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ELEKTROMASCHINEN
PRAKTIKUM
ELEKTROMASCHINEN
PRAKTIKUM
von FRANZ UNGER
Dr.-techn., ord. Professor emerit.
früher Direktor des Instituts für elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen
der Technischen Hochschule Braunschweig
Dritte, umgearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 125 Abbildungen
Springer Fachmedien
Wiesbaden GmbH 1958
ISBN 978-3-663-19862-8 ISBN 978-3-663-20200-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-20200-4
Alle Rechte vorbehalten
©
by Springer Fachmedien Wiesbaden
1958
Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft1958.
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1958
Vorwort
Die praktischen Übungen an elektrischen Maschinen, wie sie von den Studierenden
an Hochschulen und technischen Lehranstalten durchgeführt werden sollen,
erfordern umfangreiche vorbereitende Vorträge, für die erfahrungsgemäß die Zeit
fehlt. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten sind seinerzeit im Institut für elek
trische Maschinen an der Technischen Hochschule Braunschweig kurzgefaßte
Unterrichtsblätter herausgegeben worden, in denen die grundsätzlichen Vorgänge
und Schaltungen erklärt wurden. Diese Unterrichtsblätter, die sich auf die plan
mäßigen Übungen der Anfänger und Fortgeschrittenen beschränkten, sind 1947
in Buchform als "Elektromaschinenpraktikum" bei der WoHenbütteler Verlags
anstalt G.m.b.H. erschienen. Die Notwendigkeit, den viel zu eng gefaßten Rahmen
der zweiten Auflage dieses Buches zu sprengen, zwang mich zu einer gänzlichen
Umarbeitung und Erweiterung.
Voraussetzung für das Verständnis dieses Buches ist die Kenntnis der elektrischen
Maschinen und Geräte sowie auch die Kenntnis der für ihre Untersuchung ver
wendeten Meßgeräte. Hier kann nur eine kurze allgemeine Übersicht über die
Eigenschaften der Meßgeräte und über Maßverfahren gegeben werden, ebenso
nur ein kurzer Auszug aus den Schaltungsnormen des VDE (Verbandes Deutscher
Elektrotechniker). Auch die Eigenschaften der elektrischen Maschinen, Elektro
magnete und Transformatoren sind nur in einfacher Form so erläutert, daß eine
Kenntnis der Vorlesungen oder der einschlägigen Literatur vorausgesetzt werden
muß. Die elementaren Untersuchungen umfassen einfache Messungen an Elektro
magneten, Transformatoren, Maschinen und Gleichrichtern, wobei hauptsächlich
die charakteristischen Kurven dem Gedächtnis eingeprägt werden sollen. Die
Maschinenuntersuchungen für Fortgeschrittene umfassen Spannungsausgleich,
Anlaß- und Regelverfahren, Parallelbetrieb und Phasenkompensation, also den
Maschinenbetrieb. Die Prüfung elektrischer Maschinen und Transformatoren be
handelt auf der Grundlage der "Regeln für elektrische Maschinen, VDE 0530/7.55"
und "Regeln für Transformatoren, VDE 0532/7.55" die Prüfung der Erwärmung,
Belastbarkeit, Verluste, Spannungsänderung, Drehzahl usw. Die obigen "Regeln"
werden auszugsweise gebracht und ihre Anwendung auf die Prüfung der haupt
sächlichen Maschinenarten und Transformatoren an Beispielen gezeigt.
In den Schaltbildern dieses Buches werden zunächst die vollständigen Schalt
zeichen gebraucht, um dem Anfänger das Verständnis zu erleichtern. In weiterer
Folge werden immer häufiger Schalt-Kurzzeichen und einpolige Schaltbilder ver
wendet. In mehreren Schaltbildern sind die Klemmenbezeichnungen und alle
Sicherungen weggelassen, damit der Leser sie einzeichnen soll.
Dieses Buch, das nunmehr in dritter, erweiterter Auflage erscheint, sollsowohl den
Studierenden an technischen Hochschulen und technischen Lehranstalten, als
auch den jungen Ingenieuren in der Praxis Anleitungen und Anregungen für ihre
experimentellen Arbeiten geben. Es dürfte auch dem Maschineningenieur, soweit er
mit elektrischen Maschinen und Geräten zu tun hat, eine wertvolle Hilfe bieten.
