagramm der Induktionsmaschine.- a) Schlupflinie.- b) Leistung und Drehmoment im Kreisdiagramm.- c) Bestimmimg des Kreismittelpunktes und der Drehmomentlinie.- 8. Betrieb der Induktionsmaschine als Motor.- 9. Theorie der Induktionsmaschine.- C. Oberwellenerscheinungen.- 1. Die Wellen der Feldkurve des Ständers.- 2. Läuferströme.- 3. Die Wellen der Feldkurve des Läufers.- a) Strang- und Polpaarzahlen der Ständer- und Läuferwieklung sind gleich.- b) Gleiche Polzahlen, aber verschiedene Strangzahlen der Ständer- und Läuferwieklung.- c) Verschiedene Strangzahlen der Ständer- und Läuferwicklung; Läuferwicklung für beliebige Polzahl.- d) Drehzahlen der Wellen der Feldkurve des Läufers.- e) Zusammenwirken der Oberwellen der Ständer- und Läuferwieklung.- ?) Asynchrone Oberwellendrehmomente.- ?) Synchrone Oberwellendrehmomente.- ?) Rüttelkräfte.- ?) Vermeidimg der Oberwellenerscheimmgen.- D. Anlassen der Induktionsmotoren.- 1. Anlassen von Schleifringankermotoren.- 2. Fliehkraftanlasser.- 3. Anlassen durch Umschaltungen im Läuferkreis.- a) Gegenschaltungen.- b) Andere Umschaltungen.- 4. Anlassen durch Umschaltungen im Ständerkreis.- a) Ständeranlasser.- b) Stern-Dreieck-Schaltung.- c) Doppelständermotoren.- d) Anlassen mit Hilfe von Anwurfmotoren ; Doppelfeldmotoren.- e) Anlauf mit Teilwicklungsschaltung.- f) Kurzschlußläufersanftanlauf-Schaltung.- 5. Anlassen durch Ausnutzimg der Stromverdrängung.- a) Wirbelstromläufermotoren.- b) Mehrfachkäfigankermotoren.- E. Regelung der Drehzahl eines Drehstrom-Induktionsmotors.- 1. Drehzahlregelung durch Änderung der Primärfrequenz.- 2. Drehzahlregelung durch Polumsehaltung.- 3. Drehzahlregelung durch Änderimg der Schlüpfung.- a) Änderung der Schlüpfung durch Änderung der Leistung im äußeren Läuferkreis.- ?) Wirkwiderstände im Läuferkreis.- ß) Regelspannung im Läuferkreis.- b) Änderimg der Schlüpfung durch Änderung der Klemmenspannung des Ständers.- 4. Drehzahlregelung durch Zusammenarbeiten von zwei oder mehreren Drehstrom-Induktionsmaschinen.- a) Kaskadenschaltung von zwei oder mehreren Drehstrom-Induktionsmaschinen.- b) Überlagerung eines zweiten Drehfeldes.- 5. Weitere Möglichkeiten der Drehzahlregelung.- a) Die doppeltgespeiste Induktionsmaschine.- b) Drehzahlregelung durch überlagerten Gleichstrom.- F. Bremsschaltungen für Drehstrom-Induktionsmotoren.- 1. Gleichstrombremsung.- 2. Übersynchrone Senkbremsschaltung.- 3. Gegenstrom-Senkbremsschaltung.- 4. Untersynchrone Senkbremsschaltung.- 5. Zweimotoren-Senkschaltung.- 6. Bremsung mit unsymmetrischen Ständerschaltungen.- G. Die elektrische Welle.- H. Asynchrongeneratoren.- J. Drehtransformatoren (Drehregler).- 1. Dreiphasige Drehtransformatoren.- 2. Einphasige Drehtransformatoren.- K. Die einphasige Induktionsmaschine.- 1. Wirkungsweise.- 2. Das Anlassen der Einphasenmotoren.- a) Anwurfmotoren.- b) Anlauf mit Hilfswicklung.- 3. Kondensatormotoren.- 4. Drehzahlregelung.- V. Die Synchronmaschine.- A. Aufbau.- B. Die Vollpol-Synchronmaschine.