E-Book, Deutsch, 495 Seiten, GB, Format (B × H): 1700 mm x 990 mm, Gewicht: 1047 g
Brosch Antriebspraxis
1. Auflage 2016
ISBN: 978-3-8343-6218-6
Verlag: Vogel Communications Group GmbH & Co. KG
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Energieeffiziente Antriebssysteme mit fester oder variabler Drehzahl
E-Book, Deutsch, 495 Seiten, GB, Format (B × H): 1700 mm x 990 mm, Gewicht: 1047 g
ISBN: 978-3-8343-6218-6
Verlag: Vogel Communications Group GmbH & Co. KG
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Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Industrie 4.0: Die weitgehende Vernetzung der industriellen Produktion im ganzen Wertschöpfungsbereich verlangt eine Digitalisierung aller Prozesse. Die anhaltende Automatisierung als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts erfordert eine ganzheitliche Sicht der Antriebstechnik. Das Fachbuch enthält die Gesamtschau der eingesetzten Antriebe mit fester oder variabler Drehzahl, die energiesparend und vernetzt arbeiten. Es erklärt sowohl die Arbeitsweise der Komponenten als auch ihr Zusammenwirken im Antriebssystem bis hin zur Vernetzung in betrieblichen und globalen Netzen.
Auf dem Stand der Technik erfahren Studierende und Praktiker alles über den Stand und die Entwicklung der elektrischen drehenden und linearen Antriebe mit einem engen Bezug zur industriellen Praxis. So ist das Buch auch als übersichtliches Nachschlagewerk von großem Nutzen. Fallbeispiele sowie Hinweise auf Internetauftritte der Antriebsanbieter versorgen den Praktiker mit wichtigen tagesaktuellen Daten. Zusätzliche Informationen und Aktualisierungen erhält der Leser über einen kostenlosen Onlineservice des Verlags.
Inhalte:
• Grundlagen der Antriebstechnik
• Stromrichter-Komponenten
• Elektrische Maschinen
• Aufbau, Erwärmung, Energieeinsatz, Wicklungen
• Stromwendermaschinen und DC- und AC-Controller
• drehende und lineare Drehfeldmaschinen und Controller
• Digitalisierung und Ansatz für Industrie 4.0 sowie dezentrale Installationen bei Stromrichtern
• Auswahl und Bemessung von Antrieben mit fester und variabler Drehzahl
• Messungen an Antrieben (Stromrichtermesstechnik)
• Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
• Fragen zum Verständnis
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
Weitere Infos & Material
1;Vorwort und Inhaltsverzeichnis;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;1 Einleitung;13
3.1;1.1 Stand der elektrischen Antriebstechnik;13
3.2;1.2 Besondere Eigenschaften;16
3.3;1.3 Qual der Auswahl;16
3.4;1.4 Komponenten;17
3.5;1.5 Direkt und ohne Mechanik –«Mechatronik»;18
3.6;1.6 Dezentral installiert;18
3.7;1.7 Gleichstrom- oder Drehstromlösung?;19
3.8;1.8 Kfz-(Hilfs-)Antriebe;20
3.9;1.9 Lebensdauerkosten;21
4;2 Das moderne Antriebspaket;23
4.1;2.1 Bestimmungsgrößen bei der Auswahl;23
4.2;2.2 Mikrorechner sorgenfür Wirtschaftlichkeit;24
4.3;2.3 Vorteile der veränderbaren Drehzahl;24
4.4;2.4 Antriebsbeispiele;25
4.5;2.5 Drehzahlveränderbare Antriebe im Vergleich;26
5;3 Allgemeine Grundlagen der Antriebstechnik;29
5.1;3.1 Grundsystem des Antriebs;29
5.2;3.2 Physikalische Gesetze;30
5.3;3.3 Antriebsmomente elektrischer Maschinen;33
5.4;3.4 Grundtypen der Lastkennlinien (Arbeitsmaschinen);35
5.5;3.5 Stabiler Betriebspunkt (Arbeitspunkt des Antriebs);35
5.6;3.6 Erwärmung;37
5.7;3.7 Kühlung;40
5.8;3.8 Zeitkonstanten;42
5.9;3.9 Betriebsarten;43
5.10;3.10 Äquivalente Belastung (mittlere Belastung);48
5.11;3.11 Mechanische Übergangsvorgänge;49
5.12;3.12 Energieumsatz;52
