Induktionsmaschinen

Softcover Nachdruck of the original 1. Auflage 1957
ISBN: 978-3-7091-7879-9
Verlag: Springer Vienna

Buch, Deutsch, 501 Seiten, Paperback, Format (B × H): 170 mm x 244 mm, Gewicht: 881 g

Die Induktionsmaschine ist in ihrem Aufbau die einfachste elektrische Maschine. In der Ausführung mit Kurzschlußkäfig besitzt sie nur eine unter Spannung stehende Wicklung und stellt damit eine äußerst betriebssichere Maschine dar. Daher hat der Induktionsmotor einen außerordentlich großen Anwendungsbereich erobert. Zur Zeit beherrscht er das Gebiet der nicht regel­ baren Antriebe sowie der Antriebe mit geringen ~prüchen an die Regelbarkeit. Im Bestreben, den Anwendungsbereich der Induktionsmaschine zu erweitern, wurden die Eigenschaften der Maschine im Laufe der Zeit sowohl theoretisch als auch praktisch einer gründlichen Untersuchung unterzogen. Während das grund­ sätzliche Verhalten der Maschine bereits vor etwa 20 Jahren erforscht wurde und seinen Niederschlag in dem bekannten Buch von RICHTER gefunden hat, geht die Entwicklung der letzten Zeit in der Richtung der Verbesserung des Anlaufes, der Drehzahlregelung und der Verminderung der Zusatzverluste. Der Leistungsbereich der Maschine ist nach beiden Richtungen hin erweitert worden, wodurch dem Berechnungsingenieur neue Probleme gestellt wurden. Bei den großen Motoren sind dies: die mechanischen Kräfte und die Erwärmung sowohl im stationären als auch im Übergangszustand. Bei den kleinsten Motoren, die als Einphasenmotoren ausgeführt werden, steht die Beherrschung des Anlaufes im Brennpunkt der Entwicklung. Alle neueren Entwicklungsarbeiten sind zusammen mit den bereits bekannten und klassisch gewordenen Arbeiten im vorliegenden Werk gesammelt. Es gibt damit den heutigen Stand unserer Kenntnis über die Induktionsmaschinen wieder. Auch die langjährigen eigenen praktischen Erfahrungen des Verfassers in der Berechnung der Induktionsmaschinen sind hier berücksichtigt.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Schuisky, Wladimir

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektromotoren
• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis

I. Geschichtliche Entwicklung der Induktionsmaschine.- II. Mechanische Ausführung der Induktionsmaschine.- 1. Grundsätzlicher Aufbau.- 2. Ausf ührungsf ormen, Schutzarten.- 3. Angaben über die elektrische Ausführung nach den DIN-VDE- Normblättern.- 4. Leistungsschild und Klemmenbezeichnungen.- III. Wicklungen.- 1. Ständerwicklungen.- 2. Isolierung.- a) Die Leiter.- b) Die Wicklungen.- 3. Getrennte Wicklungen für polumschaltbare Motoren.- 4. Polumschaltbare Wicklungen.- 5. Läuferwicklungen.- IV. Der Magnetisierungsstrom.- 1. Magnetisierungscharakteristiken der Maschine.- a) Der Luftspalt.- b) Zähne.- c) Joch.- a) Der Feldverlauf in einem ringförmigen Blechschnitt ohne Rück-sicht auf den Wellenfluß 35. — ß) Die Entlastung des Joches durch den durch die Welle gehenden Fluß (Wellenfluß) 38.- 2. Berechnung des Magnetisierungsstromes.- a) Zeitlicher Verlauf des Stromes.- a) Einphasenwicklung 41. — ß) Mehrphasenwicklung 43.- b) Praktisches Verfahren zur Bestimmung des Effektivwertes des Magnetisierungsstromes.- V. Wirkwiderstände der Wicklungen.- 1. Gewöhnliche Wicklungen.- 2. Käfigwicklungen.- 3. Kurzschlußwicklung mit zwei Stäben im Strang.- VI. Streureaktanzen.- 1. Allgemeines.- 2. Nutstreuung.- 3. Stirnstreuung.- 4. Oberwellen- oder Spaltstreuung.- 5. Streuung durch die Nutsehrägung.- 6. Läuferreaktanzen und ihre auf die Ständerwicklung bezogenen Werte.