- 1. Feldkurve und Leerlaufkennlinie.- a) Feldkurve.- b) Leerlaufkennlinie.- 2. Ankerrückwirkung.- 3. Vektordiagramm der Spannungen und Ströme bei Belastung.- 4. Ersatzstromkreis der Synchronmaschine.- 5. Kurzschluß.- a) Dreipoliger Kurzschluß.- b) Zweipoliger und einpoliger Kurzschluß.- c) Der Stoßkurzschlußstrom.- 6. Belastungskemüinien bei cos ? = 0.- 7. Spannungsänderung.- 8. Regulierkurven.- 9. Drehmoment.- C. Besonderheiten der Schenkelpolmaschine.- 1. Aufteilung der Ankerdurehflutung.- 2. Feldkurven von Ankerlängs- und querfeld.- 3. Ankerrückwirkung.- 4. Vektordiagramm der Schenkelpolmaschine.- 5. Drehmoment der Schenkelpolmaschine.- D. Die Synchronmaschine im Parallelbetrieb.- 1. Anlauf und Synchronisierung.- 2. Die Synchronmaschine am Netz.- a) Belasten der Synchronmaschine.- b) V-Kurven.- 3. Das synchronisierende Drehmoment im Parallelbetrieb.- 4. Die Eigenschwingung der Synchronmaschine.- 5. Die Synchronmaschine als Motor und als Blindleistungsmaschine.- E. Theorie der Synchronmaschine.- 1. Yollpolmaschine.- a) Stromdiagramm der Yollpolmaschine.- b) Drehmoment.- c) Belastungskennlinien.- 2. Schenkelpolmaschine.- a) Spannungs- und Stromgleichungen.- b) Drehmoment.- c) Stromdiagramm der Reaktionsmaschine.- d) Stromdiagramm der Schenkelpolmaschine mit Erregung.- e) Stromdiagramm mit Berücksichtigung des OHMschen Widerstandes der Ankerwicklung.- 3. Elektromechanische Pendelungen der Synchronmaschine.- a) Bewegungsgleichung.- b) Freie und selbsterregte Pendelungen.- c) Erzwungene Pendelungen bei Parallelbetrieb am ruhigen Netz.- d) Pendelungen der Synchronmaschine bei einem pendelnden Netz.- e) Parallelbetrieb beliebig vieler Synchronmaschinen.- f) Pendelungen im Alleinbetrieb.- g) Pendelmomente von Kolbenmaschinen.- h) Berechnung des Schwungmomentes bei ungleichförmigem Antrieb.- F. Die Einphasen-Synchronmaschine.- VI. Die Gleichstrommaschine.- A. Aufbau und Wirkungsweise der Gleichstrommaschinen.- 1. Der Stromwender und der mechanische Aufbau.- 2. Schaltungen von Gleichstromm aschinen.- B. Gleichstromankerwicklungen.- 1. Spulen der Ankerwicklung.- 2. Der Spulenseitenstern.- 3. Schaltung der Spulenseiten zu Spulen.- 4. Schaltung der Spulen zur Wicklung.- a) Hintereinanderschaltung von Spulen, denen im Stern aufeinanderfolgende Strahlen entsprechen (Wellenwicklung erster Art mit zwei parallelen Ankerzweigen).- b) Hintereinanderschaltung von Spulen, denen Strahlen entsprechen, zwischen denen im Stern ein Strahl ausbleibt.- ?) Schleifenwicklung mit vier parallelen Ankerzweigen.- ?) Wellenwicklung zweiter Art mit vier parallelen Ankerzweigen.- 5. Wicklungsformeln.- 6. Allgemeine Gleichstromankerwicklungen.- 7. Symmetriebedingungen für Gleichstromankerwicklungen und Ausgleichs-verbindungen.- a) Symmetriebedingungen.- b) Ausgleichsverbindungen.- 8. Angezapfte und aufgeschnittene Gleichstromankerwicklungen.- a) Angezapfte Gleichstromankerwicklungen.- b) Aufgeschnittene Gleichstromankerwicklungen.