Elektrotechnik Im Maschinenbau

ISBN-13: 9783528040741 / Niemiecki / Miękka / 1984 / 317 str.

Horst Kramer

Opis

Auch fachfremde Ingenieure betreiben elektrische Anlagen. Bei unsachgemiiEem Umgang damit konnen leicht erhebliche Schliden auftreten. Sie sind meist nicht nur sehr kostspielig, sondem sie konnen sich auch sehr geflihrlich auf die Umgebung auswirken. Hier ist die Rede von Anlagen der elektrischen Energietechnik. Wie in den meisten Gebieten der Technik gentigt auch hier ein verhliltnismiiEig eng umreW, barer Rahmen an Grundkenntnissen, urn einen erfolgreichen und gefahrlosen Umgang mit solchen Anlagen zu gewahrleisten und die notige Sicherheit und allmlihlich auch angemessene Unbefangenheit zu gewinnen. Neben der wohl unvermeidlichen Theorie sollen viele praktische und exemplarische Vbungsbeispiele Schwerpunkte setzen. Diese Beispiele sind stets vollstiindig durchgerechnet oder -gemessen, soweit es sich urn Laborbeispiele handelt. In jedem Falle werden die Ergebnisse interpretiert und im Rahmen der aktuellen Technik ausgewertet. Dem Studierenden wird sich so bald der Weg zum selbstiindigen, typisch elektrotechnischen Denken erOffnen. Der Weg dahin wird durch viele Illustrationen, Tabellen und Me protokolle geebnet, vor allem aber auch durch viele aktuelle Fotografien.

Spis treści

1 Grundbegriffe.- 1.1 Normen, DIN, VDE.- 1.2 Elektrische Ladung.- 1.2.1 Erklärung, Einheit und Elementarladung.- 1.2.2 Eigenschaften von Ladungen.- 1.3 Elektrische Spannung.- 1.3.1 Erklärung und Einheit.- 1.3.2 Definition der elektrischen Spannung.- 1.3.3 Polarität.- 1.3.4 Spannungsarten.- 1.3.5 Periodendauer und Frequenz.- 1.4 Elektrischer Strom.- 1.4.1 Erklärung und Einheit.- 1.4.2 Definition des elektrischen Stromes.- 1.4.3 Eigenschaften des elektrischen Stromes.- 1.5 Elektrische Leistung und Arbeit.- 1.6 Elektrischer Widerstand.- 1.6.1 Erklärung und Schaltzeichen.- 1.6.2 Definitionen.- 1.6.3 Einheiten.- 1.6.4 Materialien.- 1.6.5 Berechnung des Widerstandsbetrags.- 1.6.6 Temperaturverhalten von Widerständen.- 1.6.7 Supraleitfähigkeit.- 1.7 Das Ohmsche Gesetz.- 1.8 Nenndaten.- 2 Komponenten elektrischer Anlagen.- 2.1 Verbindungselemente.- 2.2 Stromwege.- 2.2.1 Erklärung.- 2.2.2 Belastbarkeit.- 2.2.3 Stromdichte.- 2.2.4 Einfluß auf die Berechnung.- 2.3 Überstrom- und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen.- 2.3.1 Erklärung.- 2.3.2 Sicherungen.- 2.3.3 Schutzschalter (Automaten).- 2.3.4 Vergleich: Sicherung — Schutzschalter.- 2.3.5 Einfluß auf die Stromkreisberechnung.- 2.4 Schalter.- 2.4.1 Schalterkategorien.- 2.4.2 Kontakte.- 2.4.3 Große Schaltleistungen.- 2.4.4 Einfluß auf die Berechnung.- 2.5 Spulen.- 2.5.1 Erklärung und Schaltzeichen.- 2.5.2 Einfluß auf die Berechnung.- 2.6 Kondensatoren.- 2.6.1 Erklärung und Schaltzeichen.- 2.6.2 Einfluß auf die Berechnung.- 2.7 Halbleiterbauelemente.- 2.7.1 Erklärung.- 2.7.2 Leitungsmechanismen bei Halbleitern.