Elektrische Maschinen Teil: 1 u. 2

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Prof. Dr.-Ing. E. Nolle 1-2 Elektrische Maschinen Beim üblichen Aufbau von elektrischen Maschinen nach Bild 1.2 stehen Leiter-, Feld- und Bewegungsrichtung näherungsweise senkrecht aufeinander und oftmals ist auch das Feld im aktiven Bereich etwa homogen, so dass sich dann einfache skalare Formeln für diese Grundgesetze ergeben. E i v Bild 1.2 ) Typische Leiteranordnung bei elektrischen Maschinen In diesem Fall gilt für den mit einheitlicher Geschwindigkeit v bewegten, geraden Leiter der Länge l im homogenen Magnetfeld der Flussdichte B u i = l ⋅( v × B) = l v B . In analoger Form vereinfacht sich auch das Durchflutungsgesetz für abschnittsweise homogene Magnetkreise der magnetischen Feldstärke Hn und Länge ln , die von Strömen Im bzw. Spulen der Windungszahl N mit dem Strom I erregt werden, zu Θ = ∑ m → → Im = N ⋅ I = ∫ H ⋅ ds = ∑ C n H l n n Weiterhin lässt sich aus der Lorentzkraft direkt die Kraft auf Strom durchflossene Leiter im äußeren Magnetfeld B r ableiten, wobei das Wegelement dl r in Stromrichtung positiv gezählt wird und C allgemein die Leiterkontur angibt. Geht man wieder von der üblichen Maschinengeometrie gemäß Bild 1.3 aus, vereinfacht sich auch dieser Ausdruck auf die einfache skalare Form r F = I ⋅∫ dl × B = I ⋅( l × B) mit F = F = I l B . I B B C N S N S b) Bild 1.3 Kraft auf Strom durchflossene Leiter im Magnetfeld l l F .
Prof. Dr.-Ing. E. Nolle 1-3 Elektrische Maschinen 1.2 Elektrische Netzwerke 1.2.1 Grundelemente der Elektrotechnik Elektrische Netzwerke lassen sich prinzipiell aus 4 Grundelementen aufbauen, von denen jedes eine einzige elementare Wechselwirkung verkörpert und durch ein festgelegtes Symbol dargestellt wird. Man unterscheidet dementsprechend: Symbol Bezeichnung, Zusammenhang neu u i R C alt L ideale Spannungsquelle u i ≠ f () i allg. Verbraucher u = f () i bzw. Widerstand u = R ⋅i (Ohmsches Gesetz) Induktivität di u = L dt Kapazität 1 u = ∫ i dt C Tabelle 1.1 Grundelemente der Elektrotechnik Wechselwirkung Umwandlung von nichtelektrischer in elektrische Energie, z. B. mechanische u./o. chemische Energie, Wärme, Licht, usw. in elektrische Energie Umwandlung von elektrischer in nichtelektrische Energie, z.B. elektrische Energie in mechanische u./o. chemische Energie, Wärme, Licht, usw. Umwandlung zwischen elektrischer und magnetischer Energie => reversibel Umwandlung zwischen elektrischer Feld- und Strömungsenergie. => reversibel Allgemeine Energieumwandlungen lassen sich dann durch Kombinationen dieser Grundelemente beschreiben, wobei u. U. bestimmte Kombinationen zu neuen Elementen (z.B. als reale Spannungs- bzw. Stromquelle, reale Induktivität, u. s. w.) zusammengefasst werden. 1.2.2 Elektrische Netzwerke Sehr häufig besteht die Aufgabe eines Elektroingenieurs darin, das Verhalten einer elektrischen Einrichtung zu beschreiben und gegebenenfalls in gewünschter Weise zu optimieren. In Bild 1.4 ist vereinfacht der Schaltplan eines PKW unter Verwendung von genormten Schaltzeichen dargestellt. G M Generator ……..Verbraucher…….. Batterie Bild 1.4 Vereinfachter Schaltplan eines PKW + _
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