BehrendsElektrische Maschinen

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Die Meisterprüfung

Elektrische Maschinen

Dipl.-Ing. Peter Behrends

unter Mitwirkung von:Dipl.-Ing. Gerd FehmelDipl.-Ing. Horst FlachmannDipl.-Ing. Otto Mai

14., überarbeitete Auflage

Vogel Buchverlag

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Weitere Informationen:www.vogel-buchverlag.de

ISBN 978-3-8343-3190-814. Auflage. 2011Alle Rechte, auch der Übersetzung, vorbehalten.Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form(Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderenVerfahren) ohne schriftliche Genehmigung desVerlages reproduziert oder unter Verwendungelektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigtoder verbreitet werden.Printed in Germany.Copyright 1977 by Vogel Business Media GmbH & Co. KG,Würzburg

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Vorwort

In diesem Fachbuch der Reihe «Die Meisterprüfung in der Elektrotechnik» werdenalle wichtigen Themen von elektrischen Maschinen behandelt, deren fachlicheZusammenhänge ein Meister der Elektrotechnik verstehen muss.

Es schließt eine Lücke zwischen dem Berufsschul- und dem Fachhochschulniveau,insbesondere für zukünftige Meister. Vorausgesetzt werden grundlegende Kenntnisseaus dem Band «Mathematische und Elektrotechnische Grundlagen» dieser Buchreihe.Hierzu zählen der Umgang mit mathematischen Formeln, graphische Darstellungenund Ersatzschaltbilder, Grundkenntnisse vom magnetischen Feld und den physikali-schen Gesetzen der Gleich-, Wechsel- und Drehstromtechnik.

Die sinnvoll abgerundeten Lehreinheiten können unabhängig von anderen Titelnverarbeitet werden, die Lernziele entsprechen den Anforderungen, die der Zentralver-band der Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) für diesenBereich festgelegt hat.

Da heute zunehmend projektbezogen unterrichtet werden soll, dient das Buch auchals Nachschlagewerk für Lehrgangsteilnehmer, die sich auf die Meisterprüfung vorbe-reiten, sowie gleichermaßen für Meister und Techniker in der beruflichen Praxis.

Die heutige Form ist das Ergebnis ständiger Erprobungen mit Teilnehmern an Meis-terlehrgängen des Bundestechnologiezentrums für Elektro- und Informationstechnik(bfe Oldenburg). Die ausführlichen, häufig mit vierfarbigen Bildern veranschaulichtenBeschreibungen zu einzelnen Themen werden von nach methodischen Gesichtspunk-ten ausgewählten Rechenbeispielen ergänzt. Für Lehr- und Übungszwecke gibt es alssinnvolle Ergänzung der Reihe den Band «Aufgaben und Lösungen Elektrotechnik».

Außerdem gibt es passend dazu Lern-CDs und E-Learning-Angebote vom bfeOldenburg, die laufend weiterentwickelt werden, ebenfalls im Vogel Buchverlag.

Resonanz aus dem Benutzerkreis ist den Autoren unter E-Mail: d.huette@bfe.destets willkommen.

Oldenburg und Würzburg Autoren und Verlag

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In der Fachbuchreihe «Die Meisterprüfung in der Elektrotechnik» sind bisher erschienen:

Behrends: Elektrische MaschinenBehrends/Wessels: Formeln und Tabellen ElektrotechnikBöttle/Boy/Clausing: Elektrische Mess- und RegelungstechnikBöttle/Friedrichs: Mathematische und elektrotechnische GrundlagenBoy/Bruckert/Wessels: Elektrische Steuerungs- und AntriebstechnikBoy/Dunkhase: Elektro-InstallationstechnikDugge/Eißner: Grundlagen der ElektronikFolkerts/Baade: Hausgeräte-, Beleuchtungs- und KlimatechnikJanßen/Soboll/Böttle/Friedrichs: Aufgaben und Lösungen ElektrotechnikSiegismund: WerkstoffkundeWübbe: Telekommunikation

Im Vogel Buchverlag sind vom bfe Oldenburg erstellte Lern-CDs erschienen:

BeleuchtungstechnikBrennstoffzellenDatennetzwerktechnikDrehstromtechnikEIB/KNX-InstallationsbusElektrische Anlagen, SchutzmaßnahmenElektro-InstallationstechnikElektronik 1Elektronik 2Grundlagen der Elektrotechnik 1Grundlagen der Elektrotechnik 2Grundlagen der Elektrotechnik 3Grundlagen der Elektrotechnik 4Grundlagen der technischen MathematikIT-SicherheitLeistungselektronikMesstechnikRegelungstechnikSPS Einführung in speicherprogrammierbare SteuerungenSteuerungstechnik mit SchaltungssimulatorWechselstromtechnik

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Inhaltsverzeichnis

Zu den mit einem «Punkt » gekennzeichneten Kapiteln liefert die Lern-CD «Grundlagen der Elektrotechnik 4» aus dem bfe-Lernprogramm ergänzende Lerninhalte und Übungen.