- 2.7.3 p-n-Übergänge.- 2.7.4 Dioden und Sperrschichten.- 2.7.5 Transistoren.- 2.7.6 Thyristor.- 2.7.7 Triac.- 2.7.8 Diac.- 2.7.9 Zusammenfassung der Sperrschichtbauelemente.- 2.7.10 Einfluß auf die Berechnung.- 2.8 Meßgeräte mit Zeigern und Ziffern.- 2.8.1 Allgemeines.- 2.8.2 Technische Daten.- 2.8.2.1 Klassengenauigkeit.- 2.8.2.2 Innenwiderstand.- 2.8.2.3 Empfindlichkeit.- 2.8.2.4 Die wichtigsten Meßschaltungen.- 2.8.2.5 Skalenauswertung.- 2.8.2.6 Einfluß auf die Berechnung.- 2.9 Oszilloskop.- 2.9.1 Erklärung.- 2.9.2 Meßmöglichkeiten.- 2.9.3 Auswertung.- 2.9.4 Einfluß auf die Berechnung.- 2.10 Quellen.- 2.10.1 Generatoren.- 2.10.2 Galvanische Elemente.- 2.10.3 Sonnenzellen.- 2.10.4 Schadquellen.- 2.10.5 Einfluß auf die Berechnung.- 3 Elektrische Stromkreise.- 3.1 Erklärung.- 3.2 Das Ersatzschaltbild.- 3.3 Technischer Stromrichtungssinn.- 3.4 Erzeuger-, Speicher- und Verbraucher-Kriterium.- 4 Gleichstromkreise mit linearen Komponenten.- 4.1 Erklärung.- 4.2 Reihenschaltung.- 4.2.1 Ersatzwiderstand.- 4.2.2 Strom.- 4.2.3 Teilspannungen; Spannungsabfälle.- 4.2.4 Verallgemeinerung.- 4.2.5 Klemmenspannung.- 4.3 Parallelschaltung.- 4.3.1 Spannungen.- 4.3.2 Ströme.- 4.3.3 Stromverhältnisse.- 4.3.4 Stromaufteilung.- 4.3.5 Ersatzwiderstands-Berechnung.- 4.3.6 Verallgemeinerung.- 4.4 Gemischte Schaltungen.- 4.4.1 Gemischte Schaltungen mit einer Quelle.- 4.4.2 Wheatstonesche Meßbrücke; R-Messung; Druckaufnehmer.- 4.4.3 Gemischte Schaltungen mit mehreren Quellen.- 4.4.3.1 Helmholtzscher Überlagerungssatz.- 4.4.3.2 Maschenmethode.- 5 Gleichstromkreise mit nichtlinearen Komponenten.- 5.1 Reihenschaltungen nichtlinear.- 5.1.1 Linear-nichtlinear gemischte Schaltungen.- 5.1.2 Rein nichtlineare Reihenschaltungen.- 5.2 Parallelschaltungen nichtlinear.- 5.3 Gemischte Schaltungen nichtlinear.- 6 Felder.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Grundgrößen und Richtungsnormen.- 6.2.1 Ausgangsgröße und Repräsentant des Feldes.- 6.2.2 Typische Feldbilder; Spulenfluß ?.- 6.2.3 Polaritäten.- 6.3 Felddichte.- 6.4 Feldstärke.- 6.5 Feldkonstante.- 6.6 Verknüpfungen.- 6.7 Ohmsches Gesetz.- 6.8 Kapazität und Induktivität.- 6.9 Ladestrom und Induktionsvorgang.- 6.10 Schaltungen von Kondensatoren.- 6.10.1 Reihenschaltungen von Kondensatoren.- 6.10.2 Parallelschaltung von Kondensatoren.- 6.11 Schaltungen von Spulen.- 6.11.1 Reihenschaltung von Spulen.- 6.11.2 Parallelschaltung von Spulen.- 6.12 Schaltvorgänge.- 6.13 Zeitkonstante.- 6.14 Induktionsvorgänge.- 6.15 Kräfte im magnetischen Feld.- 6.15.1 Kräfte zwischen magnetischen Polen mit Eisenkern.- 6.15.2 Stromkräfte im Magnetfeld.- 6.15.3 Magnetische Kräfte zwischen zwei Strömen.- 7 Wechselstromkreise.- 7.1 Allgemeines.- 7.2 Darstellungsarten, Formalien und Vereinbarungen.- 7.2.1 Liniendiagramm und mathematische Beschreibung.- 7.2.2 Zeigerdiagramm.- 7.2.3 Phasenlage.- 7.2.4 Rechnen mit Zeigern.- 7.2.5 Zählpfeile.