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Energie - elektrische Energietechnik - Elektrische Antriebe

Ein elektrisches Antriebssystem besteht i. d. R. aus der elektrischen Arbeitsmaschine (Motor), der Schnittstelle zur elektrischen Energieversorgung und der anzutreibenden mechanischen Lastmaschine. Die Schnittstelle zur elektrischen Energieversorgung wird in der Antriebstechnik zunehmend nicht mit einem direkten Netzzugang realisiert, sondern über eine Stromrichter- bzw. Umrichterschaltung. 

Unser Veranstaltungsangebot:

Browser URL 100x70 Elektrische Kleinmotoren
Elektrische Kleinmotoren
20.06.2017 - 21.06.2017 in München
Browser URL 100x70 Wechselwirkungen Motor - Frequenzumrichter
Wechselwirkungen Motor - Frequenzumrichter
31.07.2017 - 01.08.2017 in Timmendorfer Strand
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Leistungselektronik: Von den Grundlagen bis zu den Herausforderungen moderner Konverter
18.09.2017 - 19.09.2017 in Essen
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Sensorlose Regelung von Synchron-Reluktanz- und PM-Synchronmaschinen bis Stillstand Neu: Mit Demonstrator!
21.09.2017 in Essen
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Regelung von Drehstromantrieben
26.09.2017 - 27.09.2017 in Essen
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Pumpenauswahl und Antriebsvarianten- Energiesparpotenziale
04.10.2017 - 05.10.2017 in Essen
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Elektromagnetische Kreise
17.10.2017 - 18.10.2017 in Essen
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Praxisbezogene Auslegung von Reglern
17.10.2017 - 19.10.2017 in Essen
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Auslegung von elektrischen Maschinen - Probleme, Ursachen und Abhilfen
17.10.2017 - 18.10.2017 in München
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Vibrationen und Geräusche von elektrischen Antrieben
19.10.2017 - 20.10.2017 in München

Diese besteht aus leistungselektronischen Bauteilen. In der Regel ist auch die Antriebsregelung darin realisiert. Der Begriff Antriebstechnik umfasst sämtliche Teile des Antriebssystems.

Elektrische Maschine
Die Klassifizierung von elektrischen Maschinen kann nach vielfältigen Kriterien erfolgen. Eins davon ist die Art der Erzeugung des magnetischen Felds innerhalb der Maschine (Gleichstrommaschine oder Drehfeldmaschine), die Speisung der Maschine (Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom), das grundsätzliche Drehzahl-Drehmoment-Verhalten (Reihenschluss- oder Nebenschlussverhalten) oder der Betrieb (geregelt, gesteuert oder netzgeführt). Ferner können die Baugröße, Leistungsabgabe oder Drehzahl für die Auswahl eines Antriebs entscheidend sein.

Gleichstrommaschine
Bei Gleichstrommaschinen wird der Rotor über Kommutatoren mit einem Gleichstrom bestromt. Im Stator liegt ein Gleichfeld an. Dieses kann durch Permanentmagnete oder eine bestromte Wicklung hervorgerufen werden. Bei sogenannten fremderregten Gleichstrommaschinen werden Rotor- und Statorwicklung mit unterschiedlichen Strömen gespeist, bei Reihenschlussmaschinen sind Rotor- und Statorwicklung in Reihe geschaltet. Durch die Fortschritte in der Leistungselektronik haben fremderregte Gleichstrommaschinen in den letzten Jahren eine Renaissance erlebt, da die Ströme in den Wicklungen nahezu beliebig gestellt und damit eine Vielzahl von Betriebspunkten erreicht werden kann.

