Brosch Moderne Stromrichterantriebe

Antriebssystem - Leistungselektronik - Maschinen - Mechatronik - Motion Control
5., veränderte Aufl
ISBN: 978-3-8343-6064-9
Verlag: Vogel Communications Group GmbH & Co. KG
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 490 Seiten

Reihe: Kamprath-Reihe

Studenten und Praktiker erfahren den Stand der Technik über intelligente modulare drehzahlveränderbare Antriebe. Konstrukteure, Facharbeiter und Monteure bekommen mit Betriebskennlinien, Checklisten, Maschinentabellen und Fallbeispielen zusätzliche Informationen. Damit dient das Buch auch als Nachschlagewerk für die tägliche Praxis. 

- Moderne Antriebe und Grundlagen der Antriebstechnik
- Stromrichter-Komponenten
- Elektrische Maschinen - Direktantriebe / Linearantriebe
- Stromrichterantriebe mit Stromwender- und Drehfeldmaschinen
- Antriebsvernetzung und dezentrale Installation bei Stromrichtern
- Motion Control und Mechatronik
- Auswahl und Bemessung drehzahlveränderbarer Stromrichterantriebe
- Stromrichtermeßtechnik
- EMV

Autoren/Hrsg.

Brosch, Peter F

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;1 Einleitung;14
3.1;1.1 Stand der Antriebstechnik;14
3.2;1.2 Besondere Eigenschaften;17
3.3;1.3 Qual der Auswahl;17
3.4;1.4 Komponenten;18
3.5;1.5 Direkt und ohne Mechanik – «Mechatronik»;19
3.6;1.6 Dezentral installiert;20
3.7;1.7 Gleichstrom- oder Drehstromlösung?;21
3.8;1.8 Kfz-(Hilfs-)Antriebe;22
3.9;1.9 Lebensdauerkosten;22
4;2 Das moderne Antriebspaket;24
4.1;2.1 Bestimmungsgrößen bei der Auswahl;24
4.2;2.2 Mikrorechner sorgen für Wirtschaftlichkeit;25
4.3;2.3 Vorteile der veränderbaren Drehzahl;26
4.4;2.4 Antriebsbeispiele;26
4.5;2.5 Drehzahlveränderbare Antriebe im Vergleich;28
5;3 Allgemeine Grundlagen der Antriebstechnik;30
5.1;3.1 Grundsystem des Antriebs;30
5.2;3.2 Physikalische Gesetze;31
5.3;3.3 Antriebsmomente elektrischer Maschinen;34
5.4;3.4 Grundtypen der Lastkennlinien (Arbeitsmaschinen);36
5.5;3.5 Stabiler Betriebspunkt (Arbeitspunkt des Antriebs);37
5.6;3.6 Erwärmung;39
5.7;3.7 Kühlung;42
5.8;3.8 Zeitkonstanten;43
5.9;3.9 Betriebsarten;44
5.10;3.10 Äquivalente Belastung (mittlere Belastung);49
5.11;3.11 Mechanische Übergangsvorgänge;51
5.12;3.12 Energieumsatz;54
5.13;3.13 Wachstumsgesetze;58
6;4 Stromrichter-Komponenten;60
6.1;4.1 Versorgung über Stromrichter;60
6.2;4.2 Ventile: elektronische Leistungsschalter;61
6.3;4.3 Grundlagen der Halbleitertechnik;62
6.4;4.4 Schutz von Halbleiterschaltern;70
6.5;4.5 Signalelektronik;76
6.6;4.6 Ausfallraten;79
7;5 Elektrische Maschinen;86
7.1;5.1 Allgemeine Grundlagen;86
7.2;5.2 Erzeugung einer kontinuierlichen Drehbewegung;87
7.3;5.4 Schutzarten;90
7.4;5.3 Bauformen 5.5 Leistungsschild;90
7.5;5.6 Lager und Schmierung;94
