Elektrische Maschinen und Antriebe
Grundlagen und Berechnungsbeispiele
Hermann Merz und Götz Lipphardt
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Hermann Merz, Götz Lipphardt, Elektrische Maschinen und Antriebe (2014), VDE Verlag, Berlin, ISBN: 9783800738830
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Beschreibung / Abstract
Das Buch ist konzipiert für den Einsteiger, der sich einen ersten Überblick über das Gebiet der elektrischen Maschinen und Antriebe verschaffen will.
Um diese verstehen zu können, muss man sich zuerst mit den Grundlagen der Elektrotechnik beschäftigen. Daher enthält dieses Buch auch eine umfangreiche Einführung in die elektrotechnischen Grundlagen und behandelt zunächst die elektrischen Größen des elektrischen und magnetischen Felds sowie Gleich-, Wechsel- und Drehstromnetze.
Aufbauend auf diesen Grundlagen vermittelt das Buch dann, unter Beschränkung auf das Wesentliche, ein grundlegendes Verständnis des Aufbaus und der Funktionsweise wichtiger elektrischer Maschinen wie Transformator, Drehstromasynchronmotor, Gleichstrommotor und Drehstromsynchrongenerator.
Im weiteren Verlauf werden die Grundlagen der Leistungselektronik vorgestellt, die Voraussetzung für moderne drehzahlvariable elektrische Antriebe ist. Die heute am häufigsten vorkommenden Schaltungen in der Antriebstechnik, der netzgeführte Gleichrichter für den fremderregten Gleichstrommotor und der spannungseinprägende Umrichter für Drehstromasynchronmotoren, stehen im Mittelpunkt der Betrachtungen.
Zum Schluss werden dann elektrische Antriebe als funktionale Einheit aus einem Elektromotor und geeigneten Energieversorgungs-, Schutz- und Steuer- bzw. Regeleinrichtungen behandelt.
Die mathematischen Zusammenhänge sind möglichst einfach gehalten. Hinweise auf Anwendungen runden die theoretischen Ausführungen ab. Berechnungsbeispiele legen die prinzipielle Vorgehensweise bei der Anwendung der Theorie dar. Aufgaben am Ende eines Kapitels geben die Möglichkeit, den gelernten Stoff zu üben.
Um diese verstehen zu können, muss man sich zuerst mit den Grundlagen der Elektrotechnik beschäftigen. Daher enthält dieses Buch auch eine umfangreiche Einführung in die elektrotechnischen Grundlagen und behandelt zunächst die elektrischen Größen des elektrischen und magnetischen Felds sowie Gleich-, Wechsel- und Drehstromnetze.
Aufbauend auf diesen Grundlagen vermittelt das Buch dann, unter Beschränkung auf das Wesentliche, ein grundlegendes Verständnis des Aufbaus und der Funktionsweise wichtiger elektrischer Maschinen wie Transformator, Drehstromasynchronmotor, Gleichstrommotor und Drehstromsynchrongenerator.
Im weiteren Verlauf werden die Grundlagen der Leistungselektronik vorgestellt, die Voraussetzung für moderne drehzahlvariable elektrische Antriebe ist. Die heute am häufigsten vorkommenden Schaltungen in der Antriebstechnik, der netzgeführte Gleichrichter für den fremderregten Gleichstrommotor und der spannungseinprägende Umrichter für Drehstromasynchronmotoren, stehen im Mittelpunkt der Betrachtungen.
Zum Schluss werden dann elektrische Antriebe als funktionale Einheit aus einem Elektromotor und geeigneten Energieversorgungs-, Schutz- und Steuer- bzw. Regeleinrichtungen behandelt.
Die mathematischen Zusammenhänge sind möglichst einfach gehalten. Hinweise auf Anwendungen runden die theoretischen Ausführungen ab. Berechnungsbeispiele legen die prinzipielle Vorgehensweise bei der Anwendung der Theorie dar. Aufgaben am Ende eines Kapitels geben die Möglichkeit, den gelernten Stoff zu üben.