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Gegenüberstellung üblicher alter und neuer Anschlussbezeichnungen elektrischer Maschinen . . 11Anschlussbilder für gebräuchliche Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1 Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.1 Mechanischer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.2 Anschlussbezeichnungen von Gleichstrommaschinen, Feldstellern und Anlassern . . . . 281.3 Bestimmung der Drehrichtungen von Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.4 Funktion der Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.5 Erregerarten der Gleichstromgeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371.6 Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381.7 Bauformen und Aufstellung der elektrischen Maschinen (DIN EN 60 034–7) . . . . . . 431.8 Schutzarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511.9 IC-Code für das Kühlverfahren (DIN EN 60 034-6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2 Gleichstromgeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.1 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.1.1 Ankerrückwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.1.2 Fremderregter Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692.1.3 Nebenschlussgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722.1.4 Reihenschlussgenerator (Hauptschlussgenerator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752.1.5 Doppelschlussgenerator (Verbund- oder Kompoundgenerator) . . . . . . . . . . . . 77

2.2 Parallelschaltung von Gleichstromgeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802.2.1 Parallelschaltung von Gleichstrom-Nebenschlussgeneratoren . . . . . . . . . . . . . 812.2.2 Parallelschaltung von Gleichstrom-Doppelschlussgeneratoren . . . . . . . . . . . . . 82

2.3 Gleichstrom-3-Leiter-Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832.3.1 Reihenschaltung von Gleichstromgeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832.3.2 3-Leiter-Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3 Gleichstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.1 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.1.1 Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.1.2 Anlassen des Gleichstrommotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.1.3 Nebenschlussmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.1.4 Reihenschlussmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.1.5 Universalmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963.1.6 Doppelschlussmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 993.1.7 Fremderregter Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.1.8 Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.1.9 Leonard-Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.1.10 Leistungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.1.11 Verluste und Wirkungsgrade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

3.2 Funkentstörung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.3 Bremsschaltungen von Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1133.4 Scheibenläufermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

4 Transformatoren (Umspanner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.1 Aufbau mit Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

4.1.1 Magnetgestell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.1.2 Wicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.1.3 Ölkessel und Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

4.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

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4.2.1 Spannungserzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.2.2 Leerlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1254.2.3 Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.3 Leistungsschild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.3.1 Leistungs-und Spannungsangabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.3.2 Kurzschlussspannung, Kurzschlussstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294.3.3 Wirkungsgrad, Verluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.3.4 Schaltgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1334.3.5 Zickzackschaltung (z-Schaltung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

4.4 Parallelschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1374.5 Stelltransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

4.5.1 Grundsätzliche Möglichkeiten zur Änderung der Ausgangsspannung . . . . . . 1394.5.2 Lichtbogen-Schweißtransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.6 Kleintransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.6.1 Grundsätzlicher Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.6.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1444.6.3 Grundsätzliches zur Einteilung nach VDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

4.7 Spartransformatoren (Autotransformatoren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5 Asynchronmaschinen für 3-Phasen-Wechselstrom (Drehstrom) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.1 Drehfeld (Umlaufendes Magnetfeld) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.2 Schleifringläufermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5.2.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.2.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Anlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Betrieb, Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Drehmomente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

5.2.3 Leistungsschild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1565.3 Kurzschlussläufermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

5.3.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1575.3.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Anlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158Hochlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Betrieb, Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

5.4 Asynchronlinearmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1635.4.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1635.4.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1645.4.3 Vor- und Nachteile gegenüber konventionellen, rotierenden Asynchronmotoren 1655.4.4 Magnetschwebebahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Elektrodynamisches Schweben (EDS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166Elektromagnetisches Schweben (EMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

5.5 Anlassverfahren der Drehstrom-Asynchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1675.5.1 Kurzschlussläufermotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1685.5.2 Schleifringläufermotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1725.5.3 Allgemeine Bestimmungen über Anlassen von Asynchronmotoren . . . . . . . . 174

5.6 Elektrische Bremsungen von Drehstrom-Asynchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1745.6.1 Gegenstrombremsung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1755.6.2 Gleichstrombremsung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

5.7 Drehzahlsteuerungen von Drehstrom-Asynchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1765.7.1 Drehzahlsteuerung durch Beeinflussung des Schlupfes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1765.7.2 Drehzahlsteuerung durch Änderung der Frequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1785.7.3 Drehzahlsteuerung durch Änderung der Polpaarzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Polumschaltungen mit getrennten Ständerwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180Polumschaltungen mit Spulengruppen einer Ständerwicklung . . . . . . . . . . . . 180

5.8 Spannungsumschaltungen von Drehstrom-Asynchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 1845.9 Betriebliche und praktische Gegenüberstellungen von

Kurzschlussläufermotoren und Schleifringläufermotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1865.9.1 Vorteile des Kurzschlussläufermotors gegenüber

dem Schleifringläufermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

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5.9.2 Vorteile des Schleifringläufermotors gegenüberdem Kurzschlussläufermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

