Elektrische Maschinen und Antriebe (EMA) - B.Sc.

 
Teil 1: "Einführung in Electric Mobility, Grundlagen elektrischer Maschinen"
Modul-Nr. 3400 - (WT - 5. Trimester - 5 TWS / 3V+2SÜ - 5 ECTS-Punkte)
Teil 2: "Elektrische Maschinen und Antriebe für Electric Mobility"
Modul-Nr. 3412 - (FT - 6. Trimester - 5 TWS / 2V+3SÜ - 5 ECTS-Punkte)

ab Jahrgang 2007 / aktualisiert ab Jahrgang 2016
 
Vorlesung EMA als pdf-Datei
Übungen zu Teil 1 als pdf-Datei
Übungen zu Teil 2 als pdf-Datei
 
Kurzbeschreibung:
In dieser Vorlesungsreihe werden zunächst die Elektrischen Maschinen als die zentralen Bausteine der elektrischen Antriebstechnik behandelt. Es werden der Aufbau und die Wirkungsweise von ruhenden magnetischen Anordnungen sowie von rotierenden elektromechanischen Energiewandlern dargestellt. Nach einer Einführung in die Grundlagen werden die räumlich-zeitlichen Zusammenhänge der elektrischen und magnetischen Größen beschrieben, das Betriebsverhalten der Grundtypen elektrischer Maschinen erläutert und Hinweise für deren Bemessung gegeben.
Diese Vorlesungsreihe mit Übungen wird im Bacherlor-Studiengang (B.Sc.) angeboten.
 
Inhalt:
Grundlagen:

Maxwellsche Gleichungen in Differential- und Integralform (Übersicht); Material- und Bilanzgesetze; Durchflutungs- und Induktionsgesetz; Energie und Kräfte; Leistungsbilanz am Beispiel des Hubmagneten; Begriff der Gegeninduktivität.
Gleichstrom-Kommutatormaschinen:
Einführung: mechanischer Aufbau; Spannungserzeugung, Drehmomentbildung und Kommutierung; Ankerwicklungen. Allgemeine Grundlagen: magnetischer Kreis; Hauptgleichungen (induzierte Spannung, Drehmoment, Klemmenspannung); Ausnutzung; detaillierte Drehmomentbetrachtung. Topologien: fremderregte Gleichstrommaschine; permanentmagneterregte Gleichstrommaschine; Gleichstromnebenschlussmaschine; Gleichstromreihenschlussmaschine; Gleichstromdoppelschluss-maschine.
Sonderthemen: variable Klemmenspannung; Ankerrückwirkung; Stromwendespannung.
Drehfeldtheorie:
Stator einer Drehstrommaschine; Wechsel- und Drehdurchflutung; Grundwelle und Oberwellen; Wicklungsfaktor; Strombelag und Induktion; induzierte Spannung; Schlupf; Drehmoment und Leistung.
Drehstrom-Asynchronmaschinen:
Einführung: mechanischer Aufbau; Spannungsgleichungen; Ersatzschaltbilder; Berechnung von Widerstand und Induktivitäten.
Betriebsverhalten: Stromortskurve; Drehmoment und Leistung; Drehmoment als Funktion des Schlupfes; Drehzahlstellung über Vorwiderstände im Läuferkreis; optimaler Leistungsfaktor.
Käfigläufer: Windungszahl; Wicklungsfaktor; Stab- und Ringströme; geschrägte Rotornuten; Stromverdrängung in den Stäben.
Drehzahlstellung: Änderung des Schlupfes; Änderung der Polpaarzahl; Änderung der Speisefrequenz; Zusatzspannung im Läuferkreis.
Stern-Dreieck-Schaltung.
Drehstrom-Synchronmaschinen:
Einführung: Herleitung von Ersatzschaltbild und Zeigerdiagramm aus der Asynchronmaschine; Polradspannung und Polradwinkel.
Ausführungsformen: Vollpoll-Synchronmaschine; Schenkelpol-Synchronmaschine.
Betrieb am starren Netz: Parallelschalten zum Netz; Drehmoment (stabiler Bereich und synchronisierendes Moment); Betriebsbereiche; Betriebsgrenzen; Schwingungen der Synchronmaschine; Dämpferwicklung.
Schenkelpolsynchronmaschine: d-Achse und q-Achse; Drehmoment der Schenkelpolmaschine und Reaktionsmoment.
Permanentmagneterregte Maschinen:
Permanentmagneterregte Synchronmaschine.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor: Zeigerbild; Leistung und Drehmoment; Bürstenloser Gleichstrommotor mit blockförmigen Strömen; konzentrierte Wicklung; Bürstenloser Gleichstrommotor mit sinusförmigen Strömen.
Reluktanzmaschinen:
Synchrone Reluktanzmaschine: Drehmoment.
Geschaltete Reluktanzmaschine: Aufbau und Wirkungsweise; Drehmoment; Problemfelder.
Kleinmaschinen für Einphasenbetrieb:
Universalmotor: Drehmoment; Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.
Einphasenasynchronmaschine: Herleitung aus der Drehstromasynchronmaschine; Hilfsphase; Spaltpolmotor.
Transformatoren:
Wechselstrom-Transformator: "idealer Transformator", "verlustfreier Transformator", "technischer Transformator"; Spannungsgleichungen; Ersatzbilder; Zeigerbilder; relative Kurzschlussspannung; Betriebsverhalten; Parallelbetrieb; Wachstumsgesetze.
Drehstrom-Transformator: Konstruktionsformen; System der Spannungsgleichungen; Schaltgruppen; unsymmetrische Belastungen.
Sonderbauformen: Spartransformator; Stromtransformator.
Literatur