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EMA 1 ET5

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Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

'<br />

2<br />

U = ü ⋅U<br />

2<br />

' 1<br />

I 2 = ⋅ I<br />

ü<br />

2<br />

' 2<br />

R2Cu = ü ⋅ R2Cu<br />

<strong>EMA</strong> 1<br />

1) Wichtige Leiterwerkstoffe s. Skript Seite 1.19<br />

Kupfer: Aluminium:<br />

Der Motor hat durch seine Isolierklasse F eine Bezugstemperatur von ϑB =115°C<br />

⇒<br />

⇒<br />

Grenztemperatur bei<br />

Klasse: Grenztemperatur: Messung von R und ϑ Laufzeit der Motoren: 20000h<br />

Y<br />

A<br />

E<br />

B<br />

F<br />

H<br />

C<br />

3) Transformatoren<br />

X = ü ⋅ X<br />

' 2<br />

2σ<br />

2σ<br />

Bezugstemperatur für die<br />

Wicklungswiderstände einer<br />

betriebswarmen Maschine<br />

Wirkungsgrade:<br />

Leerlauf:<br />

Wicklungsverluste bei I10: Eisenverluste: Eisenwiderstand: Hauptblindwiderstand:<br />

relativen Leerlaufstrom: Eisenverluststrom: Magnetisierungsstrom: näherungsweise:<br />

