Berechnung elektrischer Maschinen

7. Auflage 2026
ISBN: 978-3-527-41435-2
Verlag: WILEY-VCH

Buch, Deutsch, 704 Seiten, Format (B × H): 170 mm x 244 mm

Unverzichtbar für die Energiewende - das Standardwerk zur Berechnung elektrischer Maschinen in neuer Auflage
 
Seit mehr als fünfzig Jahren setzt die Buchreihe "Elektrische Maschinen" Maßstäbe auf dem Gebiet. In der 7. Auflage der "Berechnung elektrischer Maschinen" geht es um die physikalische Beschreibung, mathematische Modellierung und die ingenieurwissenschaftliche Berechnung konkreter elektrischer Maschinen in Abhängigkeit von deren gewünschten Anwendungsgebieten.
Neu in dieser Auflage sind Ergänzungen zu neuen Wicklungsarten, Anomalie-, Oberschwingungs- und Wirbelstromverlusten sowie zum Entwurf permanenterregter Synchronmaschinen.
 
Über die Autoren
Germar Müller studierte an der Technischen Hochschule Dresden und promovierte 1959. Er war Professor an der Technischen Hochschule Ilmenau und der Technischen Universität Dresden und leitete die Forschung im Kombinat Elektromaschinenbau der DDR.
Bernd Ponick promovierte 1994 an der Universität Hannover und arbeitete als Entwicklungsingenieur bei Siemens AG. Seit 2003 ist er Professor für Antriebssysteme an der Universität Hannover und Chairman von IEC TC2.
 
Karl Vogt promovierte 1963 an der Technischen Hochschule Dresden und war Professor für Elektrische Maschinen an der TU Dresden.
 

Autoren/Hrsg.

Ponick, Bernd

Müller, Germar

Vogt, Karl

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Maschinenbau Triebwerkstechnik, Energieübertragung
• Naturwissenschaften Physik Elektromagnetismus Elektrizität, Elektrodynamik
• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis

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

Über Autor(innen)

Germar Müller studierte an der Technischen Hochschule Dresden, war am dortigen Institut für elektrische Maschinen und Antriebe tätig und promovierte im Jahre 1959. Anschließend arbeitete er im Sachsenwerk Dresden als wissenschaftlicher Mitarbeiter und wurde 1966 als ordentlicher Professor für das Fachgebiet elektrische Maschinen an die Technische Hochschule Ilmenau berufen. Von 1977 bis 1987 leitete Prof. Müller die Forschung im Kombinat Elektromaschinenbau der DDR. Danach folgte er einer erneuten Berufung an die Technische Universität Dresden. Während seiner aktiven Berufstätigkeit war G. Müller in verschiedenen nationalen und internationalen Gremien tätig, u. a. in der IEC.
 
Bernd Ponick war nach dem Studium der Elektrotechnik an der Universität Hannover wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für elektrische Maschinen und Antriebe und wurde dort 1994 promoviert. Er arbeitete als Entwicklungsingenieur, Berechnungsleiter und schließlich als Technischer Leiter im Berliner Dynamowerk der Siemens AG. 2003 folgte er einem Ruf auf den Lehrstuhl für Antriebssysteme der Universität Hannover und ist seitdem einer der beiden Leiter des dortigen Instituts für Antriebssysteme und Leistungselektronik. Prof. Ponick ist derzeit als Chairman von IEC TC2 für die internationale Normung auf dem Gebiet der rotierenden elektrischen Maschinen verantwortlich.
 
Karl Vogt studierte nach seiner Elektromechanikerlehre Elektrotechnik an der Technischen Hochschule Dresden. Nach seinem Abschluss war er Assistent am Lehrstuhl Elektrische Maschinen und arbeitete später als Entwicklungsingenieur im Sachsenwerk Dresden. Nach seiner Promotion 1963 erfolgte die Berufung als Dozent an die TU Dresden und 1969 die Berufung als ordentlicher Professor für Elektrische Maschinen.