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@@ -156,55 +156,55 @@ hypertexnames=false % Zur korrekten Erstellung der Bookmarks
\subheading{Am Netz} \subheading{Am Netz}
Voraussetzung für ein zeitlich konstantes Drehmoment ist ein mit konstanter Winkelgeschwindgkeit im Luftspalt umlaufendes, räumlich möglichst sinusförmig verteiltes magnetisches Feld. \\ Voraussetzung für ein zeitlich konstantes Drehmoment ist ein mit konstanter Winkelgeschwindgkeit im Luftspalt umlaufendes, räumlich möglichst sinusförmig verteiltes magnetisches Feld. \\
\colorbox{yellow!60}{Grundfeld einer Drehstromwicklung:} \colorbox{yellow!60}{Grundfeld einer Drehstromwicklung:}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.2.1}
b_p(x,t) = B_p \cdot cos(px -\omega_1t) b_p(x,t) = B_p \cdot cos(px -\omega_1t)
\end{equation} \end{equation}
Zusammenhang Ständer- und Läuferkoordinaten:\\ Zusammenhang Ständer- und Läuferkoordinaten:\\
\includegraphics[width= 0.2\columnwidth]{ZusammenhangSaenderLaeufer.jpg} \includegraphics[width= 0.2\columnwidth]{ZusammenhangSaenderLaeufer.jpg}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.1}
x_1 = 2\pi nt+x_2 x_1 = 2\pi nt+x_2
\end{equation} \end{equation}
\colorbox{yellow!60}{Frequenz:} \colorbox{yellow!60}{Frequenz:}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.2}
f_2 = f_1 \cdot (1-n\cdot p/f_1) = f_1 - pn f_2 = f_1 \cdot (1-n\cdot p/f_1) = f_1 - pn
\end{equation} \end{equation}
Bei stillstehendem Läufer (n = 0) sind Sänder- und Läuferfrequenz gleich ($f_2 = f_1$). Wenn sich der Läufer mit der \colorbox{yellow!60}{synchronen Drehzahl} Bei stillstehendem Läufer (n = 0) sind Sänder- und Läuferfrequenz gleich ($f_2 = f_1$). Wenn sich der Läufer mit der \colorbox{yellow!60}{synchronen Drehzahl}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.2.3}
n = n_1 = f_1/p = 1-\frac{p\cdot n}{f_1} n = n_1 = f_1/p = 1-\frac{p\cdot n}{f_1}
\end{equation} \end{equation}
dreht, so ist die Läuferfrequenz Null. dreht, so ist die Läuferfrequenz Null.
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.3}
f_2 = s\cdot f_1 f_2 = s\cdot f_1
\end{equation} \end{equation}
\colorbox{yellow!60}{Schlupf:}\\ \colorbox{yellow!60}{Schlupf:}\\
Bei Leerlauf ist s = 0, im Stillstand s = 1. Bei Leerlauf ist s = 0, im Stillstand s = 1.
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.4}
s = 1-\frac{p\cdot n}{f_1} = 1-\frac{n}{n_1} = \frac{n_1-n}{n_1} s = 1-\frac{p\cdot n}{f_1} = 1-\frac{n}{n_1} = \frac{n_1-n}{n_1}
\end{equation} \end{equation}
Prozentuale/relative Abweichung der Läuferdrehzahl von der \colorbox{yellow!60}{synchronen Drehzahl $n_1$} (bei Synchronmaschinen ist s = 0, bei ASM möglichst klein)\\ Prozentuale/relative Abweichung der Läuferdrehzahl von der \colorbox{yellow!60}{synchronen Drehzahl $n_1$} (bei Synchronmaschinen ist s = 0, bei ASM möglichst klein)\\
\subsubheading{Ersatzschaltbild} \subsubheading{Ersatzschaltbild}
Strangsröme werden im ESB mit ' gekennzeichnet (sie unterscheiden sich nur duch die Phasenlagen)\\ Strangsröme werden im ESB mit ' gekennzeichnet (sie unterscheiden sich nur duch die Phasenlagen)\\