Kurzschluss:<br />

relative Kurzschluss -<br />

spannung:<br />

U1k =<br />

2 2<br />

R1k<br />

+ X 1k<br />

'<br />

⋅ I 2<br />

Wirkleistung: Blindleistung:<br />

u<br />

α<br />

20<br />

R<br />

R<br />

über 180°<br />

C<br />

U<br />

=<br />

1k<br />

k<br />

U1N<br />

1 −3<br />

= = 3,<br />

9 ⋅10<br />

255K<br />

1Cuϑ<br />

1Cuϑ<br />

= R<br />

1Cu<br />

= 5,<br />

94Ω<br />

90°<br />

C<br />

105°<br />

C<br />

120°<br />

C<br />

130°<br />

C<br />

155°<br />

C<br />

180°<br />

C<br />

⋅<br />

1<br />

K<br />

[ 1+<br />

α ⋅(<br />

ϑ − 22°<br />

C)<br />

] = 4,<br />

36Ω<br />

⋅ 1+<br />

0,<br />

0039 ⋅(<br />

115°<br />

C − 22°<br />

C)<br />

20<br />

Bei Bezugs-<br />

temperatur<br />

angegeben<br />

B<br />

100°<br />

C⎫<br />

⎬<br />

115°<br />

C⎭<br />

120°<br />

C<br />

140°<br />

C<br />

165°<br />

C<br />

2<br />

P1 Cu0<br />

= R1Cu<br />

⋅ I10<br />

10 1Cu0 P - P PFe =<br />

i<br />

10 =<br />

I<br />

I<br />

10<br />

1N<br />

I<br />

Fe =<br />

P<br />

U<br />

Fe<br />

1<br />

ϑ = 75°<br />

C<br />

ϑ = 95°<br />

C<br />

ϑ = 115°<br />

C<br />

ϑ = 130°<br />

C<br />

Übertragung: Festlegung:<br />

α<br />

20<br />

B<br />

B<br />

B<br />

B<br />

1 −3<br />

= = 4,<br />

1⋅10<br />

245K<br />

⎡<br />

⎢<br />

⎣<br />

R<br />

Fe<br />

U<br />

=<br />

P<br />

2<br />

1<br />

Fe<br />

I = I − I<br />

µ<br />

1k<br />

2 2<br />

10 Fe<br />

1Cu<br />

2<br />

1k<br />

1<br />

K<br />

1<br />

° C<br />

P = R ⋅ I + R ⋅ I k<br />

2Cu<br />

Gesamt<br />

2<br />

2<br />

X<br />

∆ϑ<br />

'<br />

1σ<br />

= X 2σ<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

U<br />

X h = ω ⋅ Lh<br />

=<br />

Q<br />

X h<br />

B<br />

=<br />

U<br />

=<br />

I<br />

1<br />

µ<br />

R<br />

1kϑ<br />

α<br />

20<br />

2<br />

1<br />

10<br />

− R<br />

⋅ R<br />

1k<br />

1k<br />

η = η ⋅η<br />

⋅...<br />

⋅η<br />

1<br />

2<br />

Q I ⋅ I k<br />

2<br />

1k<br />

= X 1σ<br />

⋅ 1k<br />

+ X 2σ<br />

n<br />

X 1k<br />

Q<br />

= =<br />

2 2 ⋅ k<br />

Seite 1 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

1k<br />

2<br />

I1<br />

2<br />

2


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Transformatoren<br />

Kurzschluss:<br />

Wirkwiderstand Blindwiderstand Kurzschlussimpedanz<br />

' P<br />

R1 k = R1Cu<br />

+ R2Cu<br />

≤<br />

I<br />

Dauerkurzschlussstrom Stosskurzschlussstrom<br />

I<br />

I<br />

1kd<br />

2kd<br />

U1N<br />

1<br />

= = ⋅ I1N<br />

I1ks ≈ 2 ⋅ 2 ⋅<br />

Z u<br />

1k<br />

1<br />

= ⋅ I<br />

u<br />

2N<br />

Wirkungsgrad:<br />

P<br />

k<br />

Vollständiges ESB realer Trafo:<br />

Vereinfachtes ESB realer Trafo:<br />

k<br />

P<br />

1k<br />

2<br />

1k<br />

X<br />

'<br />

1k<br />

= X 1σ<br />

+ X 2σ<br />

=<br />

2 ⋅<br />

( U<br />

2<br />

1k<br />

⋅ I<br />

)<br />

2<br />

1k<br />

2<br />

I1k<br />

− P<br />

2<br />

1k<br />

I1kd = ⋅ I1N<br />

≈ 50 ⋅ I1N<br />

uk<br />

R ⋅ I<br />

Z = R + j ⋅ X Z = R + X<br />

2 2<br />

1 k 1k<br />

1k<br />

1k<br />

1k<br />

1k<br />

Stromkräfte F steigen mit dem<br />

Stromquadrat an<br />

Bei Temperaturerhöhung ändert sich nur:<br />

' P<br />

R1 k = R1Cu<br />

+ R2Cu<br />

≤<br />

I<br />

' '2<br />

ab η =<br />

Pzu<br />

2 =<br />

P2<br />

+ PFe<br />

+ PCu<br />

= ' '2<br />

2<br />

R ⋅ I 2 + U1<br />

2<br />

'2<br />

RFe<br />

+ R1k<br />

⋅ I 2<br />

PCu<br />

2<br />

= R1k<br />

⋅ I'2<br />

U 1<br />

I 1<br />

U 1<br />

I<br />

I 1<br />

'<br />

2<br />

=<br />

I Fe<br />

R Fe<br />

R 1Cu<br />

I Fe<br />

R Fe<br />

U h<br />

X 1sigma<br />

I 10<br />

R 1k<br />

U h<br />

I µ<br />

I 10<br />

( ) ( ) 2<br />

2<br />

R + R'<br />

+ X + X '<br />

1k<br />

U<br />

1<br />

1k<br />

I' 2<br />

R' 2Cu<br />

I µ<br />

I' 2<br />

X' 2sigma<br />

U' 2<br />

R'<br />

X h X'<br />

