Elektrische Maschinen und Antriebe: Grundlagen, Betriebsverhalten
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2012
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| Beschreibung: | Erg. bildet: Binder, Andreas: Elektrische Maschinen und Antriebe, Übungsbuch |
| Umfang: | XXIV, 1249 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783540718499 |
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1 GRUNDLAGEN ELEKTROMECHANISCHER ENERGIEWANDLER 1
1.1 UEBERBLICK U N D BEDEUTUNG ELEKTROMECHANISCHER ENERGIEWANDLER. . . 1
1.2 VIELFALT ELEKTRISCHER MASCHINEN 5
1.3 GRUNDGESETZE DER MECHANIK, ELEKTROMAGNETIK UND DREHSTROMTECHNIK 10
1.3.1 MECHANISCHE GRUNDGESETZE 11
1.3.2 ELEKTROMAGNETISCHE GRUNDGESETZE I M UEBERBLICK 13
1.3.3 ERZEUGUNG MAGNETISCHER FELDER 14
1.3.4 AMPERE SCHER DURCHFLUTUNGSSATZ UND MAGNETISCHER FLUSS . . . . 15
1.3.5 VERMINDERUNG DES MAGNETISIERUNGSBEDARFS DURCH DEN EINSATZ V O N
EISEN 18
1.3.6 DAS INDUKTIONSGESETZ 2 3
1.3.7 DIE ELEKTROMAGNETISCHE KRAFT 3 0
1.3.8 FLUSSVERKETTUNGEN UND INDUKTIVITAETEN 3 4
1.3.9 UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTE 3 7
1.3.10 ERZEUGUNG EINES DREHSTROMSYSTEMS 4 1
1.3.11 STRANGSPANNUNG U N D VERKETTETE SPANNUNG 4 3
1.3.12 LEISTUNGEN IN GLEICH-, WECHSEL- UND D R E H S T R O M S Y S T E M
E N . . . . 4 4 1.4 ELEKTROMECHANISCHE ENERGIEWANDLER 4 7
1.4.1 GRUNDSAETZLICHES ZUR ELEKTROMECHANISCHEN ENERGIEWANDLUNG 4 7
1.4.2 EINFACHER ELEKTROMECHANISCHER ENERGIEWANDLER 4 9
1.4.3 ZAEHLPFEILSYSTEME 52
2 WICKLUNGEN FUER DREHFELDER IN ELEKTRISCHEN MASCHINEN 5 7
2.1 WAS IST EIN DREHFELD? 57
2.2 VEREINFACHTE FELDBERECHNUNG IM LUFTSPALT ELEKTRISCHER MASCHINEN 5 8
2.3 ERZEUGUNG V O N MAGNETISCHEN DREHFELDERN 6 4
2.4 EIN- U N D ZWEISCHICHTWICKLUNGEN 6 7
2.5 GRUNDWELLENDREHFELD 7 8
2.6 WAHL DER WICKLUNGSSTRANGZAHL 85
2.7 BRUCHLOCHWICKLUNGEN 9 4
2.8 WANDERWELLENWICKLUNGEN 109
XI
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IMAGE 2
XII
INHALT
3 MATHEMATISCHE ANALYSE VON LUFTSPALTFELDERN 113
3.1 GRUND- UND OBER- BZW. UNTERWELLEN DES LUFTSPALTFELDS 113
3.2 FOURIER-REIHENENTWICKLUNG DER FELDERREGERKURVE VON
2/W-ZONEN-GANZLOCHWICKLUNGEN 114
3.3 FOURIER-REIHENENTWICKLUNG DER FELDERREGERKURVE VON