5.10 Elektrische Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1875.10.1 Aufbau und Schaltungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1875.10.2 Wirkungsweise der einfachen Wellenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

5.11 Drehtransformator (Asynchronmotor als Stelltransformator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1885.11.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1885.11.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

5.12 Asynchrongeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1905.12.1 Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1905.12.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

6 Asynchronmaschinen für 1-Phasen-Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

6.2.1 Einschaltmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.2.2 Anlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.2.3 Betrieb, Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

6.3 Spezieller Hilfsstrang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1986.4 Spaltpolmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

6.4.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1996.4.2 Wirkungsweise, Betriebsverhältnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

6.5 Drehstrom-Asynchronmotor am 1-Phasen-Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2016.5.1 Steinmetzschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

7 Synchronmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

7.1.1 Außenpolmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.1.2 Innenpolmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.1.3 Dämpferwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2087.1.4 Erregermaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

7.2 Wirkungsweise des Synchrongenerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.2.1 Leerlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.2.2 Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

7.3 Parallelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2127.3.1 Synchronisiervorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2127.3.2 Prüfung der Phasenlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Synchronisier-Lampenschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Synchronoskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

7.3.3 Lastverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.4 Wirkungsweise des Synchronmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

7.4.1 Anlaufbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2177.4.2 Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Leerlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

7.4.3 Phasenschieber (Blindleistungsmaschine) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2197.5 Synchron-Kleinstmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

7.5.1 Synchron-Kleinstmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

7.5.2 Drehstrom-Reluktanzmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2217.6 Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

7.6.1 Funktionsbegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2237.6.2 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2237.6.3 Betriebseigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Ansteuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225Schrittfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227Schrittwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

7.6.4 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

9

INHALT.QXD 9/10/2010 12:59 PM Page 9

7.7 Servomaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2297.7.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2317.7.2 Gleichstrommaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2327.7.3 Drehfeldmaschinen für Servoantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Asynchron-Servomaschinen – AC-Servomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233Permanenterregte Synchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Feldorientierte Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

8 Stromwendermaschinen für 1-Phasen-Wechselstrom und 3-Phasen-Wechselstrom (Drehstrom) 2398.1 Frequenzfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2398.2 Stromwendermaschinen für 1-Phasen-Wechselstrom (Motoren) . . . . . . . . . . . . . . . . 2408.3 Repulsionsmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

8.3.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2408.3.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Anlaufstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241Betriebsstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242Kurzschlussstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

8.4 Stromwendermaschinen für Drehstrom (Motoren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2448.4.1 Drehstrom-Reihenschluss-Stromwendermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

8.4.2 Ständergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Stromwendermotor . . . . . . . . . . 246Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

8.4.3 Läufergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Stromwendermotor . . . . . . . . . . . 248Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

9 Umformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2519.1 Motorgeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

9.1.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2519.1.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

9.2 Frequenzumformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2529.2.1 Asynchroner Frequenzumformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

9.3 1-Anker-Umformer (EU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2549.3.1 1-Ankerumformer mit getrennten Läuferwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

9.3.2 1-Anker-Umformer mit angezapften Läuferwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 255Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

10 Gliederung der 1-Phasen-, 3-Phasen-(Drehstrom-) und Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . 25910.1 Energieumformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25910.2 Drehfeldmaschinen mit kreisförmigem und elliptischem Drehfeld . . . . . . . . . . . . . . 26010.3 Schlupf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26110.4 Maschinen mit Neben- und Reihenschlusscharakter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

11 Störungen an elektrischen Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26311.1 Störungen an Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26311.2 Störungen an 1-Phasen- und 3-Phasenmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

10

INHALT.QXD 8/20/2010 6:58 PM Page 10

Gegenüberstellung üblicher alter und neuer Anschlussbezeichnungen elektrischerMaschinen

11

Maschinenart Maschinenteil AlteBezeichnung

NeueBezeichnung

Gleichstrommaschinen

Bemerkung:Weitere Untergliederungsiehe Seite 4 DIN 42 401

Ankerwicklung A–B A1–A2

Wendepolwicklung G–H B1–B2

Kompensationswicklung G–H C1–C2

Reihenschlusswicklung E–F D1–D2

Nebenschlusswicklung C–D E1–E2

fremderregte Wicklung I–K F1–F2

Wechselstrommaschinen ohne Stromwender

A.1-Phasen-Kurzschlussläufer-maschinen

Ständerwicklung

a) Hauptstrang U–V U1–U2

b) Hilfsstrang W–Z Z1–Z2

B.Drehstrom-Kurzschlussläu-fermaschinen

1. Ständerwicklung mit herausge-führtem Sternpunkt

U–V–W–Mp U–V–W–N

2. Ständerwicklung in offenerSchaltung

U–XV–YW–Z

U1–U2V1–V2W1–W2

C.Drehstrom-Schleifringläufer-maschinen

1. Ständerwicklung ohne herausge-führten Sternpunkt (oder wie unterDrehstrom-Kurzschlussläuferma-schinen)

U–V–W U–V–W

2. Läuferwicklunga) 3-phasigb) 2-phasig

u–v–wu–v–x/y

K–L–MK–L–Q

D.Drehstrom-Synchroninnen-polmaschinen

1. Ständerwicklung mit herausge-führtem Sternpunkt (oder wieunter Kurzschluss- bzw. Schleif-ringläufermaschine U–V–W–Mp U–V–W–N