X 1k<br />

U' 2<br />

R'<br />

X h X'<br />

U<br />

U<br />

'<br />

2<br />

1<br />

=<br />

Leistungen:<br />

P<br />

1<br />

Q<br />

1<br />

1<br />

=<br />

=<br />

R = ü ⋅ R<br />

2<br />

'<br />

X = ü ⋅ X<br />

2<br />

'<br />

' ( R + R )<br />

1k<br />

⋅ I<br />

' ( X + X )<br />

2<br />

1<br />

1k<br />

S = P + Q<br />

R = R + R<br />

1k 1Cu<br />

'<br />

2Cu<br />

'<br />

X 1k = X 1σ<br />

+ X 2σ<br />

( ) ( ) 2<br />

2<br />

R + R'<br />

+ X + X '<br />

1k<br />

2<br />

R'<br />

+ X '<br />

2<br />

1k<br />

2<br />

1<br />

' 2<br />

2<br />

⋅ I<br />

1k<br />

2<br />

1k<br />

U<br />

+<br />

R<br />

' 2<br />

2<br />

2<br />

1<br />

Fe<br />

U<br />

+<br />

X<br />

P1<br />

cosϕ<br />

=<br />

S<br />

Seite 2 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

1<br />

2<br />

1<br />

h


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Transformatoren<br />

Berechnungsrezept der Elemente des ESB vom Skript:<br />

Rechenwerte Leerlauf:<br />

U<br />

ü =<br />

U<br />

P Fe<br />

Rechenwerte Kurzschluss:<br />

I<br />

2 2<br />

I µ = I10<br />

− I Fe ⇒ X h<br />

S1k = U1k<br />

⋅ I1k<br />

Q<br />

X<br />

Fe<br />

1 k<br />

=<br />

1<br />

20<br />

= P<br />

P<br />

=<br />

U<br />

S<br />

2<br />

1k<br />

'<br />

1σ<br />

= X 2σ<br />

2<br />

10 − R1Cu ⋅ I10<br />

Fe<br />

1<br />

− P<br />

' 2<br />

R2Cu = ü ⋅ R2Cu<br />

X 1k<br />

Q<br />

= =<br />

2 2 ⋅ k<br />

P<br />

R = ≥ R + R<br />

1k<br />

'<br />

1k 2<br />

I1k<br />

1Cu<br />

2Cu<br />

Bei Drehstromtrafo angegebene Leistungen durch 3 teilen!!!<br />

Hier wäre es P10 / 3:<br />

Bei Drehstromtrafo angegebene Leistungen durch 3 teilen!!!<br />

⇒ Hier wäre es P1k / 3:<br />

⇒ Hier wäre es P1k / 3:<br />

Vereinbarung:<br />

Alle Angaben von: U, I, R, X, Z sind Strangwerte. z.B.<br />

Alle Angaben von P, Q, S sind Gesamtwerte.<br />

⇒<br />

2<br />

1k<br />

R<br />

Fe<br />

U<br />

=<br />

I<br />

⇒<br />

1<br />

Fe<br />

X<br />

1k<br />

2<br />

I1<br />

U<br />

=<br />

P<br />

U<br />

=<br />

I<br />

1k<br />

1<br />

µ<br />

2<br />

1<br />

Fe<br />

Q<br />

=<br />

I<br />

1k<br />

2<br />

1k<br />

P<br />

=<br />

3<br />

−<br />

10 PFe R1Cu<br />

Seite 3 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

⋅ I<br />

2<br />

10


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

4) Asynchronmaschine<br />

Drehfelddrehzahl: Schlupf: Omega von Läufer: Omega von Stator:<br />

n d<br />

f<br />

=<br />

p<br />

Vereinfachtes ESB Asynchronmaschine allgemein: Bei Kurzschluss stehende Welle s=1<br />

U 1<br />

I 1<br />

I Fe<br />

R Fe<br />

Bei Leerlauf:<br />

U 1<br />

p =<br />

Polpaarzahl<br />

R 1Cu<br />

U h<br />

I Fe<br />

R Fe<br />

I 10<br />

X h<br />

X 1sigma<br />

s = 1-<br />

Ströme im allgemein belasteten Fall:<br />

I<br />

I<br />

1<br />

'<br />

2<br />

U<br />

=<br />

Z<br />

1<br />

U<br />

=<br />

Z<br />

1<br />

= U<br />

=<br />

1<br />

⋅<br />

⎛ 1<br />

⎜<br />

⎝ R<br />

Fe<br />

+<br />

R<br />

1<br />

2<br />

I µ<br />

U h<br />

I' 2<br />

R<br />

+ X<br />

I 10<br />

2<br />

σ<br />

n<br />

n<br />

d<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

2<br />

U' 2<br />

X h<br />

I µ<br />

⎛ 1<br />

+<br />

⎜<br />

⎝ X<br />

2<br />

L '<br />

R +<br />

R2Cu<br />

R1Cu<br />

+ + j ⋅ Xσ<br />

14243<br />

s<br />

R<br />

U<br />

=<br />

U<br />

1<br />

h<br />

( − s) ω d<br />

ω = 1 ⋅<br />

R1Cu + R'2Cu s<br />

X 1sigma +X' 2sigma<br />

X σ + 2<br />

R + X<br />

2<br />

Xσ<br />

2<br />

σ<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

2<br />

ω = 2⋅π<br />

⋅<br />

d<br />

R R =<br />

σ<br />

1 Cu<br />

f<br />

p<br />

'<br />

R2<br />

s<br />

+<br />

Cu<br />

X = X + X<br />

'<br />

1σ 2σ<br />

Seite 4 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Asynchronmaschine<br />

