Kurzes Lehrbuch Der Elektrischen Maschinen: Wirkungsweise - Berechnung - Messung

ISBN-13: 9783642925344 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 386 str.

Rudolf Richter

Opis

Das 'Vorliegende "Kurze Lehrb ch der elektrischen Maschinen" ist a18 Einfuhrung in das Verhalten, die Berechnung und die Messungen der elektrischen Maschinen und Transformatoren gedacht. Es ist wohl das erste Mal, dass versucht wird, diesen umfangreichen Stoff in einem k en Lehrbuch zu behandeln. Erleichtert wurde das Unternehmen durch meine Bucher uber Elektrisohe Maschinen, Bd. I bis V, und uber Ankerwicklungen, die ebenfal1s im Springer-Verlag verlegt sind (Bd. V befindet sich noch im Druck). Darin ist das Verhalten der elektrischen Maschinen und Transformatoren, sowie ihre Berechnung und experi mentelle Untersuchung sehr ausfuhrlich behandelt. Einzeluntersuchun gen in diesen Buchern, die zwar fur den Elektromaschinenbauer wichtig sind, erschweren den Uberblick uber das gesamte Gebiet. Sie sind deshalb als Einfuhrung, wie sie der Student an technischen Lehr anstalten und der Anfanger zunachst braucht, weniger geeignet. Es handelte sich also darum, meine ausfuhrlicheren Bucher 'Von allen schwierigeren Einzeluntersuchungen zu befreien, im Sinne Lessings (Sophokles, 2. Absatz) "dem Fleisse den Staub abzukehren, den Schweiss abzutrocknen, . . . eine leichte und angenehme Arbeit." So ist das Kurze Lehrbuch entstanden. Es soll eine al1gemeine Ubersicht uber das ganze Gebiet geben und als Vorbereitung zum Studium meiner ausfuhrlicheren Bucher dienen, auf die jeweils im Kurzen Lehrbuch verwiesen wird. Bei aller Kurze war ich bemuht, den Leser in die wissenschaftlichen Grundlagen der elektrischen Maschinen einzufuhren und ihn mit der quantitativen Berechnung der 'Maschinen und ihrem Verhalten vertraut zu machen."

Spis treści

I. Einführung.- A. Magnetische und elektrische Begriffe und Gesetze.- 1. Elektromagnetische Verkettung, Schraubenregel S. 1. — 2. Magnetische Feldstärke und magnetische Induktion S. 1. — 3. Das Durchflutungsgesetz S. 3. — 4. Magnetischer Widerstand und Leitwert S. 4. — 5. Das Induktionsgesetz S. 5. — 6. EMK der Ruhe und EMK der Bewegung S. 8. — 7. Richtungssinn der induzierten EMK S. 9. — 8. Die Induktivitäten S. 10. — 9. Die magnetische Energie S. 11. — 10. Die mechanische Arbeit eines Elektromagneten S. 13. — 11. Die Zugkraft eines Elektromagneten S. 15. — 12. Kraftäußerung einer von Strom durchflossenen Spule im magnetischen Felde S. 16. — 13. Kraftwirkung zwischen zwei Stromkreisen S. 17.- B. Stromerzeugung.- 1. Wechselstrom S. 18. — 2. Gleichstrom S. 19. — 3. Zweiphasenstrom S. 22. — 4. Dreiphasenstrom und Mehrphasenstrom, S. 23. — 5. Wechselstromgrößen S. 25. — 6. Die Klemmenspannung und ihre Darstellung im Vektordiagramm S. 27.- C. Krafterzeugung.- 1. Gleichstrommotoren S. 31. — 2. Die Entstehung von Drehfeldern S. 32. — 3. Synchronmotoren S. 35. 4. Asynchronmotoren S. 36. — 5. Stabilitätsbedingung bei Motoren S. 37.- D. Umformung.- 1. Umformer S. 38. — 2. Transformatoren S. 38. — 3. Stromrichter S. 40.- II. Die Ankerwicklungen.- A. Gleichstrom-Ankerwicklungen.- 1. Allgemeine Begriffe S. 41. — 2. Schleifenwicklungen S. 44. — 3. Ausgleichsverbindungen bei Schleifenwicklungen S. 48. — 4. Wellenwicklungen S. 49. — 5. Ausgleichsverbindungen bei mehrgängigen Wellenwicklungen S. 51.