Berechnung elektrischer Maschinen （7. Aufl.）

Mueller, Germar/ Vogt, Karl/ Ponick, Bernd

Wiley-VCH（2026/07発売）

• 製本 Hardcover:ハードカバー版／ページ数 704 p.
• 言語 GER
• 商品コード 9783527414352

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

vorwort Zur 7. Auflage v

Vorwort zur 1. Auflage von 1972

Formelzeichen xvi

1 Wicklungen rotierender elektrischer Maschinen 1

1.1 Allgemeine Bezeichnungen und Gesetzmäßigkeiten 2

1.1.1 Allgemeine Bezeichnungen von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen 3

1.1.2 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen 11

1.2 Wicklungen mit ausgebildeten Strängen 19

1.2.1 Wicklungsgesetze 20

1.2.2 Wicklungsentwurf 34

1.2.3 Bestimmung des Wicklungsfaktors 74

1.2.4 Aussagen des Görges-Diagramms 88

1.2.5 Bewertung der Entwürfe 94

1.2.6 Wicklungsdimensionierung 105

1.3 Kommutatorwicklungen 115

1.3.1 Wicklungsgesetze und Wicklungsbezeichnungen 116

1.3.2 Wicklungsentwurf 134

1.3.3 Wicklungsdimensionierung 138

1.4 Weitere Wicklungsarten 143

1.4.1 Wicklungen auf ausgeprägten Polen 143

1.4.2 In Nuten verteilt angeordnete Wicklungen 145

2 Magnetischer Kreis 151

2.1 Feldgleichungen und deren allgemeine Aussagen 151

2.1.1 Allgemeine Aussagen der Feldgleichungen für die Berechnung magnetischer Kreise 152

2.1.2 Prinzipieller Berechnungsgang bei der konventionellen Magnetkreisberechnung 155

2.2 Ermittlung magnetischer Felder 161

2.2.1 Feldgebiete konstanter Permeabilität ohne Durchflutung 161

2.2.2 Feldgebiete konstanter Permeabilität mit Durchflutung 166

2.3 Luftspaltfelder 168

2.3.1 Einfluss von Polform und Durchflutungsverteilung auf das Luftspaltfeld als ebenes Feld ohne Einfluss der Nutung 169

