Alternating current (eng.) = Wechselstrom
Einheit für die elektrische Stromstärke, Einheitenzeichen: [A]
Benannt nach dem französischen Mathematiker und Physiker André Marie Ampère (1775-1836)
Rotierender Teil der Maschine, wird auch Läufer oder Rotor genannt.
Wird eine Gleichstrommaschine belastet, so fließt in der Ankerwicklung ein Strom. Da ein Anker mit zwei Bürstensätzen wie eine Spule wirkt, entsteht bei der Belastung in Richtung der gezeichneten Bürstenachse ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld steht senkrecht zum Hauptfeld der Erregerwicklung. Es wird Ankerquerfeld genannt.
Der magnetische Fluß des Ankerquerfeldes ist um so größer, je größer die Belastung der Maschine ist.
Da die Stromrichtung im Anker eines Motors entgegengesetzt zu der eines Generators verläuft, verläuft auch das Ankerquerfeld eines Motors entgegengesetzt zu dem eines Generators.
Das Ankerquerfeld setzt sich mit dem Hauptfeld zu einem gemeinsamen Magnetfeld zusammen. Beim Generator ist das gemeinsame Magnetfeld in Drehrichtung des Generators gegenüber dem Hauptfeld verschoben. Die Verschiebung des Hauptfeldes durch das Querfeld nennt man Ankerrückwirkung.
Die Ankerspannung liegt im Betrieb am Ankerkreis an.
Die Ankerwicklung besteht aus den Leiterstäben oder -drähten mehrerer separater Spulen, die in dem geblechten Eisenkörper des Ankers liegen. Die Anfänge und Enden der Spulen sind in den Kommutator
eingelötet. Durch den Bürstenapparat werden die einzelnen Spulen bestromt und die Maschine kann fortlaufend Drehmoment erzeugen.
Ein Schleifringläufermotor mit kurzgeschlossener Läuferwicklung hat einen großen Erregerstrom, weil die Läuferstillstandspannung einen großen Läuferstrom hervorruft. Deshalb vergrößert man den Widerstand im Läuferstromkreis durch einen Anlasser. Dann ist der Einschaltstrom kleiner, und der Motor läuft weich an. Mit wachsender Drehzahl verkleinert man die Anlasswiderstände, da die induzierte Spannung abnimmt.
Transformatoren verkleinern die Motorspannung und damit den Anlaufstrom. Im Übersetzungsverhältnis des Transformators wird dieser Strom für das Netz nochmals verkleinert. Der Anlaufstrom verringert sich deshalb quadratisch mit der herabgesetzten Motorspannung. Anlasstransformatoren verwendet man z.B. für Hochspannungsmotoren und für Motoren höherer Leistung.
Wird die Läuferspannung durch einen Anlasswiderstand herabgesetzt, muss dieser in den Stromkreis geschaltet werden. Die Größe des Anlasswiderstandes hängt vom Läuferwiderstand, dem Nennstrom des Motors, der Netzspannung und der Größe des zugelassenen Anlassspitzenstroms ab.
Die einfachste Ausführung des Wechselstrommotors ist der Anwurfmotor. Er wird mit der Hand angeworfen. Ab einer gewissen Drehzahl läuft der Motor dann selbst in Anwurfrichtung bis auf Nenndrehzahl hoch. Zum Wechseln der Drehrichtung muss der Motor gestoppt werden und in der anderen Richtung angeworfen werden.
Eine Variante der Asynchronmaschine ist der Asynchrongenerator. Der Läufer wird mechanisch angetrieben. Die Läuferdrehzahl ist schneller als die Drehfelddrehzahl. Über Schleifringe kann der Maschine elektrische Wirkleistung entnommen werden.
Bei Betrieb am Netz (Parallelbetrieb) beziehen Asynchrongeneratoren Blindleistung aus diesem Netz und liefern Wirkleistung. Bei Einzelbetrieb (Inselbetrieb) muss der Maschine induktive Blindleistung zur Verfügung gestellt werden. Diese kann aus einer Kondensatorbatterie bezogen werden. Der Aufbau eines im Inselbetrieb laufenden Asynchrongenerators ist kompliziert und wird daher in der Praxis eher selten eingesetzt.
Die Asynchronmaschine ist eine Drehfeldmaschine. Der rotierende Teil der Maschine wird Läufer genannt, der ruhende Ständer oder Stator. Die Wicklungsträger beider Teile bestehen aus geschichteten gegeneinander isolierten Elektroblechen. In den Blechen befinden sich Nuten, in die die Wicklung eingelegt wird. Die Ständerwicklung wird vom Drehstromnetz gespeist und erzeugt somit in der Maschine ein umlaufendes Drehfeld. Der Läufer kann auf zwei Arten ausgeführt werden. Als Käfigläufer besteht keine elektrische Verbindung von der Wicklung nach außen. Die Wicklung ist in sich geschlossen. Durch das Ständerdrehfeld wird in die Läuferwicklung eine Spannung induziert. Aufgrund des Stromflusses erfährt der Läufer eine Kraftwirkung und rotiert. Beim Schleifringläufer werden die Enden intern verschaltet und die Anfänge über Schleifringe und Kohlebürsten auf das Klemmbrett geführt. Über die Schleifringe kann man Widerstände in die Läuferwicklung schalten und somit ein besseres Anlaufverhalten bewirken. Eine andere Alternative ist, den Läuferkreis durch eine zusätzliche Spannungsquelle zu speisen. In diesem Fall spricht man von einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine.
Eine Variante einer Asynchronmaschine ist der Asynchronmotor. Aufgrund des umlaufenden Drehfeldes in der Statorwicklung, wird in die Läuferwicklung eine Spannung induziert. Der daraus resultierende Stromfluss in der Läuferwicklung bedingt eine Kraftwirkung auf den Läuferumfang und versetzt diesen in Rotation. Damit eine Spannung in den Läufer induziert werden kann, muss anch dem Induktionsgesetz ein stetig veränderliches Magnetfeld vorhanden sein. Daher ist die Läuferdrehzahl immer kleiner als die Drehfelddrehzahl. Die Drehzahldifferenz wird Schlupf genannt.
Die Bauformen der elektrischen Maschinen sind genormt. Die genauen Ausführungen und Bezeichnungen sind in der Norm DIN EN 60034-7 festgelegt.
Die Bemessungsleistung ist immer die abgegebene Leistung einer Maschine. Bei Motoren entspricht die auf dem Leistungsschild angegebene Bemessungsleistung der an seiner Welle verfügbaren mechanischen Leistung. Bei Generatoren entspricht die auf dem Leistungsschild angegebene Bemessungsleistung der vom Generator zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung.
Das Bemessungsmoment ist der Wert des Drehmomentes, der im Nennpunkt erreicht wird. Beim Motor ist das Bemessungsmoment das Drehmoment, welches bei Nenndrehzahl und Nennleistung an der Welle abgegeben werden kann. Beim Generator ist es das Drehmoment, welches an der Welle angelegt werden muss.
Die Betriebsarten der elektrischen Maschinen sind genormt. Die genauen Ausführungen und Bezeichnungen sind in der Norm DIN EN 60034-1 festgelegt.
Blindleistung entsteht, wenn in einem mit Wechsel- bzw. Drehstrom betriebenen Netz nicht ausschließlich ohmsche Verbraucher vorhanden sind. Sie quantifiziert die dabei entstehende Leistungs-Pendelung, die eine Folge der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ist. Blindleistung kann nicht in eine andere Leistungsform umgewandelt werden. Die Einheit ist [var] (volt-ampere-reactiv).
Kennzeichnung für Industrieerzeugnisse, die den einschlägigen Gemeinschaftsvorschriften in Europa entsprechen.
Abkürzung für: Europäisches Komitee für Elektrotechnische Normung
Cosinus phi ist das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung. Dieses Verhältnis wird als Leistungsfaktor oder Wirkfaktor bezeichnet.
Bei der Dahlanderschaltung ist jeder Strang der Ständerwicklung in zwei Wicklungsteile unterteilt. Diese werden aussgeführt und im Klemmenkasten geschaltet. Die Wicklung erlaubt es, die Polzahlen der Maschine im Verhältnis 1:2 umzuschalten. Somit kann die Drehzahl der Maschine im selben Verhältnis geändert werden.
