Table Of ContentElektrische
Star kstromanlagen
Maschinen, Apparate, Schaltungen, Betrieb
Kurzgefaßtes Hilfsbuch
für Ingenieure und Techniker sowie zum Gebrauch
an technischen Lehranstalten
Von
Dipl.-Ing. Emil Kosack
Studienrat an den Staat!. Vereinigten Maschinenbauschulen
zu Magdeburg
Fünfte, durchgesehene Auflage
Mit 294 Textfiguren
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1921
ISBN 978-3-662-35933-4 ISBN 978-3-662-36763-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-36763-6
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1921 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1921.
Softcover reprint ofthe hardcover 5th edition 1921
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage.
Das vorliegende Buch soll einen kurzen, aber möglichst um
fassenden Überblick über die wichtigsten Zweige der Starkstrom
elektrotechnik geben. Bei der Auswahl und Anordnung des Stoffes
sind im wesentlichen die Bedürfnisse der staatlichen Maschinenbau
schulen berücksichtigt worden, doch ist durch eine weitgehende
Unterteilung dafür gesorgt, daß den verschiedensten Verhältnissen
Rechnung getragen werden kann. Bei den höheren Maschinenb.au
schulen wird in manchen Abffuhnitten eine Vertiefung des Lehrstoffes,
namentlich nach der mathematischen Seite - vielleicht auch durch
Einführung des Vektordiagramms zur Erklärung der Wechselstrom
erscheinungen - notwendig sein. Ich bin der Ansicht, daß gerade
beim technischen Unterricht die Eigenart des Lehrers, das Persön
liche seiner Lehrmethode möglichst wenig beeinträchtigt werden soll.
Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn er sich bei den allgemeinen
Grundlagen auf ein Lehrbuch stützen kann. Es wird dadurch viel
sonst für das Diktat benötigte kostbare Zeit gewonnen.
Auf die Wiedergabe von Bildern der besprochenen Maschinen
und Apparate ist grundsätzlich verzichtet worden, einerseits um den
Umfang des Buches nicht unnötig zu vermehren, andererseits weil
heute wohl stets Gelegenheit geboten ist, elektrische Anlagen durch
den Augenschein kennen zu lernen. Schnittzeichnungen und schema
tische Figuren sind in desto reichlicherem Maße aufgenommen worden.
Bei den im Buche eingeführten Bezeichnungen sind nach Mög
lichkeit die Vorschläge des Ausschusses für Einheiten und
Formelgrößen befolgt worden. Den Klemmenbezeichnungen sind
die Normalien des Verbandes Deutscher Elektrotechniker
zugrunde gelegt. Überhaupt haben die Verbandsvorschriften weit
,gehende Beachtung gefunden.
Magde burg, im Mai 1912.
Emil Kosack.
Vorwort zur vierten Auflage.
Die noch während des Krieges erl!chienene dritte Auflage der
"Elektrischen Starkstromanlagen" ist nach kaum anderthalb Jahren
vergriffen gewesen, sie war ein im wesentlichen unveränderter Al
druck der zweiten Auflage. Die vorliegende vierte Auflage ist einer
sorgfältigen Durchsicht unterzogen worden. Die in der Elektrotechnik
während der letzten Jahre gewonnenen Erfahrungen sind nach Mög
lichkeit berücksichtigt worden, wodurch sich mancherlei Änderungen
und Ergänzungen, namentlich bei den Abschnitten über die elektri
schen Lampen sowie das Leitungsnetz, notwendig machten. Der
Umfang des Buches ist jedoch nur unwesentlich vermehrt worden,
da ich aus der günstigen Beurteilung, welche dem Buche zuteil ge~
worden ist, sowie seiner Einführung als Lehrbuch der Elektrotechni~
an einer großen Zahl technischer Lehramtaiten schließe, daß ich mit
der Abgrenzung des im Buche behandelten Stoffes im ganzen das.
Richtige getroffen habe. Die Normalien des Verbandes Deutscher
Elektrotechaiker haben nach wie vor volle Beachtung gefunden.
Den Firmen, welche mich wielerum in entgeg3nkommender Weise,
durch überweisuag von Material unterstützten, spreche ich auch an,
dieser Stelle meinen Dank aus.
Ich gebe der Hoffnung Raum, daß die Elektrotechnik, der in
den nächsten Jahren besonders wichtige Aufgaben beim WiederaufbaQ
der deutschen Wirtschaft zufallen werden, einer erfolgreichen Zu. ..
kunft :e ntgegengeht. Möchte das vorliegende Buch einen beschei
denen Anteil an dieser Entwicklung nehmen!