7.6;5.7 Permanentmagnete in elektrischen Maschinen;94
7.7;5.8 Bürstenstandzeiten;99
7.8;5.9 Maschinenschutz;99
7.9;5.10 Lüfter;99
7.10;5.11 Magnetlager;99
7.11;5.12 Polwicklung – verteilte Wicklung;101
7.12;5.13 Piezo-Motor;104
7.13;5.14 Tauchspulmotor (Voice-Coil-Motoren);105
7.14;5.15 Lineare Motoren;106
7.15;5.16 Transversalflussmotor;111
8;6 Stromrichterantriebe mit Stromwendermaschinen;114
8.1;6.1 Gleichstromantriebe mit Stromrichtern;114
8.2;6.2 Netzgeführte Stromrichter;122
8.3;6.3 Gleichstromsteller (Chopper);172
8.4;6.4 Reihenschlussmotor mit Wechselstromsteller;181
8.5;6.5 Kleinmaschinen;187
8.6;6.6 Pulsbetrieb der Reihenschlussmaschine;187
9;7 Stromrichterantriebe mit Drehfeldmaschinen;192
9.1;7.1 Übersicht;192
9.2;7.2 Drehfeldmaschinen;197
9.3;7.3 Umrichter mit U- und I-Zwischenkreis;220
9.4;7.4 Sonderfragen bei Umrichterantrieben;282
9.5;7.5 Besonderer Betrieb von Umrichterantrieben;307
9.6;7.6 Umrichter und elektronisch kommutierte Maschine;312
9.7;7.7 Umrichter und «geschaltete Reluktanzmaschine» (gRM);324
9.8;7.8 Drehstromsteller und Drehstrom- Asynchronmaschine;326
9.9;7.9 Stromrichterantriebe mit Schleifringläufern;335
9.10;7.10 Stromrichter und Schrittmotoren;339
9.11;7.11 Stromrichter-AC-Direktantriebe;349
9.12;7.12 Antriebe im Vergleich;352
9.13;7.13 Motion Control und Mechatronik;362
10;8 Antriebsvernetzung und dezentrale Installation bei Stromrichtern;372
10.1;8.1 Antriebsvernetzung;372
10.2;8.2 Dezentrale Installation;383
10.3;8.3 Sicherheitsfunktionen elektrischer Antriebe;383
11;9 Auswahl und Bemessung drehzahlveränderbarer Stromrichterantriebe;388
11.1;9.1 Allgemeine Hinweise;388
11.2;9.2 Netzdrosseln, Netz- transformatoren und Filter;391
11.3;9.3 Checklisten zur Festlegung der Antriebsdaten;392
11.4;9.4 Maschinendaten;395
11.5;9.5 Fallbeispiele;395
11.6;9.6 Klemmkennzeichnung;411
11.7;9.7 DC/AC-Listenpreise;411
11.8;9.8 Normen und Vorschriften;411
12;10 Messungen an drehzahlveränderbaren Stromrichterantrieben (Stromrichtermesstechnik);414
12.1;10.1 Messungen allgemein;414
12.2;10.2 Elektrische Messungen am Antrieb;417
12.3;10.3 Mechanische Messungen am Antrieb;423
12.4;10.4 Simulation;433
13;11 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV);434
13.1;11.1 Gesetz zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV);434
13.2;11.2 Störungen;434
13.3;11.3 Ursache und Ausbreitung der Störungen bei Frequenzumrichtern;435
13.4;11.4 Störfestigkeit und Entstörung;437
13.5;11.5 Neubeschaffung;438
13.6;11.6 Messungen;439
13.7;11.7 Anschlusshinweise;439
14;Anhang;444
14.1;Formelzeichen (Auswahl);470
14.2;Abkürzungen und Begriffe (Auswahl);472
14.3;Literaturverzeichnis;474
14.4;Ergänzende Literatur;480
14.5;Inserentenverzeichnis;482
14.6;Stichwortverzeichnis;484