- B. Wechselstromwicklungen.- 1. Die angezapften und aufgeschnittenen Gleichstrom-Ankerwicklungen S. 52. — 2. Die wichtigsten Wechselstromwicklungen S. 54. — 3. Polumschaltbare Wicklungen S. 60. — 4. Zweischichtige Läuferwicklung für Induktionsmotoren S. 60. — 5. Käfigwicklung S. 61.- C. Isolierung.- 1. Leiter S. 63: — 2: Wicklung S. 63.- III Berechnungsgrundlagen.- A. Die induzierte EMK.- 1. Augenblickswert, Mittelwert, Effektivwert S. 65. — 2. Wicklungsfaktor S. 66. — 3. Einfluß der Oberwellen S. 66. — 4. Der Wicklungsfaktor eines Wicklungsstrangs S. 67. — 5. Die EMK in verketteten Mehrphasenwicklungen S. 69. — 6. Nutschrägungsfaktor S. 69. — 7. Die m-phasige Ersatzwicklung S. 70. — 8. EMK einer Gleichstrom-Ankerwicklung S. 70.- B. Die Felderregerkurve.- 1. Zeichnerische Ermittlung S. 71. — 2. Rechnerische Ermittlung S. 72. 3. Durchflutung und Strombelag S. 73.- C. Drehmoment und Ausnutzung des Ankermantels.- 1. Drehmoment S. 74. — 2. Mittlerer Drehschub S. 75. — 3. Das Produkt Strombelag und Stromdichte S. 76.- D. Die elektromagnetischen Eigenschaften des Eisens.- 1. Magnetisierungskurven S. 76. — 2. Ummagnetisierungswärme S. 78. — a. Hystereseverluste S. 78. — b. Wirbelstromverluste S. 79.- E. Magnetische Kennlinie bei Leerlauf.- 1. Ankerkern S. 80. — 2. Luftspalt S. 81. — 3. Ankerzähne S. 83. — 4. Polkern S. 85. — 5. Joch S. 87. — 6. Feldmagnetdurchflutung S. 87.- F. Die Verluste.- 1. Eisenverluste S. 87. — 2. Reibungs- und Lüftungsverluste S. 90. — 3. Spannungs- und Stromwärmeverluste der Bürsten S. 90. — 4. Stromwärmeverloste der Wicklung S. 92.- G. Die Blindwiderstände.- 1. Benennung der Flüsse, Induktivitäten und Blindwiderstände S. 96. — 2. Spannungsgleichungen und Ersatzstromkreis des allgemeinen Transformators S. 98. — 3. Hauptblindwiderstände bei Maschinen S. 99. — 4. Streublindwiderstände S. 100. — a. Spaltstreuung S. 100. — b. Nutstreuung S. 101. — c. Stirnstreuung 5. 103.- H. Ortskurven.- J. RET und REM.- 1. Begriffe S. 105. — 2. Erwärmung S. 105. — 3. Isolierfestigkeit S. 106. — 4. Wirkungsgrad S. 106.- IV. Transformator.- A. Grundsätzlicher Aufbau.- B. Betriebsverhalten.- 1. Vektordiagramm und Spannungsänderung S. 109. — 2. Kreisdiagramme S. 111. — a. Konstanter Strom und veränderlicher Phasenwinkel ?2 S. 112. — b. Konstanter Phasenwinkel und veränderlicher Strom S. 112. — 3. Zickzackschaltung bei Dreiphasen-Transformatoren S. 113. — 4. Parallelbetrieb S. 115.- C. Sonderschaltungen.- 1. Spar- und Zusatztransformatoren S. 117. — 2. Phasenumformung S. 118. — 3. Spannungsregelung S. 119.- D. Magnetisierungserscheinungen.- 1. Einphasentransformator S. 120. — 2. Symmetrischer Dreiphasen-Kerntransformator S. 123. — 3. Unsymmetrischer Dreiphasen-Kerntransformator S. 125. — 4. Dreiphasen-Manteltransformator S. 126. — 5. Fünfschenkel-Transformator S. 124. — 6. Der Einschaltstromstoß S. 127.- E. Streuungserscheinungen.- 1. Streublindwiderstand S.127. — 2. Kurzschlußstrom S.129. — 3. Die Stromkräfte S. 130. — 4. Zusätzliche Verluste durch das Streufeld S. 130.- F. Entwurf.- 1. Querschnitt des Eisenkerns S.131. — 2. Eisenkörper 5,133. — 3. Leiterquerschnitte S. 133. — 4. Wicklung S. 134. — 5. Fensterausnutzung und Nenn-Kurzschlußspannung S. 136. — 6. Zusammenbau S.137. — 7. Kühlung S.137.