2. Polradwicklung(fremderregt)

I–K F1–F2

INHALT.QXD 9/17/2010 4:17 PM Page 11

Mit DIN EN 60 034-8 auf Basis von IEC 60 034-8 wurden die Klemmenbezeichnun-gen so geändert, dass eine globale einheitliche Anwendung möglich sein soll.

BegriffeAnschlussbezeichnungist die dauerhafte Kennzeichnung des äußeren Anschlusses der Wicklungsableitungenoder der Ableitungen von Zubehör zum Anschließen der Maschine an das Netz undzeigt die Funktion des Anschlusses an.

AnzapfungenZwischenanschlüsse an einen Teil eines Wicklungselementes.

WicklungsableitungenIsolierte Leiter zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Wicklungund ihrer Anschlussstelle.

WicklungEine Einheit von Windungen oder Spulen, die eine bestimmte Funktion in einer dre-henden elektrischen Maschine haben.

12

Maschinenart Maschinenteil AlteBezeichnung

NeueBezeichnung

Transformatoren

A.1-Phasen-Transformatorenmit getrenntenWicklungen

1. Oberspannungswicklung U–V 1.1–1.2

2. Unterspannungswicklung u–v 2.1–2.2

B.1-Phasen-Transformatoren

1. Oberspannungswicklung U–V1.1–2.1–2

2. Unterspannungswicklung u–v

C.Drehstrom-Transformatoren mitherausgeführtemSternpunkt

1. Oberspannungswicklung W–V–U–Mp 1W–1V–1U–1N

2. Unterspannungswicklung w–v–u–mp 2W–2V–2U–2N

D.Drehsrom-Transformatorenmit herausgeführtem Stern-punkt

1. Oberspannungsseite W–V–U 1W–1V–1U

2. Unterspannungsseite w–v–u 2W–2V–2U

Mp N

INHALT.QXD 9/10/2010 1:04 PM Page 12

WicklungsstrangEin oder mehrere Elemente einer Wicklung, die einer bestimmten Phase zugeordnet sind.

WicklungselementTeil einer Wicklung, dessen Windungen oder Spulen dauerhaft miteinander verbun-den sind.

Getrennte Wicklungen Zwei oder mehrere Wicklungen, von denen jede eine eigene Funktion hat und dienicht miteinander verbunden sind. Sie werden ausschließlich getrennt verwendet,sowohl ganz oder in Teilen.

SymboleEs folgt eine Auswahl der zur Kennzeichnung von Leitern und Klemmen verwendetenKennbuchstaben:

Gleichstrom- und Einphasenstrom-KommutatormaschinenA AnkerwicklungB KommutatorwicklungC KompensationswicklungD ReihenschlusswicklungE NebenschlusswicklungF Fremderregerwicklung

Kommutatorlose WechselstrommaschinenK, L, M SekundärwicklungN Sternpunkt (Neutralleiter) der PrimärwicklungU, V, W PrimärwicklungZ Hilfswicklungen

ZusatzeinrichtungenBA WechselstrombremsenBD GleichstrombremsenBW BürstenüberwachungHE HeizungLA Blitzschutz

R WiderstandsthermometerSP ÜberspannungsschutzTB Thermostatschalter, öffnend bei TemperaturanstiegTC ThermoelementeTM Thermostatschalter, schließend bei TemperaturanstiegTN Temperaturfühler, negativer TemperaturkoeffizientTP Temperaturfühler, positiver Temperaturkoeffizient

13

INHALT.QXD 8/20/2010 6:58 PM Page 13

Regeln zur AnschlussbezeichnungEine Anschlussbezeichnung muss alle Anschlussklemmen von Wicklungen undZusatzeinrichtungen kennzeichnen, die dem Anwender zugänglich sind.

Alle Dreiphasenmaschinen mit mehr als drei Anschlussklemmen und alle anderenMaschinen sowie Zusatzeinrichtungen mit mehr als zwei Anschlussklemmen müssenauf einem Aufkleber oder Schild in der Nähe des Anschlusskastens oder im Innerendes Kastens Anweisungen zum Anschließen geben.

Die Anschlusskennzeichnung enthält lateinische Großbuchstaben und arabischeZiffern. Die Zeichen sind ohne Leerzeichen anzuordnen.

Jeder Wicklung, jedem Wicklungsstrang oder jedem Hilfskreis muss ein Buchsta-bensymbol zugeordnet sein.