- 7.3 Wechselstromleistung; Effektivwert.- 7.3.1 Allgemeines.- 7.3.2 Wechselstromenergie; mittlere Leistung.- 7.3.3 Effektivwert der Wechselstromgrößen.- 7.4 Wechselstromverbraucher einzeln.- 7.4.1 Rein ohmscher Verbraucher; Wirkwiderstand.- 7.4.2 Blindwiderstände; Reaktanzen.- 7.5 Wechselstromverbraucher in Reihe.- 7.6 Wechselstromverbraucher in Parallelschaltung.- 7.7 Wechselstromverbraucher in gemischter Schaltung.- 7.8 Wirk-, Blind- und Scheinleistung; graphische Darstellung.- 7.9 Wirk-, Blind- und Scheinleistung; rechnerische Behandlung.- 7.10 Blindleistungskompensation.- 7.11 Spannungsabfall auf elektrischen Stromwegen.- 7.12 Drosselspulen.- 7.12.1 Erklärung.- 7.12.2 Transformatoren-Hauptgleichung.- 7.13 Einschaltvorgänge bei Drosselspulen.- 7.13.1 Einschalten im Spannungsmaximum.- 7.13.2 Einschalten im Spannungsnulldurchgang; Rusheffekt.- 8 Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom).- 8.1 Entstehung; Allgemeines.- 8.2 Schaltungen allgemein.- 8.3 Sternschaltung (Y-Schaltung).- 8.3.1 Spannungen.- 8.3.2 Ströme.- 8.3.2.1 Ströme bei symmetrischer Belastung.- 8.3.2.2 Ströme bei unsymmetrischer Belastung.- 8.4 Dreieckschaltung (?-Schaltung).- 8.4.1 Spannungen.- 8.4.2 Ströme.- 8.5 Netzstromvergleich zwischen Y- und ?-Schaltung.- 8.6 Drehstromleistung.- 8.6.1 Quantitative Betrachtung.- 8.6.2 Qualitative Betrachtung.- 8.7 Zulässige Schaltungen.- 8.8 Spannungsabfall bei Drehstrom.- 8.9 Die wichtigsten Schutzmaßnahmen nach DIN 57100/VDE 0100.- 8.9.1 Nullung.- 8.9.2 Schutzisolierung.- 8.9.3 Fehlerstromschutzschalter.- 8.9.4 Vergleich der Schutzmaßnahmen; Vor- und Nachteile.- 8.10 Blindleistungskompensation bei Drehstromanlagen.- 9 Transformator (Trafo, Umspanner).- 9.1 Aufgabe, Aufbau und Bauformen.- 9.2 Wirkungsweise.- 9.3 Übersetzung.- 9.4 Belastung.- 9.5 Kenndaten.- 9.6 Kurzschluß.- 9.7 Spannungsabfall bei Belastung.- 9.8 Spezielle Aufgabenstellungen von Trafos.- 10 Stromrichter.- 10.1 Erklärung.- 10.2 Gleichrichter.- 10.3 Wechselrichter.- 10.4 Umrichter.- 10.4.1 Direktumrichter.- 10.4.2 Zwischenkreisumrichter.- 11 Elektrische Maschinen allgemein.- 11.1 Übersicht über die einzelnen Maschinenarten.- 11.2 Mechanische Gemeinsamkeiten bei elektrischen Maschinen.- 11.2.1 Baugruppen an Maschinen.- 11.2.2 Bauformen.- 11.2.3 Schutzarten.- 11.2.4 Lager.- 11.2.5 Wellenenden.- 11.2.6 Kühlung.- 11.2.6.1 Oberflächengekühlte Maschinen.- 11.2.6.2 Innengekühlte Maschinen.- 11.2.6.3 Maschinen mit Konvektionskühlung.- 11.2.6.4 Maschinen mit Fremdkühlung.- 11.2.7 Material der aktiven Teile.- 11.2.7.1 Ständer- und Läufereisen.- 11.2.7.2 Wicklungen.- 11.2.8 Normmotoren.- 11.2.9 Explosionsgeschützte Maschinen.- 11.3 Gemeinsamkeiten bei Motorkennlinien.- 11.3.1 Betriebsdrehzahl.- 11.3.2 Drehzahlstabilität.- 11.3.3 Drehzahlcharakteristiken.- 11.4 Elektrische Gemeinsamkeiten.- 11.4.1 Leistungsschild.- 11.4.2 Genormte Spannungen.- 11.4.3 Leistungsbilanz.- 11.4.4 Leistungsverluste.