Vorlesung EMA

Elektrische Maschinen und Antriebe (EMA)
(WT - 5. Trimester - 5 TWS / 3V+2SÜ - 5 ECTS-Punkte)
(FT - 6. Trimester - 5 TWS / 2V+3SÜ - 5 ECTS-Punkte)
ab Jahrgang 2007 / aktualisiert 2009 (B.Sc.)


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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; Gleichstromdoppelschlussmaschine.
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