Elektrische Maschinen


Elektrische Maschinen umfassen Generatoren, Motoren sowie statische Energiewandler wie Transformatoren. Ein Generator erzeugt aus mechanischer Rotationsenergie elektrischen Strom, dessen Frequenz durch die Polzahl und Drehzahl des Rotors des Generators bestimmt wird. Die Rotationsfrequenz eines Motors wird durch die Frequenz des eingespeisten Stroms und der Polzahl des Rotors des Motors bestimmt.

 
Installation des Läufers eines Hydrogenerators © Hydropower Consult
 

Elektrische Maschinen werden grob nach Asynchronmaschinen, Synchronmaschinen und Gleichstrommaschinen unterschieden. Für größere industrielle Antriebe werden überwiegend Drehstrommotoren eingesetzt. Größere Gleichstrommotoren nur noch vereinzelt in älteren Walzwerken.

Stator einer Drehstrommaschine

Asynchron- und Synchron-Drehstrommaschinen haben im Stator prinzipiell denselben Aufbau. Ein aus Dynamoblechen geschichtetes Statorblechpaket enthält in Nuten am Bohrungsumfang gleichmäßig verteilte, isolierte Leiter, die zu drei räumlich versetzen Wicklungssträngen – der Wicklung - zusammengeschaltet sind. Der aus den Nuten des Statorblechpakets herausragende Teil der Wicklung, die Wickelköpfe, sind in einem der beiden stirnseitigen Wickelkopfräume der Maschine zur drei Phasenwicklung geschaltet. Von hier werden die Anschlussleitungen der Wicklung zum Klemmkasten geführt.


Motor-Aufbau eines Turbogenerators


Die gesamte Wicklung des Stators ist für die entsprechende Spannungsklasse und Isolierstoffklasse isoliert. Die Wickelköpfe sind oft aufwendig mechanisch abgestützt und untereinander versteift, damit die auftretenden Stromkräfte auch in Störfällen keine bleibenden Schäden bewirken. Unter CFD-Gesichtspunkten ist die Geometrie der Statorwicklung sehr kompliziert.

Läufer einer Drehstrommaschine

Die asynchronen Drehstrommaschinen werden nach Käfigläufern und Schleifringläufern unterschieden. Käfigläufer weisen unisolierte Leiter in den Rotornuten mit beidseitigen Kurzschlussringen auf. Schleifringläufer tragen eine isolierte Wicklung, deren Anschlüsse zu Schleifringen auf der Läuferwelle führen.

 


Asynchronmotor mit Käfigläufer

Die Rotoren von Synchronmaschinen werden nach Schenkelpolläufern und Vollpolläufern unterschieden. Schenkelpolläufer haben ausgeprägte einzelne Pole mit einem magnetischen Kern und einer Spulenwicklung. Vollpolläufer weisen überwiegend geschichtete Blechpakete mit zu Gruppen gefassten Nuten auf, in denen eine isolierte Läuferwicklung zu einzelnen Nord- und Südpolen geschaltet ist. Vollpolläufermaschinen, insbesondere solche mit massivem Stahlrotor werden für höchste Drehzahlen benötigt. Beide Läuferarten werden mit Gleichstrom gespeist.

Aktuell:
Hr. Segond ist Mitglied und  Expert von SCO Expert Pool.
SCO Expert Pool ist ein unabhängiges Netzwerk von Beratungsingenieuren für die Auslegung und Herstellung von elektrischen Maschinen. Alle 22 Experten sind komplementär und haben eine langjährige Erfahrung in ihrem Fachbereich.    

 

Artikel im Mai 2017 über E-Cooling in
Zeitschrift Engineering Edge
(Artikel auf Seiten 18-19)


 

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