BRUCHLOCHWICKLUNGEN 126
3.4 FOURIER-REIHENENTWICKLUNG DER FELDERREGERKURVE WEITERER
WICKLUNGSSYSTEME 140
3.5 FOURIER-ANALYSE VON GLEICHSTROMERREGTEN POLRADFELDERN 143
3.6 EINFLUSS DER NUTOEFFNUNGEN U N D RADIALEN KUEHLKANAELE A U F DAS
LUFTSPALTFELD 147
3.7 ZWEIDIMENSIONALES LUFTSPALTFELD 151
4 INDUZIERTE SPANNUNG UND MAGNETISCHE KRAEFTE IN DREHSTROMMASCHINEN 157
4.1 INDUZIERTE SPANNUNG IN EINER GESEHNTEN SPULE 157
4.2 INDUZIERTE STRANGSPANNUNG EINER DREHFELDWICKLUNG 163
4.3 SELBSTINDUKTIVITAET J E STRANG EINER DREHFELDWICKLUNG 171
4.4 GEGENINDUKTIVITAET J E STRANG ZWEIER DREHFELDWICKLUNGEN 179
4.5 MAGNETISCHE ENERGIE 183
4.6 KRAEFTE IN ELEKTRISCHEN MASCHINEN 189
4.7 ELEKTROMAGNETISCHES D R E H M O M E N T 2 0 4
4.8 INNERE LEISTUNG UND ELEKTROMAGNETISCHE AUSNUETZUNG 2 1 0
5 DIE SCHLEIFRINGLAEUFER-ASYNCHRONMASCHINE 2 1 5
5.1 FUNKTIONSWEISE DER SCHLEIFRINGLAEUFER-ASYNCHRONMASCHINE 2 1 5
5.2 STATIONAERES BETRIEBSVERHALTEN DER ASYNCHRONMASCHINE 2 2 3
5.3 ASYNCHRONE ENERGIEWANDLUNG 2 3 8
5.4 KREISDIAGRAMM DER ASYNCHRONMASCHINE 2 4 4
5.5 ANFAHREN EINES SCHLEIFRINGLAEUFERMOTORS MIT ANFAHRWIDERSTAENDEN 2 6 3
5.6 DREHZAHLVARIABLER BETRIEB VON SCHLEIFRINGLAEUFERASYNCHRONMASCHINEN 2
6 6
6 DIE KURZSCHLUSSLAEUFER-ASYNCHRONMASCHINE 2 6 9
6.1 STROEME UND SPANNUNGEN I M KAEFIGLAEUFER 271
6.2 STROMVERDRAENGUNG IN DEN STAEBEN DES LAEUFERKAEFIGS 2 7 7
6.3 KAEFIGFORMEN U N D ANLAUFMOMENTERHOEHUNG 2 9 2
6.4 ABWEICHUNGEN V O M KREISDIAGRAMM 2 9 9
6.5 OBERWELLENTHEORIE DER KAEFIGLAEUFER-ASYNCHRONMASCHINE 304
6.6 ZUSAETZLICHE DREHMOMENTE DURCH OBERWELLEN 334
6.7 PAKETQUERSTROEME 3 4 6
6.8 MAGNETISCH ERREGTE GERAEUSCHE 362
6.9 ZUSATZVERLUSTE IN KAEFIGLAEUFER-ASYNCHRONMASCHINEN 381
IMAGE 3
INHALT
XIII
7 ANTRIEBSTECHNIK MIT DER ASYNCHRONMASCHINE 3 9 3
7.1 ARBEITSMASCHINEN 393
7.2 H O C H L A U F DER ASYNCHRONMASCHINE A M N E T Z 3 9 5
7.3 STABILE UND INSTABILE ARBEITSPUNKTE - QUASISTATISCHE S T A B I L I T
AE T . . . . 4 0 7
7.4 ABBREMSEN V O N ASYNCHRONMASCHINEN 4 0 9
7.5 DREHZAHLVERAENDERBARER BETRIEB VON ASYNCHRONMASCHINEN 4 1 4
7.6 UNTERSYNCHRONE STROMRICHTERKASKADE 4 3 6
7.7 BETRIEB DER ASYNCHRONMASCHINE BEI VERAENDERLICHER STAENDERFREQUENZ 441
7.8 ASYNCHRONMASCHINE MIT FREQUENZUMRICHTERSPEISUNG 4 5 2