\includegraphics[width= 0.5\columnwidth]{ErsatzschaltbildAsynchr.jpg} \includegraphics[width= 0.5\columnwidth]{ErsatzschaltbildAsynchr.jpg}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.6}
\underline{I}_\mu = \underline{I}_1 + \underline{I}_2 \underline{I}_\mu = \underline{I}_1 + \underline{I}_2
\end{equation} \end{equation}
\textcolor{magenta}{Kanns sein, dass in der Formel die ' nicht passen?} \textcolor{magenta}{Kanns sein, dass in der Formel die ' nicht passen?}\\
im Läufer \colorbox{yellow!60}{umgesetzte Leistung:} (Läuferverlustleistung) im Läufer \colorbox{yellow!60}{umgesetzte Leistung:} (Läuferverlustleistung)
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.7}
P_\mu = 3\cdot I_2' \cdot \frac{R_2'}{s} = s \cdot P_\mu + (1-s)\cdot P_\mu = P_{Cu2} + P_{mech} P_\delta = 3\cdot I_2' \cdot \frac{R_2'}{s} = s \cdot P_\delta + (1-s)\cdot P_\delta = P_{Cu2} + P_{mech}
\end{equation} \end{equation}
'Gesetz über die Spaltung der Luftspaltleitung':\\ 'Gesetz über die Spaltung der Luftspaltleitung':\\
\colorbox{yellow!60}{Stromwärmeverluste} in der Läuferwicklung: \colorbox{yellow!60}{Stromwärmeverluste} in der Läuferwicklung:
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.9}
P_{Cu2} = 3\cdot I_2' \cdot R_2' = s\cdot P_\mu P_{Cu2} = 3\cdot I_2' \cdot R_2' = s\cdot P_\delta
\end{equation} \end{equation}
\colorbox{yellow!60}{mechanische Leistung:} \colorbox{yellow!60}{mechanische Leistung:}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.10}
P_{mech} = P_\mu - P_{Cu2} = P_\mu \cdot (1-s) P_{mech} = P_\delta - P_{Cu2} = P_\delta \cdot (1-s)
\end{equation} \end{equation}
\colorbox{yellow!60}{Drehmoment:} \colorbox{yellow!60}{Drehmoment:}
\begin{equation} \begin{equation}\tag{3.3.11}
M = \frac{P_{mech}}{2\pi n} = \frac{P_\mu (1-s)}{2\pi n_1 (1-s)} = \frac{P_\mu}{2\pi n_1} M = \frac{P_{mech}}{2\pi n} = \frac{P_\delta (1-s)}{2\pi n_1 (1-s)} = \frac{P_\delta}{2\pi n_1}
\end{equation} \end{equation}
\colorbox{yellow!60}{Wirkungsgrad:} \colorbox{yellow!60}{Wirkungsgrad:}
\begin{equation} \begin{equation}
@@ -282,7 +282,355 @@ hypertexnames=false % Zur korrekten Erstellung der Bookmarks
\includegraphics[width= 1.75\columnwidth, angle = 90]{SOK_TEG_FS.pdf} \includegraphics[width= 1.75\columnwidth, angle = 90]{SOK_TEG_FS.pdf}
\subheading{Stationär} \subheading{Stationär}
ToDo: Eintragen der Abkürzungen in das Abkürzungsverzeichnis!!!\\
ESB von magnetisch gekoppelten Stromkreisen einfügen\\
Spannungsgleichungen der beiden Stromkreise
\begin{equation}
\underline{U_1} = (R_1+jwL_{1\sigma})\cdot\underline{I_1}+jwL_{1h}\cdot\underline{I_\mu}
\end{equation}
\begin{equation}
\underline{U_2'} = (R_2'+jwL'_{2\sigma})\cdot\underline{I_2'}+jwL_{2h}\cdot\underline{I_\mu}
\end{equation}
ESB zweier magnetisch gekoppelter Stromkreise fehlt noch
\colorbox{yellow!60}{Streuziffer}
\begin{equation}
\sigma_1 = \frac{L_{1\sigma}}{L_{1h}}
\end{equation}