5.13;3.13 Wachstumsgesetze;56
6;4 Controller-Komponenten;57
6.1;4.1 Versorgung am Netz oder über Stromrichter;57
6.2;4.2 Ventile: elektronische Leistungsschalter;58
6.3;4.3 Grundlagen der Halbleitertechnik;60
6.4;4.4 Schutz von Halbleiterschaltern;68
6.5;4.5 Signalelektronik;71
6.6;4.6 Ausfallraten;76
7;5 Elektrische Maschinen und Aktoren;83
7.1;5.1 Allgemeine Grundlagen;83
7.2;5.2 Erzeugung einer kontinuierlichen Drehbewegung;84
7.3;5.3 Bauformen;87
7.4;5.4 Schutzarten;87
7.5;5.5 Leistungsschild;87
7.6;5.6 Lager und Schmierung;91
7.7;5.7 Permanentmagnete inelektrischen Maschinen;91
7.8;5.8 Maschinenschutz;95
7.9;5.9 Lüfter;95
7.10;5.10 Magnetlager;95
7.11;5.11 Wicklungen elektrischer Maschinen;95
7.12;5.12 Polwicklung – verteilte Wicklung;105
8;6 Antriebspraxis mit Stromwendermaschinen;107
8.1;6.1 Stromwendermaschinen;107
8.2;6.2 Drive Controller – Stromquellen für Maschinen mit Stromwendern;117
8.3;6.3 Universalmotor (AC und DC) –Reihenschlussmotor;174
8.4;6.4 Kleinmaschinen;182
9;7 Antriebspraxis mit Drehfeldmaschinen;183
9.1;7.1 Übersicht;183
9.2;7.2 Drehfeldmaschinen;188
9.3;7.3 Umrichter mit U- und I-Zwischenkreis;237
9.4;7.4 Sonderfragen bei Umrichterantrieben;298
9.5;7.5 Besonderer Betrieb von Umrichterantrieben;323
9.6;7.6 Umrichter und elektronisch kommutierte Maschine;330
9.7;7.7 Umrichter und «geschaltete Reluktanzmaschine» (gRM);341
9.8;7.8 Controller und Linearantriebe;343
9.9;7.9 Drehstromsteller und Drehstrom-Asynchronmaschine;351
9.10;7.10 Drehzahlstarter (Eaton);359
9.11;7.11 Stromrichterantriebe mit Schleifringläufern;361
9.12;7.12 Schrittmotoren und Controller;364
9.13;7.13 Besondere AC-Antriebe;374
9.14;7.14 Stromrichter-AC-Direktantriebe;376
9.15;7.15 Antriebe im Vergleich;380
9.16;7.16 Motion Control und Mechatronik;390
10;8 Digitalisierung und Antriebsvernetzung ,Industrie 4.0, dezentrale Module und Sicherheitsfunktionen;401
10.1;8.1 Digitalisierung und Industrie 4.0;401
10.2;8.2 Dezentrale Installation;409
10.3;8.3 Sicherheitsfunktionenelektrischer Antriebe;409
10.4;8.4 Antriebsintegrierte Sicherheit [8.9];412
11;9 Auswahl und Bemessungfestdrehzahl- und drehzahlvariabler Antriebe;415
11.1;9.1 Allgemeine Hinweise;415
11.2;9.2 Netzdrosseln, Netztransformatoren und Filter;418
11.3;9.3 Checklisten zur Festlegung der Antriebsdaten;419
11.4;9.4 Maschinendaten;422
11.5;9.5 Fallbeispiele;422
11.6;9.6 Klemmkennzeichnung;441
11.7;9.7 Normen und Vorschriften;441
11.8;9.8 Auslegungsprogramme;441
12;10 Messungen an Antrieben;445
12.1;10.1 Messungen allgemein;445
12.2;10.2 Elektrische Messungen am Antrieb;448
12.3;10.3 Mechanische Messungen am Antrieb;454
12.4;10.4 Simulation;461
13;11 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV);465
13.1;11.1 Gesetz zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV);465
13.2;11.2 Störungen;465
13.3;11.3 Ursache und Ausbreitung der Störungen bei Frequenzumrichtern;466
13.4;11.4 Störfestigkeit und Entstörung;467
13.5;11.5 Neubeschaffung;470
13.6;11.6 Messungen;470
13.7;11.7 Anschlusshinweise;471
14;Anhang;475
15;Formelzeichen (Auswahl);479
16;Abkürzungen und Begriffe (Auswahl), Stichwortverzeichnis;481
2 Das moderne Antriebspaket
2.1 Bestimmungsgrößen bei der Auswahl
Bild 2.1 gibt einen Überblick über Bestimmungsgrößen bei der Auswahl eines Antriebs. Bei der technischen Klärung und der Entscheidungsfindung zur Beschaffung sollten bereits 3 große Kostenblöcke ausgewogen berücksichtigt werden:
- Errichtungskosten (Investitionen),
- Betriebskosten – Lebensdauerkosten – und - Umweltschutz.
