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Leitfaden der Elektrotechnik
für Unterricht und Praxis
m allgemein verständlicher Darstellung
Von
Rndolt' Krause
Ingenieur
Dritte, verbesserte Auflage
Herausgegeben von
Professor H. Vieweger
Mit 349 Textfiguren
Springer-Verlag Berlin Heiddberg GmbH
1918
Alle Rechte, insbesondere das der
Übersetzung in fremde Sprache, vorbehalten.
© 1918 Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1918
Softcoverreprint of the bardeover 1st edition 1918
ISBN 978-3-662-42143-7 ISBN 978-3-662-42410-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-42410-0
Vorwort zur zweiten Anflage.
Das vorliegende Buch verfolgt den Zweck, allen, welche
die Elektrotechnik als Beruf ergreifen wollen, wie Studierenden,
Technikern und Monteuren, eine möglichst klare Vorstellung der
Vorgänge in elektrischen Apparaten und Maschinen zu geben.
Es ist deshalb auch besonderes Gewicht auf Anschaulichkeit
gelegt worden; rechnerische Beispiele sind dagegen nur wenig
eingefügt, weil an Büchern, welche die rechnerische Seite der
Elektrotechnik behandeln, kein Mangel ist, diese Bücher aber
gewöhnlich zu wenig Gewicht auf Vorstellung der Vorgänge legen
und auch nicht legen können, wenn sie nicht zu umfa.ngreich
werden sollen. Außerdem war der Verfasser bemüht, möglichst
wenig mathematische Formeln für die Rechnungen aufzustellen,
damit der Leser nicht verführt wird, gedankenlos die geeignete
Formel anzuwenden, sondern es wurde immer vor der Rechnung
versucht die Vorgänge durch die Vorstellung zu erklären und
dann erst zu rechnen.
Die beigefügten Abbildungen zeigen meist das Prinzip der
Gegenstände und sind für diesen Zweck vom Verfasser besonders
gezeichnet, weil Photographien, namentlich bei Bogenlampen,
Zählern, Meßinstrumenten und anderen verwickelten Apparaten
zu viel, zwar für den fertigen Apparat Notwendiges, aber für
das Verständnis seiner Wirkungsweise Überflüssiges und sogar
Verwirrendes zeigen. Sicher kann man mit einer durchdachten,
für den Zweck gewissermaßen stilisierten Skizze viel mehr er
klären, als mit noch so vielen Beschreibungen überhaupt mög
lich ist, und deshalb sind vielleicht auch derartige Skizzen für
die heute an den meisten Lehranstalten eingeführten Vorträge
mit Lichtbildern geeignet.
IV Vorwort.
Gegenüber der ersten Auflage dieses Buches ist die zweite
Auflage wesentlich erweitert worden. Diese Erweiterung erwies
sich als notwendig, weil die Elektrotechnik namentlich auf dem
Ge biet der HochspaIUlUngsanlagen in den letzten Jahren sehr
große Fortschritte gemacht hat und hierüber ebenso ausführlich
berichtet werden muß, wie über die übrige Starkstromtechnik.
Mittweida und Hemsbach a. d. B., Januar 1913.
Rudolf Krause.
Vorwort znr dritten Annage.
Nach den anerkennenden Besprechungen und dem raschen
Absatz der beiden ersten Auflagen lag nach dem Tode des Ver
fassers für den Herausgeber der dritten Auflage kein Grund zu
wesentlichen Änderungen vor, zumal eine Erweiterung gegenwärtig
nicht wünschenswert erschien. Gerügte Mängel, namentlich in
bezug auf die Einheiten, wurden beseitigt. Neu eingefügt: Der
Anleger von Dietze, der Isaria-Zähler, die Großgleichrichter, die
Halbwatt-Lampen und die Nernstsche Quecksilberlampe. Bei den
Gleichstrommaschinen wurde der Vorgang der Stromwendung
beschrie ben.
Mittweida, im Januar 1918.
H. Vieweger.
In b alts verzeichnis.
Seite
I. Grunderscheinungen des elektrischen Stromes.
Einleitung l
GeschichtlicllOs 1
Magnetische- und Warmewirkungen des Stromes 4
Gleichstrom 5
Wechselstrom ............ . 5
Chemische Wirkung des Stromes. . . . . . 6
Wesen des elektrischen Stromes (Elektronen) 6
TI. Stromstärke, Spannung, Widerstand, Watt, JUagnetismus, Leistung
und Arbeit bei G1eich- und Wechselstrom.