\colorbox{yellow!60}{Gesamtstreuung}
\begin{equation}
\sigma = 1-\frac{1}{(1+\sigma_1)\cdot(1+\sigma_2)} = 1 - \frac{M^2}{L_1L_2} = 1-\frac{M^2}{M(1+sigma_1)+M(1+\sigma_2)}
\end{equation}
Strangströme für Feldmaxima
\begin{equation}
b_u(t) = B \cdot cos(wt)= Re(b_u(t)\cdot e^{j\epsilon_0})
\end{equation}
\begin{equation}
b_v(t) = B \cdot cos(wt-\frac{2\pi}{3})= Re(b_v(t)\cdot e^{j\epsilon_0}\cdot e^{j\frac{2\pi}{3}})
\end{equation}
\begin{equation}
b_w(t) = B \cdot cos(wt-\frac{4\pi}{3})= Re(b_w(t)\cdot e^{j\epsilon_0}\cdot e^{j\frac{4\pi}{3}})
\end{equation}
\begin{equation}
b_res(t) = Re(e^{j\epsilon_0}(b_u(t)+b_v(t)\cdot \underbrace{e^{j\frac{2\pi}{3}}}_{a}+b_w(t)\cdot \underbrace{e^{j\frac{4\pi}{3}}}_{a^2})
\end{equation}
Definition des Raumzeigers
\begin{equation}
\vec{B}= \frac{2}{3}(b_u(t)+\underline{a}\cdot b_v(t)+\underline{a^2}\cdot b_w(t))
\end{equation}
Raumzeiger von Strömen
\begin{equation}
\vec{I}= \frac{2}{3}(i_u(t)+\underline{a}\cdot i_v(t)+\underline{a^2}\cdot i_w(t))
\end{equation}
bei symmetrischen Ströme
\begin{equation}
i_u(t) + i_v(t) + i_w(t) = 0
\end{equation}
Stromraumzeiger
\begin{equation}
\vec{I}_1= \frac{2}{3}(i_u(t)+\underbrace{(-\frac{1}{2}+j\frac{\sqrt{3}}{2})}_{e^{j\frac{2\pi}{3}}}\cdot i_v(t)+\underbrace{(-\frac{1}{2}-j\frac{\sqrt{3}}{2})}_{e^{j\frac{4\pi}{3}}} \cdot i_w(t))
\end{equation}
Ersatzströme
\begin{equation}
I_{1\alpha} = Re(\vec{I}_1) = i_u(t)
\end{equation}
\begin{equation}
I_{1\beta} = Im(\vec{I}_1) = \frac{i_v(t)-i_w(t)}{\sqrt{3}}
\end{equation}
Koordinatentransformation\\
ständerfeste Koordinaten: Index S
\begin{equation}
\vec{I}_1^S = \hat{I}_1\cdot e^{j\beta_S} = \vec{I}_1^L\cdot e^{j\beta_L}
\end{equation}
\begin{equation}
I_{1\alpha} = \hat{I}_1\cdot cos\beta_S
\end{equation}
\begin{equation}
I_{1\beta} = \hat{I}_1\cdot sin\beta_S
\end{equation}
läuferfeste Koordinaten: Index L
\begin{equation}
\vec{I}_1^L = \frac{\hat{I}_1 \cdot e^{j(\beta_S-\beta_L)}}{\vec{I}_1^S\cdot e^{-j\beta_L}}
\end{equation}
Spannungsgleichung in Raumzeigerdarstellung\\
\begin{equation}
\vec{U}_1^S = R_1\cdot \vec{I}_1^S + \frac{d\vec{\psi}_1^S}{dt}
\end{equation}
Allgemein Flussverkettung
\begin{equation}
\psi = N \cdot \phi
\end{equation}
Flussverkettung im Ständer
\begin{equation}
\vec{\psi}_1^S =l_1 \cdot \vec{I}_1^S + M\cdot \vec{I}_2^S
\end{equation}
Flussverkettung des Ständers im rotierenden Koordinatensystem
\begin{equation}
\vec{\psi}_1^k =\vec{\psi}_1^S \cdot e^{j\beta k}
\end{equation}
Flussverkettung des Ständers im ständerfesten Koordinatensystem
\begin{equation}
\vec{\psi}_1^S = \vec{\psi}_1^k \cdot e^{j\beta_k}
\end{equation}
Flussverkettung im Läufer
\begin{equation}
\vec{\psi}_2^S =l_2 \cdot \vec{I}_2^S + M\cdot \vec{I}_1^S
\end{equation}
Ständerstromraumzeiger
\begin{equation}
\vec{I}_1^S = \frac{\vec{\psi}_1^S}{\sigma_{L1}} - \frac{M}{\sigma L_1 L_2}\cdot \vec{\psi}_2^S
\end{equation}
Läuferstromraumzeiger
\begin{equation}
\vec{I}_2^S = \frac{\vec{\psi}_2^S}{\sigma_{L2}} - \frac{M}{\sigma L_1 L_2}\cdot \vec{\psi}_1^S = \frac{\vec{I}_\mu^S - \vec{I}_1^S}{1+\sigma_2}