Die gebräuchlichste Dahlanderschaltung ist die Dreieck-Dahlander-Schaltung. Eine Reihenschaltung der Wicklungsteile bedeutet Dreieckverkettung der Stränge, bei Parallelschaltung erfolgt Sternverkettung, um durch Spannungsherabsetzung eine zu hohe Induktion im Nutbereich des Stators zu vermeiden.
Die Dämpferwicklung ist eine zusätzliche Wicklung eines Synchronmotorläufers. Diese kann benutzt werden, um den Synchronmotor als Asynchronmotor hochzufahren. Nach Einschalten des Erregerstromes läuft er dann als Synchronmotor weiter. Während des asynchronen Anlaufes muss die Erregerwicklung über einen Widerstand geschlossen sein, damit die in ihr induzierte Spannung nicht die Wicklungsisolierung durchschlägt. Im Betrieb verhindert die Kurzschlusswicklung bei Belastungsstößen das Pendeln des Läufers. Man nennt diese Wicklung deshalb Dämpferwicklung.
Entsteht auf der Ausgangsseite eines in Betrieb befindlichen Transformators eine fast widerstandslose Verbindung zwischen den Klemmen, so liegt ein Kurzschluss vor. Der Transformator liefert den Kurzschlussstrom.
Der einige Perioden nach der Entstehung des Kurzschlusses fließende Strom heißt Dauerkurzschlussstrom. Er ist bei Transformatoren mit kleiner Kurzschlussspannung groß und bei Transformatoren mit großer Kurzschlussspannung klein. Große Kurzschlussströme können zur Zerstörung von Schaltern, Verteilungen, Sammelschienen und anderen Betriebsmitteln führen.
Direct current (eng.) = Gleichstrom
Bei dieser Variante einer Asynchronmaschine trägt der Läufer zwei untereinanderliegende Kurzschlusswicklungen. Die obere hat einen deutlich kleineren Querschnitt als die untere. Daher weist der obere Käfig einen großen Widerstand gegenüber dem des untenliegenden Betriebskäfigs auf. Beim Einschalten wird der Anlaufstrom aufgrund der hohen Reaktanzen des Betriebskäfigs in Richtung Nutausgang gedrängt und fließt nur im oberen Käfig. Geht der Schlupf gegen Null, so verteilt sich der Strom umgekehrt proportional zu den ohmschen Widerständen und fließt somit fast ausschließlich im Betriebskäfig. Somit weist eine Maschine mit Doppelkäfigläufer ein sehr hohes Anlaufmoment auf.
Der Doppelschlussgenerator hat zwei Erregerwicklungen, die auf den gleichen Hauptpolen angeordnet sind. Die eine Erregerwicklung ist eine Nebenschlusswicklung, die andere eine Reihenschlusswicklung. Der Feldsteller liegt vor der Nebenschlusswicklung.
Doppelschlussgeneratoren als compoundierte Generatoren sind die wichtigsten Gleichstromgeneratoren. Sie werden z.B. als Erregergeneratoren zur Lieferung des Erregerstromes für Synchrongeneratoren verwendet.
Der Doppelschlussmotor (auch Verbund-oder Compoundmotor genannt) vereinigt die Eigenschaften des Neben- und des Reihenschlussmotors in einer Maschine. Er hat eine Reihenschluss- und eine Nebenschlusswicklung. Je nach Auslegung hat der Doppelschlussmotor unterschiedliches Betriebsverhalten. Bei richtiger Kompoundierung hat er ein etwas geringeres Anzugsdrehmoment als ein gleichwertiger Reihenschlussmotor. Seine Drehzahl sinkt dann bei Belastung etwas mehr ab als die eines entsprechenden Nebenschlussmotors. Bei Leerlauf geht er nicht durch. Wird der Doppelschlussmotor überkompoundiert, so hat er vorwiegend Reihenschlussverhalten also ein hohes Anzugsmoment, aber eine instabile Drehzahl. Bei Unterkompoundierung hat er überwiegend Nebenschlussverhalten, also hohe Drezahlstabilität, aber geringeres Anzugsmoment. Der Doppelschlussmotor wird wegen seines gleichen Drehzahl-Drehmoment-Verhaltens zum Antrieb von z. B. Pressen und Stanzen verwendet.
Bei Motoren wird das Drehmoment durch das Zusammenwirken von Ständermagnetfeld und Läuferstrom gebildet. Der durch die Läuferwicklung fließende Strom erzeugt um jede Windung ein Magnetfeld, das im Ständermagnetfeld eine Kraft F bewirkt. Es bildet sich ein Drehmoment.
Durch Messung der Kraft F am Wellenende des Motors wird das Drehmoment bestimmt.
Die Kennlinie gibt an, wie sich das Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert. Die Kennlinie ist wichtig für den Betreiber, damit der Drehmomentbedarf bei jeglicher Drehzahl nie größer ist als das gelieferte Drehmoment des Motors.
Die Drehrichtung gibt die Umlaufrichtung der elektrischen Maschine an. Es ist definiert, dass der Betrachter beim Blick auf das antriebsseitige Wellenende die Drehrichtung erkennen kann.
Linearmotoren sind Antriebsmaschinen, die eine gerade (lineare) Bewegungskraft hervorrufen.
Zum Verständnis des Linearmotors denkt man sich den Ständer eines Drehstrommotors am Umfang aufgeschnitten und gestreckt. Wird die in eine Ebene gestreckte Drehstromwicklung mit Drehstrom gespeist, so bewegen sich die Magnetpole in eine Richtung, z.B. von rechts nach links. Statt eines Drehfeldes entsteht also ein Wanderfeld.
Linearmotoren wirken wie Asynchronmotoren. Die Geschwindigkeit des Wanderfeldes hängt von der Frequenz und von der Poleinteilung des Induktors ab. Zur Induktionswirkung im Anker ist ein Schlupf erforderlich. Bei Belastung kann der Schlupf größer als 50% sein, da Linearmotoren große Luftspalte und Ankerwiderstände haben. Somit ist die Bewegungsgeschwindigkeit viel kleiner als die Wanderfeldgeschwindigkeit.
Anwendungsbereiche für Drehstromlinearmotoren sind z.B. Antriebe für den Werkstofftransport, für Förderbänder, als Torantrieb, als Antrieb für große Scheiben und für Schnellbahnen (Magnetschwebebahnen).
In der Dreieckschaltung werden die drei Phasenstränge eines Drehstromsystems in Reihe geschaltet. Das heißt, das Ende eines Phasenstrangs wird mit dem Anfang des nächsten Phasenstrangs verbunden. Hierdurch entstehen drei Eckpunkte (u1, v1 und w1) an denen die Außenleiter (L1, L2 und L3) angeschlossen werden. Ein Neutralleiter (N) wie bei der Sternschaltung wird nicht benötigt. In Deutschland bzw. Mitteleuropa beträgt die Spannung im Verbrauchernetz 400 Volt zwischen den Phasenleitern an den Eckpunkten (u1, v1 und w1). Die einzelnen Außenleiter haben gegen Erde eine Spannung von 230 Volt.
Einphasen-Induktionsmotoren haben einen Ständer, in dessen Blechpaket zwei Wicklungsstränge untergebracht sind. Als Läufer werden Käfigläufer verwendet.
Voraussetzung für die Entstehung eines Drehfeldes im Ständer ist eine zeitliche Verschiebung des Stromes in der Hilfswicklung gegenüber dem Strom in der Hauptwicklung. Die in Haupt- und Hilfswicklung entstehenden Wechselfelder sind dann räumlich und zeitlich zueinander versetzt und bilden ein gemeinsames Drehfeld. Das Drehfeld bewirkt Selbstanlauf.
Beim Einphasen-Reihenschlussmotor sind Aufbau und Schaltung wie bei einem Gleichstrom-Reihenschlussmotor, jedoch muss der Ständer aus Blechen aufgebaut sein. Kleine Einphasen-Reihenschlussmotoren werden als Universalmotoren bezeichnet. Sie kommen z.B. bei Elektrowerkzeugen vor.
Das Spannungsnetz besteht nur aus einem Hin- und Rückleiter.
Beim Einquadrantenbetrieb arbeitet die Maschine mit nur einer Betriebsart (motorisch oder generatorisch) und in nur einer Drehrichung (Rechts- oder Linkslauf). Auch die Maschine muss nur für den einen Antriebsfall ausgelegt sein.
Bei einer Einschichtwicklung liegt in jeder Nut nur eine Spulenseite. Die Spulenweite beträgt im Mittel genau eine Polteilung. Einschichtwicklungen sind stets Durchmesserwicklungen.