Elektrische Kraft und Spannung. . . 10
Volt, Ampere, Ohm. . . . . . . . . 10
Gesetz von Ohm . . . . . . . . . . 10
Verschiedene Leitfahigkeit der Metalle II
Spezifischer Widerstand der Metalle 12
Zusammenhang zwischen elektrischer und vVarme-L<_'it.lng 13
~iehtleitpf od<:'r Isohttoren. . . . 14
Sp'tnnung~v<:'rbmueh ..... . 15
Messung der Spannu'1geü mit dem Vol~meter l()
Klemmenspannung . . . . . . . . . . . . IG
Schaltung von Volt- und Amperemeter (FiE',. 4) l()
Hintereinanderschaltung von Widerstanden. . . li
Panlleischaltung von Widerständen . . . . . li
P:lr,tllelsch;tlt,mg ,on gleichen vVidNsfandcn und elektrischen L,w1pcn 19
Gcmischte Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1\)
Arbcit und Leistung (PS) . . . . . . . . . . . . . . . 19
Zusammenhang zwischen Warme und meclmnischer Arbeit 20
Zusammcnhrtng zwischen Elektrizitat und Wanne . . . . 21
W:ttt ................... . 21
Zusammenhang zwiselwll Elektrizitat und mechanischer Arbeit 22
l\'bgtlCtismus . . . . . . . . . . . . . . 22
~rklarung des I1hgnctislllUS durch Molekullagerung. . . . 23
Dauermagnete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1,
Ihuerm;tgnetislllus bm weidlClll EISC:! (dym1111oelcktrischcs Prinzip) 24
EI ektro Illagnetc. . . . . . . . . . . . . 2fl
LltHthebümagnete . . . . . . . , . . . . 2i
Kraftlinien von Magncten . . . , . . . . 27
Kr,tttlilllen des Stromes (Korkzieher-Hegel) 30
\\' echselfeld des \Vechsclstromes . . . . . 32
VI Inhaltsverzeiohnis.
Seite
Erzeugung von elektromotorisoher Kraft duroh Ändern des Feldes 3:~
Soheinbarer Widerstand infolge von Selbstinduktion . . . . . :34
Induktionsspulen zum Schutz von Masohinen und Appd.fd.tell . 34
Öffnungsflamme und Extraspannung beim Unterbrechen . . . 35
Sohalter zum Aussohalten von induktiven Stromkreisen 36
Phasenverschiebung 36
Scheinbare Watt 39
Leistungsfaktor (oos IJ» 40
Drosselspulen. . . . . 40
Sinuskurve des W eohselstromes 4-1
Drei Voltmetermessung und Hintereinandersohaltung . 42
Spannungsdroieok. . . . . . . . . . . . . . . 44-
SelbstinduktionskoeffizIent ......... . 45
Reohenbeispiele uber soheinbaren Widerstand usw. 45
Drei Amperemetermessung und Parallelschaltung. 47
Beispiele ................... . 47
Kondensator ................. . 48
Hintereinandersohaltung von Konden:;ator und ~elbstinduktlOn 49
Dreiphasenstrom 49
Sternsohaltung . 51
Dreieoksoha ltung 52
Leistungsmessung mit drei Wattmetern 53
einem Wattmeter 53
zwei Wattmetern .'54
111. Die Erzeugungsarten des elektrischen Stromes.
Erzeugung einer elektromotorischen Kraft durch Magnetfeld und Leiter
(Induktion) .,. . .. .. .. 55
Handregel fur die Induktion. . . . . . . . . . . . . . . . .. 56
Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58
Erzeugung von Wechselstrom mit Drahtsohleife und Schleifrmgcll. 60
" Gleichstrom mit Dra.htsohleife und Kollektor . .. 62
des elektrischen Stromes aus Warme, Thermoelemente. 63
" " " ,. durch ohemisohe Vorgange, gal-
vanische Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Zersetzung von Wasser durch den ~trolll . . . . . . . . . . 64
" "Saldosungen (Kupfervitriol) durch den ~trom 65
Erklarung der ohemisohen Wirkung . . . . . . . . . . 65
Entster.ung der elektrisohen Kraft im Volta-Element 66
Sohwaohung der galvanisohen Elemente durch Polarisation 67
Verhinderung der Polarisation duroh Depolarisatoren 68
Leolanoh e -Element. . . . . . . 68
Cupron -Element . . . . . . . . 69
Kapazitat des Cu pron -Elemente:; . . 69
Wedekind -Elemente fur Starkstrome. 70
Kapazitat der Wedekind -Elemente. . 71
Akkumulatoren. . . . . . . . . . . . 71
Bleiakkumulator . . . . . . . . . . . . .. ... 71
Araomcter zur Feststellung dOll Lade;mstu,ndeH von Akkumulatoren 72
Edison -Akkumulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., 73
I V. Elektrische Meßinstrumente.