Berechnungsrezept der Elemente des ESB vom Skript:<br />

Rechenwerte Leerlauf:<br />

2<br />

m1<br />

⋅U<br />

1<br />

2<br />

PVFe = = P10<br />

− m1<br />

⋅ R 1Cu ⋅ I10<br />

− P<br />

R<br />

R<br />

2 2<br />

( m ⋅ I ⋅U<br />

) P<br />

Q =<br />

−<br />

X h<br />

=<br />

m<br />

1<br />

1 ⋅<br />

10<br />

( U )<br />

Q<br />

Rechenwerte Kurzschluss: stehende Welle s=1<br />

R<br />

R<br />

1k<br />

1k<br />

=<br />

=<br />

m<br />

R<br />

1<br />

⋅<br />

1Cu<br />

P<br />

1<br />

1k<br />

2<br />

1<br />

( I )<br />

1k<br />

2<br />

+ R'<br />

R'2Cu = R1k<br />

− R1Cu<br />

Z<br />

Fe<br />

U<br />

=<br />

I<br />

1 k =<br />

1<br />

Fe<br />

U<br />

I<br />

1k<br />

1k<br />

Fe<br />

m1<br />

⋅U<br />

=<br />

P<br />

vFe<br />

2<br />

1<br />

2Cu<br />

⎛U<br />

⎞<br />

X Z R ⎜ ⎟<br />

σ = − = −<br />

⎝ ⎠<br />

10<br />

( ) 2<br />

R<br />

2 2<br />

1k<br />

1k 1k<br />

⎜<br />

1k<br />

I ⎟<br />

1k<br />

2<br />

vnN<br />

m1 = Strangzahl<br />

Seite 5 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Asynchronmaschine<br />