Leseproben

5 Elektrische Maschinen (S. 85-86)

5.1 Allgemeine Grundlagen

Die in der Antriebstechnik eingesetzten elek trischen Maschinen sind auch heute noch überwiegend als drehende Maschinen ausgeführt, der Linearmotor erobert aber immer mehr spezielle Anwendungsfälle, auf die später eingegangen wird. Auch bei Piezomotoren oder -Aktuatoren [5.1] erfolgt der Einsatz im µm- Bereich bei Linearaufgaben. Beim Antrieb hat die elektrische Maschine als «Motor» die Aufgabe, elektrische Energie in mechanische zu wandeln (Motorbetrieb), immer häufiger soll sie bei drehzahlvariablen Antrieben im Generatorbetrieb bremsen und u.U. die Bremsenergie in das Netz zurückspeisen ( Nutzbremsung). Eine drehende elektrische Maschine besitzt 2 Hauptbauteile: den ruhenden Ständer und den drehenden mit der Welle verbundenen Läufer. Im Motorbetrieb wird der Ständerwicklung elektrische Energie zugeführt, die gewandelt über die Welle als mechanische Energie abfließt, d.h. mit der drehenden Welle über das Drehmoment an den «Verbraucher» übertragen wird. Nach dem Gesetz von «actio = reactio» tritt an der Befestigung des Ständers ein gleich großes, entgegengesetzt gerichtetes Reaktionsmoment zum Wellenmoment auf. Bei Linearmotoren wird das bewegliche Primärteil bestromt. Die Magnete oder die Kurzschlussplatten des Sekundärteils sind meist fest angeordnet. Historie Da am Beginn der Entwicklung der Energietechnik nur galvanische Elemente als Stromquelle vorhanden waren, entstand als erster elektromechanischer Energiewandler der Gleichstrommotor. Bereits 1834 treibt ein kleiner Gleichstrommotor (aus Batterien gespeist) ein Boot an (Tabelle 5.1). Möglichkeiten zur Drehmomenterzeugung Die Energieumwandlung in der Maschine findet unter Ausnutzung elektromagnetischer Felder statt. Diese bewirken induzierte Spannungen oder Kräfte, die als Kräfte auf stromdurchflossene Leiter oder als Grenzflächenkräfte an den Trennflächen zwischen Gebieten verschiedener Permeabilität – z.B. Luft/Eisen – auftreten. Im ersten Fall erfahren dabei die Leiter einer Spule Kräfte im Feld eines Magneten oder einer anderen Spule, im zweiten Fall entstehen die Kräfte an einem ferromagnetischen Körper im Feld einer Spule. Ein Energieaustausch tritt dann auf, wenn in Spulen Spannungen induziert werden, die zu Strömen führen – egal, ob die Anordnung von Spule und Magnet im Ständer und Läufer ist oder auch umgekehrt.

Es sind verschiedene elektromagnetische Mechanismen anwendbar, um den Wandlungsprozess herbeizuführen, daraus resultiert auch die Vielzahl der ausgeführten elektrischen Maschinen. Bild 5.1 zeigt die Ausgangsanordnungen für den Bau von drehenden elektrischen Maschinen, die Aussagen gelten für Linearmotoren sinngemäß. Ständer und Läufer bestehen aus koaxialen ferromagnetischen Zylindern. Man erhält die wichtigsten Systeme drehender Maschinen, wenn im Ständer und Läufer Spulen untergebracht sind a) oder eine Spule mit ei nem nichtrotationssymmetrischen Ständer oder Läufer zusammenarbeitet (b, c, d). Bild 5.1 e) zeigt die Entstehung des Linearmotors aus einem drehenden Modell (Synchronmotor) im Prinzip. Letztlich ist das Prinzip des Transversalflussmotors in Bild 5.1 f) dargestellt. Bei dem dargestellten Motor trägt der Läufer die Magnete. Eine Ringspule erregt den Motor. Auf die Ansteuerung wird später eingegangen. Im Fall a) erhält man die Grundform der Drehfeldmaschine, die als Asynchron- oder Synchronmaschine gebaut wird, bei der Synchronmaschine kann die Läuferspule auch durch Permanentmagnete ersetzt werden b). Bei einem Läufer ohne Erregung entsteht wegen des unterschiedlichen magnetischen Widerstandes (Reluktanz) ein Drehmoment: man erhält die Reluktanzmaschine c). Leistungsbilanz Jeder Austausch mechanischer Energie oder Leistung an der Welle muss mit einem Austausch elektrischer Energie oder Leistung über die Klemmen der Maschine einhergehen. Daher kann man die stationären auftretenden Kräfte bzw. Drehmomente des elektromechanischen Wandlers über eine Energie- oder Leistungsbilanz gewinnen, wie noch gezeigt wird. Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist die Kraftwirkung zwischen magnetischen Feldern für die Wirkungsweise der elektrischen Maschinen von grundlegender Bedeutung. Die Magnetfelder werden entweder stromerregt oder – neuerdings durch die Fortschritte in der Technologie – durch Dauermagnete erzeugt. Die stromführenden Spulen sind in den Maschinen heute zum Schutz der Leiter in mit Isoliermaterial ausgekleideten Nuten untergebracht, Ausnahmen bilden nur die Käfigwicklung des Kurzschlussläufers in Spritzgusstechnik oder die selbsttragende Ankerwicklung kleiner Gleichstrommaschinen.