- 7. Der Einfluß der Eisensättigung.- VII. Die Entstehung des magnetischen Feldes.- 1. Die Feldkurve einer Spule.- 2. Die Feldkurve einer Spulengruppe.- 3. Die Feldkurve eines Stranges.- 4. Das Luftspaltfeld.- a) Das Wechselfeld.- b) Das Drehfeld.- c) Das elliptische Drehfeld.- VIII. Betriebseigenschaften des mehrphasigen Induktionsmotors.- 1. Ortskurven.- 2. Magnetisch verkettete Kreise.- 3. Wirkungsweise des Motors.- 4. Spannungsdiagramm und Ersatzschaltung.- 5. Das genaue Kreisdiagramm.- 6. Die vereinfachte Ersatzschaltung und das vereinfachte Kreisdiagramm.- 7. Die wichtigsten Größen in analytischer Behandlung.- 8. Die Eisenverluste und das Verhalten des Motors in der Nähe der synchronen Drehzahl.- 9. Abweichungen des Kreisdiagramms von der Wirklichkeit.- IX. Wirkung der Oberwellen.- 1. Die fiktiven Einzelwellen.- a) Ständerwicklung.- b) Läuferwicklung.- c) Ersatzschaltung.- 2. Spaltstreuung.- a) Gewöhnliche Wicklungen.- b) Berücksichtigung der Schrägung der Nuten.- c) Käfigwicklung.- d) Einphasenwicklung.- e) Verschiedene Besonderheiten bei der Berechnung der Spaltstreuung.- 3. Zusatzdrehmomente durch die Oberwellen.- a) Die asynchronen Momente.- b) Die synchronen Momente.- 4. Geräuschbildung.- a) Kadiale Kräfte.- b) Geräuscherscheinungen.- 5. Zusatz Verluste.- a) Praktische Beobachtungen.- b) Querströme und ihre Wirkung.- 6. Wahl der Nutenzahl.- X. Stromverdrängimg.- 1. Allgemeines.- 2. Nuten mit parallelen Flanken und rechteckigen Leitern.- 3. Ständerwicklung.- 4. Die unterteilten, aber nicht verschränkten Stäbe.- 5. Leiter im freien Luftraum.- 6. Kreisförmige Stäbe.- 7. Der Hochstab und seine Abarten.- 8. Der Doppelkäfig und seine Abarten.- 9. Die nicht vom Hauptstrom durchflossenen Stromverdrängungsstäbe.- XI. Die Stromverdrängungsmotoren.- 1. Allgemeines.- 2. Der Hochstabläufer.- 3. Der Doppelkäfigläufer.- XII. Stationäre Erwärmung.- 1. Äußere Wärmeleitung.- a) Geschlossene Maschinen ohne besondere Außenkühlung.- b) Ventilierte Maschinen.- c) Der Kühler.- d) Außenbelüftete Motoren mit Bippen.- 2. Innere Wärmeleitung.- a) Temperatnrverteilung im Spulen querschnitt.- b) Temperaturverteilung längs der Spule.- c) Yorausberechnung der Erwärmung.- 3. Erwärmung und Lebensdauer der Wicklung.- 4. Erwärmungs- und Abkühlungskurven.- a) Erwärmung eines Körpers.- b) Erwärmung einer Maschine.- c) Erwärmungsprobe und ihre Abkürzung.- 5. Verluste und Erwärmung der Ständerwicklung beim unsymmetrischen Stromsystem (Netz).- XIII. Erwärmung des Motors während der Übergangsvorgänge.- 1. Anlaufzeit.- 2. Übergangsvorgänge des leerlaufenden Kurzschlußmotors.- a) Übergangszeit des Motors ohne Stromverdrängung.- b) Wärmeverlust in Wicklungen des Kurzschlußmotors ohne Stromverdrängung.- c) Wärmeverlust in Wicklungen des Doppelkäfigmotors.- d) Wärmeverlust in der Ständerwicklung des Motors mit Hochstabläufer.- e) Läuferwärme des polumschaltbaren Motors (mit oder ohne Strom-verdrängung).- f) Schalthäufigkeit.- 3. Erwärmung der Wicklungen bei Übergangsvorgängen.- a) Erwärmung der Ständerwicklung und der Läuferwicklung ohne Wärmeabgabe.- b) Erwärmung eines Stabes bei konstanter Verlustwärme (gebremster Motor).- c) Anlaufwärme und Anlaufleistung.- d) Erwärmung beim Anlauf.- e) Erwärmimg beim Bremsen mit Gegenstrom.- f) Erwärmung beim Umkehren.- 4. Temperaturverteilung im Hochstab beim Anlauf.- a) Differentialgleichung der Erwärmung.- b) Temperaturdifferenz zwischen oberer und unterer Kante des Stabes bei gebremstem Motor.- c) Temperaturdifferenz zwischen oberem und unterem Stabrand des anlaufenden Motors.