- C. Induzierte Spannung und Klemmenspannung, Strombelag, Drehmoment.- 1. Berechnung der induzierten Spannimg.- 2. Klemmenspannung.- 3. Strombelag.- 4. Drehmoment.- D. Ankerrückwirkung.- 1. Ankerrückwirkung bei Bürsten, die in der geometrisch neutralen Zone stehen.- a) Felderregerkurve.- b) Ankerfeldkurve.- c) Zusammensetzimg der Feldkurven der Anker- und Erregerwicklung..- d) Belastungskennlinien.- 2. Ankerrückwirkung bei aus der geometrisch neutralen Zone verschobenen Bürsten.- 3. Nachteile der Ankerrückwirkung.- 4. Aufhebung der Ankerrückwirkung durch Kompensations- und Wendepolwicklung.- a) Wendepolwicklung.- b) Kompensationswicklung.- E. Stromwendung.- 1. Bürstenfeuer.- 2. Mechanische Ursachen des Bürstenfeuers.- 3. Geradlinige Stromwendung.- 4. Verschiedene Kurzschlußstrom- oder Übergangskurven.- 5. Beeinflussung der Kurzschlußstromkurve durch den Kurzschlußkreiswiderstand, die Stromwendespannung -und die Spannimg der Drehung, die von der Induktion in der Wendezone am Ankerumfang induziert werden.- a) Einfluß des Kurzschlußkreiswiderstandes auf den Verlauf der Kurzschlußstromkurve.- b) Einfluß der Stromwendespannung auf den Verlauf der Kurzschlußstromkurve.- c) Einfluß des Ankerfeldes in der Wendezone auf die Stromwendung.- d) Wendepole.- 6. Verkleinerung der Stromwendespannung durch Nutendämpfer.- 7. Einige weitere Ursachen des Bürstenfeuers.- F. Gleichstromerzeuger.- 1. Schaltbilder von Gleichstromerzeugern.- 2. Kennlinien von Gleichstromerzeugern.- 3. Spannungsänderung bei Gleichstromerzeugern.- 4. Bedingung der Selbsterregung von Nebenschlußgeneratoren.- 5. Parallelsehalten von Gleichstromerzeugern.- a) Maschinen mit Neben- oder Fremdschluß.- b) Doppelschlußmaschinen.- c) Hauptschlußmaschinen.- G. Gleichstrommotoren.- 1. Allgemeines.- a) Drehrichtung.- b) Regelung der Drehzahl.- c) Übergang von Motoren in den Generatorzustand.- d) Bremsung von Gleichstrommotoren.- e) Anlassen.- 2. Die Schaltungen der Gleichstrommotoren.- a) Kennlinien.- b) Besondere Arten der Drehzahlregelung.- ?) Leonardschaltung.- ?) Zu- und Gegenschaltung.- ?) Reihenparallelschaltung.- ?) Meyerschaltung.- ?) Drehzahlregelung durch gittergesteuerte Stromrichter.- ?) Drehzahlregelung durch Stromstöße.- H. Sonderbauarten von Gleichstrommaschinen.- 1. Zwischenbürstenmaschinen (Metadynamo, Metadyne).- 2. Die Maschine von Kraemer (Dreifeldmaschine).- 3. Streupolgeneratoren.- 4. Dreileitermaschinen.- 5. Gleichstrommaschinen ohne Stromwender (Unipolarmaschinen).- VII. Umlaufende Umformer.- A. Mechanische Umformer.- B. Motorgeneratoren.- C. Einankerumformer.- 1. Aufbau und Wirkungsweise g..- 2. Verhältnis der Gleich- und Wechselspannungen und der Ströme.- 3. Stromwärmeverlust in der Ankerwicklung.- 4. Ajikerrückwirkung.- a) Rückwirkung durch das Querfeld des Ankers.- b) Rückwirkimg durch das Längsfeld des Ankers.- 5. Stromwendung.- 6. Spannimgsregelung.- a) durch Stufentransformatoren, Schubtransformatoren, Drehtransformatoren.- b) durch Zusatzmaschinen.