Magdeburg, im Oktober 1919.
Emil Kosack.
Vorwort zur fünften Auflage.
Bei der vorliegenden fünften Auflage der "Starkstromanlagen"
habe ich mich im wesentlichen auf eine gründliche Durchsicht des.
Textes und der Figuren beschrä.nkt. Größere Änderungen gegenüber
der vorigen Auflage schienen mir nicht notwendig zu sein.
Magdeburg, im September 1920.
Emil Kosack.
Inhaltsverzeichnis.
Erstes Kapitel.
Die Erzellgungsarten, Gesetze und Wirkungeu des elektrischen Stromes.
A. Gleichstrom. Seite
1. Die elektromotorische Kraft als Ursache des elektrischen Stromes. 1
2. Da.s Ohmsche Gesetz . . . . . . . . 2
3. Elektrizitätsmenge . . . . . . . . . . 4
4. Elektrischer Widerstand und Leitwert 4
5. Widerstand und Temperatur . 6
6. Widerstandsappa.rate •....... 7
7. Stromverzweigungen . .. . • . . . . . 9
8. Schaltung von Widerständen. . . ., ..... 10
9. Stromstärke und Klemmenspannung einer Stromquelle 11
10. Schaltung von Stromquellen . . . . . . . . . . . . 12
11. Leistung und Arbeit des Stromes. . . . . . . . . 14
12. Zusammenhang zwischen elektrischer und mechanischer Energie. 16
13. Die Wärmewirkung des Stromes . . . . 17
14. Der elektrische Lichtbogen ...... 17
l.~. Thermoelektrizität. . . . . . . 18
16. Die chemischen Wirkungen des Stromes. 18
17. Das Gesetz vun Faraday . . . . 19
18. Die elektrolytische Polarisation. . . . . 20
19. Das magnetische Feld. . . . . . . . . 20
20. Theorie der Molekularmagnete . . . . . 23
21. Die magnetischen Wirkungen des Stromes 23
22. Elektr<lmagnete. . . . . . . . . . 26
23. Die elektrodynamischen Wirkungen. 27
24. Der magnetische Kreis 27
2.5. Die Hysterese ...... . . . . ~9
26. Die Induktionsgesetze . . . . . . . 30
27. Gegenseitige Induktion zweier Spulen 31
28. Die Selbstinduktion 32
29. Wirbelströme. . . . . . . . . . . . 32
ll. Wechselstrom.
30. Zustandekommen des Wechselstromes ... , .. 33
31. Wirkungen des Wechselstromes ... , . 35
32. Die Effektivwerte der Spannung und StromstärkE1 35
3:~. Die Phasenverschiebung . . . 36
34. Leistung des Wechselstromes. . . . 37
3,'i. Die Drosselspule • . . . . . . . . 39
36. Der Kondensator . . . . . . . . . . 40
37. Die Hautwirkung des Wechselstromes . 41
38. Zweiphasenstrom. •. .. . 41
39. Drehstrom • • . . . . . . . . . . . 42
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
Zweites Kapitel.
Meßinstrumente und Meßmethoden.
A. Strom- und Spannungsmessungen.
40. Schaltung der Strommesser 44
41. Allgemeines über Strommesser 45
42. Elektrochemische Instrumente 46
43. Hitzdrahtinstrumente 46
44. Galvanometer ..... 47
45. Drehspulinstrumente. . 47
46. Weicheiseninstrumente . 49
47. Elektrodynamische Instrumente 50
48. Induktionsinstrumente . . . . . 50
49. Schaltung der Spannungsmesser 51
50. Instrumente für Spannungsmessung 52
B. Widerstandsmessungen.
51. Die indirekte Widerstandsmessnng 53
52. Die Methode der Wheatstoneschen Brücke 54
53. Die Vergleichsmethode . . . . . . 56
54. Widerstandsmessung nach der Voltmetermethode . 57
C. Leistungs- und Arbeitsmessungen.
55. Leistungsmessung bei Gleichstrom und einphasigem Wechselstrom. 59
56. Leistungsmessung bei Drehstrom . 60
57. Allgemeines über Arbeitsmessung . 62
58. Elektrochemische Zähler . 63
59. Pendelzähler . . . . . . 63
60. Dynamometrische Zähler 64
61. Quecksilbermoturzähler 65
62. Induktionszähler 65
D. Besondere Wechs.elstrommessungen.
63. Bestimmung der Phasenverschiebung 66
64. Frequenzmesser ....•...... 66
Drittes Kapitel.