- d) Schätzung der Temperaturdifferenz.- e) Zahlenbeispiel.- f) Vergleich der verschiedenen Käfigwicklungen.- XIV. Elektrische Ausgleichsvorgänge.- 1. Freie Strombeläge in Mehrphasenmaschinen.- 2. Durch die Ausgleichsströme hervorgerufene Drehmomente.- 3. Einschalten des Motors.- a) Stromstöße.- b) Drehmomentstöße.- c) Überschwingungen über die synchrone Drehzahl.- 4. Das Ausschalten von Induktionsmotoren.- 5. Kurzschluß des Induktionsmotors.- 6. Stern-Dreieck-Umsehalten.- XV. Mechanische Kräfte im Motor.- 1. Axiale Kräfte.- a) Kräfte bei unsymmetrischer Läuferlage bei Läufern ohne Ventilationskanäle.- b) Kräfte durch Ventilationskanäle.- e) Kräfte beim konischen Läufer.- d) Kräfte infolge der Schrägstellung der Nuten.- 2. Radiale Kräfte.- a) Magnetischer Zng infolge der exzentrischen Lage des Läufers bei mehrpoligen Maschinen (p ?, 2).- b) Magnetischer Zug bei zweipoligen Maschinen.- c) Einfluß der Sättigung.- d) Berechnung der radialen Kraft unter Berücksichtigung der praktischen Verhältnisse.- 3. Stromkräfte an dem in der Nut eingebetteten Leiter.- 4. Stromkräfte an den Wicklungsköpfen.- a) Allgemeines.- b) Kräfte auf die einzelnen Spulenseiten.- c) Kräfte zwischen den Spulengruppen.- d) Resultierende Kräfte an der Wicklungsabstützung.- XVI. Anlauf.- 1. Kurzschlußmotor.- a) Vorgänge beim Anlauf.- b) Rückwirkung auf das Netz.- c) Anlaß verfahren mit konstantem Verhältnis zwischen dem Anzugsström und dem Anzugsmoment.- d) Anlaßtransformator 275. — ß) Stern-Dreieck-Anlassen 276. — ?) Anlassen mit Umschalten der Ständerwicklung 277.- d) Anlaß verfahren mit veränderlichem Verhältnis zwischen Anzugsström und Anzugsmoment.- e) Verschiedene andere Anlaßverfahren.- a) Doppelständermotor 282. — ß) Anlassen mit Anwurfmotor 283. y) Fliehkraftkupplungen 284. — ?) Teilwicklungsanlauf 284.- f) Anlauf mit Rücksicht auf die Arbeitsmaschine.- g) Anlauf mit Rücksicht auf den Motor.- h) Motorschutz.- i) Ausführungsmöglichkeiten des Kurzschlußmotors für direktes Einschalten.- 2. Anlassen des Schleifringmotors.- a) Allgemeines.- b) Symmetrischer Anlasser.- c) Unsymmetrischer Anlasser.- d) Wahl des Anlassers.- e) Anlassen mit Umschaltung im Läuferkreis.- XVII. Drehzahlsteuerung von Drehstrominduktionsmotoren.- 1. Widerstandssteuerung.- a) Steuerung bei konstantem Belastungsmoment.- b) Steuerung bei quadratisch abnehmendem Belastungsmoment.- c) Steuerung bei konstanter Leistung.- 2. Steuerung durch primäre Spannungsänderung.- 3. Steuerung durch Polumschaltung.- 4. Mehrfachläufermotoren (mechanische Kaskade).- 5. Steuerung durch Doppelmotorschaltung.- 6. Steuerung durch Änderung der Netzfrequenz.- a) Allgemeines.- b) Speisung durch Synchrongeneratoren.- c) Speisung durch asynchrone Frequenzumformer.- 7. Kaskadenschaltungen.- a) Kaskadenschaltung zweier Induktionsmaschinen.- b) Steuersätze.- XVIII. Unregelmäßigkeiten.- 1. Im Ständerkreis.- a) Spannungen höherer Frequenz im Netz.- b) Spannungsunsymmetrie.- c) Ungleiche Windungszahl der Ständerwicklung.- d) Unsymmetrische Schaltungen der Ständerwicklung.- a) Allgemeines 323. — ß) Kusa-Schaltungen 325. — ?) Bremsschaltungen.- 2. Im Läuferkreis.- a) Unsymmetrischer Anlasser.- b) Unvollkommener Käfig.- c) Die einachsige Läuferwicklung (Görgessches Phänomen).- d) Brüche im Kurzschlußkäfig.- XIX. Der Einphasenmotor.- 1. Aufbau und Anwendung.- 2. Der Einphasenmotor ohne Hilfswicklung.- a) Ersatzschaltung und Ströme.- b) Das Drehmoment.- c) Drehstrommotor im Einphasenbetrieb.- d) Stromwärmeverluste in der Läuferwicklung.- e) Drehzahlsteuerung.