Große Kapazitäten bei Halbleiter- und Maschinenherstellern und der Kampf um Marktanteile führen zu verstärktem Kostendruck auf die Mitbewerber. Kostenvorteile der Serienfertigung werden weitergegeben und «verbessern» laufend die Einstandspreise der Drehstromantriebe gegenüber der traditionellen Gleichstromlösung, die an den Kostensenkungen kaum noch teilnimmt.
Zusätzlich lassen sich Vorteile finden, wenn durch die geringeren Abmessungen der Drehstrommaschinen kostbarer Konstruktionsplatz für andere Maschinenkomponenten frei wird.
Lange Jahre wurde wenig auf die Kosteneinsparung beim Betrieb der Maschinen geachtet, obwohl über die Möglichkeiten zur Erfassung der Einsparung mehrfach berichtet wurde [2.1, 2.2].
Neuerdings rücken auch die Betriebskosten – Lebensdauerkosten – stärker ins Blickfeld, ebenso wie die Wartungskosten (Service), wegen der steigenden Personalaufwendungen. Hochwirkungsgradmotoren werden vermehrt eingesetzt, um die Energiekosten entsprechend der gesetzlichen Vorgaben zu senken. Die neuen mikroprozessorgesteuerten Stromrichter mit eingebauten Diagnoseroutinen bieten Vorteile, die man günstig zur Kostensenkung nutzen kann.
Wartungsintervalle können so leicht erfasst und Stillstandszeiten besser eingeplant werden, die zustandsbezogene Wartung gewinnt an Bedeutung. Der Wartungsaufwand für den Stromwenderapparat der Gleichstrommaschine fällt zunächst bei solchen allgemeinen Vergleichen stark ins Gewicht, jedoch kann eine pauschale Betrachtung ohne Berücksichtigung einzelner Details leicht zu einer falschen Entscheidung führen. Bei modernen Gleichstrommaschinen entsprechen nach Herstellerangaben die Bürstenstandzeiten bei normalem Betrieb der Lagerlebensdauer. Zwei wesentliche «Umweltschutzaspekte» gewinnen zunehmend an Bedeutung:
- Netzrückwirkungen und
- Geräuschemission.
Die unerwünschte Rückwirkung der eingesetzten Stromrichter auf das speisende öffentliche Netz nimmt stark zu, da jeder Stromrichter ein Oberschwingungsgenerator ist; netzfreundliche Stromrichterschaltungen gewinnen so an Bedeutung. Der erfreulichen Reduzierung der Einschaltstromspitzen beim Maschinenanlauf durch den Stromrichter – besonders bei Drehstromasynchronmaschinen – stehen starke Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen bei Strom und Spannung gegenüber, deren Grenzen in entsprechenden Vorschriften beschrieben sind [2.3]. Obwohl die Rahmenvorschriften eingehalten werden, kann die starke Zunahme der Zahl der eingesetzten Stromrichterantriebe zu Störungen der Aggregate untereinander führen.
Die Geräuschemission des Antriebspakets – Stromrichter, elektrische Maschine und angekuppelte Arbeitsmaschine – kann durch die Eigenschaften der Gesamtkonstruktion deutlich beeinflusst werden. Der Anteil und das unvermeidbare Spektrum an Oberschwingungen in den Betriebsgrößen von gleich- und sinusförmigen Strömen sollte möglichst gering sein. 16-kHz-Pulsung – außerhalb des Hörbereiches des Menschen – ist bei Frequenzumrichtern anzustreben, um einen Teil der lästigen Geräusche zu eliminieren, z.B. bei Bühnen-Antrieben.
