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Full Description
Unverzichtbar für die Energiewende - das Standardwerk zur Berechnung elektrischer Maschinen in neuer Auflage
Elektrische Maschinen bilden das Rückgrat moderner industrieller Prozesse und sind in zahlreichen Anwendungen unverzichtbar, sei es als Fahrzeugantrieb, in Fertigungsanlagen aller Art oder zur Erzeugung elektrischer Energie. Elektrische Maschinen ermöglichen eine sehr verlustarme elektromechanische Energiewandlung, fördern den technologischen Fortschritt und tragen maßgeblich zur Automatisierung und Elektrifizierung verschiedenster Branchen bei.
Die Buchreihe „Elektrische Maschinen" setzt seit mehr als fünfzig Jahren Maßstäbe auf dem Gebiet, indem sie geballtes Wissen in Breite und Tiefe bietet. Und dies ist relevanter denn je: Elektrische Maschinen werden für jeden Bereich der Energiewende gebraucht, von Windkraft bis Elektromobilität. Wie gewohnt verwenden die drei Bände der Reihe einheitliche Termini und Formelzeichen und nehmen an zahlreichen Stellen aufeinander Bezug.
Im Band „Berechnung elektrischer Maschinen" werden aus den physikalischen Wirkmechanismen analytisch formulierte Zusammenhänge entwickelt, die die Grundlage für den heute allgemein praktizierten rechnergestützten Entwurf und die ebenfalls rechnergestützte Nachrechnung elektrischer Maschinen bilden. Neu in der 7. Auflage dieses Klassikers sind u. a. Ergänzungen zu Steckwicklungen (Hairpin-Wicklungen), zum Entwurf permanenterregter Maschinen und zur Wärmeabführung sowie zur Berechnung von Ummagnetisierungsverlusten, Wirbelstromverlusten in Permanentmagneten und zusätzlichen Verlusten durch Oberschwingungen.
Contents
1 Wicklungen rotierender elektrischer Maschinen
1.1 Allgemeine Bezeichnungen und Gesetzmäßigkeiten
1.1.1 Allgemeine Bezeichnungen von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen
1.1.2 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen
1.2 Wicklungen mit ausgebildeten Strangen
1.2.1 Wicklungsgesetze
1.2.2 Wicklungsentwurf
1.2.3 Bestimmung des Wicklungsfaktors
1.2.4 Aussagen des Gorges-Diagramms
1.2.S Bewertung der Entwürfe
1.2.6 Wicklungsdimensionierung
1.3 Kommutatorwicklungen
1.3.1 Wicklungsgesetze und Wicklungsbezeichnungen
1.3.2 Wicklungsentwurf
1.3.3 Wicklungsdimensionierung
1.4 Weitere Wicklungsarten
1.4.1 Wicklungen auf ausgeprägten Polen
1.4.2 In Nuten verteilt angeordnete Wicklungen
2 Magnetischer Kreis
2.1 Feldgleichungen und deren allgemeine Aussagen
2.1.1 Allgemeine Aussagen der Feldgleichungen für die Berechnung magnetischer Kreise
2.1.2 Prinzipieller Berechnungsgang bei der konventionellen Magnetkreisberechnung
2.2 Ermittlung magnetischer Felder
2.2.1 Feldgebiete konstanter Permeabilität ohne Durchflutung
2.2.2 Feldgebiete konstanter Permeabilität rnit Durchflutung
2.3 Luftspaltfelder
2.3.1 Einfluss von Polform und Durchflutungsverteilung auf das Luftspaltfeld als ebenes Feld ohne Einfluss der Nutung
2.3.2 Einfluss der Unterbrechungen der Luftspaltbegrenzungsflachen auf das Luftspaltfeld
2.4 Charakteristische Abschnitte des ferromagnetischen Teils des magnetischen