Eisenverluste entstehen durch Ummagnetisierungsvorgänge ferromagnetischer Materialien und durch das Auftreten von Wirbelströmen.
Das elektrische Feld ordnet jedem Raumpunkt die richtungsabhängige Größe der elektrischen Feldstärke E zu. Diese ist definiert durch die Kraft F, die auf eine in dem Punkt befindliche Ladung q wirkt: F = E·q. Die Feldstärke ist also, anders gesagt, die Kraft pro Ladungseinheit. Das elektrische Feld ist ein Vektorfeld.
Die SI-Einheit von E ist demnach Newton pro Coulomb = N/C. Dieses ist die gleiche Einheit wie Volt pro Meter, V/m.
Elektrische Felder gehen von elektrischen Ladungen aus oder entstehen durch Induktion in veränderlichen Magnetfeldern. Licht und andere elektromagnetische Wellen bestehen aus miteinander verketteten elektrischen und magnetischen Feldern. Aufgrund der engen Beziehung zwischen elektrischem und magnetischem Feld fasst man beide in der Elektrodynamik zum elektromagnetischen Feld zusammen.
Wenn Richtung und Betrag der elektrischen Feldstärke in jedem Punkt gleich sind, die Feldlinien also parallele Geraden sind, heißt das Feld homogen, sonst inhomogen. Das Feld im Inneren eines Plattenkondensators ist näherungsweise homogen. Zeitlich unveränderliche Felder heißen auch stationäre Felder.
Das elektrische Feld in allgemeiner Form ist sowohl orts- als auch zeitabhängig, E = E(r,t). Es ist über die Maxwellschen Gleichungen und die spezielle Relativitätstheorie eng mit dem magnetischen Feld verknüpft. In der speziellen Relativitätstheorie werden seine Vektorkomponenten daher untrennbar mit denen des magnetischen Feldes zu einem Tensor zusammengefasst. Je nachdem, in welchem Bezugssystem man sich als Beobachter befindet (d.h. in welcher relativen Bewegung zu eventuell vorhandenen Raumladungen), wird so über die Lorentztransformation das elektrische Feld in ein magnetisches transformiert und umgekehrt.
Epoxidharz ist ein Kunstoff, welcher sich nach dem Aushärten durch hohe Festigkeit und chemische Robustheit auszeichnet. Zur Verwendung muss dieser mit Härter gemischt und nach dem Einsatz ausgehärtet werden. Im Elektromaschinenbau dient Epoxidharz als mechanischer und elektrischer Schutz der Wicklung. Ausserdem wird mit Epoxidharz eine gute thermische Anbindung des Leitermaterials an den Eisenkern garantiert.
In der Gleichstrommaschine wird durch die Hauptpole ein stehendes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld wird auch Erregerfeld genannt. Das Erregerfeld bestimmt den magnetischen Fluss der Maschine.
Das Erregerfeld einer Synchronmaschine entsteht in dem rotierenden Teil der Maschine. Durch die Wicklung des Polrades wird ein Strom getrieben, der ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Feld ist das Erregerfeld. Wird der Strom für das Polrad von einer Erregermaschine erzeugt, sitzt diese in der Regel mit auf der Welle des Polrades. Das Magnetfeld des stehenden Teils der Erregermaschine wird ebenfalls Erregerfeld genannt.
Der Erregergenerator ist ein Gleichstromgenerator, der die erzeugte Spannung nur für die Erregerwicklung einer anderen Gleichstrom- oder Synchronmaschine zur Verfügung stellt. Die Stellmöglichkeit des Erregerfeldes wurde vor der Zeit der Stromrichter zur Drehzahlstellung von Gleichstrommaschinen genutzt.
Der Strom, welcher durch die Erregerwicklung einer Gleichstrom- oder Synchronmaschine fließt, ist der Erregerstrom.
Die Erregerwicklung wird von einem Gleichstrom durchflossen, der einen magnetischen Fluss zur Folge hat. Das resultierende magnetische Gleichfeld um die Erregerwicklung herum wird einer Drehbewegung ausgesetzt und kann somit im stehenden Teil der Maschine, dem Ständer, eine Spannung nach dem Induktionsgesetz erzeugen. Dieses Prinzip findet bei der Innenpolmaschine Anwendung. Je nachdem wie die Erregerwicklung ausgeführt ist, ob für schnell oder langsamlaufende Maschinen, unterscheidet man bei Synchronmaschinen zwischen Schenkelpol- und Trommelläufer in denen die Erregerwicklung eingebracht ist.
Explosionsgruppen sind eine Einteilung der brennbaren Gase und Dämpfe nach ihrer Zünddurchschlagfähigkeit nach festgelegten Bedingungen und/oder nach dem Mindestzündstromverhältnis (siehe DIN VDE 0165).
Elektrische Maschinen mit Explosionsschutz werden in Bereichen eingesetzt, in denen Funkenbildung in der Maschine bzw. eine hohe Oberflächentemperatur zu Explosionen führen können. Gefährdet sind Bereiche, in denen infolge des starken Staubanfalls durch Verarbeitung von z.B. Getreide, Tabak oder Kohle bei bestimmten Staubkonzentrationen Zündungen auftreten können. Auch in der Petrochemie treten häufig Gase, Dämpfe oder Nebel auf, die mit der Luft ein explosionsfähiges Gemisch bilden können. Elektrische Maschinen, die hier eingesetzt werden, müssen Auflagen erfüllen,so dass es zu keiner Explosion kommen kann. Die genauen Ausführungen sind in der Norm DIN EN 60079-0 festgelegt.
siehe elektrisches Feld
Die Felderregerkurve gibt die Verfügbarkeit der magnetischen Spannung VStr über den räumlichen Verlauf an
(VStr = f(x)). Sie ist notwendig, um die Verteilung der Induktion entlang des Luftspaltes angeben zu können.
Der Magnetische Fluss ist ein Maß für die Intensität eines Magnetfeldes. Der Magnetfluss durch eine Fläche A ist definiert als Flächenintegral der magnetischen Flussdichte über der Fläche A.
Bei einer fremderregten Gleichstrommaschine wird eine Spannung an die Erregerwicklung gelegt, die völlig unabhängig von der Ankerspannung ist. Für Industrieanwendungen wird fast ausschließlich diese Schaltungsvariante verwendet. Die Fremderregung kann zur Drehzahlregelung genutzt werden.
Bei Synchronmaschinen spricht man von einer fremderregten Maschine, wenn die Gleichspannung für das Polrad von einer externen Spannungsquelle zugeführt wird. Dies geschieht dann in der Regel über Schleifringe.
Früher wurden elektrische Netze unterschiedlicher Frequenz über rotierende Umformer gekoppelt. Heutzutage werden eigentlich nur noch statische Umrichter eingesetzt. Rotierende Umformer bestehen aus zwei elektrischen Maschinen, die mechanisch gekoppelt sind. Die eine Maschine arbeitet als Motor und treibt somit die zweite Maschine im Generatorbetrieb an. Über die Drehzahl der ersten Maschine kann die Frequenz der erzeugten Spannung durch die Generatormaschine eingestellt werden.
Mit einem Frequenzumrichter wird aus einem bestehenden elektrischen Netz ein neues Netz mit unterschiedlicher Spannung und Frequenz generiert. Der Umrichter besteht aus elektronischen Bauteilen. Die ankommende Spannung wird am Umrichtereingang gleichgerichtet und am Ausgang durch einen Wechselrichter die gewünschte Spannung/Frequenz generiert.
Beim Betrieb elektrischer Maschinen kommt es, besonders bei Gleichstrommaschinen, zu betrieblich bedingten Stromunterbrechungen. Diese erzeugen hochfrequente Störspannungen. Das Maß, mit der die Quelle seine Umgebung "stört", wird Funkentstörgrad genannt.
Im Generatorbetrieb wird die elektrische Maschinen mechanisch angetrieben. Aufgrund der Wicklung, die in einem Magnetfeld bewegt wird, wird eine Spannung in diese induziert. Die Maschine dient dann als Spannungsquelle.
Die Induktion der Bewegung ist ein Vorgang, bei dem durch Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld eine Spannung erzeugt wird. Dieses Prinzip wird auch in einem Generator angewendet, bei dem durch Drehen eines Rotors in einem Magnetfeld eine Wechselspannung erzeugt wird. Deshalb wird diese Art der Induktion auch Generatorprinzip genannt.