7.9 AUSWIRKUNGEN DER STROMOBERSCHWINGUNGEN A U F DAS BETRIEBSVERHALTEN
DER ASYNCHRONMASCHINE BEI FREQUENZUMRICHTERSPEISUNG 4 8 7
8 DIE ELEKTRISCH ERREGTE SYNCHRONMASCHINE 5 0 7
8.1 FUNKTIONSPRINZIP UND LAEUFERBAUWEISEN 507
8.2 STAENDERSPANNUNGSGLEICHUNG DER VOLLPOLMASCHINE 512
8.3 STAENDERSPANNUNGSGLEICHUNG DER SCHENKELPOLMASCHINE 519
8.4 BETRIEBSVERHALTEN DER VOLLPOLMASCHINE A M STARREN N E T Z 524
8.4.1 ZEIGERDIAGRAMME FUER UNTERSCHIEDLICHE BETRIEBSZUSTAENDE A M STARREN
N E T Z 524
8.4.2 ZEIGERDIAGRAMME FUER BESONDERE BETRIEBSZUSTAENDE 5 2 6
8.4.3 D R E H M O M E N T BEI UNTERSCHIEDLICHEM POLRADWINKEL 528
8.4.4 STATISCHE STABILITAET DER SYNCHRON-VOLLPOLMASCHINE 531
8.5 BETRIEBSVERHALTEN D E R SCHENKELPOLMASCHINE A M STARREN N E T Z
534
8.6 VERLUSTBILANZ BEI SYNCHRONMASCHINEN 5 3 9
8.7 SYNCHRONGENERATOREN I M (NSELBETRIEB 543
8.8 STROMORTSKURVEN UND BETRIEBSKENNLINIEN VON SYNCHRONMASCHINEN 5 5 0
8.9 AUSLEGUNGSMERKMALE VON GRENZLEISTUNGSTURBOGENERATOREN 5 6 0
8.10 ELEKTRISCHE ERREGEREINRICHTUNGEN 563
8.11 LEERLAUF- UND KURZSCHLUSSKENNLINIE, ERREGERBEDARF, POTIER-REAKTANZ
5 6 8
8.12 ELEKTRISCH ERREGTE SYNCHRONMASCHINEN MIT DAEMPFERWICKLUNG . . . .
580 8.13 DIE DAEMPFERWICKLUNG BEI SCHIEFLAST U N D OBERWELLEN 594
8.14 A N L A U F UND SYNCHRONISIERUNG VON GROSSEN SYNCHRONMASCHINEN . . .
598 8.15 EINPHASEN-SYNCHRONGENERATOREN 5 9 9
9 PERMANENTMAGNETERREGTE SYNCHRONMASCHINEN 603
9.1 MAGNETKREISE MIT PERMANENTMAGNETEN 6 0 5
9.2 FUNKTIONSWEISE V O N PERMANENTMAGNET-SYNCHRONMASCHINEN 6 1 9
9.2.1 LUFTSPALT-FLUSSDICHTEVERTEILUNG I M LEERLAUF 6 2 0
9.2.2 INDUZIERTE LEERLAUFSPANNUNG (POLRADSPANNUNG) BEI
PM-SYNCHRONMASCHINEN 6 2 2
IMAGE 4
XIV INHALT
9.2.3 RELUKTANZWIRKUNG VON PERMANENTMAGNETLAEUFERN 634
9.2.4 DREHMOMENTBILDUNG BEI POLRADLAGEGEBERSTEUERUNG 6 3 5
9.3 BLOCKSTROMSPEISUNG U N D SINUSSTROMSPEISUNG 6 4 0
9.3.1 DREHMOMENT BEI BLOCKSTROMSPEISUNG UND SINUSSTROMSPEISUNG 6 4 0
9.3.2 ANTRIEBE MIT BLOCKSTROMSPEISUNG UND SINUSSTROMSPEISUNG 6 4 8
9.3.3 BETRIEBSGRENZEN VON PM-SYNCHRONMASCHINEN MIT QUERSTROMSPEISUNG 6 5
4
9.4 DREHMOMENTWELLIGKEIT 658
9.4.1 WIRKUNG DER DREHMOMENTWELLIGKEIT 6 5 9
9.4.2 DREHMOMENTWELLIGKEIT VON PM-SYNCHRONANTRIEBEN 663