Kreises
2.4.1 Abschnitte mit annähernd homogenen Feldern
2.4.2 Abschnitte mit sich längs des lntegrationswegs ändernder Querschnittsflache
2.4.3 Abschnitte mit längs des Integrationswegs veränderlichem Fluss
2.5 Gegenseitige Beeinflussung der Abschnittsfelder
2.5.1 Einführende Betrachtung zur gegenseitigen Beeinflussung der Abschnittsfelder
2.5.2 Iterative Ermittlung der gegenseitigen Beeinflussung
2.5.3 Konzentrierte Erregerwicklung
2.5.4 Verteilte erregende Wicklung bei gleichmäßiger Nutung
2.5.5 Verteilte erregende Wicklung bei ungleichmäßiger Nutung
2.6 Bestimmung der Leerlaufkennlinie
2.6.1 Gleichstromerregung mit konzentrierter Erregerwicklung
2.6.2 Gleichstromerregung mit verteilt angeordneter Erregerwicklung
2.6.3 Mehrphasige Wechselstromerregung
2.6.4 Sonderfalle der Erregung
2.7 Einfluss der Belastungsstrome auf das Feld der erregenden Wicklung
2.7.1 Maschinen mit linearer Durchflutungsverteilung der Belastungsstrome
2.7.2 Maschinen mit konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme
2.7.3 Maschinen mit nicht konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme
2.8 Erregung durch permanentmagnetische Abschnitte
2.8.1 Entmagnetisierungskennlinie
2.8.2 Reversible Kennlinie
2.8.3 Hartmagnetische Werkstoffe
2.8.4 Dimensionierung von permanentmagnetischen Abschnitten
2.8.5 Flusskonzentration
2.8.6 Einfluss der Ankerrückwirkung
3 Streuung
3.1 Allgemeine Erscheinungen und ihre Bezeichnungen
3.2 Einführung der Teilstreufelder
3.3 Spaltstreuung als Teil der Gesamtstreuung eines Wicklungspaars
3.4 Gesamtstreuung eines Wicklungspaars
3.5 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung der Streu
3.5.1 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflüssen
3.5.2 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflussverkettungen
3.6 Ermittlung von Streuflüssen in der Berechnungspraxis
3.6.1 Nut-Zahnkopf-Streufluss
3.6.2 Polstreufluss ausgeprägter Pole
3.7 Ermittlung von Streuflussverkettungen in der Berechnungspraxis
3.7.1 Nut- und Zahnkopfstreuung
3.7.2 Wicklungskopfstreuung
3.7.3 Oberwellenstreuung
3.7.4 Polstreuung
4 Stromwendung
4.1 Stromwendevorgang
4.1.1 Phasen des Stromwendevorgangs
4.1.2 Prinzipieller Verlauf der Stromwendung
4.1.3 Beanspruchung des Bürstenkontakts
4.2 Prinzipielle analytische Behandlung der Stromwendung
4.2.1 Maschengleichung der kommutierenden Masche
4.2.2 Wendezone
4.2.3 Gleichungssystem zur Berechnung der Stromwendung
4.2.4 Betrachtungen zur Losung des Gleichungssystems
4.3 Genäherte Berechnung der Stromwendung
4.3.1 Verlauf der Ankerreaktanzspannung
4.3.2 Mittlere Ankerreaktanzspannung
4.3.3 Wendepolwicklung
4.4 Möglichkeiten zur Beeinflussung der Stromwendung
4.4.1 Einfluss der Bürsten
4.4.2 Einfluss der Wicklungsdimensionierung und der Wendepolgestaltung
5 Stromverdrängung
5.1 Prinzipielle Abhängigkeiten der Stromverdrängung
5.1.1 Ermittlung der prinzipiellen Abhängigkeiten
5.1.2 Gesichtspunkte für die Wicklungsdimensionierung
5.2 Veranschaulichung der Erscheinung der Stromverdräng
5.2.1 Einseitige Stromverdrängung