Prazisionsinstrumente 75
Drehspulinstrumente 75
Inhaltsverzeichni3. VII
Seite
Drehspulinstrumente von Weston 76
Zweck der Dämpfung ..... 77
Elektromagnetische Dampfung . . 77
Meßwiderstand zur Messung starker Strome mit Drehspulinstrumenten 78
Weicheisen-Instrumente ................... . 79
Weicheisen-Instrument von f:hemens & Halske ....... . 80
der Allgemeinen Elektrizitats-Gesellt!chaft . 81
" von Dr. P. Mayer A.G. 82
Hitzdraht-Instrumente ..... 83
Dynamische Instrumente . . . . . 84
Dynamisches Weston . Instrument 84
Arbeitsweise des Wattmeters .. . 85
Weston -Wattmeter ...... . 86
Wattmeter von SiemelHl & Habke. . 87
" der Allgern. Elektrizität,,-Gesellschaft 88
Statische Instrumente . . . . . . . . . . 88
Statisches Voltmeter der Westinghouse Mfg. Co. 89
Repulsions-Instrument 90
Ferraris -Instrument 91
Meßtransformat oren 92
Anleger von Dietze 92
Frequenzmesser . 93
Zähler ..... 94
Aron -Zahler mit Pendeln 94
Motorzähler . . . 97
Wattstundenzahler .... 97
Amperestundenzahler von SIelllens -Schnckert und Isaria-Werken 98
Wechselstrom-Induktionszahler 100
Aron -Induktionszähler ...... . 100
Isaria-Induktionszahler . . . . . . . . 101
Gekuppelte Zahler fur Dreiphasenstrom 101
Stia-Zahler fur Gleichstrom. . . . . . 101
V. St.romerzeuger (Generatoren) fiif GMehstrolll.
Teile der Gleichstrom-Generatoren:
zweipolige Magnetsysteme 104
vierpolige ,. 105
Anker ....... . 107
Anker mit Luftung . . 10i
Aufbau des Ankers aus Blcchcn 108
WeseIl des Wirbelstromv erlustes 108
" "Ummagnetisierungs- oder Hysteresis-Verlustes. 109
Verlust in den Widerständen der Wickelung 109
" durch Reibung . UO
Wirkungsgrad ...... . HO
Beispiele ........ . 111
'frommelankerwickelung .. . III
!:,ormspulen- oder Schablonenwickelung U2
Altere Holzschablone zur Hepstellung VOll Formspulen 113
Stabwickelung . . . . . . . . . 115
Kollektor oder Stromwclldcr und sem AuflMU 115
BursteIl . . . . 116
Burstenbl'ucke . H8
Riemenmaschille 119
VITl : Inhaltsverzeichnis.
Seite
Maschinen fur direkte Kupplung 119
Schaltung der Gleichstromgener" toren:
Hauptst,rommaschine ...... .. 120
f4p1hotf'rrpgung (<1~'nqmnl'lpkh'i"f'hf'q Prinzip) 120
L._·t·rllllf. I. '.".lkt'·I'I,tI1, . . . . . . 122
Beispiele uber Selbsterregung . . . . . . . 123
Ruckwirkung des Ankerstromes ..... 125
Regel fur die Aufhl,ge~tell(' der Burste. . . . . . 126
Feldverschiebung bei Generatoren und Motoren. 127
Burstenv erschiebung bei Belastungsanderungen und Ihre Ver-
meidung ................ 128
Schwachung deK H.mptfeld('~ durch <l-ts Ankerfel<1 128
Stroll1Wendullg . . . . . . . . . . 129
Arbeitsweise der Hauptstrlllllilmschine 130
Nebenschlußmaschine 131
Sehaltung. . . . . . . . . . . . . 132
Selbsterregung. . . . . . . . . . . 133
Verhalten der Keuenschlußll1.Lschine im Betriebc 135
:\Iasclüne mit Fremderregung . . . . . . . . . . . . . 136
:\[<tschille mit gemischter Schaltung (Kumpoundmasclline) 137
Große der GleIchstrommaschinen . . . . . . . . . . 138
\Vendepole und Kompensationswiekelungeü ..... 139
l\1agnetsystem mit KompensMionswickelung nach D eri 140
Anker fur Turbodynamo!' . . . . . . . . 141
VI. Stromel'zeuger für Wechselstrom, ein- und mehrphasig.
Anker mit ruhender Wickelung 142
Polrad umlaufend . . . 142
:Einphasige Wickelung . 143
Zweiphasige Wickelung . 143
Dreiphasige WlCkelung . 144
Sternschaltullg 146
Dreieckschaltung 146
Vorzuge des DreiplmsellstroUlccl 147
Magnetsystem der Weehselstrorocrzeugcr 148
Polrad fur :Einphascnstrom . . . 149
Feldspulen . . . . . . . . . . 149
Polrader fur Dreiph,~scnstro!ll. . 149
Schutzmittel gegen das Pendeln 150
Anker der Weehselstromerzeuger 152
Wickelung ..... 152
Handwickelung . . . . . . . . 153
Formspulenwickclung ..... 153
Riemenmaschinc fur Wechsclstrom 154
Weehselstrommaschine fur direkte Kuppelung 155
ErregermaRehine 15H
W ech~elst.romturbodynamoH. . . . . . . . . 157
VII. Motoren für G1eiehstrom.
f:>chema des Gleichstrommotors . . . J 58
Änderung der Drehriehtung 160
Anlasser zum EinHclmlten deH Motor.l 160
Gegenelcktrolllotorisehe Kraft im Anker des Motors und Anlassen Hi2
Kebensehlußmotor im Betriebe . . . . . . . . . . . . . . .. Hi4
Inhaltsverzeichnis. IX
S~ite
Schutzeinrichtungen am Anlasser 166
Anlassen von Hauptstrommotoren 0 • 0 • • • 167
Hauptstrommotor im Betriebe 0 0 0 • • • 167
Verwendung von Hauptstrom- un0 d0 N0 eb• en• sc• hl•u ß0 m0o to0 r 168
Umschalten der Drehrichtung durch Wendeanlasser 169
Motoren mit gemischter Schaltung 0 170
Äußeres der Motoren 0 0 0 0 171
Straßenbahnmotoren 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 171
Verluste in den Motor0 en0 u0 nd0 W0 i0 rk0 un0 gs0 gr0 ad0 172
Beispiele 172
Regelung d0 er0 U0 m0 lau0 fz0 ah0 l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 173
0 0 0 0 0 0 0 0
VIII. Motoren für Wecbselstrom.
Synchronmotoren 174
Synchronumformer 177
Asynchrone Motoren0 0 0 0 0 0 179
Drehfeldmotoren 0 0 0 0 0 179
Zweipolige Drehfe0 ldw0 i0c k0e lu0 ng0 0 182
0
Vierpolige Drehfeldwickelung 182
Kurzschluß- oder Käfigwickelu0n g0 184
Umkehrung der Umlaufsrichtung 0 184
0 0
Arbeitsweise des asynchronen Motors 186
Läufer mit Draht- oder Stabwickeltmg 0 (S0 ch0 leü0 ri0 ng0 an0 ke0 r)0 187
Anlasser für Drehfeldmotoren 187
Sterndreieckschalter 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 188
Motor von Dassenoy0 0 0 0 189
0 0 0
Einphasen-Asynchronmotoren 190
Anlauf mit Hilfswickelung 190
0
Kollektormotoren 194
Reihenschluß- oder 0H a0 up0 ts0 tr0o m0 m0 ot0 or0 194
Tourenregelung 0 196
Repulsionsmotor 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 197
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Kollektormotoren fin' Dreiphasenstrom 197
Doppelrepulsionsmotor von Brown & B0 o0 v0e ri 198
Kollektormotor von Winter & Eichberg (Ao E0 o G0 o0) 199
IX. Umformer und Spannungswandler (Transformatoren).
Zweck einer hohen Spannung 200
0 0 0 0 0 0 0
Umwandeln der Stromart durch Umformer 201
Drehumformer 201
Einankerumform0 e0 r 0 0 0 0 202
Motor-Generatoren 204
Ruhende Transform0 ato0 re0 n 0 204
Eisenkörper der Transformat0 or0 en0 205
0 0
Spulen der Transformatoren 206
Öl in Anwendung bei Transfor0 m0a to0 re0 n 0 207
Dreiphasige Transformatoren 0 0 0 0 0 207
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Zick-Zack-Schaltung fur ungleiche Phasenbelastung 209
Quecksilber-Gleichrichter 0 210
Großgleichrichter 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0 211
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
X. Scbalter, Sieberungen und Schutzvorrichtungen gegen Uberstrom
und Uberspannungen nebst Isolatoren.
Schalter 213
Hebelschalt0 er0 m0 it0 M0 o0 me0 nt0 sc0 ha0 ltu0 ng0 0 0 0 0 0 0 0 2]3
0 0 0 0 0 0 0