Kritik
„Das Buch besticht durch seine Verständlichkeit und Fachkompetenz." (www.fachbuchkritik.de 3/2014)
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
- Elektrische Maschinen und Antriebe
- Vorwort zur 3., erweiterten und aktualisierten Auflage
- Inhalt
- 1 Einleitender Überblick
- 1.1 Energietransport vom Kraftwerk zum Verbraucher
- 1.2 Motoren und Antriebe
- 1.3 Inhalte des Buchs
- 2 Grundbegriffe der Elektrotechnik
- 2.1 Elektrische Ladung
- 2.2 Quellen
- 2.3 Elektrisches Potential
- 2.4 Elektrische Spannung
- 2.5 Elektrischer Strom
- 2.6 Elektrischer Widerstand (im Gleichstromkreis)
- 2.7 Elektrischer Grundstromkreis
- 2.8 Elektrische Leistung (im Gleichstromkreis)
- 2.9 (Leistungs-)Wirkungsgrad
- 2.10 Elektrische Energie (im Gleichstromkreis)
- 2.11 Erzeuger- und Verbraucherpfeilsystem
- 2.12 Übungsaufgaben
- 3 Gleichstromnetze
- 3.1 Begriffsdefinitionen
- 3.2 Elektrische Quellen für Gleichstromnetze
- 3.3 Topologie von Gleichstromnetzen
- 3.4 Berechnung von Gleichstromnetzen
- 3.5 Fundamentale Berechnungsmethoden
- 3.6 Berechnung von Netzen mit einfacher Topologie
- 3.7 Berechnung von umfangreicheren Netzen
- 3.8 Übungsaufgaben
- 4 Elektrische und magnetische Felder
- 4.6.1.1 Übungsaufgabe 4.1
- 4.6.1.2 Übungsaufgabe 4.2
- 4.6.1.3 Übungsaufgabe 4.3
- 4.6.1.4 Übungsaufgabe 4.4
- 4.6.1.5 Übungsaufgabe 4.5
- 4.1 Grundlagen der Feldtheorie
- 4.2 Maxwell†™sche Gleichungen
- 4.3 Anwendungsbeispiel: Kondensator
- 4.4 Anwendungsbeispiel: Spule
- 4.5 Anwendungsbeispiel: Transformator
- 4.6 Übungsaufgaben
- 5 Wechselstromnetze
- 5.1 Begriffe
- 5.2 Sinusförmige Spannungen und Ströme
- 5.3 Komponenten linearer Wechselstromnetze
- 5.4 Widerstands- und Leitwertersatzschaltungen
- 5.5 Berechnung von Wechselstromnetzen
- 5.6 Leistung im Wechselstromnetz
- 5.7 Ortskurven
- 5.8 Übungsaufgaben
- 6 Drehstromnetze
- 6.1 Vorteile von Drehstromsystemen
- 6.2 Drehstromgeneratoren
- 6.3 Drehstromverbraucher
- 6.4 Berechnung von Drehstromnetzen
- 6.5 Leistung im Drehstromnetz
- 6.6 Blindleistungskompensation (klassisch) bei symmetrischen Drehstromverbrauchern
- 6.7 Übungsaufgaben
- 7 Überblick über elektrische Maschinen
- 7.1 Unterscheidungsmerkmale für elektrische Maschinen
- 7.2 Haupttypen elektrischer Maschinen
- 7.3 Spezielle Typen rotierender elektrischer Maschinen
- 8 Transformator
- 8.1 Begriffsdefinition
- 8.2 Einsatzbeispiele
- 8.3 Mechanischer Aufbau
- 8.4 Funktionsprinzip des Einphasentransformators
- 8.5 Bezugspfeile beim Einphasentransformator
- 8.6 Der ideale Einphasentransformator
- 8.7 Der reale Einphasentransformator
- 8.8 Drehstromtransformator
- 8.9 Übungsaufgaben
- 9 Drehstromasynchronmaschine
- 9.1 Aufbau des Drehstromasynchronmotors
- 9.2 Funktionsweise
- 9.3 Elektrisches Ersatzschaltbild
- 9.4 Leistungsbilanz des Drehstromasynchronmotors
- 9.5 Ortskurve des Ständerstroms (Heyland-Kreis)
- 9.6 Übungsaufgaben
- 10 Drehstromsynchronmaschine
- 10.1 Aufbau des Drehstromsynchrongenerators
- 10.2 Funktionsweise des Drehstromsynchrongenerators
- 10.3 Elektrisches Ersatzschaltbild
- 10.4 Betrieb am starren Netz
- 10.5 Übungsaufgaben
- 11 Gleichstrommaschine
- 11.1 Grundlegende physikalische Gesetze
- 11.2 Aufbau des Gleichstrommotors
- 11.3 Die Grundgleichungen des Gleichstrommotors
- 11.4 Erregungsarten und elektrische Ersatzschaltbilder
- 11.5 Betriebsverhalten von Gleichstrommotoren
- 11.6 Übungsaufgaben
- 12 Servo- und Schrittmotoren
- 12.1 Servomotor
- 12.2 Schrittmotor
- 13 Leistungselektronik
- 13.1 Einführung in die Leistungselektronik
- 13.2 Leistungshalbleiter
- 13.3 Grundlagen und Begriffe der Leistungselektronik
- 13.4 Netzgeführte Stromrichter
- 13.5 Selbstgeführte Stromrichter
- 13.6 Übungsaufgaben
- 14 Elektrische Antriebe
- 14.1 Einführende Übersicht
- 14.2 Physikalische Grundgesetze der Antriebstechnik
- 14.3 Stationäre M-n-Kennlinien und Arbeitspunktstabilität
- 14.4 Antriebsdynamik
- 14.5 Klassische Verfahren der Drehzahlsteuerung
- 14.6 Antriebsregelung
- 14.7 Übungsaufgaben
- Literatur
- Stichwortverzeichnis