- 11.4.4.1 Reibungsverluste.- 11.4.4.2 Eisenverluste.- 11.4.4.3 Kupferverluste.- 11.4.4.4 Beurteilung der Verluste.- 11.4.5 Drehmomentbildung.- 11.4.5.1 Stromwendermaschinenfall.- 11.4.5.2 Asynchronmaschinenfall.- 11.4.5.3 Synchronmaschinenfall.- 11.4.6 Quadrantenbegriffe.- 11.4.7 Generatorbetrieb.- 11.4.8 Pendelmaschine (Drehmomentwaage).- 11.5 Gemeinsamkeiten bei Fehlbedienung.- 12 Gemeinsamkeiten bei Drehfeldmaschinen.- 12.1 Drehfelder.- 12.1.1 Erklärung.- 12.1.2 Dreiphasiges Drehfeld.- 12.1.2.1 Dreiphasig zweipoliges Drehfeld.- 12.1.2.2 Dreiphasig vierpoliges Drehfeld.- 12.1.3 Beziehung zwischen Dreh- und Wechselfeldern.- 12.2 Ständerwicklungen von Drehfeldmaschinen.- 12.2.1 Zweipoliges Drehfeld in sechs Nuten.- 12.2.2 Zweipoliges Drehfeld in zwölf Nuten.- 12.2.3 Vierpoliges Drehfeld in zwölf Nuten.- 12.3 Umsteuern von Drehfeldmaschinen.- 12.4 Wanderfeld.- 13 Asynchronmaschine (Induktionsmaschine).- 13.1 Konstruktive Abgrenzung.- 13.1.1 Ständer.- 13.1.1.1Drehstromausführung.- 13.1.1.2 Konische Ständerausführung (Bremsmotor).- 13.1.1.3 Einphasenausführung (Kondensatormotor).- 13.1.1.4 Spaltpolmotor.- 13.1.2 Luftspalt.- 13.1.3 Läufer.- 13.1.3.1 Schleifringläufer.- 13.1.3.2 Kurzschluß- oder Käfigläufer.- 13.2 Wirkungsweise der Asynchronmaschine.- 13.2.1 Drehmomentbildung.- 13.2.2 Drehzahlbereiche.- 13.2.3 Schlupf.- 13.2.4 Leistungsbilanz der Asynchronmaschine.- 13.2.5 Kreisdiagramm der Asynchronmaschine.- 13.2.6 Betriebskennlinien der Asynchronmaschine.- 13.2.7 Besonderheiten beim Schleifringläufer.- 13.2.7.1 Transformatorbetrieb.- 13.2.7.2 Periodenumformer (Frequenzwandler).- 13.2.7.3 Elektrische Welle (Ferndreherwelle).- 13.2.7.4 Läufereinspeisung.- 13.3 Anlauf der Asynchronmaschine.- 13.3.1 Auswirkungen.- 13.3.1.1 Problem aus der Sicht des Motors.- 13.3.1.2 Problem aus der Sicht der Arbeitsmaschine.- 13.3.1.3 Problem aus der Sicht des Netzes.- 13.3.2 Anlaufhilfen.- 13.3.2.1 Spannungsherabsetzung am Ständer.- 13.3.2.2 Y-?-Anlaufverfahren.- 13.3.2.3 Anlauf bei kleinerer Drehzahl.- 13.3.2.4 Spezielle Maschinen.- 13.3.2.5 Schleifringläufer.- 13.3.2.6 Schaltkupplungen.- 13.3.2.7 Sonstige Methoden.- 13.4 Drehzahlsteuerung von Asynchronmaschinen.- 13.4.1 Frequenzsteuerung; Stellgröße: fl.- 13.4.2 Polumschaltung; Stellgröße: p.- 13.4.3 Drehfeldsteuerung; Stellgröße: ?D.- 13.4.4 Schleifringläufervorwiderstände; Stellgröße: Vorwiderstand RV.- 13.5 Bremsen der Asynchronmaschine.- 13.5.1 Bremsen durch Drehzahlverstellung.- 13.5.2 Gegenstrombremsen.- 13.5.3 Gleichstrombremsung.- 13.6 Vom Nennbetrieb abweichende Betriebsdaten.- 13.6.1 Abweichende Spannung.- 13.6.1.1 Zu hohe Betriebsspannung.- 13.6.1.2 Zu niedrige Betriebsspannung.- 13.6.2 Abweichende Netzfrequenz.- 13.6.2.1 Zu hohe Frequenz.- 13.6.2.2 Zu niedrige Frequenz.- 14 Synchronmaschine.- 14.1 Konstruktive Abgrenzung.- 14.1.1 Ständerkonstruktionen.- 14.1.1.1 Turbo-Ständer.- 14.1.1.2 Schenkelpol-Ständer.- 14.1.1.3 Klauenpol-Ständer.