Die Induktion der Bewegung beruht auf der Tatsache, dass in einem Magnetfeld auf bewegte Ladungen eine Kraft ausgeübt wird (stromdurchflossener Leiter). Wird dieser Leiter bewegt, egal ob durch das Magnetfeld oder durch Bewegung, dann werden die im Leiter befindlichen Elektronen bewegt. Diese Elektronen bauen dann ein Magnetfeld auf. Dieses Magnetfeld wird vom Magnetfeld des Magnets überlagert. Es kommt zur Ablenkung des Leiters durch Elektronenmangel und Elektronenüberschuss im Magnetfeld. Diese unterschiedlichen Ladungen ergeben eine Spannung. Die Richtung dieser Spannung hängt von der Bewegungsrichtung und der Magnetfeldrichtung ab.
Hält man die rechte Hand so, dass die Feldlinien vom Nordpol her auf die Innenfläche der Hand auftreffen und der abgespreizte Daumen in die Bewegungsrichtung zeigt, so fließt der Induktionsstrom in Richtung der ausgestreckten Finger.
Bei einem reinen Gleichstrom ist die Stromstärke konstant. Der Strom weist immer die selbe Polarität auf. Er ist also immer gleich. Die Stromstärke kann auch in einem gewissen Maße schwanken. Der Gleichstrom hat in dem Fall, je nach Schwankungsstärke, eine bestimmte Welligkeit.
Der Gleichstromgenerator besteht aus einem Anker (rotierend gelagert) und einem Stator. Der Stator erzeugt ein stehendes Magnetfeld. Der Anker wird mechanisch angetrieben und rotiert in dem Magnetfeld. In die Wicklung des Ankers wird eine Spannung induziert. Diese wird über die Kohlebürsten und den Kommutator abgegeben. Der Kommutator sorgt dafür, dass der abgegebene Strom nie seine Polarität ändert indem er die Anschlüsse der Spule vertauscht, sobald die induzierte Wechselspannung ihre Polarität ändern will.
siehe Gleichstromgenerator und Gleichstrommotor
Der Gleichstrommotor ist baugleich mit einem Gleichstromgenerator. Er besteht aus einem rotierenden Anker und einem stehenden Stator. Der Stator erzeugt ein stehendes magnetisches Feld. Dem Anker wird über den Kommutator ein Strom zugeführt. Aufgrund des Stromflusses in der Ankerwicklung bilden sich ebenfalls Magnetfelder um die stromdurchflossenen Leiter. Durch das Zusammenwirken der beiden Magnetfelder wirkt eine Kraft auf die stromdurchflossenen Leiter. Diese Kraft bringt den Anker in die Rotation.
Die Wicklung der Gleichstrommaschinen besteht aus mehreren Komponenten. Zum einen gibt es die Erregerwicklung. Sie erzeugt ein stehendes magnetisches Feld in der Maschine und somit den erforderlichen Fluss. Sie kann auch durch Permanentmagneten ersetzt werden. Desweiteren gibt es die Ankerwicklung. Sie liegt in Nuten über den Umfang des Ankers verteilt. Bei Motorbetrieb wird sie mit Gleichstrom gespeist und im Generatorbetrieb führt sie die induzierte Spannung nach aussen ab. Im Ankerkreis können sich noch weitere Komponenten befinden. Einerseits ist das die Wendepolwicklung. Sie kompensiert das Ankerquerfeld und erzeugt damit einen feldfreien Raum in der Maschine, um eine einwandfreie Kommutierung zu gewährleisten. Bei großen Maschinen wird zusätzlich eine Kompensationswicklung eingesetzt. Diese dient zur Beseitigung der Feldverzerrung im Bereich der Hauptpole. Wendepolspulen und Kompensationspulen werden vom Ankerstrom durchflossen, sind aber im Statorgehäuse angebracht.
Der Hauptpol mit Wicklung, der am Jochring befestigt ist, ist Bestandteil des magnetischen Erregerkreises, der den erforderlichen Fluss in der Maschine erzeugt. Durch den Hauptpol verlaufen die Feldlinien, treten durch den Luftspalt in den Anker ein und schließen sich über den nächsten ungleichnamigen Hauptpol und das Joch.
Der Ilgner-Umformer ist eine Sonderform des Leonard-Umformers. Dieser besteht aus einem Asynchronmotor und einem Gleichstromgenerator. Zusätzlich ist der Ilgner-Umformer mit einem großen Schwungrad ausgerüstet. Dieses schützt mit der großen kinetischen Energie bei starken Drehmomentstößen das Netz.
Der komplexe Scheinwiderstand Z eines elektrotechnischen Objektes wird als Impedanz bezeichnet. Analog zum Ohmschen Gesetz ist die Impedanz der Quotient aus zeitabhängiger Wechselspannung u(t) zur zeitabhängigen Wechselstromstärke i(t).
Wird eine Spule von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld durchsetzt,so entsteht in ihr eine Spannung. Dabei ist es egal, ob sich das Magnetfeld verändert oder die Spule in einem starren Magnetfeld bewegt wird. Die Höhe der induzierten Spannung ist abhängig von der Windungszahl der Spule und dem Fluss des Magnetfeldes.
Alle Asynchronmaschinen werden als Induktionsmotoren bezeichnet. Kriterium ist dabei, dass bei Induktionsmotoren der Läuferstrom durch elektromagnetische Induktion hervorgerufen wird.
Der Wechselstrom baut in der Spule ein magnetisches Feld auf und ab. Dabei nimmt die Spule Energie auf, speichert sie im Magnetfeld und gibt sie wieder ab. Die Energie wird ohne Wirkung hin und her geschoben. Deshalb wird sie auch Blindenergie genannt und der Widerstand Blindwiderstand. In diesem Fall handelt es sich um einen induktiven Blindwiderstand. Der induktive Blindwiderstand ist das Produkt aus Kreisfrequenz und der Induktivität L.
Ändert man den Strom durch eine Spule, dann tritt die sogenannte Selbstinduktion auf. Da sich gleichzeitig das Magnetfeld ändert, wird auch eine Spannung induziert. Für eine ideale Spule ohne Ohmschen Widerstand gilt also: Die Spannung ist Null, solange der Strom konstant ist, und sie ist um so größer, je schneller sich der Strom ändert. Die charakteristische Größe der Spule ist die Induktivität L in Henry [H].
Die Innenpolmaschine ist eine Form der Synchronmaschine. Dabei wird das für den Betrieb erforderliche Gleichfeld im Läufer gebildet. Der Ständer bildet ein Drehfeld aus.
Die Isolation einer Maschine bestimmt die Spannungsfestigkeit der Maschine. Je nach Nennspannung muss die Maschine auch eine dementsprechende Spannungsfestigkeit aufweisen.
siehe Temperaturklassen
Der Käfigläufermotor ist eine Form der Asynchronmaschine. Die Läuferwicklung besteht aus Profilstäben aus Kupfer, Bronze oder Aluminium. Die einzelnen Leiter sind auf beiden Seiten durch Kurzschlussringe verbunden.
Die Einheit der elektrischen Leistung P heißt Watt, [W]. Ein Kilowatt entspricht dementsprechend 103 Watt.
Ist das größte Moment, welches der Motor abgeben kann, wenn Nennspannung und Nennfrequenz anliegen. Der Kipppunkt ist allerdings kein stabiler Arbeitspunkt und das Kippmoment darf im Nennbetrieb nicht erreicht werden, da die Maschine in ihrem Drehzahlverhalten instabil wird.
Ist die Spannung, die an den Anschlussklemmen der Maschinen anliegt.
Kohlebürsten werden in elektrischen Maschinen als Schleifkontakte verwendet. Sie ermöglichen den Stromübertrag vom rotierenden zum stehenden Teil. Bei der Gleichstrommaschine erfolgt der Stromübergang zwischen Kommutator und Anschlussklemmen über Kohlebürsten. Bei der Asynchronmaschine mit Schleifringläufer ermöglichen Kohlebürsten den Stromfluss zwischen dem Schleifring und den stehenden Anschlussklemmen. Die Kohlebürste ist ein Verschleißteil. Die Kohlebürste raspelt im Betrieb ab. Daher müssen Maschinen mit Kohlebürsten regelmäßig gewartet werden.