Berechnung der Leistungen aus ESB:<br />

Kupferverluste: Luftspaltleistung Pδ:<br />

P<br />

1Cu<br />

P<br />

2Cu<br />

Eisenverlustleistung:<br />

Mechanische Leistung: Moment aus Leistung: Gesamte Leistung:<br />

Abgegebene Leistung: Wirkungsgrad: Momentberechnung:<br />

P P P − =<br />

2<br />

P1<br />

cosϕ<br />

=<br />

m ⋅U<br />

⋅ I<br />

s ≤ sk Keine<br />

Stromverdrängung!!<br />

Kippschlupf allgemein sK: Kippmoment allgemein:<br />

für große Maschinen gilt: s. Seite 4.15 Skript<br />

Kurzschluss Stromverdrängung im Rotor Frequenzabhängige Widerstände:<br />

' 1<br />

R2Cu = ⋅ R<br />

k<br />

Anlauf: f<br />

X '<br />

ASM genau<br />

2σ<br />

= ⋅ X '2σ<br />

0<br />

U<br />

U<br />

f<br />

Trafo Näherung<br />

0<br />

'<br />

1<br />

1<br />

I1A<br />

≈ I 2(<br />

s=<br />

1)<br />

= =<br />

Z<br />

2<br />

1k<br />

'<br />

2<br />

( R1Cu<br />

+ R2Cu<br />

) + Xσ<br />

0,<br />

4<br />

⎛ f ⎞<br />

RFe =<br />

⎜ RFe0<br />

f ⎟ ⋅<br />

'<br />

2<br />

⎝ 0 ⎠<br />

m1<br />

⋅ R2Cu<br />

⋅ ( I1A<br />

)<br />

M A =<br />

ω d<br />

Asynchrongeneratoren im Inselbetrieb: s. S.4.24 Skript<br />

Anlasstransformator:<br />

ü =<br />

= m ⋅ R<br />

mech<br />

I<br />

I<br />

1<br />

'<br />

= m ⋅ R<br />

1<br />

R<br />

1A<br />

1Zul<br />

1<br />

1Cu<br />

Pmech Pδ<br />

− P2<br />

Cu<br />

Vn<br />

1<br />

⋅<br />

2Cu<br />

'<br />

2CuA<br />

( I )<br />

⋅<br />

= = 1<br />

1<br />

1<br />

2<br />

' 2<br />

( I 2 ) = s ⋅ Pδ<br />

Mit Sättigungsdrossel:<br />

s<br />

*<br />

C = C −<br />

K<br />

2<br />

X σ = ⋅ X σA<br />

1+<br />

k<br />

2<br />

ω<br />

=<br />

s<br />

P<br />

η =<br />

P<br />

K<br />

1<br />

⋅ L<br />

R<br />

P<br />

( − s)<br />

⋅ Pδ<br />

2<br />

1Cu<br />

'<br />

R2<br />

=<br />

X<br />

L<br />

δ<br />

R<br />

R<br />

= m1<br />

⋅<br />

s<br />

2 =<br />

1<br />

'<br />

2Cu<br />

+ X<br />

Cu<br />

σ<br />

%<br />

2<br />

σ<br />

'<br />

2Cu<br />

⋅<br />

M<br />

M<br />

K<br />

I10<br />

C krit =<br />

ω ⋅ ∆U<br />

( ) 2 '<br />

I<br />

i<br />

2<br />

Pmech<br />

⋅ 60<br />

=<br />

2 ⋅π<br />

⋅ n<br />

P10 = PvFe+<br />

vn + P1<br />

Cu0<br />

= PvFe+<br />

vn<br />

m ⋅U<br />

Je Kondensator<br />

+ m ⋅ R ⋅ I<br />

1 1<br />

M K =<br />

f 2Cu<br />

2<br />

m1<br />

⋅U1<br />

=<br />

2 ⋅ω<br />

⋅ X<br />

d<br />

2<br />

m1<br />

⋅U<br />

1<br />

2<br />

PVFe = = P10<br />

− m1<br />

⋅ R 1Cu ⋅ I10<br />

− P<br />

R<br />

P2<br />

2039,<br />

1W<br />

⋅ 60<br />

M = =<br />

ω 2 ⋅π<br />

⋅1405<br />

min<br />

2<br />

2 ⋅ω<br />

d ⋅ ⎜⎛<br />

R1Cu<br />

+ R1Cu<br />

+ X<br />

⎝<br />

σ<br />

f<br />

X = ⋅ X<br />

1σ 1σ<br />

0<br />

f 0<br />

I<br />

M<br />

Fe<br />

i<br />

Cu P P + = 1 δ 1<br />

10 C y =<br />

CD<br />

ω1<br />

⋅U<br />

10<br />

2<br />

σ<br />

( ) 2<br />

Seite 6 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

2<br />

d<br />

1<br />

≠<br />

⎟⎞<br />

⎠<br />

2<br />

m1<br />

⋅U1<br />

=<br />

ω ⋅ X ⋅<br />

σ<br />

−1<br />

f<br />

X h = ⋅ X<br />

f<br />

0<br />

1Cu<br />

P<br />

P +<br />

1<br />

10<br />

( R'<br />

)<br />