9.5 FELDSCHWAECHUNG BEI PERMANENTMAGNET-SYNCHRONMASCHINEN 678 9.6
PERMANENTMAGNET-SYNCHRONMASCHINEN MIT ZAHNSPULEN U N D
HIGH-TORQUE-SYNCHRONMASCHINEN 691
9.7 PERMANENTMAGNET-SYNCHRONMASCHINEN M I T ANLAUFKAEFIG OHNE
POLRADLAGEGEBER 7 2 0
9.7.1 STATIONAERES BETRIEBSVERHALTEN 7 2 0
9.7.2 BEANSPRUCHUNG DER PERMANENTMAGNETE BEI STOERUNG DES
SYNCHRONBETRIEBS 7 2 2
9.7.3 DAS BREMSENDE DREHMOMENT DER PERMANENTMAGNETE WAEHREND DES
ASYNCHRONEN FLOCHLAUFS 7 2 3
9.7.4 SYNCHRONISIERUNG NACH ERFOLGTEM H O C H L A U F 727
10 RELUKTANZMASCHINEN UND SCHRITTMOTOREN 733
10.1 GESCHALTETE RELUKTANZANTRIEBE ( SWITCHED RELUCTANCE D R I V E S )
. . 734 10.1.1 DAS GESCHALTETE RELUKTANZ -PRINZIP 734
10.1.2 FLUSSVERKETTUNG J E STRANG 738
10.1.3 SPANNUNGS- UND DREHMOMENTGLEICHUNG 743
10.1.4 IDEALISIERTER BETRIEB DER GESCHALTETEN RELUKTANZMASCHINE . 7 4 5
10.1.5 DREHMOMENTBERECHUNG IN GESAETTIGTEN GESCHALTETEN RELUKTANZ
MASCHINEN 7 4 9
10.1.6 REALER BETRIEB DER GESCHALTETEN RELUKTANZMASCHINE 7 5 3
10.1.7 DREHMOMENT-DREHZAHL-KENNLINIE 761
10.1.8 UMRICHTERBEMESSUNG 7 6 3
10.1.9 MOTOR-TECHNOLOGIE UND BETRIEBSVERHALTEN 7 6 6
10.1.10 ANWENDUNGEN VON GESCHALTETEN RELUKTANZANTRIEBEN 771 10.2
SYNCHRONE RELUKTANZMASCHINEN 773
10.2.1 GRUNDFUNKTION DER SYNCHRON-RELUKTANZMASCHINE 773
10.2.2 S P A N N U N G S - U N D DREHMOMENTGLEICHUNG, STROMORTSKURVE . 7
7 6 10.2.3 NETZBETRIEB DER SYNCHRON-RELUKTANZMASCHINE 7 8 2
10.2.4 STATORFLUSSVERKETTUNG UND EISENSAETTIGUNG 787
10.2.5 BETRIEBSVERHALTEN UND EINSATZGEBIETE 7 9 3
10.2.6 ASYNCHRONER ANLAUF VON SYNCHRON-RELUKTANZMASCHINEN . . . 796
10.2.7 SPEZIELLE ROTORBAUFORMEN FUER HOHE RELUKTANZ-VERHAELTNISSE 804
IMAGE 5
INHALT
XV
10.3 SCHRITTMOTOR-ANTRIEBE 806
10.3.1 FUNKTIONSPRINZIP V O N SCHRITTMOTOREN 807
10.3.2 AUSFUEHRUNGSFORMEN VON SCHRITTMOTOREN 818
10.3.3 ANSTEUERVERFAHREN V O N SCHRITTMOTOREN 8 2 6
10.3.4 DREHMOMENTE VON SCHRITTMOTOREN 831
11 GLEICHSTROMANTRIEBE 8 3 9
11.1 DIE FUNKTIONSWEISE DER GLEICHSTROMMASCHINE 8 3 9
11.2 ANKERWICKLUNGEN 850
11.2.1 SCHLEIFENWICKLUNG 850
11.2.2 WELLENWICKLUNG 857
11.2.3 VERGLEICH SCHLEIFEN-MIT WELLENWICKLUNG 860
11.2.4 MEHRGAENGIGE SCHLEIFEN-UND WELLENWICKLUNGEN 862
11.2.5 SPANNUNGSGRENZE DER GLEICHSTROMMASCHINE 8 6 6