Kohlebürstenhalter sind eine mechanische Vorrichtung, in der die Kohlebürsten befestigt sind. Die Halter geben den Kohlebürsten eine definierte Lage und einen definierten Anpressdruck, mit der die Bürste auf der Oberfläche des Schleifrings oder Kommutators läuft.
siehe Kommutator
Der Kommutator besteht aus einzelnen in Umfangsrichtung geschichteten und voneinander isolierten Kupfersegmenten. Durch ihn wird die in die Ankerwicklung induzierte Spannung gleichgerichtet und der Strom der Läuferwicklung so zugeführt, dass unter den Hauptpolen die Stromverteilung trotz rotierendem Anker immer gleich bleibt.
Die Kommutierung ist die Stromrichtungsumkehr in den Ankerspulen. Dieser Vorgang geschieht in der neutralen Zone, dass heißt im feldfreien Raum.
Elektrische Ströme sind ab einer gewissen Stärke für den menschlichen Organismus spürbar und bei höheren Stromstärken gefährlich. Man spricht dann auch von einem Stromschlag. Außerdem ist die Gefährlichkeit der Stromstärke stark von der Einwirkdauer und auch von der Frequenz abhängig. So sind bei Gleichstrom höhere Stromstärken zulässig, als bei technischem Wechselstrom von 50 - 60 Hz. Hochfrequente Wechselströme hingegen sind wesentlich ungefährlicher, da diese Ströme durch den Skineffekt nur in den obersten Hautschichten fliessen und daher nicht im Körperinneren liegende Organe wie das Herz beeinflussen.
Die Kompensationswicklung dient der Beseitigung der Feldverzerrung im Bereich der Hauptpole. Sie wird bei Maschinen großer Leistung und Motoren mit weitem Feldschwächbereich eingesetzt. Die Kompensationswicklung liegt in Reihe mit Anker- und Wendepolwicklung.
Man unterscheidet grob drei Arten der Kühlung. Selbstkühlung bedeutet, dass die gesamte, in der Maschine entstehende, Wärme über die Oberfläche abgegeben wird. Eigenkühlung sagt aus, dass die Maschine selbst einen Lüfter mit antreibt und somit für einen kühlenden Luftstrom sorgt. Bei Fremdkühlung wird die Maschine entweder durch einen Lüfter gekühlt, der nicht von der Welle der Maschine angetrieben wird, oder statt Luft durch ein anderes fremdbewegtes Kühlmittel gekühlt.
Die Kühlarten elektrischer Maschinen sind in der Norm DIN EN 60034-6 festgelegt. Hier ist für jede Kühlart ein "IC"-Code definiert.
Kupfer ist das am häufigsten verwendete Leitermaterial. Es weißt eine gute Leitfähigkeit auf.
siehe Käfigläufermotor
Die Kurzschlussspannung ist die Spannung, die bei kurzgeschlossener Läuferwicklung ständerseitig angelegt werden muss, um den Nennstrom zu erreichen. Mit dem Kurzschlussversuch werden die Wicklungsverluste bestimmt.
Der Kurzschlusssstrom einer Maschine fließt, wenn man die Maschine mit kurzgeschlossener Läuferwicklung direkt am Netz einschaltet.
Die elektrische Ladung (auch Elektrizitätsmenge) ist ein Phänomen aus der Physik das sich unserer direkten Wahrnehmung entzieht. Sie lässt sich lediglich indirekt nachweisen, beispielsweise über die Kräfte, die zwischen Ladungen wirken. Die elektrische Ladung ist Quelle des elektrischen Feldes. Ihre Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld wird über das Coulombsche Gesetz beschrieben und ihre Wechselwirkung mit dem Magnetismus wird durch die Lorentzkraft beschrieben.
Der Läufer ist der rotierende Teil einer elektrischen Maschine. Bei Gleichstrommaschinen wird er auch Anker genannt. Bei Synchronmaschinen wird auch der Begriff Polrad verwendet.
Beim Leerlaufversuch wird die Maschine mit Nennspannung betrieben. Der Strom ist sehr gering, da nur ein Drehmoment zur Überwindung der Reibungsverluste gebraucht wird. Der Leerlaufversuch wird also unternommen, um die Reibungs- und Ummagnetisierungsverluste zu ermitteln.
Eine elektrische Maschine ist ein Energiewandler, der mechanische in elektrische Energie wandelt bzw. elektrische in mechanische. Daher muss er eine Energie aufnehmen um diese wandeln zu können. Die aufgenommene Leistung ist immer größer als die abgegebene.
Der Leistungsfaktor kennzeichnet den Anteil, der in der Scheinleistung enthaltenen Wirkleistung.
Jede Maschine wird mit einem Leistungsschild versehen. Auf diesem kann man die Betriebsdaten und die Serien-Nr. (Maschinen-Nr.) der Maschine ablesen.
Die Leiterspannung ist die Spannung zwischen den einzelnen Leitern eines Mehrphasensystems. Im öffentlichen Netz beträgt diese Spannung 400 V.
Der Leiterstrom ist der Strom, der in einer Phase eines Mehrphasensystems fließt.
siehe Motor-Regel
Der Leonard-Umformer besteht aus einem Asynchronmotor und einem Gleichstromgenerator. Der Asynchronmotor wird am 50 Hz-Netz betrieben und weist eine wenig lastabhängige Drehzahl auf. Der Erregerstrom des Gleichstromgenerators läßt sich über einen Gleichrichter variabel mit beiden Polaritäten einstellen. Auf die Weise kann die Ankerspannung stufenlos zwischen negativer und positiver Nennspannung variiert werden. Die gewonnene Spannung wurde früher zur Drehzahlstellung von Gleichstrommaschinen genutzt. Heutzutage geschieht dies in der Regel durch Stromrichter.
Beim Linearmotor wird die erzeugte Kraft nicht in eine Rotation umgesetzt, sondern in eine geradlinige Bewegung. Prinzipiell kann man sich die Maschine vorstellen, als wäre eine Asynchronmaschine an einer Stelle aufgeschnitten und der Umfang in eine Ebene gestreckt.
Der zwischen Ständer und Läufer vorhandene Luftspalt muss in Hinsicht auf einen möglichst geringen Magnetisierungstrombedarf so klein wie möglich sein. Er variiert je nach Motorgröße von einigen Zehntelmillimetern bis einige Zentimeter bei Großmaschinen.
Die Magnetisierungskennlinie zeigt das Verhältnis von der Induktion B zur Feldstärke H eines bestimmten Stoffes. Im Anfangsbereich steigt die Induktion proportional zur Feldstärke. Später strebt die Induktion gegen einen Maximalwert. Man spricht dann von der Sättigung des Materials.
Die Einheit der elektrischen Leistung P heißt Watt, [W]. Ein Megawatt entspricht dementsprechend 106 Watt oder 103 Kilowatt.
Wird ein stromdurchflossener Leiter in ein Magnetfeld gebracht, so wirkt auf den Leiter eine Kraft. Die Richtung der Ablenkkraft ist abhängig von der Richtung des Polfeldes und von der Stromrichtung im Leiter. Die Richtung der Kraft kann nach der Linke-Hand-Regel nachvollzogen werden.
Hält man die linke Hand so, dass die Feldlinien vom Nordpol her auf die Innenfläche der Hand auftreffen und dass die ausgestreckten Finger in Stromrichtung zeigen, dann zeigt der abgestreckte Daumen die Ablenkrichtung des Leiters an.
Beim selbsterregten Generator liegt die Erregerwicklung an der eigenen Klemmenspannung. Beim Einschalten muss eine Remanenz zur Verfügung stehen. Der anfangs geringe Erregerstrom verstärkt das Hauptfeld und erhöht dadurch die Klemmenspannung. Damit wiederum steigt die Erregerspannung weiter an und es entsteht ein aufklingender Vorgang bis zu einem stabilen Endwert.
Beim Nebenschlussmotor (Gleichstrommotor) liegt die Erregerwicklung parallel zum Anker an der gleichen Spannungsquelle. Die Maschine zeigt das gleiche Verhalten wie ein fremderregter Motor. Vorraussetzung dafür ist ein konstantes Netz.
Die Nennleistung ist die Leistung, für die die Maschine im Nennbetrieb ausgelegt ist.
Das Nennmoment ist das von der Maschine im Nennbetrieb erzeugte Drehmoment.
Die Nennspannung ist die Spannung, für die die Maschine im Nennbetrieb ausgelegt ist.
Die neutrale Zone ist der feldfreie Raum in einer Gleichstrommaschine, in dem die Kohlebürsten die einzelnen Spulen kurzschließen und somit einen fehlerfreien Stromübergang zwischen den Lamellen des Kommutators gewährleisten.
