Elektrische Maschinen und Antriebe

Das vorliegende Buch beschreibt die Wirkungsweise, das Betriebsverhalten und die Regelung von „Elektrischen Maschinen und Antrieben“. Bei der Erklärung der Zusammenhänge wurde besonderer Wert auf eine anschauliche Darstellung gelegt und der mathematische Aufwand dadurch geringgehalten. Der Fokus des Buches liegt nicht auf der Präsentation von Experten-Wissen, sondern auf der Darstellung der in der Praxis relevanten Zusammenhänge.

Das Buch beschreibt den aktuellen Stand des Fachgebietes „Elektrische Maschinen und Antriebe“ für Studierende und für Ingenieure in der beruflichen Praxis.

Dem Buch ist im ersten Kapitel eine kompakte Wiederholung der elektrotechnischen Grundlagen vorangestellt. Danach folgt die Beschreibung des Transformators. Auf diesen werden die wichtigsten Grundgesetze der Elektrotechnik -Induktionsgesetz und Durchflutungsgesetz – angewendet und an Beispielen ausführlich erklärt. Mit diesen Kenntnissen kann nachfolgend die Wirkungsweise der rotierenden elektrischen Maschinen (Gleichstrommaschine, Synchronmaschine, Asynchronmaschine) gut nachvollzogen werden. Bei der Beschreibung dieser Maschinen steht die Wirkungsweise und das stationäre Betriebsverhalten im Vordergrund. Aber auch das dynamische Verhalten wird an praxisnahen Beispielen dargestellt. An der Wirkungsweise der Gleichstrommaschine kann das regelungstechnische Verhalten erkannt werden und wie man mit praktischen Einstellregeln eine optimale Drehzahlregelung erreicht. Diese Kenntnisse können später auch auf die mit Stromrichtern gespeisten Drehstromantriebe angewendet werden.

In einem eigenen Kapitel wird auf die „Raumzeiger-Theorie“ zur Beschreibung von Drehstrommaschinen eingegangen, womit sich auch das dynamische Verhalten dieser Maschinen berechnen lässt.

Das Kapitel „Antriebstechnik“ kann in zwei Teilgebiete unterteilt werden.

Die „Klassischen Antriebstechnik“ fasst Aspekte zusammen, die allgemein zur Projektierung von Antrieben wichtig sind. Hierzu zählen unter anderem die Ermittlung des Arbeitspunktes, das Temperaturverhalten und der Temperaturschutz, sowie Anlass- und Bremsverfahren von netzgespeisten Motoren.

Gegenstand der „Modernen Antriebstechnik“ ist die Drehzahlverstellung der elektrischen Maschinen durch die Frequenzsteuerung. Zu diesem Zweck werden leistungselektronische Stromrichter (Direktumrichter, Strom-Zwischenkreisumrichter, Spannungs-Zwischenkreis-Umrichter, PWM-Wechselrichter) verwendet. Im Buch wird ausführlich erläutert, welche Auswirkungen die Frequenzverstellung auf die elektrischen Maschinen hat und welche Besonderheiten in der praktischen Projektierungsarbeit zu beachten sind.

Es wird gezeigt, wie man Drehstrommaschinen nach dem Prinzip der „Feldorientierten Regelung“ regelt. Damit werden hochdynamische Drehzahländerungen möglich, wie sie für Automatisierungsanlagen oder auch für Elektro-Autos gefordert werden.

Eine Alternative zu diesem Regelungsprinzip, das unter der Bezeichnung „Direct Torque Control“ (DTC) bekannt ist bildet den Abschluss des Buches.