- 14.1.2 Luftspalt.- 14.1.3 Läuferkonstruktionen.- 14.1.3.1 Turbo-Läufer (Vollpol-Läufer).- 14.1.3.2 Schenkelpol-Läufer.- 14.1.3.3 Klauenpol-Läufer.- 14.1.3.4 Dämpferwicklung.- 14.2 Wirkungsweise der Synchronmaschine.- 14.2.1 Generator.- 14.2.1.1 Leerlauf.- 14.2.1.2 Belastung.- 14.2.2 Motor.- 14.2.2.1 Leerlauf; Anlauf.- 14.2.2.2 Belastung des Synchronmotors.- 14.2.2.3 Abbremsen eines Synchronmotors.- 14.3 Phasenschieberbetrieb.- 14.4 Generator-Inbetriebnahme; Synchronisierung.- 15 Gemeinsamkeiten bei Stromwendermaschinen.- 15.1 Ständer von Stromwendermaschinen.- 15.1.1 Maschinen mit ausgeprägten Polen.- 15.1.2 Maschinen mit verteilter Ständerwicklung.- 15.2 Läufer von Stromwendermaschinen.- 15.3 Ankerwicklungen bei Stromwendermaschinen.- 15.4 Ankerrückwirkung.- 15.5 Schaltungen und Klemmenbezeichnungen von Stromwendermaschinen.- 15.6 Umsteuern von Stromwendermaschinen.- 16 Gleichstrommaschine.- 16.1 Erklärung und Aufbau.- 16.2 Wirkungsweise.- 16.2.1 Generator.- 16.2.1.1 Tachogenerator.- 16.2.1.2 Bordnetzgenerator.- 16.2.1.3 Erregergenerator.- 16.2.1.4 Leonardgenerator.- 16.2.1.5 Innere Motor-Gegenspannung.- 16.2.2 Motor.- 16.3 Betrieb.- 16.3.1 Ankerstrom.- 16.3.1.1 Fremd- und Nebenschlußerregung.- 16.3.1.2 Reihen-oder Hauptschlußerregung.- 16.3.2 Drehzahlverstellung.- 16.3.2.1 Fremderregte Gleichstrommaschine.- 16.3.2.2 Nebenschlußerregte Gleichstrommaschine.- 16.3.2.3 Reihenschlußerregte Maschine.- 16.3.2.4 Doppelschlußerregte Gleichstrommaschine.- 16.3.3 Bremsen der Gleichstrommaschine.- 17 Wechselstrom-Stromwendermaschine.- 17.1 Erklärung.- 17.2 Wirkungsweise.- 17.2.1 Drehmomentbildung.- 17.2.1.1 Universal- und Lokomotivmotor.- 17.2.1.2 Repulsionsmotor.- 17.2.2 Stromwendung bei Einphasenwechselstrommaschinen.- 18 Drehstrom-Stromwendermaschine.- 18.1 Läufergespeister Drehstromnebenschlußmotor (LDNM).- 18.1.1 Aufbau des LDNM.- 18.1.1.1 Läufer.- 18.1.1.2 Ständer.- 18.1.2 Wirkungsweise des LDNM.- 18.1.3 Betriebseigenschaften.- 18.1.4 Typische Anwendungsgebiete des LDNM.- 18.2 Sonstige Drehstrom-Stromwendermaschinen.- 19 Mechanik des elektrischen Antriebs.- 19.1 Typische Lastkennlinien der Arbeitsmaschinen.- 19.2 Typische Antriebskennlinien.- 19.3 Trägheitsmoment.- 19.4 Beschleunigungsmoment.- 19.5 Anfahrzeit.- 20 Thermik der elektrischen Maschine.- 20.1 Nennleistung.- 20.1.1 Konstante Betriebsdaten.- 20.1.2 Schwankende Betriebsdaten.- 20.2 Betriebsarten.- 20.2.1 Belastungs-Leistungs-Kurve.- 20.2.2 Temperaturverlaufs-Kurve.- 20.3 Besondere Betriebsbedingungen.- 21 Steuerungen.- 21.1 Erklärung, Aufgaben, Ziele.- 21.2 Komponenten elektrischer Steuerungen.- 21.2.1 Taster.- 21.2.2 Schütze.- 21.2.2.1 Leistungsschütze.- 21.2.2.2 Hilfsschütze.- 21.2.2.3 Zeitrelais.- 21.3 Schaltpläne.- 21.4 Systematik der Stromlaufplanerstellung.- 22 Steuerungen durch mikroelektronische Baugruppen.- 23 Sicherheit elektrischer Anlagen.- Literaturangaben.- Sachwortverzeichnis.