Niederspannung ist der Spannungbereich von 50 V bis 1000 V. Ab 1000 V spricht man von Hochspannung und unter 50 V von Kleinspannung.
Bringt man stoffliche Materie in ein magnetisches Feld, so ändern sich die magnetische Induktion und der magnetische Fluss. Unter der Kraftwirkung des Feldes orientieren sich die Dipole in Feldrichtung und erhöhen die magnetische Induktion. Den Zuwachs an Induktion bezeichnet man als magnetische Polarisation.
Die Anordnung einer konzentrischen Spule auf oder in einem Eisenkern erzeugt bei Stromfluss ein bestimmtes Magnetfeld. Dieses stellt einen magnetischen Nord- oder Südpol da. Das Eisenpaket wird als Polkern bezeichnet. Bei der Gleichstrommaschine unterscheidet man Wendepole und Hauptpole.
Da ein magnetischer Einzelpol nicht existiert, tritt immer ein Nord- und ein Südpol auf, also ein Polpaar. Die Polpaarzahl p ist eine wichtige Kenngröße der elektrischen Maschine. Bei Drehstrommaschinen ist sie proportional zur Drehzahl. Bei Gleichstrommaschinen kann man den Fluss in der Maschine durch mehr Pole aufteilen.
Der Läufer einer Synchronmaschine wird aufgrund seiner ausgeprägten Pole auch Polrad genannt.
Da die Drehzahl einer Drehstrommaschine abhängig ist von der Polpaarzahl, gibt es Maschinen die zwei Wicklungen in den Nuten tragen. Beide haben eine andere Polzahl. Durch einschalten der einen oder anderen Wicklung, kann die Drehzahl verändert werden. Sie kann jedoch nur zwei festgelegte Werte annehmen (bei f konst.).
Die Polzahl gibt die Anzahl der Pole einer Maschine an. Gebräulicher ist die Polpaarzahl. Die Polzahl ist zweimal die Polpaarzahl.
Jede Maschine wird gewissen Prüfungen unterzogen. Dies geschieht sowohl während der Fertigung, als auch als Abschluss vor der Auslieferung der Maschine. Das Prüfprotokoll dokumentiert die Prüfergebnisse.
siehe Generator-Regel
Mit einem Regler werden kontinuierlich bestimmte Größen eines Regelkreises überwacht. Der Regler vergleicht Ist- und Sollwerte und gibt im Bedarfsfall, das heißt eine zu große Abweichung der beiden Werte, eine Meldung an die Steuerung, um den Istwert anzustreben.
Bei einer Reihenschaltung liegen die Bauteile hintereinander in einer Reihe. Das Ende eines Bauteils ist mit dem Anfang des nächsten verbunden. Alle Bauteile werden vom gleichen Strom durchflossen.
Der Reihenschlussmotor ist eine Schaltungsart der Gleichstrommaschine. Das Erregerfeld und die Ankerwicklung sind elektrisch in Reihe geschaltet. Beide Wicklungen führen den Ankerstrom. Der Reihenschlussmotor weist ein sehr großes Anzugsmoment auf. Bei Leerlauf würde die Drehzahl ins Unendliche ansteigen und der Motor aufgrund der Fliehkräfte sich selbst zerstören. Reihenschlussmotoren dürfen nie ohne Last betrieben werden.
Ein Reluktanzmotor ist eine Sonderbauform eines Elektromotors, bei dem der Rotor aus einem weichmagnetischen Material (z.B. Eisen) besteht und der Stator die Magnetspulen enthält. Der Rotor ist weder mit Permanentmagneten bestückt noch bestromt. Er besitzt ausgeprägte Pole aus weichmagnetischem Material, durch die ausgeprägten Pole am Rotorumfang bilden sich auch unterschiedliche magnetische Widerstände am Umfang. Somit kann ein Drehmoment erzeugt werden.
Eine Eigenfrequenz eines schwingfähigen Systems ist eine Frequenz, mit der das System nach einmaliger Anregung schwingen kann (Dämpfung vernachlässigt). Wenn einem solchen System von außen eine Schwingung aufgezwungen wird, deren Frequenz mit der Eigenfrequenz übereinstimmt, reagiert das System mit besonders großen Amplituden, was man als Resonanz bezeichnet.
Ist der rotierende Teil der Maschine. Wird auch Läufer oder Anker genannt.
Das kleinste Drehmoment, dass der Motor während des Hochlaufs aufbringen kann wird Sattelmoment genannt. In diesem Zusammenhang spielt die Stromverdrängung eine wichtige Rolle.
Drehstromwicklungen können auf unterschiedliche Art geschaltet werden. Es gibt die Dreieckschaltung und die Sternschaltung. Bei der Sternschaltung ist die Leiterspannung um den Faktor Wurzel (3) mal größer als die Strangspannung. Der Strangstrom entspricht dem Leiterstrom.
Bei der Dreieckspannung liegt die Leiter Spannung an jedem Strang an. Der Strangstrom ist um den Faktor Wurzel (3) mal kleiner als der Leiterstrom.
Scheinleistung ist die geometrische Summe aus Wirkleistung und Blindleistung. In Wechselstromnetzwerken ist die Scheinleistung der Betrag einer komplexen Größe. In Gleichspannungsnetzwerken ist die Scheinleistung gleich der Wirkleistung, da hier der Blindleistungsanteil 0 beträgt. Die Einheit ist [VA] (Volt-Ampere).
Die Schenkelpolmaschine ist eine Bauform der Synchronmaschine. In der Regel ist der Läufer mit einzelnen ausgeprägten Polen bestückt, die jeweils eine konzentrische Wicklung tragen. Die Bauart wird bei langsamdrehenden Maschinen angewendet. Schenkelpolmaschinen haben in der Regel eine hohe Polzahl und einen großen Durchmesser bei kurzer aktiver Länge. Typische Anwendungsgebiete sind Wasserkraftgeneratoren oder Walzwerksantriebe.
Der Schleifringläufermotor ist eine Art der Asynchronmaschine. Die Läuferwicklung wird in diesem Fall zwei- oder dreiphasig ausgeführt. Die Wicklung wird auf die Schleifringe geführt. Über die Schleifringe kann mittels Kohlebürsten als Schleifkontakte Leistung übertragen werden. Durch das Zuschalten von Widerständen in den Läuferkreis kann das Anzugsmoment deutlich erhöht und der Anlaufstrom begrenzt werden.
Der Schlupf ist die Drehzahldifferenz zwischen Ständerdrehfeld und Läufer, meist angeben als Prozentwert bezogen auf die Drehfelddrehzahl.
Durch das Ständerdrehfeld wird (laut Lenzsche Regel) im Läufer eine Spannung induziert. Diese bewirkt durch den daraus resultierenden elektrischen Strom ein Magnetfeld, welches den Läufer dazu veranlasst, dem Drehfeld zu folgen. Würde sich der Läufer mit der gleichen Drehzahl wie das Ständerdrehfeld drehen, so wäre keine magnetische Flussänderung im Läufer mehr möglich, und der Läufer würde aufgrund des fehlenden Drehmoments seine Drehzahl wieder verringern. Die Läuferdrehzahl ist damit immer kleiner als die Drehfelddrehzahl. Der Schlupf ist lastabhängig.
Der "IP"-Code der Schutzarten gibt einerseits den Schutz der Maschine vor eindringen von Wasser, Staub oder ähnlichen Fremdkörpern wieder. Andererseits wird der Schutz von Personen durch Berührungen angegeben. Er besteht aus zwei Ziffern. Die erste bestimmten das Eindringen von Festkörpern und die zweite Ziffer das mögliche Eindringen von Wasser mit schädlicher Wirkung.
Die genauen Ausführungen sind in der Norm DIN EN 60034-5 festgelegt.
Beim Ein- und Ausschalten eines Stromes wird in den eigenen Windungen einer Spule infolge der Flußänderung nach dem Induktionsgesetz ein Induktionsstrom hervorgerufen. Die ihm entsprechende Spannung muss dann über dem Schalter abfallen und kann dort zu einem Lichtbogen führen.
Die Sinusfunktion und die Kosinusfunktion sind mathematische Funktionen aus der Klasse der trigonomischen Funktionen. Die Funktionen sind periodisch und die Periode beträgt 360°.
Das öffentliche Wechselstromnetz hat eine Sinusfunktion.