Drehfeldmaschinen
Als Drehfeldmaschinen werden diejenigen Maschinen bezeichnet, die im Luftspalt um ein umlaufendes magnetisches Feld verfügen, dessen Umlauffrequenz von der Frequenz des Statorstroms abhängt. Es wird unterschieden zwischen Synchronmaschinen, deren Rotor konstant sich mit der sogenannten synchronen Drehzahl dreht und Induktions- bzw. Asynchronmaschinen, deren Drehzahlen bei motorischem Betrieb unterhalb n0 liegen. Der Stator ist bei allen Drehfeldmaschinen aufgebaut aus einer Drehstromwicklung mit 2, 3 oder 5 Strängen. Die synchronen Drehzahl n0 der Maschine hängt von der Frequenz f1 des Statorstromes und der Anzahl der Polpaare p der Maschine ab: n0 = f1 p.
Synchronmaschinen verfügen im Rotor über ein Gleichfeld, welches durch eine Gleichstromwicklung oder einen Permanentmagneten hervorgerufen wird. Durch das Gleichfeld folgt der Rotor dem magnetischen Feld im Luftspalt synchron, woher sich auch der Name der Synchronmaschine ableitet. Bei Induktionsmaschinen wird unterschieden zwischen Käfigläufern, die im Rotor einen leitend verbundenen Käfig aus Aluminium oder Kupfer verfügen und Schleifringläufer, die über Schleifringe mit einem Drehspannungssystem gespeist werden. In den letzten Jahren ist die praktische Bedeutung von Schleifringläufern durch den sogenannten doppeltgespeisten Asynchrongenerator enorm gewachsen. Der doppeltgespeiste Asynchrongenerator wird vor allen im Bereich der Windenergie eingesetzt.
Bei beiden Unterarten der Induktionsmaschine bewirkt das umlaufend magnetische Feld im Luftspalt eine induzierte Spannung im Käfig bzw. der Wicklung im Läufer. Der durch die Spannung hervorgerufene Läuferstrom erzeugt seinerseits ein magnetisches Feld, welches dem Luftspaltfeld entgegenwirkt.

Leistungselektronik
Der Zweck leistungselektronischer Bauelemente ist die Umformung, Steuerung und Regelung elektrischer Energie. Damit stellen sie das Bindeglied zwischen Energieversorgung und Verbraucher dar. Die notwendigen Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen werden ebenfalls unter dem Begriff Leistungselektronik gefasst. Mit fortschreitender Entwicklung hat die Leistungselektronik einen immer größeren Anteil an der Energienutzung. Die Leistungselektronik hat sich aus der Stromrichtertechnik entwickelt und findet besonders in der Energietechnik und gerade im Bereich der Antriebstechnik Anwendung.
Bei der Umwandlung elektrischer Energie sind vier Grundfunktionen und die diese ausführenden Stromrichter zu unterscheiden:
Gleichrichten-> Umwandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung -> Gleichrichter (steuerbar oder nicht steuerbar)
Wechselrichten –> Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom -> Wechselrichter (steuerbar oder nicht steuerbar)
Wechselstromumrichten -> Umwandlung einer Wechselspannung mit Frequenz f1 in eine Wechselspannung der Frequenz f2 ungleich f1 -> Wechselstromumrichter (auch kurz Umrichter genannt) können als Zwischenkreisumrichter, als Direktumrichter oder als Wechselstromsteller ausgeführt werden.
Gleichstromumrichten -> Umwandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung anderer Spannungshöhe -> Gleichstromumrichter können als Zwischenkreisgleichstromumrichter oder als Gleichstromsteller ausgeführt werden.
In der Antriebstechnik übernimmt die Leistungselektronik die Aufgaben der Bereitstellung der elektrischen Spannung in für die Antriebsaufgabe benötigter Höhe und Frequenz. Die Regelung des Antriebs ist ebenfalls in der Leistungselektronik angelegt.

Quelle: Dipl.-Ing. Cornelia Stübig
Leibniz-Universität Hannover
Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL)
Fachgebiet Elektrische Maschinen und Antriebssysteme 

Unser umfangreiches Seminar-und Tagungsangebot im Bereich Elektrische Antriebstechnik finden Sie detailliert auf den Seiten zur Elektrotechnik hier: http://www.hdt-essen.de/elektrische-antriebe

 
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