Um Verwechselungen mit den Ziffern 1 und 0 zu vermeiden, sind die Buchstaben«I» und «O» nicht zu verwenden.

Mehrere Leiter einer Maschine dürfen die gleiche Kennzeichnung nur haben, wennalle vollständig in der Lage sind, die gleiche elektrische Funktion derart auszuüben,dass man jede von ihnen für den Anschluss verwenden kann.

Sind mehrere Leiter oder Leitungen zum Aufteilen des Stromes vorgesehen, müssendie Anschlussbezeichnungen mit einer zusätzlichen Nachsetzziffer gekennzeichnetsein, getrennt durch einen Bindestrich.

Anschlussbilder für gebräuchliche Anwendungen

Dreiphasen-Asynchronmaschinen

14

U1 V1 W1

U2 V2 W2

Bild 1 Dreiphasenwicklung; offene Schaltung, dreiElemente

U V W Bild 2Dreiphasenwicklung; Dreieckschaltung, dreiAnschlussklemmen

VU W N Bild 3 Dreiphasenwicklung; innen verschalteterSternpunkt, Neutralleiter, vier Anschluss-klemmen

INHALT.QXD 8/20/2010 6:58 PM Page 14

15

U1 V1 W1

W2

W3

W4

V2

V3

V4

U2

U3

U4

Bild 4 Dreiphasenwicklung; zwei Elemente proStrang, offene Schaltung, zwölf Klemmen

U1U11U12

U13

U14U2

U3U31

U32

U33

U34

U4

V1V11V12

V13

V14V2

V3V31

V32

V33

V34

V4

W1W11W12

W13

W14W2

W3W31

W32

W33

W34

W4

Bild 5Dreiphasenwicklung; zwei Elemente proPhase, vier Anzapfungen pro Element, offene Schaltung, sechsunddreißigAnschlussklemmen

1U1

1U2

1U3

1U4

1V1

1V2

1V3

1V4

1W1

1W2

1W3

1W4

2U1

2U2

2U3

2U4

2V1

2V2

2V3

2V4

2W1

2W2

2W3

2W4

Bild 6 Zwei getrennte Dreiphasenwicklungen mitzwei unabhängigen Funktionen; zwei Ele-menten pro Phase, offene Schaltung, vier-undzwanzig Anschlussklemmen

Bild 7Zwei Elemente; interne Verbindung, dreiAnschlussklemmen

U2

(U2) (U3) U4U1

INHALT.QXD 8/20/2010 6:58 PM Page 15

Einphasen-Aynchronmaschinen

Gleichstrom-Maschinen

16

U1 U2 Z1 Z2 Bild 8 Einphasen-Haupt- und Hilfswicklung; zwei Elemente

Z1 Z2 Bild 9Einphasen-Hilfswicklung; verschalteterKondensator, ein Element

U1 U2TP

Bild 10Einphasen-Hauptwicklung; verschalteterTemperaturfühler, ein Element

A1 A2 Bild 11Ankerwicklung; ein Element

B1 B2 B2 B4

B1 B2 Bild 12Wendepolwicklung; ein und zwei Elemente

C1 C2 C3 C4

C1 C2 Bild 13Kompensationswicklung; ein und zwei Ele-mente

D1 D2

D11 D12

Bild 14Reihenschlusswicklung; ein Element, zwei Anzapfungen

E1 E2 Bild 20Nebenschluss-Erregerwicklung; ein Element

F1 F2 F3 F4

F1 F2 Bild 21Getrennt (Fremd-)erregte Erregerwicklung; ein und zwei Elemente

INHALT.QXD 8/20/2010 6:58 PM Page 16

Beispiele für gebräuchliche AnwendungenDreiphasen-Asynchronmaschinen mit einer Drehzahl

Eine Spannung

Zwei Spannungen 1 : , sechs Anschlussklemmen

Sternschaltung, zwei Spannungen 1 : 2, neun Anschlussklemmen

3

W2

W1 U2

U1

V2 V1

U1

U2W2

W1

V2

V1

Spannung L1 L2 L3 Schaltung Spannung L1 L2 L3 Schaltung

niedrig U1 V1 W1 Dreieck hoch U1 V1 W1 Stern

Verbinden [U1,W2]; [ U2,V1]; [V2,W1] Verbinden [U2,V2,W2]

U

W V

N

U

VW

L1 L2 L3 Schaltung L1 L2 L3 Schaltung

U V W Dreieck U V W Stern

Dreieckschaltung Sternschaltung mit oder ohne Neutralleiter

17

U3 U1

U2

V3V1

V2W3

W2

W1 W3

W2W1

U1

U2U3

V3

V2 V1Spannung L1 L2 L3 Schaltung Spannung L1 L2 L3 Schaltung

niedrig U1 V1 W1 Doppelstern hoch U1 V1 W1 Stern

Verbinden [U1,U3]; [V1,V3]; [W1,W3];[U2,V2,W2] Verbinden [U2,U3]; [V2,V3]; [W2,W3]