- G. Messungen.- 1. Übersetzung S. 138. — 2. Schaltgruppe S. 139, — 3. Leerlauf und Kurzschluß S. 139. — 4. Erwärmungsprobe S. 140. — 5. Die Isolationsproben S.140.- V. Induktionsmaschine.- A. Grundsätzlicher Aufbau.- B. Der Drehtransformator.- 1. Einphasiger Drehtransformator S. 144. — 2. Dreiphasiger Drehtransformator S. 145.- C. Wirkungsweise der mehrphasigen Induktionsmaschine.- 1. Vorgänge bei umlaufendem Läufer S. 147. — 2. Vektordiagramm der Induktionsmaschine S.149. — 3. Mechanische Leistung und Drehmoment S. 150. — 4. Vereinfachtes Kreisdiagramm S.152. — 5. Vereinfachte Darstellung der Leistungen S. 156. — 6. Generator- und Bremsbetrieb S.157. — 7. Ströme und Leistungen S. 159. — 8. Das „genaue“ Kreisdiagramm S 163. — 9. Praktische Bedeutung des „genauen“ Kreisdiagramms S.165. — 10. Die Stromverdrängungsmotoren S. 166. — 11. Die Drehmomente der Oberwellen S. 168.- D. Anlaufschaltungen.- 1. Schleifringläufer S. 170. — 2. Selbsttätige Regelung im Läuferkreis S. 171. — 3. Anlaßtransformator S. 171. — 4. Vorschaltwiderstand im Ständerkreis S. 171. — 5. Stern-Dreieck-Umschaltung S. 171. — 6. Doppelständermotor S. 172. — 7. Anwurfmotor S. 173. — B. Motor mit zwei in Reihe geschalteten Ständerwicklungen S. 173. — 9. Fliehkraftkupplungen S. 174. — 10. Brems- und Verzögerungsschaltungen S. 174.- E. Drehzahlregelung.- 1. Wirkwiderstand im Läuferkreis S. 174. — 2. Verringerung der Klemmenspannung S. 175. — 3. Änderung der primären Frequenz S. 175. 4. Polumschaltung S. 176. — 5. Motor mit Zwischenläufer S. 176. — 6. Kaskadenschaltung S. 177. — 7. Doppeltgespeiste Induktionsmaschine S.178.- F. Einphasenmaschine.- 1. Wirkungsweise S. 179. — 2. Anlaufvorrichtung S. 180. — 3. Kondensatormotor S.180.- G. Entwurf.- 1. Hauptabmessungen S. 181. — 2. Magnetische und elektrische Beanspruchungen S. 183. — 3. Nutung und Wicklung S.183. — a. Ständer S.183. — b. Läufer S. 184. — 4. Magnetisierungsstrom S. 185.- H. Messungen.- 1. Leerverluste S.187. — 2. Zerlegung der Leerverluste S. 187. — 3. Stromwärmeverluste bei Stillstand S. 189. — 4. Trennung der Stromwärmeverluste S.189. — 5. Wirkungsgrad nach REM S.190. — 6. Schlupfmessung S.190. — 7. Erwärmungs- und Isolationsprobe S. 191.- VI. Synchronmaschine.- A. Grundsätzlicher Aufbau.- B. Ankerrückwirkung.- 1. Amplitude der Felderregerkurve S. 194. — 2. Lage zum Feldmagneten S. 194. — 3. Quer- und Längsdurchflutung S. 195.- C. Die selbständige mehrphasige Synchronmaschine.- 1. Klemmenspannung bei Belastung S. 196. — 2. Feldmagnetdurchflutung bei Vollpolmaschinen S. 197. — 3. Feldmagnetdurchflutung bei Schenkelpolmaschinen S. 198. — 4. Dauerkurzschlußstrom und Potiersches Dreieck S. 200. — 5. Der Stoßkurzschlußstrom S. 202.- D. Die mehrphasige Synchronmaschine am Netz mit fester Spannung.- 1. Parallelschalten von Synchronmaschinen S. 203. — 2. Lastverteilung S. 205. — 3. Ortskurve bei fester Erregung S. 207. — 4. Ortskurve bei fester Wirkleistung S. 209. — 5. Die synchronisierende Kraft S. 210. — 6. Die parallelgeschaltete Maschine bei ungleichförmigem Antrieb S. 211. — 7. Selbsterregte Pendelengen S. 213.- E. Einphasenmaschine.- F. Entwurf.