( s s + s s)<br />

K<br />

K<br />

h0<br />

vnN<br />

vFe<br />

I10<br />

=<br />

3 ⋅ω<br />

⋅U<br />

10


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

5) Synchronmaschine<br />

= n<br />

n d<br />

Drehzahl:<br />

=<br />

f1<br />

p<br />

Betriebsimpedanz:<br />

( keine Maschineneigenschaft )<br />

Z<br />

N<br />

U<br />

=<br />

I<br />

Str.<br />

N<br />

=<br />

Definition der<br />

relativen synchronen Reaktanz:<br />

X<br />

d x d = =<br />

Z N<br />

I<br />

I<br />

k 0<br />

Polradspannung:<br />

p =<br />

U<br />

Vereinfachtes ESB von SM:<br />

N<br />

N<br />

3 ⋅ I<br />

Polpaarzahl<br />

U '<br />

N<br />

das Leerlauf – Kurzschlussverhältnis ( Kontrollzahl) s. Seite 5.7<br />

Zeigerdiagramme s. Skript Seite 5.8<br />

Netzbetrieb der SM Größter Magnetisierungsstrom:<br />

Wirkt als Phasenschieber:<br />

I = rein induktiv oder kapazitiv → I =<br />

k<br />

k<br />

Motorischer Leerlauf:<br />

Die unerregte SM IE = 0 verhält sich wie ein induktiver<br />

Blindwiderstand synchrone Reaktanz Xd<br />

Generatorischer Kurzschluss:<br />

Kurzschluss der Statorwicklung. IE = IE0 wird mit Drehzahl = nd<br />

angetrieben. Der in der Statorwicklung fließende Kurzschlussstrom<br />

ist nahezu so groß, wie der Magnetisierungsstrom Ik0 ≈ Iµ0 der<br />

gesättigten SM beim Leerlauf.<br />

1 Z 0,<br />

4...<br />

0,<br />

65<br />

N I k 0 = = = ≈<br />

x X I 0,6...1,2<br />

d<br />

p = j ⋅ X h ⋅ I'<br />

E ≈ j ⋅ X d ⋅ I ⇒ X E<br />

d = X σ + X h<br />

U 1<br />

U N<br />

I 1<br />

X d<br />

( I ) = U 1 ⇒ I 1 = 0<br />

p E 0<br />

⇒ 1<br />

1<br />

X<br />

X<br />

L<br />

C<br />

X<br />

=<br />

1−<br />

U<br />

=<br />

U<br />

p<br />

d<br />

p<br />

1<br />

U<br />

1<br />

= X<br />

X d = X<br />

U −1<br />

d<br />

.... ∞<br />

C min<br />

.... ∞<br />

d<br />

N<br />

U p<br />

I<br />

SM liefert mechanische Leistung:<br />

Moment der SM: Kippmoment: SM benötigt dafür elektrische Leistung:<br />

M<br />

m ⋅U<br />

−<br />

ω<br />

= 1 1 ⋅ I1Wirk<br />

= −M<br />

K ⋅<br />

d<br />

sinϑ<br />

X<br />

für Vollpolläufer<br />

d<br />

U<br />

=<br />

I<br />

Str.<br />

k 0<br />

für Schenkelpolläufer<br />

PVCu = m1<br />

⋅ R1Cu<br />

Fe<br />

⋅<br />

( ) 2<br />

I<br />

1<br />

=<br />

U<br />

N<br />

3 ⋅ I k<br />

I<br />

I<br />

I<br />

'<br />

E<br />

'<br />

E<br />

'<br />

E0<br />

0<br />

1<br />

= ⋅ I E<br />

ü<br />

U<br />

= − j ⋅<br />

X<br />

X<br />

ü ≈<br />

X<br />

2<br />

m1<br />

⋅U<br />

1<br />

2<br />

PVFe = = P10<br />

− m1<br />

⋅ R1Cu<br />

⋅ I10<br />

− P<br />

R<br />

R<br />

Fe<br />

m U<br />

=<br />

P<br />

1 ⋅<br />

vFe<br />

1<br />

2<br />

1<br />

( = 0)<br />

µ 0 µ 0<br />

1<br />

I E<br />

( positiv)<br />

induktiv für<br />

kapazitiv für<br />

M<br />

K<br />

d<br />

I<br />

U<br />

= − j ⋅<br />

X<br />

E<br />

I<br />

≤ I<br />

E<br />

E0<br />

≥ I<br />

m ⋅U<br />

⋅U<br />

=<br />

ω ⋅ X<br />

d<br />

E0<br />

d<br />

= − j ⋅ I<br />

= I<br />

I<br />

h<br />

d<br />

≈ I<br />

vnN<br />

µ 0<br />

I<br />

⋅<br />

I<br />

µ 0<br />

ω1<br />

P2 = ω d ⋅ M = ⋅ M<br />