INHALT.QXD 10/20/2010 4:34 PM Page 17

Dreieckschaltung, zwei Spannungen 1 : 2, neun Anschlussklemmen

Anlaufschaltungen

Stern-Dreieck-Anlauf, eine Spannung, sechs Anschlussklemmen

Stern-Dreieck-Anlauf, zwei Spannungen 1 : 2 oder 1 : , zwölf Anschlussklemmen3

18

U2

V1V3

U3

W2

U1

V2

W3W1 V3 V2 V1W1

W2W3

U1

U2U3

Spannung L1 L2 L3 Schaltung Spannung L1 L2 L3 Schaltung

niedrig U1 V1 W1 Doppeldreick hoch U1 V1 W1 Dreieck

Verbinden [U1,U3,W2]; [V1,V3,U2];[W1,W3,V2] Verbinden [U2,U3]; [V2,V3]; [W2,W3]

U1

U2W2

W1 V2 V1 V2 V1

U2

U1W2

W1

Stellung L1 L2 L3 Schaltung Stellung L1 L2 L3 Schaltung

Anlauf U1 V1 W1 Stern Betrieb U1 V1 W1 Dreieck

Verbinden [U1,V2,W2] Verbinden [U1,W2]; [ U2,V1]; [V2,W1]

U1 U3

U4U2W4 V2

V1W1

W3 W2W4V3

U1U2U3U4

W4W3W2

V4V3

V2 V4W1

Stellung L1 L2 L3 Schaltung Stellung L1 L2 L3 Schaltung

Anlauf U1 V1 W1 Doppelstern Anlauf U1 V1 W1 SternVerbinden [U1,U3]; [V1,V3]; [W1,W3];

[U2,V2,W2]; [U4,V4,W4]Verbinden [U2,U3] [V2,V3]; [W2,W3];

[U4,V4,W4]

W2 U3U1

U2U4

V1V2W1

W3

W4

V3V4 W1

W2W3

W4 U1

U2U3

U4

V4 V3 V2 V1Stellung L1 L2 L3 Schaltung Stellung L1 L2 L3 SchaltungBetrieb U1 V1 W1 Doppeldreieck Betrieb U1 V1 W1 Dreieck

Verbinden [U1,W2,U3,W4]; [V1,U2,V3,U4];[W1,V2,W3,V4]

Verbinden [U1,W4]; [V1,U4]; [W1,V4];[U2,U3]; [V2,V3]; [W2,W3]

Niedrige Spannung Hohe Spannung

INHALT.QXD 10/21/2010 12:51 PM Page 18

Teilwicklungsanlauf, eine Spannung, sechs Anschlussklemmen

19

U1

V1W1

U3

V3W3

Stellung L1 L2 L3 Schaltung Stellung L1 L2 L3 SchaltungAnlauf U1 V1 W1 Stern Betrieb U1 V1 W1 Doppelstern

Trennen [U3,V3,W3] Verbinden [U1,U3]; [V1,V3]; [W1,W3]

U3U1

V3 V1

V2U2

W3 W2W1

Stellung L1 L2 L3 SchaltungAnlauf U1 V1 W1 Stern

Trennen U3, V3; W3Verbinden [U2, V2, E2]

U3U1

V3 V1

V2U2

W3 W2W1

W3

W2 V2

V3

V1W1

U1

U2U3

Stellung L1 L2 L3 Schaltung Stellung L1 L2 L3 SchaltungBetrieb U1 V1 W1 Doppelstern Betrieb U1 V1 W1 DoppelsternVerbinden [U1,U3]; [V1,V3]; [W1,W3];

[U2,V2,W2] Verbinden [U2,U3]; [V2,V3]; [W2,W3]

Niedrige Spannung Hohe Spannung

Teilwicklungsanlauf, zwei Spannungen 1 : 2 , neun Anschlussklemmen

INHALT.QXD 10/20/2010 4:43 PM Page 19

Zwei Drehzahlen, eine Wicklung

Veränderbares Drehmoment, sechs Anschlussklemmen

Konstantes Drehmoment, sechs Anschlussklemmen

Konstante Leistung, sechs Anschlussklemmen

20

1U2W

1W2U

2V1V

2U

1V1W

2W 1U 2V

Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung Stellung L1 L2 L3 Schaltung

niedrig 1U 1V 1W Stern Anlauf 2U 2V 2W Doppelstern

Trennen 2U, 2V, 2W Verbinden [1U,1V,1W]

1W

2W

1U2V

2U

1V

2U

1W 1V

2V2W

1U

Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung

niedrig U1 V1 W1 Dreieck hoch U1 V1 W1 Doppelstern

Trennen 2U, 2V, 2W Verbinden [1U,1V,1W]

