Skip to main content
main-content
Top

About this book

Das Lehrbuch vermittelt die Grundlagen von der Energiegewinnung über die Energiewandlung bis zur Drehfeldmaschine und deren Anwendung in heutigen und vor allem zukünftigen Antriebssystemen. Zunächst werden aktuelle und zukünftige Energiequellen für Fahrzeugantriebe vorgestellt und miteinander verglichen. Darauf aufbauend werden elektrochemische Energiespeicher und -wandler wie die Brennstoffzelle behandelt. Diese kommen u. a. in E- oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz. Es werden nicht nur die Standardmaschinen wie Gleichstrom-, Asynchron-, Synchron- und Linearmotor erklärt, sondern auch solche, die in zukünftigen Pkw- und Bahnantrieben zum Einsatz kommen werden, wie z. B. Reluktanz-, Transversalfluss- und Digital-Motoren. Im letzten Kapitel werden Antriebssysteme am Beispiel einer E-Lok und der Magnetschwebebahn bzw. dem supraleitenden MAGLEV vorgestellt. Ein eigenes Kapitel ist dem Kinetic Energy Restoring System KERS gewidmet, welches in der Formel 1 bereits erfolgreich zum Einsatz kommt. Schrittmotoren ergänzen das Kapitel E-Maschinen.

Table of Contents

Frontmatter

Kapitel 1. Energie als primäre Antriebsgröße

Zusammenfassung
Für die Antriebskraft F und die Antriebsenergie W von Fahrzeugen gilt der fundamentale Zusammenhang.
Gerhard Babiel

Kapitel 2. Elektrochemische Energiespeicher und -wandler

Zusammenfassung
Den ersten Akkumulator baute Graf Alessandro Volta um 1770 in Italien. Die Elektroden bestanden aus Kupfer und Zink und befanden sich in einer Zelle mit verdünnter Schwefelsäure, die Zellenspannung betrug 1 V.
Gerhard Babiel

Kapitel 3. Transformatoren

Zusammenfassung
Neben grundlegenden Begriffen des Magnetfeldes werden Transformatoren behandelt. Transformatoren bestehen aus feststehenden Spulenpaaren. Das Verstehen der Transformatoren bildet die Grundlage zum Verständnis elektrischer Maschinen mit bewegten Spulen.
Gerhard Babiel

Kapitel 4. Analoge Elektrische Maschinen

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die grundlegenden physikalischen Eigenschaften und Begriffe elktrischer Maschinen erklärt. Kap. 4 beschäftigt sich mit den historisch zuerst entwickelten Standardmaschinen, die ohne digitale Kommutierung und ohne digitale Regelung voll funktionsfähig sind.
Gerhard Babiel

Kapitel 5. Digitale Elektrische Maschinen

Zusammenfassung
In Kap. 5 werden die elektrischen Maschinen behandelt, die ohne eine digitale Steuerung oder Regelung nicht funktionieren würden. Bei Reluktanzmotoren werden beispielsweise digital getaktete Ständerströme bis in den 100 kHz-Bereich hinein erzeugt.
Gerhard Babiel

Kapitel 6. Antriebssysteme

Zusammenfassung
Als Beispiel für ein Antriebssystem, welches eine viel größere Komplexität aufweist als z. B. ein Elektromotor, betrachten wir blockschaltbildmäßig auszugsweise den elektrischen Schaltplan der Elektrolokomotive der Baureihe 101 der Deutschen Bahn. In der Baureihe 101 der Deutschen Bahn kommen Drehstromlokomotiven der jüngsten Generation zum Einsatz. Vom Antriebskonzept wird in Abb. 6.2 die elektrische Energieflusskette von der einphasigen 15 kV-Oberleitung bis zum dreiphasigen Drehstrommotor dargestellt. Von der 15 kV-Oberleitung geht es direkt auf einen schwergewichtigen Transformator mit mehreren Wicklungen (Gewicht 13 t). Nachteilig daran ist die geringe Netzfrequenz von 16,66 Hz, die historisch bedingt ist. (Der Blindwiderstand der Hauptinduktivität des Transformators ist direkt proportional zur Frequenz Xh = ωLh).
Gerhard Babiel

Kapitel 7. Anhang

Zusammenfassung
Die Scheinleistung S, die Wirkleistung P, die Blindleistung Q
(Der Stern bedeutet konjugiertkomplex).
$$ \underline{S}=P+\text{j}Q=\underline{U} \cdot {{\underline{I}}^{*}}$$
(7.1)
$$ P=\operatorname{Re}\{\underline{S}\}=\underline{U} \cdot {{\underline{I}}^{*}}\cos \varphi $$
(7.2)
$$ Q=\operatorname{Im}\{\underline{S}\}=\underline{U} \cdot {{\underline{I}}^{*}}\sin \varphi $$
(7.3)
An der Spule eilt der Strom der Spannung um 90° nach
$$ \underline{S}=U \cdot {{(I \cdot {\text{{e}}^{-\text{j}90^\circ }})}^{*}}=U \cdot I \cdot {{\text{e}}^{+\text{j}90^\circ }}=U \cdot I \cdot \text{j}.$$
Die Scheinleistung ist rein imaginär, besteht also nur aus Blindleistung.
Die Blindleistung ist somit
$$ Q=U \cdot I$$
eine positive reelle Größe.
Bei der grafischen Darstellung ist darauf zu achten, dass die Maßstäbe der Abszisse (x-Achse) und der Ordinate (y-Achse) gleich groß gewählt werden, damit man zu jedem Punkt der Ortskurve den entsprechenden komplexen Zeiger nach Betrag und Phase korrekt ablesen kann.
Gerhard Babiel

Backmatter

Additional information