Ein Spannungswandler ist ein im Leerlauf arbeitender Transformator. Spannungswandler dienen zur Herabsetzung der Hochspannung auf einen bequem messbaren Wert.
In der Elektrotechnik ist eine Spule ein passives Bauelement zur Erzeugung einer Induktivität. Alle Wicklungen einer elektrischen Maschine bestehen aus einer oder mehreren Spulen.
Der feststehende Teil einer elektrischen Maschine wird Ständer oder Stator genannt.
Bei der Stern-Dreieck-Schaltung wird die Ständerwicklung der Maschine ausserhalb der Maschine geschaltet. Der Anlauf erfolgt in Sternschaltung. Dadurch reduziert sich der Anlaufstrom auf 1/3 gegenüber Dreieckschaltung. Allerdings reduziert sich auch das Anzugsmoment auf 1/3 des in Dreieckschaltung erzeugten Moments.
Bei der Sternpunktschltung, kurz Sternschaltung genannt, werden die Wicklungsenden der drei Phasen verbunden. Es entsteht ein "Stern" mit drei um 120° versetzten Strahlen. Der Sternpunkt kann auf das Klemmbrett geführt werden.
Elektrischer Strom ist die Bezeichnung für eine gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. Umgangssprachlich wird elektrischer Strom auch kurz "Strom" genannt, oft ist jedoch damit die Übertragung elektrischer Energie gemeint. Auch wird die physikalische Größe der Stromstärke, also die pro Zeit fließende Ladung, umgangssprachlich als Strom bezeichnet. Das Fließen eines elektrischen Stromes kann man an verschiedenen Wirkungen feststellen. Hauptsächlich sind dies die Lichtwirkung, die Wärmewirkung, die magnetische Wirkung und die chemische Wirkung.
Stromrichter bezeichnet als Oberbegriff Anlagen zur Umformung einer Stromart in eine andere mit Hilfe elektronischer Bauelemente wie Vakuumröhren, Quecksilberdampfgleichrichtern, Thyratrons, Transistoren (z.B. IGBT) und Thyristoren. Eine Anlage, in der die Umwandlung einer Stromart in eine andere mittels von Elektromotoren betriebenen Generatoren erfolgt, bezeichnet man als (rotierenden) Umformer.
Ein Stromwandler ist ein Transformator, der im Kurzschluss arbeitet. Er hat die Aufgabe den primärseitig eingeprägten Strom in eine für ein Amperemeter geeignete Größenordnung zu transformieren. Die Übersetzung sollte nach Betrag und Phase fehlerlos sein.
siehe Kommutator
Drehstrom-Synchrongeneratoren besitzen die größten Einheitsleistungen elektrischer Maschinen. Als Turbogeneratoren in Kraftwerken erzeugen die zweipoligen Generatoren Leistungen von ca. 1200 MVA bei 50 Hz und 21 kV. Bei vierpoligen Maschinen werden Leistungen bis 1700 MVA und 27 kV erreicht. Die größten Schenkelpolmaschinen in Wasserkraftwerken erreichen Werte von 800 MVA.
Die Synchronmaschine ist eine Drehfeldmaschine. Der Ständer ist prinzipiell gleich aufgebaut wie der einer Asynchronmaschine. Der Läufer, auch Polrad genannt, trägt ausgeprägte Pole die mit Gleichstrom gespeist werden (Motorbetrieb). Dem in der Ständerwicklung umlaufenden Feld folgt der erregte Läufer. Der Läufer rotiert synchron mit dem Drehfeld des Ständers.
Synchronmotoren haben durch die Entwicklung der Frequenzumrichter stark an Bedeutung gewonnen. Sie steht als drehzahlregelbarer Antrieb vom Bereich der Servomotoren bis zu den größten Leistungen zur Verfügung.
Bei isolierten Elektroden treten sowohl kapazitive als auch dielektrische Verluste auf. Der Wirkstrom kommt aufgrund der, wenn auch geringen, elektrischen Leitfähigkeit des Isoliermaterials sowie des Energiebedarfs der ständig wechselnden Polarisierung der Dipole zustande. Das Ersatzschaltbild dieser Anordnung kann durch eine Parallelschaltung einer Kapazität und eines Wirkwiderstandes beschrieben werden. In der Zeigerdarstellung der Ströme wird der vom Gesamtstrom und kapazitiven Strom eingeschlossene Winkel als Verlustwinkel delta bezeichnet. Der tan delta ist ein Maß für die Verlustleistung von Isolierstoffen.
Elektrische Maschinen dürfen bestimmte Temperaturwerte nicht überschreiten, damit die verwendeten Materialien ihre Eigenschaften nicht ändern. Dazu ist die Erwärmung in verschiedene Klassen eingeteilt. Standardmäßig werden elektrische Maschinen heutzutage nach H (180°C) oder F (155°C) gebaut. Bei großen Maschinen ist die Ausnutzung jedoch häufig geringer (z.B. Ausnutzung B, 130°C).
Die genauen Bedingungen und Höchstwerte sind in der Norm DIN EN 60034-11 festgelegt.
Ein Thermistor (von engl. thermal resistor) ist ein Widerstand, der seinen spezifischen Widerstand unter dem Einfluss der Temperatur ändert. Man unterscheidet dabei zwischen Heißleiter (auch NTC-Thermistor) und Kaltleiter (auch PTC-Thermistor). Mit steigender Temperatur sinkt der Widerstand eines Heißleiters, während der Widerstand eines Kaltleiters steigt.
Der Thyristor ist ein elektronisches Bauteil, ein Mehrschichthalbleiter. Der Name ist eine Schöpfung aus Thyratron und Transistor und bezeichnet einen steuerbaren Gleichrichter in Halbleiterausführung. Das heißt, durch einen Stromimpuls kann der Thyristor leitend geschaltet werden. Erhält er keinen Impuls sperrt der Thyristor wie eine normale Diode.
Der Thyristorschutz ist eine Schaltung, um die Thyristoren gegen Überspannungen und Überströme zu schützen.
Der Trommelläufermotor ist eine Art der Synchronmaschine. Dabei ist der Läufer aus genuteten Blechen geschichtet. Die Nuten sind radial über 2/3 des Umfangs eingelassen. Die Erregerwicklung liegt in den Nuten, die damit in mehrere konzentrisch zur Polachse liegende Spulen verteilt ist. Das Blech zeigt ausgebildete Pole.
Beim Auftreten von Überspannungen wird versucht, die empfindlichen Bauteile vor zu hoher Spannung zu schützen. Über den Überspannungsableiter wird die schädigende Spannung von den Bauteilen ferngehalten und zum Massepunkt abgeleitet.
Als Umformer wird eine rotierende elektrische Maschine bezeichnet, die eine Stromart, z. B. Gleichstrom, in eine andere, z. B. Wechselstrom, umwandelt. Im Prinzip besteht ein Umformer aus einem Elektromotor, der einen Generator für die gewünschte Stromart antreibt. Daneben existieren auch Umformer, die aus nur einer Maschine bestehen, die so genannten Einankerumformer. Häufig werden auch Transformatoren als "ruhende" Umformer bezeichnet. Umformer sind heute weitestgehend durch Stromrichter ersetzt worden.
Die gebräuchlichste und wichtigste Bauart von Drehstromtransformatoren ist der unsymmetrische Drehstromkerntransformator, bei dem alle drei Schenkel des Eisenkernes in einer Ebene liegen. Jeder Schenkel trägt die Primär- und Sekundärwicklung jeweils eines Außenleiters. Durch die unterschiedlich langen Eisenwege sind allerdings die Magnetisierungsströme der Außenschenkel merklich größer als der Magnetisierungsstrom des Mittelschenkels, wodurch die namengebende Asymmetrie entsteht.
Durch variieren des Erregergrades der Synchronmaschine kann der Blindleistungsbedarf der Maschine verändert werden. Bei Untererregung nimmt die Synchronmaschine induktive Blindleistung auf, genau wie eine Asynchronmaschine. Bei Übererregung ist der Blindleistungsbedarf kapazitiv. Mit der Synchronmaschine lässt sich also das Blindleistungsverhalten einer kompletten Anlage oder eines Übertragungsnetzes beeinflussen.
Das Var, Einheitenzeichen [var], ist eine Einheit für die Blindleistung in der elektrischen Energietechnik. Bei sinusförmiger Wechselspannung ist es das Produkt der elektrischen Spannung und dem Anteil des Stromes welcher gegenüber der Spannung um 90° phasenverschoben ist (Blindstrom). Das Var wurde in Deutschland früher auch Blindwatt, Einheitenzeichen: bW, genannt.