2.3.2 Einfluss der Unterbrechungen der Luftspaltbegrenzungsflächen auf das Luftspaltfeld 174

2.4 Charakteristische Abschnitte des ferromagnetischen Teils des magnetischen Kreises 185

2.4.1 Abschnitte mit annähernd homogenen Feldern 185

2.4.2 Abschnitte mit sich längs des Integrationswegs ändernder Querschnittsfläche 186

2.4.3 Abschnitte mit längs des Integrationswegs veränderlichem Fluss 190

2.5 Gegenseitige Beeinflussung der Abschnittsfelder 199

2.5.1 Einführende Betrachtung zur gegenseitigen Beeinflussung der Abschnittsfelder 200

2.5.2 Iterative Ermittlung der gegenseitigen Beeinflussung 205

2.5.3 Konzentrierte Erregerwicklung 206

2.5.4 Verteilte erregende Wicklung bei gleichmäßiger Nutung 210

2.5.5 Verteilte erregende Wicklung bei ungleichmäßiger Nutung 214

2.6 Bestimmung der Leerlaufkennlinie 217

2.6.1 Gleichstromerregung mit konzentrierter Erregerwicklung 217

2.6.2 Gleichstromerregung mit verteilt angeordneter Erregerwicklung 222

2.6.3 Mehrphasige Wechselstromerregung 223

2.6.4 Sonderfälle der Erregung 225

2.7 Einfluss der Belastungsströme auf das Feld der erregenden Wicklung 229

2.7.1 Maschinen mit linearer Durchflutungsverteilung der Belastungsströme 230

2.7.2 Maschinen mit konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme 234

2.7.3 Maschinen mit nicht konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme 241

2.8 Erregung durch permanentmagnetische Abschnitte 245

2.8.1 EntMagnetisierungskennlinie 245

2.8.2 Reversible Kennlinie 247

2.8.3 Hartmagnetische Werkstoffe 248

2.8.4 Dimensionierung von permanentmagnetischen Abschnitten 250

2.8.5 Anordnung der permanentmagnetischen Abschnitte 252

2.8.6 Einfluss der Ankerrückwirkung 255

3 Streuung 259

3.1 Allgemeine Erscheinungen und ihre Bezeichnungen 259

3.2 Einführung der Teilstreufelder 261

3.3 Spaltstreuung als Teil der Gesamtstreuung eines Wicklungspaars 262

3.4 Gesamtstreuung eines Wicklungspaars 266

3.5 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung der Streuung 271

3.5.1 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflüssen 272

3.5.2 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflussverkettungen 274

3.6 Ermittlung von Streuflüssen in der Berechnungspraxis 279

3.6.1 Nut-Zahnkopf-Streufluss 280

3.6.2 Polstreufluss ausgeprägter Pole 282

3.7 Ermittlung von Streuflussverkettungen in der Berechnungspraxis 284

3.7.1 Nut- und Zahnkopfstreuung 284

3.7.2 Wicklungskopfstreuung 293

3.7.3 Oberwellenstreuung 296

3.7.4 Polstreuung 300

4 Stromwendung 305

4.1 Stromwendevorgang 306

4.1.1 Phasen des Stromwendevorgangs 306

4.1.2 Prinzipieller Verlauf der Stromwendung 308

4.1.3 Beanspruchung des Bürstenkontakts 312

4.2 Prinzipielle analytische Behandlung der Stromwendung 313

4.2.1 Maschengleichung der kommutierenden Masche 313

4.2.2 Wendezone 314

4.2.3 Gleichungssystem zur Berechnung der Stromwendung 317

4.2.4 Betrachtungen zur Lösung des Gleichungssystems 319

4.3 Genäherte Berechnung der Stromwendung 322

4.3.1 Verlauf der Ankerreaktanzspannung 322

4.3.2 Mittlere Ankerreaktanzspannung 325

4.3.3 Wendepolwicklung 327

4.4 Möglichkeiten zur Beeinflussung der Stromwendung 334

4.4.1 Einfluss der Bürsten 335

4.4.2 Einfluss der Wicklungsdimensionierung und der Wendepolgestaltung 338

5 Stromverdrängung 341

5.1 Prinzipielle Abhängigkeiten der Stromverdrängung 341

5.1.1 Ermittlung der prinzipiellen Abhängigkeiten 342

5.1.2 Gesichtspunkte für die Wicklungsdimensionierung 344

5.2 Veranschaulichung der Erscheinung der Stromverdrängung 347

5.2.1 Einseitige Stromverdrängung 347

5.2.2 Zweiseitige Stromverdrängung 351

5.2.3 Definition von Parametern 352

5.3 Analytisch geschlossene Berechnung der Stromverdrängung 355