11.3 INDUZIERTE SPANNUNG, ELEKTROMAGNETISCHES DREHMOMENT, VERLUSTE,
AUSNUTZUNG 867
11.4 ANKERRUECKWIRKUNG UND KOMPENSATIONSWICKLUNG 875
11.5 KOMMUTIERUNG DES ANKERSTROMS U N D FUNKTION DER WENDEPOLE 881
11.6 GENERATOR- UND MOTORSCHALTUNGEN DER GLEICHSTROMMASCHINE. . . . 8 9
6 11.7 D E R DREHZAHLVERAENDERBARE GLEICHSTROMANTRIEB 9 0 9
11.8 WIRKUNGSGRAD, STABILITAET U N D LEISTUNGSGRENZEN DER
GLEICHSTROMMASCHINE 9 1 6
11.9 DER EINPHASEN-REIHENSCHLUSSMOTOR 9 1 9
11.10 DIE UNIPOLARMASCHINE 9 2 5
12 D Y N A M I K ELEKTRISCHER MASCHINEN 9 2 9
12.1 MOTIVATION: WARUM BENOETIGEN W I R EINE DYNAMISCHE THEORIE
ELEKTRISCHER MASCHINEN? 9 2 9
12.2 METHODEN ZUR BERECHNUNG DYNAMISCHER VORGAENGE IN ELEKTRISCHEN
MASCHINEN 9 3 0
12.2.1 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN ANSTELLE ALGEBRAISCHER GLEICHUNGEN 9 3 0
12.2.2 LOESUNGSMETHODIK LINEARER DIFFERENTIALGLEICHUNGEN . . . . 9 3 2
12.2.3 LOESUNGSMETHODIK FUER NICHTLINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 9 3 7
13 D Y N A M I K DER GLEICHSTROMMASCHINE 941
13.1 DYNAMISCHE SYSTEMGLEICHUNGEN DER FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMASCHINE
941
13.2 DYNAMISCHES VERHALTEN DES ELEKTRISCHEN UND MECHANISCHEN SUBSYSTEMS
944
13.2.1 D Y N A M I K DES MECHANISCHEN SUBSYSTEMS 9 4 4
13.2.2 NENN-ANLAUFDAUER ELEKTRISCHER MASCHINEN 9 4 6
13.2.3 DYNAMIK DES ELEKTRISCHEN SUBSYSTEMS 9 4 7
13.3 DYNAMIK DES GEKOPPELTEN ELEKTRISCH-MECHANISCHEN S Y S T E M S . . .
. 9 4 9
IMAGE 6
XVI
INHALT
13.4 LINEARISIERTES MODELL FUER VERAENDERLICHEN HAUPTFLUSS 9 5 2
13.5 UEBERTRAGUNGSFUNKTION DER FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMASCHINE 9 5 5
13.6 SIMULATIONSERGEBNISSE Z U M DYNAMISCHEN VERHALTEN FREMDERREGTER
GLEICHSTROMMASCHINEN 9 6 0
13.7 STROMRICHTERGESPEISTE FREMDERREGTE GLEICHSTROMMASCHINEN . . . 971
14 RAUMZEIGERRECHNUNG UND BEZOGENE GROESSEN 981
14.1 DEFINITION DES DURCHFLUTUNGSRAUMZEIGERS 981
14.2 DURCHFLUTUNGSRAUMZEIGER UND STRANGSTROEME 9 8 5
14.3 RAUMZEIGER FUER STROM, SPANNUNG U N D FLUSSVERKETTUNG 9 8 8
14.4 RAUMZEIGER-TRANSFORMATION 9 9 6
14.5 EINFLUSS DES NULLSYSTEMS A U F DIE RAUMZEIGERBILDUNG 1001
14.6 D A S RECHNEN MIT BEZOGENEN GROESSEN 1006
14.7 VERWENDUNG UNTERSCHIEDLICHER KOORDINATENSYSTEME 1014
