Berechnung elektrischer Maschinen

Germar Müller (1929–2019) promovierte 1959 an der Technischen Hochschule Dresden. Er arbeitete im Sachsenwerk Dresden und wurde 1966 Professor für elektrische Maschinen an der Technischen Hochschule Ilmenau. Von 1977 bis 1987 leitete er die Forschung im Kombinat Elektromaschinenbau der DDR und kehrte danach an die Technische Universität Dresden zurück. Karl Vogt (1923–2022) studierte Elektrotechnik an der Technischen Hochschule Dresden und arbeitete als Entwicklungsingenieur im Sachsenwerk Dresden. Nach seiner Promotion 1963 wurde er Dozent an der TU Dresden und 1969 Professor für Elektrische Maschinen. Bernd Ponick studierte Elektrotechnik an der Universität Hannover und wurde dort 1994 promoviert. Er arbeitete als Entwicklungsingenieur und Technischer Leiter im Berliner Dynamowerk der Siemens AG. Seit 2003 leitet er als Professor am Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik der Leibniz-Universität Hannover das Fachgebiet für elektrische Maschinen und Antriebssysteme, das sich seitdem zu einer der größten universitären Forschungsstellen zu elektrischen Maschinen in Europa entwickelt hat.

• 1 Wicklungen rotierender elektrischer Maschinen1.1 Allgemeine Bezeichnungen und Gesetzmäßigkeiten1.1.1 Allgemeine Bezeichnungen von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen1.1.2 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten von am Energieumsatz beteiligten Wicklungen1.2 Wicklungen mit ausgebildeten Strangen1.2.1 Wicklungsgesetze1.2.2 Wicklungsentwurf1.2.3 Bestimmung des Wicklungsfaktors1.2.4 Aussagen des Gorges-Diagramms1.2.S Bewertung der Entwürfe1.2.6 Wicklungsdimensionierung1.3 Kommutatorwicklungen1.3.1 Wicklungsgesetze und Wicklungsbezeichnungen1.3.2 Wicklungsentwurf1.3.3 Wicklungsdimensionierung1.4 Weitere Wicklungsarten1.4.1 Wicklungen auf ausgeprägten Polen1.4.2 In Nuten verteilt angeordnete Wicklungen 2 Magnetischer Kreis2.1 Feldgleichungen und deren allgemeine Aussagen2.1.1 Allgemeine Aussagen der Feldgleichungen für die Berechnung magnetischer Kreise2.1.2 Prinzipieller Berechnungsgang bei der konventionellen Magnetkreisberechnung2.2 Ermittlung magnetischer Felder2.2.1 Feldgebiete konstanter Permeabilität ohne Durchflutung2.2.2 Feldgebiete konstanter Permeabilität rnit Durchflutung2.3 Luftspaltfelder2.3.1 Einfluss von Polform und Durchflutungsverteilung auf das Luftspaltfeld als ebenes Feld ohne Einfluss der Nutung2.3.2 Einfluss der Unterbrechungen der Luftspaltbegrenzungsflachen auf das Luftspaltfeld2.4 Charakteristische Abschnitte des ferromagnetischen Teils des magnetischenKreises2.4.1 Abschnitte mit annähernd homogenen Feldern2.4.2 Abschnitte mit sich längs des lntegrationswegs ändernder Querschnittsflache2.4.3 Abschnitte mit längs des Integrationswegs veränderlichem Fluss2.5 Gegenseitige Beeinflussung der Abschnittsfelder2.5.1 Einführende Betrachtung zur gegenseitigen Beeinflussung der Abschnittsfelder2.5.2 Iterative Ermittlung der gegenseitigen Beeinflussung2.5.3 Konzentrierte Erregerwicklung2.5.4 Verteilte erregende Wicklung bei gleichmäßiger Nutung2.5.5 Verteilte erregende Wicklung bei ungleichmäßiger Nutung2.6 Bestimmung der Leerlaufkennlinie2.6.1 Gleichstromerregung mit konzentrierter Erregerwicklung2.6.2 Gleichstromerregung mit verteilt angeordneter Erregerwicklung2.6.3 Mehrphasige Wechselstromerregung2.6.4 Sonderfalle der Erregung2.7 Einfluss der Belastungsstrome auf das Feld der erregenden Wicklung2.7.1 Maschinen mit linearer Durchflutungsverteilung der Belastungsstrome2.7.2 Maschinen mit konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme2.7.3 Maschinen mit nicht konstantem Luftspalt und sinusförmiger Durchflutungsverteilung der Belastungsströme2.8 Erregung durch permanentmagnetische Abschnitte2.8.1 Entmagnetisierungskennlinie2.8.2 Reversible Kennlinie2.8.3 Hartmagnetische Werkstoffe2.8.4 Dimensionierung von permanentmagnetischen Abschnitten2.8.5 Flusskonzentration2.8.6 Einfluss der Ankerrückwirkung 3 Streuung3.1 Allgemeine Erscheinungen und ihre Bezeichnungen3.2 Einführung der Teilstreufelder3.3 Spaltstreuung als Teil der Gesamtstreuung eines Wicklungspaars3.4 Gesamtstreuung eines Wicklungspaars3.5 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung der Streu3.5.1 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflüssen3.5.2 Prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von Streuflussverkettungen3.6 Ermittlung von Streuflüssen in der Berechnungspraxis3.6.1 Nut-Zahnkopf-Streufluss3.6.2 Polstreufluss ausgeprägter Pole3.7 Ermittlung von Streuflussverkettungen in der Berechnungspraxis3.7.1 Nut- und Zahnkopfstreuung3.7.2 Wicklungskopfstreuung3.7.3 Oberwellenstreuung3.7.4 Polstreuung 4 Stromwendung4.1 Stromwendevorgang4.1.1 Phasen des Stromwendevorgangs4.1.2 Prinzipieller Verlauf der Stromwendung4.1.3 Beanspruchung des Bürstenkontakts4.2 Prinzipielle analytische Behandlung der Stromwendung4.2.1 Maschengleichung der kommutierenden Masche4.2.2 Wendezone4.2.3 Gleichungssystem zur Berechnung der Stromwendung4.2.4 Betrachtungen zur Losung des Gleichungssystems4.3 Genäherte Berechnung der Stromwendung4.3.1 Verlauf der Ankerreaktanzspannung4.3.2 Mittlere Ankerreaktanzspannung4.3.3 Wendepolwicklung4.4 Möglichkeiten zur Beeinflussung der Stromwendung4.4.1 Einfluss der Bürsten4.4.2 Einfluss der Wicklungsdimensionierung und der Wendepolgestaltung 5 Stromverdrängung5.1 Prinzipielle Abhängigkeiten der Stromverdrängung5.1.1 Ermittlung der prinzipiellen Abhängigkeiten5.1.2 Gesichtspunkte für die Wicklungsdimensionierung5.2 Veranschaulichung der Erscheinung der Stromverdräng5.2.1 Einseitige Stromverdrängung5.2.2 Zweiseitige Stromverdrängung5.2.3 Definition von Parametern5.3 Analytisch geschlossene Berechnung der Stromverdräng5.3.1 Entwicklung der Grundgleichun5.3.2 Massive Lei5.3.3 Unterteilte Leiter5.3.4 Kunststäbe5.3.5 Kommutatorwicklungen 6 Verluste6.1 Energiebilanz der elektrischen Maschine6.1.1 Verluste und Wirkungsgrad6.1.2 Nachweis des Wirkungsgrads6.2 Mechanische Verluste6.2.1 Verluste durch Gas- und Lagerreibung6.2.2 Verluste durch Bürstenreibung6.3 Grundverluste in den Stromkreisen6.3.1 Eigenschaften der Leitermaterialien6.3.2 Wicklungswiderstände6.3.3 Wicklungsverluste6.3.4 Bürstenübergangsverluste6.4 Grundverluste im magnetischen Kreis6.4.1 Eigenschaften des Magnetmaterials6.4.2 Ermittlung der Ummagnetisierungsgrundverluste in der Berechnungspraxis6.5 Zusätzliche Verluste6.5.1 Zusätzliche Verluste durch Oberwellen im Luftspaltfeld6.5.2 Zusätzliche Stromwärmeverluste in Ständer- und Läuferwicklungen durch Oberschwingungen des speisenden Stroms6.5.3 Zusätzliche Verluste durch Stromverdrängung in Wicklungen6.5.4 Quellen weiterer zusätzlicher Verluste 7 Kräfte7.1 Allgemeine Beziehungen zur Ermittlung der Kräfte7.1.1 Ermittlung der Kräfte auf stromdurchflossene Leiter, ausgehend von den Feldgrößen7.1.2 Ermittlung der Grenzflächenkräfte7.1.3 Ermittlung der Kräfte aus der Induktivitatsänderung7.2 Tangentiale Kräfte auf Blechpakete7.3 Radiale Kräfte auf Blechpakete7.3.1 Allgemeine Erscheinungen7.3.2 Zugspannungswellen des resultierenden Luftspaltfelds und ihre Wirkung7.3.3 Magnetische Geräusche7.3.4 Einseitiger magnetischer Zug7.4 Axiale Kräfte auf Blechpakete7.4.1 Allgemeine Erscheinungen7.4.2 Axiale Kräfte aufgrund des Luftspaltfelds7.4.3 Axiale Kräfte aufgrund des Streufelds des Wicklungskopfs7.5 Kräfte auf in Nuten eingebettete Leiter7.5.1 Tangentiale Kräfte7.5.2 Radiale Kräfte7.6 Kräfte auf die Leiter im Wicklungskopf7.6.1 Allgemeine Erscheinungen und Beziehungen7.6.2 Vereinfachte Berechnung 8 lnduktivitäten, Reaktanzen und Zeitkonstanten8.1 Induktivitäten und Reaktanzen8.1.1 Grundlegende Zusammenhange8.1.2 Induktivitäten und Reaktanzen des Luftspaltfelds8.1.3 Streuinduktivitäten und Streureaktanzen8.1.4 Charakteristische Induktivitäten und Reaktanzen8.2 Zeitkonstanten8.2.1 Eigenzeitkonstanten8.2.2 Charakteristische Zeitkonstanten 9 Entwurfs- und Berechnungsgänge9.1 Grobentwurf9.1.1 Entwurfsgleichung9.1.2 Entwurfsrichtwerte9.2 Detaillierte Dimensionierung und analytische Nachrechnung9.2.1 Grundsätzliches Vorgehen9.2.2 Gleichstrommaschinen9.2.3 Induktionsmaschinen9.2.4 Synchronmaschinen9.2.5 Kleinmaschinen9.2.6 Optimierung des Entwurfs9.3 Nachrechnung mit Hilfe numerischer Feldberechnung9.3.1 Grundlagen9.3.2 Numerische Feldberechnungsmethoden9.3.3 Anwendung numerischer Feldberechnungsmethoden9.3.4 Praktischer Einsatz der Finite-Elemente-Methode zur numerischen Feldberechnung9.4 Wicklungsumrechnung9.4.1 Anpassung an eine andere Bemessungsspannung9.4.2 Beeinflussung der charakteristischen Reaktanzen9.4.3 Berechnung einer Maschinenreihe