- 1. Hauptabmessungen S. 215. — 2. Magnetische und elektrische Beanspruchungen S. 216. — 3. Ankernutung und Wicklung S: 217. — 4: Luftspalt und Feldmagnet S. 218. — 5. Magnetische Kennlinie S. 218. —.- G. Messungen.- 1. Ermittlung des Wirkwiderstandes R S. 219. — 2. Ermittlung des Streublindwiderstandes X?S. 220. — 3. Wirkungsgrad nach REM S. 220, — 4. Erwärmungs- und Isolationsprobe S. 221.- VII. Die Gleichstrommaschine.- A. Grundsätzlicher Aufbau.- B. Ankerrückwirkung.- 1. Feldkurve bei Belastung S. 224. — 2. Einfluß der Permeabilität S. 226. — 3: Nachteile der Feldverzerrung S. 227. — 4. Verschiebung der neutralen Zone S. 229. — 5. Wendepolwirkung S. 230. — 6. Kompensationswicklung S. 231.- C. Stromwendung.- 1. Widerstandsstromwendung S. 231. — 2. Berücksichtigung der EMKe S 234. — 3. Berechnung der EMK der Stromwendung S. 236.- D. Der magnetische Kreis der Wendepole.- 1. Überlagerung von Hauptfluß und Wendepolfluß S. 237. — 2. Magnetische Kennlinie S. 238. — 3. Umrechnung des Feldbildes S.240.- E. Betriebseigenschaften der Generatoren.- 1. Fremderregte Maschine S. 240. — 2. Nebenschlußmaschine S. 242. — 3. Reihenschlußmaschine S. 246. — 4. Doppelsohlußmaschine S. 248. — 5. Maschinen für konstanten Strom S. 250.- F. Betriebseigenschaften der Motoren.- 1. Drehzahl und Drehmoment S. 252. — 2. Fremderregter Motor S. 253. — 3. Nebenschlußmotor S. 255. — 4. Reihenschlußmotor S. 255. — 5. Doppelschlußmotor S. 258.- G. Entwurf.- 1. Hauptabmessungen S. 259. — 2. Magnetische und elektrische Beanspruchungen S.260. — 3. Nutung, Ankerwicklung, Stromwender S. 261. — 4. Polschuhform und Luftspalt S. 262. — 5. Nebenschlußerregerwicklung S. 262. — 6. Maschinen großer Leistung S. 264. — 7. Kurzer Gang der Berechnung S. 264.- H. Messungen.- 1. Widerstände und Bürstenstellung S. 265. — 2. Wirkungsgrad nach REM S. 265. — a. Direkte Messung S. 265. — b. Indirekte Messung S. 266. — c. Einzelverlustverfahren S. 268. — 3. Stromwendung S. 269. — a. Kurzschlußversuch S. 269. — b. Bürstenspannungskurve S. 269. — 4. Erwärmung und Isolierfestigkeit S. 269.,.- VIII. Einankerumformer.- A. Übersetzungen, Stromwärme.- 1. Verhältnis der EMKe S. 270. — 2. Verhältnis der Ströme S. 271. — 3. Der resultierende Strom im Ankerleiter S. 272. — 4. Stromwärme der Ankerwicklung S. 274.- B. Ankerrückwirkung, Stromwendung, Spannungsverlust.- 1. Ankerrückwirkung S. 277. — 2. Stromwendung S. 279. — 3. Rundfeuer S.279. — 4. Spannungsverlust S.279.- C. Betrieb des Umformers.- 1. Anlassen S. 280. — 2. Spannungsregelung S. 281. — 3. Parallelbetrieb S. 283. — 4. Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer S. 284.- D. Entwurf.- 1. Hauptabmessungen S. 284. — 2. Polzahl und größte Leistung S.285. 3. Größte erreichbare Spannung UG S. 285.- E. Kaskadenumformer.- 1. Schaltung S. 286. — 2. Drehzahl und Leistungsverteilung S. 286. — 3. Anlauf und Regelung S. 287. — 4. Anwendung S. 287.- IX. Einphasen-Stromwendermaschinen.- A. Der Anker mit Stromwender im Wechselfelde.- 1 EMKe in der Ankerwicklung S. 288. — 2. EMKe zwischen benachbarten Stromwenderstegen S. 288. — 3. Beziehung zwischen E und ?R. 289. — 4. Drehmoment S. 289. — 5. Die magnetische Kennlinie für Wechselstrom S. 290.- B. Reihenschlußmotor.