\end{equation}
Ständerspannungsgleichung
\begin{equation}
\vec{U}_1^k = R_1 \cdot \vec{I}_1^k+\frac{d\vec{\psi}_1^k}{dt}+j\omega_k \cdot \vec{\psi}_1^k
\end{equation}
Ständerspannungsgleichung in Raumzeigerdarstellung
\begin{equation}
\vec{U}_1^S = R_1\cdot \vec{I}_1^S + \frac{d\vec{\psi}_1^S}{dt} = R_1\cdot \vec{I}_1^S + i_1\cdot \frac{d\vec{I}_1^S}{dt} + M\cdot \frac{d\vec{I}_2^S}{dt}
\end{equation}
Läuferspannungsgleichung
\begin{equation}
\vec{U}_2^k = R_2 \cdot \vec{I}_2^k+\frac{d\vec{\psi}_2^k}{dt}+j(\omega_k -\omega_L)\cdot \vec{\psi}_2^k
\end{equation}
Läuferspannungsgleichung in Raumzeigerdarstellung
\begin{equation}
\vec{U}_2^L = R_2\cdot \vec{I}_2^L + \frac{d\vec{\psi}_2^L}{dt} = 0
\end{equation}
Läuferspannungsgleichung im Ständerkoordinatensystem
\begin{equation}
\vec{U}_2^S = R_2\cdot \frac{\vec{I}_\mu^S - \vec{I}_1^S}{1+\sigma_2} - j\omega_L\cdot M\cdot \vec{I}_\mu^S+M\frac{d\vec{I}_\mu^S}{dt}
\end{equation}
???
\begin{equation}
\vec{I}_1^k = I_\mu(1-j(\omega_L-\omega_K)\cdot T_2)+T_2\cdot \frac{dI_\mu}{dt}
\end{equation}
mit T\textsubscript{2}
\begin{equation}
T_2 = \frac{M\cdot (1+\sigma_2)}{R_2} = \frac{L_2}{R_2}
\end{equation}
Längskomponente (flussbildend): Feldbildung folgt mit Zeitkonstante T\textsubscript{2}
\begin{equation}
Re(\vec{I}_1^k) = I_{1d} = I_\mu + T_2 \frac{dI_\mu}{dt}
\end{equation}
Querkomponente (drehmomentbildend): Feldbildung folgt unverzögert
\begin{equation}
Im(\vec{I}_1^k) = I_{1q} = (\omega_K - \omega_L)\cdot T_2\cdot I_\mu
\end{equation}
Drehmoment\\
ToDo: Herausfinden welche Formeln relevant sind
\colorbox{yellow!60}{Numerische Feldberechnung}\\
Magnetische Feldstärke = Magnetische Erregung
\begin{equation}
H = \frac{I}{l} [\frac{A}{m}]
\end{equation}
Maxwellsche Gleichungen in differentieller Form\\
Durchflutungsgesetz
\begin{equation}
rot \vec{H} = \vec{S}
\end{equation}
Induktionsgesetz
\begin{equation}
rot \vec{E} = - \frac{\partial\vec{B}}{\partial t}
\end{equation}
Materialgesetz
\begin{equation}
\vec{B} = \vec{J} + \mu_0 \cdot \vec{H}
\end{equation}
Strömungsfeld für elektrische Leiter
\begin{equation}
\vec{S} = k \cdot \vec{E}
\end{equation}
Quellenfreiheit
\begin{equation}
div \vec{B} = 0
\end{equation}
Grundprinzip FEM
\begin{itemize}
\item Diskretisierung der Feldgebiete (mit Dreiecken 2D oder Tetraeder 3D)
\item iterative Lösung
\item magnetische Feldberechnung: magnetische Feldenergie unterschreitet vorgegeben Grenzwert
\end{itemize}
Da die Rotation für alle wirbelfreien Felder = 0 ist gilt:\\
magnetische Flussdichte
\begin{equation}
\vec{B} = rot\vec{A}
\end{equation}
kartesische Koordinaten
\begin{equation}
rot \vec{A} = \frac{\partial \vec{A}}{\partial y}\cdot \vec{i} - \frac{\partial \vec{A}}{\partial x}\cdot \vec{j}
\end{equation}
Zylinderkoordinaten
\begin{equation}
rot \vec{A} = \frac{1}{r}\frac{\partial \vec{A}}{\partial y}\cdot \vec{e}_r - \frac{\partial \vec{A}}{\partial r}\cdot \vec{e}_\varphi
\end{equation}