14.8 ELEKTRISCHE LEISTUNG U N D MAGNETISCHE ENERGIE 1017
15 D Y N A M I K DER ASYNCHRONMASCHINE 1023
15.1 DYNAMISCHE SPANNUNGSGLEICHUNG IN UNTERSCHIEDLICHEN BEZUGSSYSTEMEN
1023
15.2 RAUMZEIGERGLEICHUNGEN FUER DIE FLUSSVERKETTUNG 1028
15.3 DIE RAUMZEIGER-DREHMOMENTGLEICHUNG 1032
15.4 D A S DYNAMISCHE GLEICHUNGSSYSTEM IM STATORFESTEN BEZUGSSYSTEM 1038
15.5 LOESUNGEN DER DYNAMISCHEN GLEICHUNGEN FUER KONSTANTE DREHZAHL 1043
15.6 LOESUNGEN DER DYNAMISCHEN GLEICHUNGEN FUER VARIABLE DREHZAHL 1062
15.7 UEBERTRAGUNGSFUNKTION DES LINEARISIERTEN GLEICHUNGSSYSTEMS IM
DREHFELDFESTEN BEZUGSSYSTEM 1073
15.8 UMRICHTERGESPEISTE ASYNCHRONMASCHINEN MIT FELDORIENTIERTER REGELUNG
1093
16 D Y N A M I K DER SYNCHRONMASCHINE 1105
16.1 FLUSSVERKETTUNGEN IN D E R SYNCHRONMASCHINE BEI DYNAMISCHEN
VORGAENGEN 1105
16.1.1 FLUSSVERKETTUNGEN BEI DER VOLLPOLMASCHINE 1106
16.1.2 FLUSSVERKETTUNGEN BEI DER SCHENKELPOLMASCHINE 1115
16.1.3 FLUSSVERKETTUNGEN DER SYNCHRONMASCHINE IN BEZOGENER DARSTELLUNG
1123
16.1.4 ERSATZSCHALTBILD FUER DIE FLUSSVERKETTUNGEN DER SYNCHRONMASCHINE
1126
16.1.5 CHARAKTERISTISCHE GROESSEN DER SYNCHRONMASCHINE AUS DEN
ERSATZSCHALTBILDERN 1131
16.1.6 BEDEUTUNG DER KOPPELINDUKTIVITAET FUER DIE BESTIMMUNG ROTORSEITIGER
SUBTRANSIENTER STROEME 1141
IMAGE 7
INHALT
XVII
16.2 DYNAMISCHES GLEICHUNGSSYSTEM DER SYNCHRONMASCHINE 1143
16.3 DYNAMISCHES VERHALTEN DER SYNCHRONMASCHINE BEI KONSTANTER DREHZAHL
1151
16.4 ZEITKONSTANTEN DER ELEKTRISCH ERREGTEN SYNCHRONMASCHINE MIT
DAEMPFERKAEFIG 1170
16.5 BERECHNUNG DES DREISTRAENGIGEN STOSSKURZSCHLUSSES 1176
16.5.1 VEREINFACHTE BETRACHTUNG DES STOSSKURZSCHLUSSES 1176
16.5.2 STOSSKURZSCHLUSS BEI BERUECKSICHTIGUNG DER WIDERSTAENDE 1180
16.5.3 STOSSKURZSCHLUSSMOMENT 1193
16.5.4 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER DYNAMISCHEN PARAMETER 1195
16.6 TRANSIENTES K I P P M O M E N T 1196
16.7 TRANSIENTE STABILITAET UND KRITISCHE FEHLERKLAERUNGSZEIT 1203
LITERATUR 1215
MONOGRAPHIEN 1215
WEITERFUEHRENDE FACHBUECHER 1216
BEITRAGS WERKE 1218
ZEITSCHRIFTENBEITRAEGE 1219
KONFERENZBEITRAEGE 1226
DISSERTATIONEN, HABILITATIONEN 1229
DRUCKSCHRIFTEN 1231
SACHVERZEICHNIS 1233
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