Braunschweig, im Januar 1958 Franz Unger
Inhaltsverzeichnis
ERSTERTEIL
VDE-Schaltungsnormen
I. Schaltzeichen ............................................ . 1
II. Klemmbezeichnungen 3
ZWEITER TEIL
Meßgeräte und MeBverfahren
I. Messung elektrischer Größen .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
II. Messung mechanischer Größen . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
III. Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
DRITTER TEIL
Die wichtigsten Eigenschalten der elektrischen Maschinen, Elektromagnete
und Transformatoren
I. Der Elektromagnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
II. Die Gleichstrommaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
III. Der Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
IV. Die synchrone Wechselstrommaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
V. Die asynchrone Induktionsmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
VI. Der Einankerumformer .. ·. ........... ,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
VII. Die Wechselstromwendermotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
VIII. Der Quecksilberdampf-Gleichrichter.......................... 47
VIERTER TEIL
Elementare Untersuchungen
I. Untersuchung von Elektromagneten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
II. Messungen an Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
III. Messungen am Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
IV. Messungen an Synchronmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
V. Messungen an asynchronen Induktionsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . 67
VI. Messungen am Quecksilberdampf-Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . 71
FÜNFTER TEIL
Maschinenuntersuchungen für Fortgeschrittene
I. Ausgleichmaschinen und Gleichstrom-Dreileiterschaltung 74
II. Anlassen und Drehzahlregelung von Elektromotoren . . . . . . . . . . . 77
VI
111. Anlassen und Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren . . . . . . . 80
IV. Anlassen und Drehzahlregelung von Induktionsmotoren . . . . . . . . 86
V. Parallelarbeiten und Phasenkompensation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
VI. Parallelbetrieb von Gleichstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
VII. Parallelbetrieb von synchronen Wechselstrommaschinen . . . . . . . . 94
VIII. Parallelbetrieb von Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
IX. Phasenkompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
X. Parallelbetrieb des Einankerumformers mit einem starken Dreh-
stromnetz 101
SECHSTER TEIL
Prüfen elektrischer Maschinen und Transformatoren
I. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
II. Erwärmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
III. Leerlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
IV. Belastbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .• . . . . . . . . . . . 111
V. Wirkungsgrad und Verluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .• . . . . . . . . . . . . 113
VI. Spannung und Spannungsanstieg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 117
VII. Drehsinn und Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
VIII. Schaltgruppe und Übersetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
IX. Prüfung einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine . . . . . . . . . . . . . . 120
X. Prüfung einer Umformer-Metadyne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
XI. Prüfung einer Drehstrom-Synchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
XII. Prüfung eines Drehstrom-Induktionsmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
XIII. Prüfung von Wechselstromwendermotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
XIV. Prüfung eines Drehstrom-Öltransformators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Namen- und Sachverzeichnis........................................ 133
VII
Bedeutung
der Formelzeichen*)
A W = Durchflutung (Ampere- 'Uk = Spannungsverhältnis
windungen) ü = Übersetzung
2a = Parallele Stromzweige V = Leistungsverlust
B =Induktion V = Geschwindigkeit
b =Faktor w = Windungszahl
c =Kapazität X = Blindwiderstand (wL)
c = Spezifische Wärme x,y = Unbekannte
d = Durchmesser x,y,z =Ordinaten
z
E = Elektromotorische Kraft = Ankerleiterzahl
t = 2,71828 ... z = Zahlenwert
F =Fläche IX =Winkel
f =Frequenz = Wärmeübertrittswert
IXk
/( = Funktionszeichen ß =Winkel
G =Gewicht 'Y =Winkel
g = Erdbeschleunigung 6 = Luftspalt
I =Strom e = Wärmeabgabewert
i =Strom '7 = Wirkungsgrad
e
k =Konstante = Übertemperatur
L = Induktivität {} = Temperatur
l =Länge Ä = Wärmeleitwert
M = Drehmoment Ä = Leistungsfaktor (Gleichrichter)
m = Phasenzahl JJ = Permeabilität
N =Leistung /Jo = Induktionskonstante
n =Drehzahl V = Verzerrungsfaktor
p =Kraft :n = 3,14159 ...
p = Polpaarzahl T = Schwingungszahl
Q = Wärmemenge <P = Magnetischer Fluß
,R = Widerstand 'P = Phasenwinkel
= Wicklungswiderstand t:p( = Funktionszeichen
8 =Schlupf w = Winkelgeschwindigkeit
T = Zeitkonstante w = 2 :nf (Kreisfrequenz)
t =Zeit + = Vektorsummenzeichen
u
=Spannung
0) Die neuen Normen-Entwürfe des AEF vom 11. September 1957 planen als Formelzeichen für
Kraft F, für Leistung P und für Querschnitt Q zu verwenden.
VIII
ERSTER TEIL
VDE-Schaltungsnormen
I. Schaltzeichen
Hauptstromleitungen ohne Ver
bindung w~ -@ ({)- ·
Meßgeräte für Spannung (V),
Hilfsstromleitungen, z. B. Polrad Strom (A), Leistung (W) und
erregung, mit Verbindung Frequenz (F)
Stromsicherung
Trennschalter Synchronisiereinrichtung
(z. B. dreiphasig)
Schalter einpolig - zweipolig
Spannungsmesser mit Drehspul
meßwerk (mißt arithm. Mittel
Schalter zweipolig (Kurzzeichen) wert)
Spannungsmessermit Weicheisen·
Leistungsschalter meßwerk (mißt Effektivwert)
Dreiphasiger Stern-Dreieck-Um Stromwandler
schalter (Kurzzeichen)
~ Ohmscher Widerstand
(Wirkwiderstand) Galvanische Stromquelle
stetig regelbarer ohmscher
Spannungsleiter
Galvanische Batterie
Stufig regelbarer ohmscher
Widerstand
Ventil
---
Wicklung, induktiver Widerstand
--11--
Kondensator
Anlaß- und Regelwiderstand für
Gleichstrommaschinen
Gleichstrom-Doppel
schlußgenerator,
Drehstromanlaß- und Regel selbsterregt
widerstand mit geschlossenem
Sternpunkt
1 Unger, Elektro-Maschinen 1
Drehstrom-Induktionsmotor mit
Käfigläufer (Kurzzeichen)
Drehstrom-Asynchronmotor mit
Polumschaltung (z. B. 2 und
3 Polpaare) 2 getrenn~e ":!ck
lungen im Ständer, m1t Kaflg
läufer (Kurzzeichen)
Gleichstrom-Nebenschlußmaschine mit Wende
polen und Kompensationswicklung Einphasen-Induktionsmotor mit
HUfsphase und:Käflgläufer (Kurz
zeichen)
Einphasen -Transfor
mator regelbar
Drehstrom-Syn
chron-Generator
in t.-Schaltung
~Drossel Einphasen-Reihenschluß
motor mit Wendepol und
Kompensations
wicklungen
~ w~
Repulsionsmotor
Drehstrom -Induk
tionsmotor mit w~
Schleifringläufer
Drehstrom-Reihenschlußmotor
2