Magnetische Vektorpotential/ magnetische Feldstärke\\
kartesische Koordinaten
\begin{equation}
\vec{H} = -grad_{\varphi m} = -(\frac{\partial_{\varphi m}}{\partial x}\cdot \vec{i} + \frac{\partial_ {\varphi m}}{\partial y} \cdot \vec{j})
\end{equation}
Zylinderkoordinaten
\begin{equation}
\vec{H} = -grad_{\varphi m} = -(\frac{\partial_{\varphi m}}{\partial r}\cdot \vec{e}_r + \frac{1}{r}\frac{\partial_ {\varphi m}}{\partial \varphi} \cdot \vec{e}_\varphi)
\end{equation}
Magnetische Energiedichte je Längeneinheit
\begin{equation}
\frac{dW_{mag}}{l} = \frac{1}{2} \mu H^2 dA
\end{equation}
Betrag der magnetischen Feldstärke
\begin{equation}
H^2 = (\frac{\partial_{\varphi m}}{\partial x})^2 + (\frac{\partial_{\varphi m}}{\partial y})
\end{equation}
partielle Ableitungen des Skalarprodukts
\begin{equation}
\frac{\partial_{\varphi m}}{\partial x} = \frac{1}{2A}[(y_2-y_3)\varphi_{m1}+(y_3-y_1)\varphi_{m2}+(y_1-y_2)\varphi_{m3}]
\end{equation}
\begin{equation}
\frac{\partial_{\varphi m}}{\partial y} = \frac{1}{2A}[(x_3-x_2)\varphi_{m1}+(x_1-x_3)\varphi_{m2}+(x_2-x_1)\varphi_{m3}]
\end{equation}
Minimum magnetische Feldenergie
\begin{equation}
\frac{\partial W_{mag}/l}{\partial \varphi_m} = 0
\end{equation}
Mathematisches Konzept der FEM
"starke Formulierung"
\begin{equation}
Res = rot \vec{H} - \vec{S} = \frac{1}{\mu} rot rot \vec{A}-\vec{S}
\end{equation}
"schwache Formulierung " ????\\
Flussdichte
\begin{equation}
B = J + \mu_0 H = \mu_0 \mu_r H
\end{equation}
aus den gemessenen Kennliniepunkten Geradengleichung
\begin{equation}
\frac{1}{\mu_r -1} = a^* + b^* \cdot H
\end{equation}
Permeabilität
\begin{equation}
\mu_r = f(H) =1+ \frac{1}{a^*+b^*\cdot H}
\end{equation}
induzierte Spannung
\begin{equation}
|u_{ind}|= w \cdot \frac{d\phi}{dt} = \omega \cdot w \cdot \phi
\end{equation}
magnetische Spannung
\begin{equation}
V_m = H_\delta \cdot \delta
\end{equation}
Strombelag
\begin{equation}
A =
\end{equation}
Grundwelle
\begin{equation}
B_1(\theta) = \mu_0 \frac{2\omega}{\pi\delta}\cdot cos(\theta)\cdot i(t)
\end{equation}
Zonungsfaktor
\begin{equation}
\xi_{Z,1} = \frac{|\vec{U}_{res}|}{|\vec{U}_1|+|\vec{U}_2|+|\vec{U}_3|}
\end{equation}
Sehnungsfaktor
\begin{equation}
\xi_{S,1} = sin(\frac{\tau_\omega}{\tau_p})
\end{equation}
Wicklungsfaktor
\begin{equation}
\xi_1 = \xi_{Z,1} \cdot \xi_{S,1}
\end{equation}
Wirksame Windungszahl
\begin{equation}
w_1 = N \cdot \xi_1
\end{equation}
Grundstrombelag
\begin{equation}
a_p(x,t) = A_p \cdot cos(px-\omega_1 t -\varphi_1)
\end{equation}
Amplitude der Grundwelle
\begin{equation}
A_p = \frac{3}{\pi}\cdot A = \frac{3\cdot N_1 \xi_p \cdot }{\pi \cdot R}
\end{equation}
Magnetische Spanung über dem Luftspalt
\begin{equation}
V(x,t) = \frac{1}{p} \cdot A_p \cdot R \cdot sin(px-\omega_1 t - \varphi_1)
\end{equation}
Amplitude B-Feld Grundwelle
\begin{equation}
B_p = \frac{\mu_0}{\delta^{''}} \frac{3\cdot N_1 \xi_p}{p\cdot \pi} \cdot \sqrt{2} \cdot I_\mu
\end{equation}
\end{multicols*} \end{multicols*}
\begin{multicols*}{2} \begin{multicols*}{2}