Physikalische Modellbildung der Gleichstrommaschine

Die physikalische Modellbildung der Gleichstrommaschine gliedert sich in drei Teile. Im ersten Teil werden die drei grundlegenden physikalischen Prinzipien vorgestellt: das elektrostatische Feld und die Coulombkraft, das stationäre Magnetfeld und die Lorentz-Kraft sowie das dynamische Magnetfeld und die Induktionsspannung. Im zweiten Teil der physikalischen Modellbildung wird das Magnetfeld in verschiedenen Konfigurationen vorgestellt: das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Drahts und einer Zylinderspule, die magnetische Flussdichte, die Lorentzkraft, Hysterese, Weiss-sche Bezirke, Bündelung des Magnetfelds, Einfluss von Luftspalten, Wechselwirkungen, magnetischer Kreis, Grenzflächenkräfte wie Querdruck und Längszug und die Brechungsgesetze. Ausgehend mit diesen Grundkenntnissen erfolgt die physikalische Modellbildung an sich im dritten Teil der Einführung. Um nach den Ausführungen zum Magnetfeld und seinen Auswirkungen eine Vorstellung zur Konstruktion der Gleichstrom- Nebenschlussmaschine zu erhalten, wird ein Querschnitt der Maschine gezeigt. Anhand dieses Querschnittes werden die Funktionen der Erregerwicklung, des magnetischen Kreises und des Ankers mit dem Kommutators erläutert. Die Bestimmung der Gleichung des Drehmoments berücksichtigt, dass die Ankerwicklung sich in Nuten befindet, der magnetische Fluss in den Zähnen konzentriert ist, die Ankerwicklung daher nicht direkt vom magnetischen Fluss umgeben ist. Die Erläuterungen bezüglich der Oberflächenströme, des magnetischen Querdrucks und der Feldverzerrung in dem zweiten Teil dieses Kapitels erklären die Entstehung des Drehmoments. Die Ableitung der EMK und der Mechanik-Gleichung beschließen dieses Kapitel. Damit sind exemplarisch die physikalischen Grundbzw. Systemgleichungen ermittelt worden und die physikalische Modellbildung ist erfolgt. In Kapitel 5 werden für die Asynchronmaschine und in Kapitel 6 für die Synchronmaschine Erläuterungen den Funktionen wie dem Drehfeld, dem dreiphasigen Drehmoment und der Raumzeiger gegeben mit denen in den betreffenden Kapiteln die Systemgleichungen nachvollziehbar angegeben sind.