5.3.1 Entwicklung der Grundgleichungen 355

5.3.2 Massive Leiter 359

5.3.3 Unterteilte Leiter 367

5.3.4 Kunststäbe 374

5.3.5 Kommutatorwicklungen 376

6 Verluste 379

6.1 Energiebilanz der elektrischen Maschine 379

6.1.1 Verluste und Wirkungsgrad 379

6.1.2 Nachweis des Wirkungsgrads 382

6.2 Mechanische Verluste 384

6.2.1 Verluste durch Gas- und Lagerreibung 384

6.2.2 Verluste durch Bürstenreibung 385

6.3 Grundverluste in den Stromkreisen 386

6.3.1 Eigenschaften der Leitermaterialien 386

6.3.2 Wicklungswiderstände 386

6.3.3 Wicklungsverluste 389

6.3.4 Bürstenübergangsverluste 390

6.4 Grundverluste im magnetischen Kreis 391

6.4.1 Eigenschaften des Magnetmaterials 392

6.4.2 Ermittlung der Ummagnetisierungsverluste in der Berechnungspraxis 404

6.5 Zusätzliche Verluste 407

6.5.1 Zusätzliche Verluste durch Oberwellen im Luftspaltfeld 407

6.5.2 Zusätzliche Verluste durch Oberschwingungen der speisenden Spannung und des speisenden Stroms 417

6.5.3 Zusätzliche Verluste durch Stromverdrängung in Wicklungen 419

6.5.4 Zusätzliche Verluste durch Wirbelströme in Permanentmagneten 420

6.5.5 Quellen weiterer zusätzlicher Verluste 424

6.6 Wärmeabführung 425

6.6.1 Kühlungskonzepte 426

6.6.2 Erwärmung eines homogenen Körpers 428

6.6.3 Wärmewiderstände bei Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung 430

6.6.4 Vorausberechnung der Übertemperatur 432

7 Kräfte 437

7.1 Allgemeine Beziehungen zur Ermittlung der Kräfte 437

7.1.1 Ermittlung der Kräfte auf stromdurchflossene Leiter ausgehend von den Feldgrößen 437

7.1.2 Ermittlung der Grenzflächenkräfte 438

7.1.3 Ermittlung der Kräfte aus der Induktivitätsänderung 439

7.2 Tangentiale Kräfte auf Blechpakete 439

7.3 Radiale Kräfte auf Blechpakete 442

7.3.1 Allgemeine Erscheinungen 442

7.3.2 Zugspannungswellen des resultierenden Luftspaltfelds und ihre Wirkung 445

7.3.3 Magnetische Geräusche 447

7.3.4 Einseitiger magnetischer Zug 449

7.4 Axiale Kräfte auf Blechpakete 453

7.4.1 Allgemeine Erscheinungen 453

7.4.2 Axiale Kräfte aufgrund des Luftspaltfelds 454

7.4.3 Axiale Kräfte aufgrund des Streufelds des Wicklungskopfs 460

7.5 Kräfte auf in Nuten eingebettete Leiter 461

7.5.1 Tangentiale Kräfte 461

7.5.2 Radiale Kräfte 462

7.6 Kräfte auf die Leiter im Wicklungskopf 466

7.6.1 Allgemeine Erscheinungen und Beziehungen 466

7.6.2 Vereinfachte Berechnung 469

8 Induktivitäten, Reaktanzen und Zeitkonstanten 477

8.1 Induktivitäten und Reaktanzen 477

8.1.1 Grundlegende Zusammenhänge 477

8.1.2 Induktivitäten und Reaktanzen des Luftspaltfelds 481

8.1.3 Streuinduktivitäten und Streureaktanzen 496

8.1.4 Charakteristische Induktivitäten und Reaktanzen 503

8.2 Zeitkonstanten 513

8.2.1 Eigenzeitkonstanten 513

8.2.2 Charakteristische Zeitkonstanten 517

9 Entwurfs- und Berechnungsgänge 525

9.1 Grobentwurf 526

9.1.1 Entwurfsgleichung 527

9.1.2 Entwurfsrichtwerte 539

9.2 Detaillierte Dimensionierung und analytische Nachrechnung 549

9.2.1 Grundsätzliches Vorgehen 549

9.2.2 Gleichstrommaschinen 551

9.2.3 Induktionsmaschinen 555

9.2.4 Synchronmaschinen 562

9.2.5 Kleinmaschinen 567

9.2.6 Optimierung des Entwurfs 571

9.3 Nachrechnung mit Hilfe numerischer Feldberechnung von K. Reichert 573

9.3.1 Grundlagen 573

9.3.2 Numerische Feldberechnungsmethoden 579

9.3.3 Anwendung numerischer Feldberechnungsmethoden 586

9.3.4 Praktischer Einsatz der Finite-Elemente-Methode zur numerischen Feldberechnung 595

9.4 Wicklungsumrechnung 605

9.4.1 Anpassung an eine andere Bemessungsspannung 605

9.4.2 Beeinflussung der charakteristischen Reaktanzen 606

9.4.3 Berechnung einer Maschinenreihe 607

Literaturverzeichnis 609

Stichwortverzeichnis 615