- 1. Grundsätzlicher Aufbau S. 291. — 2. Phasenwinkel zwischen Ankerstrom und Erregerfluß S. 291. — 3. Schaltung und Spannungsdiagramm S. 292. — 4. Kreisdiagramm S 294. — 5. Berechnung der Betriebskurven S. 295. — 6. Bremsschaltungen S. 296. — 7. Der Reihenschlußmotor mit phasenverschobenem Wendefeld S. 297.- C. Einphasenmaschinen mit Nebenschlußeigenschaften.- 1. Fremderregte Maschine S. 298. — 2. Verbesserung des Betriebs S. 299. 3. Speisung der Erregerwicklung aus dem Einphasennetz S.299.- D. Repulsionsmotor.- 1. Schaltung S. 300. — 2. Spannungsgleichungen; Ströme und Drehmoment S. 300. — 3. Die Ortskurve des Stromes S. 302. — 4. Betriebskurven S. 303. — 5. Doppeltgespeister Motor S. 305.- E. Entwurf.- 1. Vollbahnmotor S. 306. — 2. Repulsionsmotor . S. 306.- X. Dreiphasen-Stromwendermaschinen.- A. Der Läufer mit Stromwender im Drehfeld.- 1. Der Stromwender als Frequenzwandler S. 307. — 2. Die Bürstenschaltungen S. 307. — 3. Läuferersatzwicklung S. 310. — 4. Durchflutung und Strombelag S. 311. — 5. Die EMKe S. 312. — 6. Beziehung zwischen EDund ?R S. 312. — 7. Drehmoment S. 313.- B. Reihenschlußmotor.- 1. Schaltung S. 313. — 2. Durchflutung und Drehrichtung S. 314. — 3. Kreisdiagramm der EMKe S. 316. — 4. Phasenwinkel ?L, ?S und ? S. 318. — 5. Relatives Drehmoment und Ströme S. 319. — 6. Stabilität S. 321. — 7. Einfluß der Vernachlässigungen S. 322. — a. Spannungsverluste S. 322. — b. Magnetische Kennlinie S. 323. — c. Zwischentransformator S. 323. — 8. Ortskurve des Stromes S. 324.- C. Ständergespeiste Nebenschlußmaschine.- 1. Grundsätzliche Schaltung S.324. — 2. Streublindwiderstand S. 325. — 3. Aufbau des Spannungsdiagramms S. 326. — 4. Ortskurven der Ströme S. 329. — 5. Rechnerische Ermittlung der Kennlinien S. 332. — 6. Günstige Ortskurve für U20? S. 333. — 7. Regelung mit Drehtransforformator S. 334.- D. Läufergespeiste Nebenscblußmaschine.- 1. Schaltung S. 335. — 2. Bürsteneinstellvorrichtung S. 336. — 3. Spannungsgleichungen S. 337. — 4. Berechnung der Kennlinien S. 338.- E. Entwurf.- 1. Hauptabmessungen S. 339. — 2. Länge der Schleiffläche des Stromwenders S. 341. — 3. Reihenschlußmotor S. 342. — 4. Ständergespeister Nebenschlußmotor S.342. — 5. Läufergespeister Nebenschlußmotor S. 343.- XI Die Regelsätze.- A. Begriff und Aufgaben.- B. Hilfsmaschinen.- 1. Eigenerregter Phasenschieber S.345. — 2. Fremderregter Frequenzwandler (FW) S. 346. — 3. Maschine ohne Drehfeldeigenschaften S. 347.- C. Ortskurve des Stromes der IM.- 1. Ersatzstromkreis S. 348. — 2. Drehzahl der HM vom Schlupf der IM unabhängig S. 349. — 3. $${\dot U'_2}$$ von der Drehzahl der IM abhängig S. 350.- D. IM mit blindstromerzeugender HM.- 1. Eigenerregter Phasenschieber als HM S. 350. — 2.,Frequenzwander (FW) als HM S. 352. — 3. Schaltungen für zusätzlichen Schlupf (Kompoundierung) S.354.- E. Drehzahlregelung.- 1. Aufgabe S. 354. — 2. Antrieb der HM S. 355. — 3. Die Ortskurve von — $${\dot J'_2}$$ S. 356. — 4. Bemerkungen zur Regelung S. 358. — 5. Beispiel für einseitige Regelung S. 358. — 6. Beispiele für doppelseitige Regelung S. 359.- F. Leistungsregelung.- 1. Begriff und Anwendung S. 360. — 2. Beispiel S. 361.- G. Regelsatz mit Gleichstrom-HM.- Bemerkungen über die Schreibweise der Gleichungen und Einheiten.- Bedeutung der verwendeten Formelzeichen.

O autorze

Prof. Dr. Rudolf Richter ist tätig am Institut für Soziologie an der Universität Wien in Österreich.