Teil 2/5 - Kapitel 5
Elektrische Maschinen

Das Kapitel beginnt mit der Darstellung von Motor und Generator als Vierpol.
Als Anwendung folgt die (vereinfachte) Simulation einer Windkraft-Anlage.

Was Sie im Kapitel 5 lernen:

• Idealer Motor und Generator
• Motor und Generator als Vierpol
• Mechanische und elektrische Motor-Zeitkonstanten
• Ansprech-Schwelle durch Haft-Reibung
• Drehzahl-Steuerung mit Störgrößen-Aufschaltung
• Drehzahl-Regelung und Regler-Optimierung
• Sprungantwort und Zeitkonstante
• Sollwerte Einregeln, Störgrößen Ausregeln
• Windkraft-Anlagen:
• Der Propeller, Simulation einer Näherung

Warum Sie Kapitel 5  lesen sollten:

1. Motoren und Generatoren als elektro-mechanische Wandler werden  in Technik und Simulation gebraucht. Deshalb muss allen, die Technik entwickeln und simulieren, deren Funktion bekannt sein.
2. Durch den Vergleich von Drehzahl-Steuerung und -Regelung erhalten Sie ein typisches Beispiel zum Thema Aufwand und Nutzen einer Regelung.
3. Die Behandlung von Motor und Generator als Vierpol zeigt, dass die Vierpol-Methode auch hier zur formalen System-Beschreibung benötigt wird.

Beispiel Drehzahl-Steuerung mit Haftreibung

Kurzbeschreibung

Der Strom-gesteuerte Motor ist ein elektro-mechanischer Wandler mit einer Ansprech-Schwelle. Sie entsteht durch Unebenheiten der Lager, die eine Haft-Reibung erzeugen. Im Bereich kleiner Ankerspannungen führt das zu Oszillationen der Drehzahl, die sich folgendermaßen erklären lassen:

Der Spannungs-gesteuerte Motor ist, wie die Struktur zeigt, ein Regelkreis. Bei stehender Welle fließen wegen des kleinen Anker-Widerstands bereits bei kleinen Ankerspannungen große Ankerströme. Wenn das reicht, um die Haftreibung zu überwinden, beginnt die Welle zu drehen. Dann induziert der Motor seine Tacho-Spannung u.T~n, die den Ankerstrom reduziert. Dadurch bleibt der Motor stehen. Dann fließt wieder ein größerer Ankerstrom, der zum erneuten Anlaufen führt.

Struktur

Diagramm

Die Drehzahl n des Spannungs-gesteuerten Motors oszilliert bei kleinen Ankerspannungen. So stellt sich nach dem Prizip der Pulsbreiten-Modulation eine mittlere Drehzahl ein, die dem Idealwert ohne Ansprechschwelle nahe kommt.