- 3. Der Einphasenmotor mit abschaltbarer Hilfsphase und Vergleich der verschiedenen Anlaßverfahren.- 4. Der Kondensatormotor.- a) Mit abschaltbarer Hilfswicklung.- b) Mit dauernd eingeschalteter Hilfswicklung.- c) Verhalten des Motors beim Anlauf.- d) Der Leerlauf und das Anzugsmoment.- 5. Der Einphasenspaltmotor.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Spannungsgleichungen und ihre Lösung.- c) Anzugsstrom und Anzugsmoment.- d) Verhalten des Motors während des Anlaufens.- e) Leerlauf des Motors.- XX. Sonderanwendungen der Induktionsmaschine.- 1. Der Drehregler.- a) Der einphasige Drehregler.- b) Der mehrphasige Drehiegler.- 2. Das Bremsen.- a) Bremsen mit Gegenstrom und übersynchrones Bremsen.- b) Bremsen durch Gleichstromerregung.- c) Unsymmetrische Bremsschaltungen.- d) Doppelmotorschaltung.- 3. Induktionsmaschine als Generator.- a) Fremderregter Generator.- b) Selbsterregter Generator.- 4. Frequenzumformer.- 5. Phasenumformer.- 6. Induktionsmotor mit Zwischenläufer.- 7. Der synchronisierte Induktionsmotor.- 8. Kompensierte Induktionsmotoren.- 9. Doppeltgespeiste Induktionsmaschine.- a) Steuerbare Drossel.- b) Motor bzw. Generator.- 10. Gleichlaufschaltungen.- a) Induktionsmaschinen im Gleichlauf ohne Ausgleichsmaschinen.- b) Die Induktionsmaschinen als Ausgleichsmaschinen.- XXI. Verluste, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor.- 1. Leerlauf Verluste.- a) Mechanische Verluste.- b) Eisen Verluste.- 2. Last Verluste.- 3. Wirkungsgrad.- 4. Blindleistungsverbrauch und Leistungsfaktor.- XXII. Experimentelle Untersuchungen.- 1. Bestimmung der Verluste und des Wirkungsgrades.- a) Verluste.- a) Wicklungsverluste 411. — ß) Schlupfmessung 412. — ?) Leer-laufverluste 413. — ?) Kurzschlußversuch.- b) Wirkungsgrad.- 2. Belastungsprobe.- 3. Strom- und Drehmomentkurve.- 4. Isolationsprobe.- 5. Messung der Zusatz Verluste.- 6. Messung des Schwungmomentes.- 7. Praktische Prüfung der Motoren.- XXIII. Entwurf von Induktionsmaschinen.- 1. Hauptabmessungen und Materialausnützung.- a) Hauptabmessungen.- a) Bohrungsdurchmesser 425. — ß) Eisenlänge 427. — ?) Luft-spalt 428. — (?) Außendurchmesser 428. — ?) Bestimmung der Leistung für eine gegebene Reihe 429. — f) Entwurf einer neuen Maschinenreihe 430.- b) Die Maschinenreihe und ihre Eigenschaften.- c) Drehschub sowie magnetische und elektrische Beanspruchungen im Luftspalt.- 2. Bedeutung einiger elektrischer und magnetischer Größen.- a) Das Produkt Strombelag mal Stromdichte.- b) Das Verhältnis der Luftspaltinduktion zum Strombelag.- c) Der wirksame Nutraum einer Maschine.- 3. Richtlinien zum Ständer- und Läuferaufbau.- a) Eisenblech.- b) Nuten.- c) Wicklungen.- d) Schleifringe.- e) Lüftung.- f) Reaktanzen und Widerstände.- g) Verluste.- h) Leistungsfaktor.- i) Übrige Daten des Motors.- k) Berechnungsgang.- 4. Festigkeitsfragen bei Induktionsmaschinen.- 5. Polumschaltbare Motoren.- a) Maschinengröße 452 a) Getrennte Wicklungen 452. — ß) Umschaltbare Wicklungen.- b) Berechnung der polumschaltbaren Motoren.- 6. Maschinengröße des Frequenzumformers.- 7. Berechnung des Einphasenmotors.- XXIV. Berechnungsbeispiele.- 1. Nachrechnung eines Doppelkäfigmotors für 200 PS.- 2. Nachrechnung eines Kurzschlußmotors mit Hochstabläufer für 1000 PS.- 3. Nachrechnung eines Frequenzumformers.- 4. Nachrechnung eines Einphasenmotors ohne Hilfswicklung für 0, 33 kW, 220 V, 1440 U/min.- 5. Nachrechnung eines Spaltmotors für 5 W, 220 V, 2700 U/min.- Bedeutung der verwendeten Formelzeichen.- Zusammenstellung der wichtigsten Einheiten.