- ?) auf der Gleichstromseite.- ?) auf der Wechselstromseite.- c) durch Drosselspulen.- d) durch Änderung der Feldform.- 7. Anlassen.- 8. Parallellauf.- D. Kaskadenumformer.- 1. Aufbau und Wirkungsweise.- 2. Spannungen und Ströme.- 3. Stromwärmeverluste im Anker der Gleichstrommaschine.- 4. Spannungsregelung.- 5. Anlassen.- VIII. Stromwendermaschinen für Wechsel- und Drehstrom.- A. Wechselstromwendermaschinen.- 1. Allgemeines. Der Anker mit Stromwender im Wechselfeld.- a) Die Spannung der Drehung.- b) Die Spannung der Transformation.- c) Das Drehmoment.- d) Die Stromwendung.- 2. Der Emphasen-Reihenschlußmotor.- a) Aufbau.- b) Ersatzstromkreis.- c) Vektordiagramm.- d) Kreisdiagramm.- e) Drehmoment.- f) Drehzahlregelung.- g) Nutzbremsung und Selbsterregung.- h) Stromwendung.- i) Universalmotoren.- 3. Der Repulsionsmotor.- a) Aufbau.- b) Wirkungsweise des R.-M. mit einfachem Bürstensatz.- c) Drehrichtung und Drehmoment..- d) Drehfeld und synchrone Drehzahl.- e) Stromwendimg.- f) Der R.-M. mit gesehntem Bürstensatz.- g) Der R.-M. mit doppeltem Bürstensatz.- h) Der Doppel-Repulsionsmotor.- i) Kurze Theorie des R.-M.- B. Drehstromwendermaschinen.- 1. Allgemeines.- a) Der Stromwenderanker im Drehfeld.- b) Stromverteilung im Anker und Erzeugung eines Drehfeldes.- c) Stromwendung.- 2. Der Reihenschlußmotor.- a) Aufbau und Allgemeines.- b) Wirkungsweise.- c) Drehmoment.- d) Drehzahlregelung.- e) Vektordiagramm. Kreisdiagramm.- f) Einfluß verschiedener Windungszahlen im Ständer und Läufer.- g) Der Zwischentransformator.- h) Der Stromwender mit doppeltem Bürstensatz.- i) Die Stromwendung.- k) Kurze Theorie des Drehstrom-Reihenschlußmotors.- ?) Ohne Zwischentransformator.- ?) Mit Zwischentransformator.- ?) Nutzbremsimg und Selbsterregung.- 3. Der Drehstrom-Nebenschlußmotor.- a) Aufbau.- b) Wirkungsweise.- c) Leerlauf.- d) Drehmoment.- e) Kreisdiagramm.- f) Vektordiagramm.- g) Anlauf.- h) Stromwendung.- i) Kompensierte Asynchronmotoren.- IX. Kaskadenschaltungen von Induktionsmaschinen mit Stromwendermasehinen.- A. Das Wesen der Kaskadenschaltungen.- 1. Drehzahlregelung.- 2. Verbesserung des Leistungsfaktors.- 3. Regelung der Leistung.- B. Gleichstromkaskaden.- 1. Gleichstromkaskade mit Hintermotor.- 2. Gleichstromkaskade mit Umformer.- C. Die Hintermaschinen für Drehstromkommutatorkaskaden.- 1. Der Phasenschieber von Leblanc.- 2. Der Phasenschieber mit induktiv erregter Ständerwicklung.- 3. Der Frequenzwandler.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Einstellung der Phasenlage der Regelspannung.- c) Einstellung der Größe der Regelspannung.- 4. Die ständererregten Hintermaschinen.- D. Kaskadenschaltungen zur Phasenkompensation.- E. Schaltungen für Drehzahlregelung und Phasenverbesserung (Regelsätze).- F. Kaskaden für Leistungsregelung.- Umrechnungstafeln.- Tafel zur geschichtlichen Entwicklung der elektrischen Maschinen und Transformatoren.- Schrifttum.- Nachweis der Abbildungen.- Namen- und Sachverzeichnis.