p<br />

ω1<br />

2⋅π<br />

⋅ f<br />

ω d = =<br />

p p<br />

p<br />

d<br />

E0<br />

k 0<br />

⋅ e<br />

U<br />

= − j ⋅<br />

X<br />

1 1 p P1 = m1<br />

⋅U1<br />

⋅ I1<br />

⋅cosϕ<br />

= m1<br />

⋅U1<br />

⋅ I1Wirk<br />

Seite 7 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

1<br />

d<br />


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Synchronmaschine<br />

Strom I1Wirk mit Polradwinkel ϑ:<br />

I<br />

Potierdreieck:<br />

I1 k = I<br />

Ek 1<br />

X<br />

P<br />

X h<br />

ϕ = I Wirk = ⋅ I'<br />

⋅sinϑ<br />

X<br />

1 ⋅cos 1<br />

E<br />

d<br />

( I ) N<br />

UσN<br />

= ≈ X<br />

I<br />

1N<br />

σ<br />

I<br />

EÜ<br />

U ≈ Uσ<br />

P<br />

N<br />

Zeigerdiagramm:<br />

I ⇒ vom Mittelpunkt<br />

nach rechts! !<br />

I<br />

µ<br />

1<br />

U<br />

U<br />

⇒ Generator I<br />

1<br />

p<br />

negativ ⇒ nach<br />

⇒ Reelle Achse nach oben<br />

⊥ I<br />

'<br />

E<br />

1W<br />

⇒ Polradwinkelϑ<br />

bei<br />

- j<br />

unten! !<br />

Generator positiv<br />

= Volllastpunkt<br />

bei I = I U = U cosϕ<br />

= 0<br />

induktiver 1 1N<br />

1 1N<br />

Seite 8 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

jIm<br />

Re


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Synchronmaschine<br />

6) Stromwendermaschine<br />

U Bü<br />

Bürstenspannung: Induktionsspannung:<br />

⎛ 1V<br />

⎞<br />

≈ 2⋅ ⎜ ⎟<br />

⎝0,<br />

3V<br />

⎠<br />

für<br />

Klemmenspannung (Generatorbetrieb): Klemmenspannung (Motorbetrieb):<br />

U −<br />

ESB der Gleichstrommaschine:<br />

U<br />

Weichkohle<br />

Kupferhaltige<br />

Bürsten<br />

U i = cm<br />

⋅Φ<br />

h ⋅n<br />

= U i − RA<br />

⋅ I A U Bü<br />

U = Ui<br />

+ RA<br />

⋅ I A + U Bü<br />

2⋅π<br />

⋅ RA<br />

U = cm<br />

⋅Φ<br />

h ⋅ n + ⋅ M<br />

c ⋅Φ<br />

Inneres Moment:<br />

Drehzahl: Ankerstrom: Ankerstellbereich:<br />

m h 123<br />

Leerlauf = n<br />

0<br />

Wirkungsgrad:<br />

R A<br />

I A<br />

M,n<br />

U 2⋅π ⋅ R<br />

n = − ⋅ M<br />

c ⋅Φ<br />

c ⋅Φ<br />

η =<br />

U<br />

A<br />

ω ⋅ M<br />

⋅ I + U<br />

A<br />

2<br />

m<br />

E<br />

⋅ I<br />

E<br />

A<br />

2<br />

h<br />

Ankeranlaufstrom: Ankeranlaufmoment:<br />

U<br />

I AA = >> I<br />

R<br />

A<br />

A<br />

i<br />

U i<br />

RA<br />

⋅ I<br />

ηA<br />

= 1−<br />

U ⋅ I<br />

O h<br />

m<br />

h<br />

I E<br />

2⋅π<br />

I A = ⋅ M<br />

c ⋅Φ<br />

2<br />

A<br />

A<br />

RA<br />

⋅ I A<br />

= 1−<br />

c ⋅Φ<br />

⋅ n<br />

m<br />

c ⋅Φ<br />

c ⋅Φ<br />

2⋅π<br />

2⋅π<br />

m h<br />

m h<br />

M iA = ⋅ I AA = ⋅<br />

i<br />

c ⋅Φ<br />

2⋅π<br />

m h M i = ⋅<br />

h<br />

0<br />

U<br />

R<br />

A<br />

Φ<br />

h<br />

A<br />

I<br />

A<br />

= Φ<br />

m<br />

hN<br />

AN<br />

c<br />

m<br />

U i =<br />

n<br />

[ c ⋅Φ<br />

] = Vs<br />

h<br />

m<br />

⋅Φ<br />

i<br />

h<br />

i<br />

h<br />

M = M + M<br />

cm<br />

⋅ Φ h<br />

MVn = ⋅ I<br />

2 ⋅π<br />

U ≤ U I ≤ I<br />

Seite 9 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

A<br />

AN<br />

Vn<br />

A0


Formelsammlung Elektrische Maschinen V1.8 19.01.2003<br />

Stromwendermaschine<br />