1W

2W 2U

1U2V 1V

2U

1W

2W1U

1V

2V

Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung

niedrig 1U 1V 1W Doppelstern hoch 2U 2V 2W Dreieck

Trennen 2U, 2V, 2W Verbinden [1U,1V,1W]

INHALT.QXD 10/20/2010 4:46 PM Page 20

Zwei Drehzahlen, zwei getrennte Wicklungen

Eine Spannung, innere Sternschaltung, sechs Anschlussklemmen

Drei DrehzahlenBei drei oder vier Drehzahlen sind viele Kombinationen aus den vorhergehenden Bei-spielen möglich. Die vorgesetzten Ziffern werden entsprechend den ansteigendenDrehzahlen angepasst. Unbenutzte, geschlossene Wicklungen sind in den nachfolgen-den Beispielen geöffnet, um Kreisströme sicher auszuschließen. Diese Maßnahmeerfordert eine zusätzliche Klemme und kann entfallen, wenn die Motorauslegungkeine Kreisströme erzeugt.

Drei Drehzahlen, konstantes Moment, zwei getrennte Wicklungen, zehn Anschluss-klemmen

Drehzahl L1 L2 L3 Trennen Verbinden Schaltungniedrig 1U 1V 1W-1 2U, 2V, 2W, 3U, 3V, 3W [1W-1,1W-2] Offenes

Dreieckmittel 2U 2V 2W 1W-1, 1W-2, 1V, 1U, 3U, 3V, 3W Stern

hoch 3U 3V 3W 2U,2V,2W [1W-1, 1W-2, 1V, 1U] Doppelstern

21

U1

W1 V1

2U

2W 2V

Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung Drehzahl L1 L2 L3 Schaltung

niedrig U1 V1 W1 Stern hoch U1 V1 W1 Stern

Trennen 2U, 2V, 2W Verbinden [1U,1V,1W]

3U

1W-11W-2

3W

1V

3V

1U

2U

2W 2V

3U

1V

3V

1W-11W-2

3W1U

1U

1W 1V

2U

2W-1

2W-2

2V

3U

3W 3V

INHALT.QXD 9/10/2010 1:38 PM Page 21

Drei Drehzahlen, drei getrennte Wicklungen, zehn Anschlussklammen

Einphasenstrom-Asynchronmotoren

Gleichstrommotoren

A1E1 A2 E2

(B1) (B2) (C1) (C2)

F1 F2 A1 A2

Drehrichtung rechts L+ L– L+ L–

Drehrichtung links L+ L– L– L+

Nebenschlussmotor, vier Anschlussklemmen

Z1

Z2

U1

U2L1 L2 Verbinden

Drehrichtung rechts U1 U2 [U1,Z1];[U2,Z2]

Drehrichtung links U1 U2 [U1,Z2];[U2,Z1]

Spaltpol- oder Kondensatormotor für zwei Drehrichtungen

Drehzahl L1 L2 L3 Trennen Verbinden Schaltungniedrig 1U 1V 1W 2U, 2V, 2W-1, 2W-2, 3U, 3V, 3W --- Stern

mittel 2U 2V 2W-1 1U, 1V, 1W, 3U, 3V, 3W [2W-1, 2W-2] Offenes Dreieck

hoch 3U 3V 3W 1U, 1V, 1W, 2U, 2V, 2W-1, 2W-2 --- Stern

22

Z1

Z2CA2CA1

U1

U2

L1 L2 Verbinden

Drehrichtung rechts U1 U2 [U1,Z1]; [U2,CA1]; [CA2, Z2]

Drehrichtung links U1 U2 [U2,Z1]; [U1,CA1]; [CA2,Z2]

Motor mit Anlaufkondensator, zwei Drehrichtungen, vier Anschlussklemmen

INHALT.QXD 8/20/2010 6:59 PM Page 22

A1 A2(A2)

(D1) (D2)(B1) (B2)(C1) (C2)

Drehrichtung L+ L–

rechts A1 A2

rechts A2 A1

Reihenschlussmotor, zwei AnschlussklemmenBeispiel für Drehrichtung rechts unabhängig von der Polarität A1 und A2.

Richtungspfeil ist auf dem Gehäuse anzubringen.Für Drehrichtung links muss der Hersteller innere Anschlusspunkte (D1) und (D2) tauschen.

(D1) wird als A2 gekennzeichnet.

A1E1 A2 D1 D2 E2

(B1) (B2) (C1) (C2)

F1 F2 A1 A2 D1 D2

Drehrichtung rechts L+ L– L+ L– L+ L–

Drehrichtung links L+ L– L– L+ L– L+

Nebenschlussmotor, feldverstärkte Kompound- und Wendepolwicklung; sechs Kl.