Gleichstromerzeuger.
65. Allgemeine Anordnung einer Gleichstrommaschine 67
66. Die zweipolige Ringwicklung . . . • . . . . . . 68
67. Die zweipolige Trommelwit'klung . . . . . . . . 73
68. Mehrpolige Trommelwicklungen ................ 75
69. Der Einfluß der Wicklungsart auf die EMK und Stromstärke des Ankers 78
70. Der Aufbau des Ankers . . . . • . . . .. .... " 78
71. Das Magnetgestell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
72. Ankerrückwirkung und Bürstenverschiebung . . . . . . . . .. . 83
73. Das Querfeld und Gegenfeld des Ankers . . . . . 85
74. Die Abhängigkeit der Ankerspannung von der Umdrehungszahl und
Magneterregung . . . • . • 86
75. Die fremderregte Maschine. 86
76. Die Selbsterregung 88
77. Die Nebenschlußmaschine 88
78. Die Hauptschlußmaschine 90
79. Die Doppelschlußmaschine . ............. 91
80. Maschinen mit Wendepolen und kompensierte Maschinen. 93
81. Turbomaschinen . . • . . 94
82. Polarität und Drehrichtung . . . . . . . . . . . . . . 95
Inhal tsverzeichnis. VII
Seite
83. Die Querfeldmaschine. . . . . . . 96
84. Spannung und Umdrehungszahl .. 97
85. Wirkungsgrad . . . . . . . . . . 97
86. Parallelbetrieb mehrerer Maschinen 99
Viertes Kapitel.
Gleichstrommotoren.
87. Wirkungsweise .. ....... . 101
88. Der Anlaßwiderstand . . . . . . . . . 102
89. Die Abhängigkeit der Umdrehungszahl von der Spannung und
Magneterregung . . . . . . . . . . . 103
90. Ankerrückwirkung und Bürstenverschiebung 104
91. Der fremderregte Motor 104
92. Der Nebenschlußmotor . 105
93. Der Hauptschlußmotor . 107
94. Der Doppelschlußmotor . 108
95. Bauart der Motoren . . 108
96. Tourenregelung 109
97. Umkehr der Drehrichtung 110
98. Umkehranlasser . 111
99. Walzenanlasser . . 112
100. Schützensteuerung 114
101. Anlaßaggregate 114
102. Wirkungsgrad .. 115
103. Umdrehungszahl, Leistung und Spannung 116
104. Verhalten eines Stromerzeugers als Motor und umgekehrt 116
Fünftes Kapitel.
Wechselstromerzeuger.
105. Allgemeines . . . 118
J 06. Die Außenpolmaschine 118
107. Die Innenpolmaschine 121
108. Turbomaschinen . . . 125
109. Frequenz, Polzahl und Umdrehungszahl 128
110. Leistung der Wechselstrommaschinen. 129
111. Die Wechselstrommaschine bei Leerlauf 130
112. Die Wechselstromm/l,sehine bei Belastung 130
113. Selbsttätige Spannungsregelung . . . . . 132
114. Die Wechselstrommasehine bei Kurzschluß 133
115. Spannung ......... . 135
116. Wirkungsgrad ............ . 135
117. Parallelbetrieb mehrerer Maschinen 135
Sechstes Kapitel.
Transformatoren.
118. Allgemeines . . . . . . . . . . . . 138
119. Wirkungsweise. . . . . . . . . . . . 138
120. Bauart der Einphasentransformatoren . 140
121. Bauart der Mehrphasentransformatoren 141
122. Oltransformatoren . . • • . . . . 142
123. Spannungsänderung ...... . 142
124. Der Transforma.tor bei Kurzschluß 144
125. Spannungs- und Stromwandler 145
126. Spartransformatoren . . 146
127. Reguliertransformatoren 147
128. Spannung und Frequenz 1~7
129. Wirkungsgrad . . . . . 148
130. Pa.rallelbetrieb mehrerer Transformatorell 149
VIII InhaJtsverzeicb:nis.
Seite
Siebentel! Kapitel.
Wt 'chselstrommotoren.