Reihenschlusserregung<br />

Besonderheit: Ergänzungen:<br />

c ⋅ = Φ '<br />

Betriebskennlinien: IA;n =f(M)<br />

siehe auch Seite 6.10 Skript<br />

Ruckfreier Antrieb: Ruck ist definiert als:<br />

a<br />

() t<br />

π ⎛ π ⎞<br />

= ⋅ a ⋅sin<br />

⎜ ⋅t<br />

T ⎟<br />

2 ⎝ ü ⎠<br />

Mechanische Zusammenhänge:<br />

Erdbeschleunigung:<br />

n<br />

ü =<br />

n<br />

reduziertes Trägheitsmoment: reduziertes Moment:<br />

J red<br />

2<br />

2<br />

2 2<br />

= J1<br />

+ ü ⋅ J 2 + r1<br />

⋅m1<br />

+ r2<br />

⋅ü<br />

⋅m2<br />

Komplette<br />

Masse<br />

M red = M1<br />

+ ü ⋅ M<br />

Anzugsmoment (Beschleunigung): Gesamtmoment (Motor):<br />

dω1<br />

M z = ⋅ J<br />

dt<br />

J<br />

2 ⋅π<br />

I A = ⋅ M i ~<br />

c<br />

red<br />

Auslauf TA:<br />

g =<br />

9,<br />

81m<br />

s<br />

M red<br />

Grundgleichung der Antriebstechnik:<br />

α<br />

2<br />

1<br />

=<br />

m A I<br />

M red ⋅T<br />

ω<br />

dω<br />

R<br />

ω 2 =<br />

ω<br />

1<br />

α 2<br />

α<br />

M<br />

− M<br />

M<br />

Wann wird nx erreicht? <br />

1<br />

* v2<br />

a2<br />

r2<br />

ü = = = ⋅ ü<br />

v a r<br />

1<br />

⇒<br />

1<br />

= const.<br />

⋅T<br />

[ ] 2<br />

1 M red<br />

1 = =<br />

α =<br />

dt J red<br />

Ui = cm<br />

⋅Φ<br />

h ⋅ n = cm<br />

⋅c<br />

m ⋅ I A ⋅ n = cR<br />

⋅ I A ⋅ n<br />

123 '<br />

cm<br />

⋅ Φh<br />

cR<br />

M i = ⋅ I A = ⋅ I<br />

2 ⋅π<br />

2 ⋅π<br />

1<br />

s<br />

a<br />

max<br />

1<br />

π<br />

= ⋅ a<br />

2<br />

A<br />

Vn A<br />

2<br />

red = J M = [ J ] = kg ⋅ m<br />

1<br />

2 ⋅π<br />

⋅ n0<br />

i<br />

M<br />

2<br />

U<br />

c<br />

R<br />

I − R<br />

c<br />

A A<br />

n = =<br />

−<br />

R<br />

⎛ n<br />

t = + ⋅ ⎜<br />

x tg<br />

J ln<br />

⎝ n<br />

a = r ⋅ & ω = r ⋅α<br />

d a<br />

r = = ˆ Ruck<br />

dt<br />

M ⋅ J + M<br />

M = M z + M red = α1<br />

ω 2 ω 1 =<br />

ü<br />

Trägheitszeitkonstante: Grenzdrehzahl:<br />

End<br />

End<br />

2<br />

A<br />

2<br />

4⋅π<br />

⋅ RA<br />

⋅ J<br />

τ =<br />

J<br />

red<br />

s. Versuch 6 4.7 Grenzzeit:<br />

− n<br />

g<br />

− n<br />

M − M<br />

n =<br />

2 ⋅π<br />

⋅ J<br />

x<br />

2⋅π<br />

⋅c<br />

( ) 2<br />

c ⋅Φ<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

m<br />

U<br />

i<br />

R<br />

h<br />

⋅ M<br />

M red ⋅<br />

Resthochlauf:<br />

Seite 10 von 10 Formelsammlung_<strong>EMA</strong>_<strong>ET5</strong>.doc<br />

red<br />

α 2 a2<br />

α1<br />

= =<br />

ü r ⋅ü<br />

τ τ J<br />

( )<br />

A<br />

i<br />

n = n<br />

n<br />

t<br />

End<br />

R<br />

c<br />

2<br />

A<br />

g<br />

R<br />

+ r ⋅ F + r ⋅ ü ⋅ F<br />

−<br />

A<br />

( cR<br />

⋅ n + RA<br />

) I A<br />

U = U + R ⋅ I = ⋅<br />

1 2<br />

a = const ⇒ s = ⋅ a ⋅ t ⇒ v = a ⋅ t<br />

2<br />

v = r ⋅ω<br />

1<br />

U<br />

=<br />

n<br />

t<br />

AN<br />

g<br />

1<br />

End<br />

− RA<br />

⋅ I<br />

c ⋅ Φ<br />

m<br />

2<br />

M<br />

− n<br />

g<br />

h<br />

2<br />

Amax<br />

ng<br />

⋅ 2 ⋅π<br />

⋅ J<br />

=<br />

M − M<br />

⋅e<br />

2<br />

red<br />

t−t<br />

−<br />

g

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