Der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik e.V., kurz VDE, ist ein Industrie- und Berufsverband. In der Öffentlichkeit ist der VDE aber mehr durch seine sehr aktive Normungsarbeit und insbesondere durch sein Zertifizierungs-Logo bekannt.
Mit "Verlust" ist hierbei die Energie gemeint, die elektrisch oder elektromagnetisch verloren geht und sich beispielsweise in Wärme umwandelt. Der Verlustfaktor gibt an, wie groß die Verluste in elektrischen Bauteilen wie Wicklungen oder Kondensatoren sind oder wie groß die Verluste bei der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in Materie (z.B. Luft) sind. Durch diese Verluste wird die elektromagnetische Welle gedämpft.
Jeder Energiewandler (z.B. elektrische Maschine) kann nicht die gesamte aufgenommene Energie in einer gewandelten Form wieder abgeben. Es treten immer Verluste auf, wie z.B. durch Stromwärme und Reibung. Die Leistung, die aufgrund dieser Verluste nicht wieder der Maschine entnommen werden kann, ist die Verlustleistung.
Bei Aufteilung des Dreiphasenwechselstrom-Systems in einzelne Wechselstromleitungen, zum Beispiel in Haushalten, ist eine symmetrische Belastung nicht mehr gewährleistet. Hier wird dem Dreileiternetz ein Neutralleiter zugefügt, über den die Ausgleichsströme zwischen den Außenleitern fließen. Dieser Neutralleiter ist wie die Außenleiter ein so genannter aktiver Leiter des Drehstromsystems, der im Gegensatz zu einem zusätzlichen Schutzleiter im normalen Betrieb unter Spannung stehen kann.
Die Maschine kann im Vierquadrantenbetrieb in beiden Drehrichtungen betrieben werden und sowohl motorisch als auch generatorisch laufen. Es treten also vier verschiedene Betriebszustände auf. Die Maschine muss für diese Anwendungsfälle ausgelegt sein. Die vier Quadranten können nur mit Umrichterspeisung erreicht werden.
siehe Trommelläufermotor
Das Volt ist die abgeleitete SI-Einheit der elektrischen Spannung mit dem Einheitszeichen [V]. Das Volt ist nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. Die elektrische Spannung von einem Volt zwischen zwei Punkten eines homogenen, gleichmäßig temperierten Linienleiters liegt dann vor, wenn bei einem stationären Strom von einem Ampere zwischen diesen beiden Punkten die Leistung von einem Watt umgesetzt wird.
Vorwiderstand ist die Bezeichnung eines Widerstandes, der es ermöglicht, ein empfindliches elektronisches Bauteil an eine "höhere" Spannung anzuschließen, indem ein Teil der Spannung am Vorwiderstand abfällt, der sich, abhängig von der Stromstärke, dabei erwärmt. Bei elektrischen Maschinen wird ein Vorwiderstand zur Anlaufstrombegrenzung eingesetzt. In der Regel wird er nach dem Hochlauf aus dem Stromkreis genommen. Es gibt aber auch Dauervorwiderstände. Sie produzieren allerdings enorme Verluste.
siehe Temperaturklassen
Elektrische Maschinen sollten je nach Bauart in bestimmten Abständen gewartet werden. Bei Gleichstrommaschinen müssen nach einer gewissen Betriebsstundenzahl die Kohlebürsten gewechselt werden. Ein weiteres Verschleißteil ist die Lagerung. Bei kleinen Maschinen gibt es auch wartungsfreie Maschinen.
Bei der Wasserkühlung, auch Luft-Wasser-Kühlung genannt, wird die in der Maschine entstehende Wärme durch einen erzwungenen Luftstrom aus der Maschine transportiert. Die Luft wird in einem Wasserkühler zurückgekühlt und der Maschine anschließend wieder zur Verfügung gestellt. Der Luftkreislauf innerhalb der Maschine ist autark von der Umgebungsluft. Da Wasser im Gegensatz zu Luft mehr Wärme aufnehmen kann, fällt der Luft-Wasser-Kühler kleiner aus als ein Luft-Luft-Kühler. Jedoch muss das Medium Wasser in ausreichender Menge und mit relativ geringer Temperatur zur Verfügung gestellt werden.
Bei Kühlung durch einen Wassermantel muss die Maschine die entstehende Wärme über ihre Oberfläche abgeben. Die Oberfläche wird allerdings nicht von Luft umströmt, sondern von Wasser. In einer zweiten Hülle wird Kühlwasser in definierten Bahnen über die Oberfläche der Maschine geführt und transportiert die Wärme ab. Der Innenraum der Maschine hat keinen Kontakt zur Umgebungsluft.
Wechselstrom bezeichnet elektrischen Strom, der seine Richtung (Polung) periodisch und in steter Wiederholung meist sinusförmig ändert. Weltweit wird die elektrische Energieversorgung am häufigsten mit Wechselstrom vorgenommen. Die Gründe für diese Bevorzugung sind die einfache Erzeugung, einfache Transformation der Spannung zur verlustarmen Fernübertragung des hochgespannten Wechselstroms und einfache Motoren mit hohem Wirkungsgrad durch verkettete Dreiphasen-Wechselstrom-Systeme. Daneben ist in der Nachrichtentechnik hochfrequenter Wechselstrom unverzichtbar.
Die Wendepole sind Bestandteil der Gleichstrommaschine. Sie werden vom Ankerstrom durchflossen, sind aber mechanisch im Ständergehäuse zwischen den Hauptpolen befestigt. Ihre Aufgabe besteht darin das Ankerquerfeld zu kompensieren und somit einen feldfreien Raum in der neutralen Zone zu schaffen. Maschinen mit kleiner Leistung werden auch ohne Wendepole ausgeführt.
Als Wickelkopf wird der Teil der Wicklung bezeichnet, der außerhalb der Nuten liegt. Im Stator
Stator muss der Wickelkopf gegen mechanische und elektrische Stösse gesichert werden. Der Läuferwickelkopf braucht einen Schutz gegen die Fliehkräfte, die bei Rotation des Läufers auftreten.
Eine Windenergieanlage (WEA) wandelt Windenergie in elektrische Energie um und speist diese zumeist in das öffentliche Stromnetz ein. Dies geschieht, indem die kinetische Energie des Windes den Rotor in eine Drehbewegung versetzt, welche an einen Generator weitergegeben und dort in elektrischen Strom umgewandelt wird. Im allgemeinen Sprachgebrauch, und zum Teil auch in der Fachliteratur, hat sich ebenfalls der Begriff Windkraftanlage (WKA) etabliert, manchmal wird auch Windkraftwerk oder Windenergiekonverter (WEK) verwendet.
Die Wicklung elektrischer Maschinen besteht aus mehreren Spulen. Die Spulen können aus mehreren Windungen bestehen, die ihrerseits wieder aus mehreren Einzelkupferdrähten bzw. -stäben bestehen können. Eine Windung ist also ein Umlauf paralleler Kupferleiter um den Spulenkern.
Die Wirkleistung P ist die elektrische Leistung, die für die Umwandlung in andere Leistungen (z. B. mechanische, thermische oder chemische) verfügbar ist. Sie wird in der Einheit Watt angegeben. Bei gleichbleibender Spannung und gleichbleibendem Strom ist die Wirkleistung das Produkt von Strom I und Spannung U.
Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand. Er wird verwendet, um die Effizienz von Energiewandlungen aber auch von Energieübertragungen zu beschreiben. Der Wirkungsgrad wird häufig mit dem Gütegrad verwechselt. Der Wirkungsgrad wird mit Eta bezeichnet. Er ist eine dimensionslose Größe und hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder wird in Prozent ausgedrückt, zwischen 0 und 100 %. Der Wert wird bestimmt durch den Quotienten von abgegebener Leistung zu aufgenommener Leistung.
Beim Zweiquadrantenbetrieb wird die Maschine über einen Stromrichter gespeist. Im Betrieb bleibt entweder die Momentenrichtung gleich und die Drehrichtung wechselt (II. und III. Quadrant) oder es bleibt die Drehrichtung gleich bei wechselnder Momentenrichtung (Treiben und Bremsen, III. und IV. Quadrant). Die Maschine muss für diesen Betrieb angepasst sein.