A. Synchronmotoren.
131: Wirkungsweise . . . . . . . . . . Jr,0
13::l. Das Anlaßverfahren . . . . . . . . 152
133. Der Synchronmotor als Phasenregler 153
B. Asynchrone Drehfeldmotoren.
134. Das Drehfeld ....... . 154
135. Motoren mit Kurzschlußläufer 158
136. Motoren mit Schleifringläufer lfiO
137. Stern-Dreieck-Umschaltung . 161
138. Motoren mit Gegenschaltung . 163
139. Tourenregelung . . . . 163
140. Umkehr der Drehrichtung .. 164
141. Umdrehungszahl und Spannung 1640
142. Wirkungsgrad und Leistungsfaktor 165
143. Asynchrone Einphasenmotoren 166
C. Kollektormotoren.
144. Allgemeines. . . . . . . . . . 167
145. Der Einphasenhauptschlußmotor J6S3
146. Der Einphasenkurzschlußmotor. . 169
147. Der Ein phasenhaupt schluß-Kurzschlußmotor 171
148. Der Drehstromhauptschlußmotor . . . . 172
149. Der Drehstromnebenschlußmotor . . . . 172
Achtes Kapitel.
Umformer.
150. Motorgeneratoren . 174
151. Einankerumformer 175
152. Kaskadenumformer .. 176
153. Quecksilberdamgfgleichrichter 177
154. Großgleichrichter . . . . . . 178
Neuntes Kapitel.
Der Betrieb elektrischer Maschinen.
155. Inbetriebsetzung der Maschinen 180
156. Wartung der Maschinen .... 182
157. Betriebsstörungen an Maschinen 185
158. Hochspannungsmaschinen 188
Zehntes Kapitel.
Die Untersuchung elektrischer Maschinen.
159. Allgemeines ..... . 190
160. Leistung und Erwärmung _ 191
161. überlastbarkeit . . . . . . 193
162. Isolationspritfung . . 194
16H. Wirkungsgrad. . . 196
164. Spannungs änderung 203
Elftes Kapitel.
Akkumulatoren.
165. Allgemeines . . . . . . . . . . 204
166. Wirkungsweise und Bauart des Bleiakkumulators 205
167. Spannung, Kapazität und Wirkungsgrad 208
Inhaltsvt'rzeichnis. IX
Seite
168. Akkumulatorenbatterie urid Zellenschalter . • . . . . . . . • . 210
169. Die Akkumulatorenbatterie in Verbindung mit der Betriebsmaschine 212
170. Elektrizitätswerke mit Akkumulatorenbetrieb 214
171. Der Akkumulator in Wechselstromanagen 215
172. Besondere Anwendungen des Akkumulators. 216
173. Pufferbatterien . . . . . . . . . 216
174. Schwungräder als Ersatz für Pufferbatterien 217
175.' Der Betrieb der Akkumulatoren . 218
176. Untersuchung von Akkumulatoren . . . 220
177. Der Edisonakkumulator . . . . . . . . 221
Zwölftes Kapitel.
Die elektrischen Lampen.
178. Allgemeines . . . . . . . . . • . . . . • 222
179. Lichtstärke, spez. Leistungsverbrauch, Beleuchtung. 223
A. Glühlampen.
180. Die Metalldrahtlampe . . . . . 224
181. Die Spiraldrahtlampe . . . . . 226
182. Die gasgefüllte Metalldrahtlampe 226
183. Die Kohlefadenlampe . . . . . 227
B. Bogenlampen.
184. Das Bogenlicht . . . . . . . . . . 228
185. Das Regulierwerk der Bogenlampen 229
186. Offene Bogenlampen ....... 2:~2
187. Geschlossene Bogenlampen. . . . . 234
1F18. Inbetriebsetzung und Wartung der Bogenlampen 234
C. Röhren- und Glimmlampen.
189. Quecksilberdampflampen. 235
190. Das Moorelicht . 2;\6
191. Die Glimmlampe 237
Dreizehntes Kapitel.
WärmeAusnutzung des Stromes, Elektrochemie und -metallurgie.
192. Elektrisches Kochen und Heizen . 237
193. Elektrisches Löten und Schweißen 238
194. Gal vanostegie und Gal vanoplastik 239
195. Rf'indarstellung des Kupfers 239
191). AIlJ:miniumgewinnung 240
197. Stahldars(el~ung . 240
HIS. Karbidfabrikation • 241
199. Stickstoffgewinnung 241
200. Ozonerzeugung . 241
Vierzehntes Kapitel.
Das Leitllngsuetz.
201. Die Betriebsspannung . . . . . . . 242
202. Niederspannung und Hochspannung 242
203. Das Zweileitersystem . . • . . . . 243
204. Das Mehrleitersystem . . • . . . . 2t3
20.1. Mehrphasige Wechs"lstromsysteme ... 247
206. Das' Wechselstrom-Transformatorensystem :l48
207. Das Wechselstrom-Gleichstromsystem 249
208. Leitungsarten . 250
209. Freileitungen . . . . . . . . . . . 252
