EMA 1 ET5
EMA 1 ET5
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 />
jϑ
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