5.2.2 Zweiseitige Stromverdrängung
5.2.3 Definition von Parametern
5.3 Analytisch geschlossene Berechnung der Stromverdräng
5.3.1 Entwicklung der Grundgleichun
5.3.2 Massive Lei
5.3.3 Unterteilte Leiter
5.3.4 Kunststäbe
5.3.5 Kommutatorwicklungen
6 Verluste
6.1 Energiebilanz der elektrischen Maschine
6.1.1 Verluste und Wirkungsgrad
6.1.2 Nachweis des Wirkungsgrads
6.2 Mechanische Verluste
6.2.1 Verluste durch Gas- und Lagerreibung
6.2.2 Verluste durch Bürstenreibung
6.3 Grundverluste in den Stromkreisen
6.3.1 Eigenschaften der Leitermaterialien
6.3.2 Wicklungswiderstände
6.3.3 Wicklungsverluste
6.3.4 Bürstenübergangsverluste
6.4 Grundverluste im magnetischen Kreis
6.4.1 Eigenschaften des Magnetmaterials
6.4.2 Ermittlung der Ummagnetisierungsgrundverluste in der Berechnungspraxis
6.5 Zusätzliche Verluste
6.5.1 Zusätzliche Verluste durch Oberwellen im Luftspaltfeld
6.5.2 Zusätzliche Stromwärmeverluste in Ständer- und Läuferwicklungen durch Oberschwingungen des speisenden Stroms
6.5.3 Zusätzliche Verluste durch Stromverdrängung in Wicklungen
6.5.4 Quellen weiterer zusätzlicher Verluste
7 Kräfte
7.1 Allgemeine Beziehungen zur Ermittlung der Kräfte
7.1.1 Ermittlung der Kräfte auf stromdurchflossene Leiter, ausgehend von den Feldgrößen
7.1.2 Ermittlung der Grenzflächenkräfte
7.1.3 Ermittlung der Kräfte aus der Induktivitatsänderung
7.2 Tangentiale Kräfte auf Blechpakete
7.3 Radiale Kräfte auf Blechpakete
7.3.1 Allgemeine Erscheinungen
7.3.2 Zugspannungswellen des resultierenden Luftspaltfelds und ihre Wirkung
7.3.3 Magnetische Geräusche
7.3.4 Einseitiger magnetischer Zug
7.4 Axiale Kräfte auf Blechpakete
7.4.1 Allgemeine Erscheinungen
7.4.2 Axiale Kräfte aufgrund des Luftspaltfelds
7.4.3 Axiale Kräfte aufgrund des Streufelds des Wicklungskopfs
7.5 Kräfte auf in Nuten eingebettete Leiter
7.5.1 Tangentiale Kräfte
7.5.2 Radiale Kräfte
7.6 Kräfte auf die Leiter im Wicklungskopf
7.6.1 Allgemeine Erscheinungen und Beziehungen
7.6.2 Vereinfachte Berechnung
8 lnduktivitäten, Reaktanzen und Zeitkonstanten
8.1 Induktivitäten und Reaktanzen
8.1.1 Grundlegende Zusammenhange
8.1.2 Induktivitäten und Reaktanzen des Luftspaltfelds
8.1.3 Streuinduktivitäten und Streureaktanzen
8.1.4 Charakteristische Induktivitäten und Reaktanzen
8.2 Zeitkonstanten
8.2.1 Eigenzeitkonstanten
8.2.2 Charakteristische Zeitkonstanten
9 Entwurfs- und Berechnungsgänge
9.1 Grobentwurf
9.1.1 Entwurfsgleichung
9.1.2 Entwurfsrichtwerte
9.2 Detaillierte Dimensionierung und analytische Nachrechnung
9.2.1 Grundsätzliches Vorgehen
9.2.2 Gleichstrommaschinen
9.2.3 Induktionsmaschinen
9.2.4 Synchronmaschinen
9.2.5 Kleinmaschinen
9.2.6 Optimierung des Entwurfs
9.3 Nachrechnung mit Hilfe numerischer Feldberechnung
9.3.1 Grundlagen
9.3.2 Numerische Feldberechnungsmethoden
9.3.3 Anwendung numerischer Feldberechnungsmethoden
9.3.4 Praktischer Einsatz der Finite-Elemente-Methode zur numerischen Feldberechnung
9.4 Wicklungsumrechnung
9.4.1 Anpassung an eine andere Bemessungsspannung
9.4.2 Beeinflussung der charakteristischen Reaktanzen
9.4.3 Berechnung einer Maschinenreihe