23

INHALT.QXD 8/20/2010 6:59 PM Page 23

24

INHALT.QXD 8/20/2010 6:59 PM Page 24

1 Gleichstrommaschinen

1.1 Mechanischer Aufbau

Der mechanische Aufbau einer Gleichstrommaschine besteht aus dem Ständer und demAnker. Der Anker ist stets derjenige Teil, in dessen Wicklungen Spannungen induziertwerden. Hierbei kann der Anker als drehender oder ruhender Teil ausgeführt werden.So gehört z.B. die Gleichstrommaschine zu den Außenpolmaschinen, hierbei ist derrotierende Teil der Anker. Bei der Synchronmaschine (Innenpolmaschine) ist der Stän-der der Anker, der drehende Teil das Polrad. Bei den Asynchronmotoren wird der Stän-der als Primäranker, der Läufer dagegen als Sekundäranker bezeichnet.

a) Ständer (Magnetgestell)Er stellt den ruhenden Teil der Maschine dar (Bild 1.1a). Er wird aus massivem Werk-stoff (Stahl- oder Grauguss) in einem Stück oder in geschweißter Bauweise hergestellt.Durch das Joch erfolgt der magnetische Rückfluss. Im Inneren der Maschine befindensich die ausgeprägten Hauptpole (Bild 1.1b) mit den dazugehörenden Erregerspulen.Bei mittleren und größeren Maschinen werden zwischen den Hauptpolen die Hilfs-oder Wendepole angeordnet. Auf den Wendepolen ist die mit dickem Draht ausge-führte Wendepolwicklung angeordnet, die in Gegenreihe zum Anker geschaltet ist.

Zur Vermeidung der Wirbelstromverluste werden die Polschuhe der Hauptpole ausgeschichteten Dynamoblechen zusammengesetzt, die gegenseitig durch Seidenpapier, Lack oder Oxidschichten isoliert werden.

Aus fertigungstechnischen Gründen werden oftmals die gesamten Hauptpole aus

25

Mechanischer Aufbau

Ständer AnkerPolkörper AnkerkörperErregerwicklung AnkerwicklungWendepolwicklung WelleBürstenhalter StromwenderKohlebürsten LüfterLagerschilderLeistungsschildKlemmenplatte

KAP_1.QXD 8/20/2010 4:40 PM Page 25

geschichteten Dynamoblechen hergestellt.Die Wicklungsanschlüsse (Erreger- und Ankerwicklung) werden zur Klemmenplat-

te herausgeführt und dort je nach Schaltungsart miteinander verbunden.

b) AnkerDer genutete Ankerkörper (Bild 1.2a) ist aus Dynamoblechen zusammengeschichtet,um ebenfalls Wirbelstrombildung zu verhindern. Die von den Nuten (Bild 1.2b) auf-genommene Ankerwicklung wird je nach Strombelastung als Runddraht oder Profil-stab ausgeführt. Wegen der großen Fliehkräfte muss die Wicklung in den einzelnenNuten durch Hartholz- oder Kunststoffstäbe gesichert werden. Meistens wird um diekomplette Ankerwicklung noch eine zusätzliche Drahtbandage gezogen. Die Anker-wicklung ist in sich geschlossen und besteht aus einzelnen Teilspulen (Bild 1.2c).Durch die räumlich angeordneten einzelnen Ankerspulen werden im konstanten Mag-netfeld Wechselspannungen induziert, die gegeneinander zeitlich verschoben sind. DerAnfang einer Spule und das Ende der nächsten werden in die Lötfahne einer Strom-wenderlamelle geführt (Bild 1.2d) und dort durch Weich- oder Hartlot verbunden.

Die Ankerwicklung kann als Ohm’scher Widerstand mit – je nach Polzahl undWicklungsart – 2 bzw. mehreren parallelen Ankerzweigen aufgefasst werden.

c) Stromwender (Bilder 1.3a und 1.3b)Der Stromwender (Kollektor, Kommutator) besteht aus einzelnen, in Umfangsrich-tung angeordneter, Hartkupferlamellen. Die Lamellen sind einzeln und gegen dieWelle durch Glimmerzwischenlagen oder Mikanitplatten isoliert. Bei kleinen Maschi-nen wird der Stromwender auf die Welle gepresst, bei großen Maschinen wird er zu-

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Polkörper

Erregerwicklung

Wendepol

Wendepol-wicklung

Anker

Magn. Fluss

Klemm-kasten

Magn. Fluss

Joch

N

S 2Polschuh

Polkern

Bild 1.1aAufbau einer 2-poligenGleichstrommaschine

Bild 1.1b Polkörper

KAP_1.QXD 8/20/2010 4:40 PM Page 26

27

Ankerkörper

Stromwende

S

RV

N

1

2 3

4

S

RV

N

1

3

4

A

AA

AE

EE

E

2

1

3

2

4

Teilspulen

Stromwender

1 2 3 4E A E E EA A A

RV

4 1 2 3 4

Bild 1.2a Genuteter Trommelanker

Bild 1.2bVorderansicht Stromwenderseite

Bild 1.2d Abwicklung der Ankerwicklung(einfache Schleifenwicklung)

Bild 1.2cErsatzschaltbild

KAP_1.QXD 8/20/2010 4:40 PM Page 27