Table Of ContentKurzes Lehrbuch
der Elektrotechnik
Von
DI'. Adolf Thomälcu
a. o. Professor an der Technischen Hochschule KarJs!"u hc
Siebente, verbesserte Auflage
:Hit 463 in den Text gedruckten Bildern
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1918
Alle Itechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen,
vorbehalten.
Copyright 1918 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1918
Softcover reprint of the hardcover 7th edition 1918
ISBN 978-3-662-42141-3 ISBN 978-3-662-42408-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-42408-7
Au~ llem Vorwort zur ersten Auflage.
Das vorliegende "Kurze Lehrbuch der Elektrotechnik" steht in der
:Mitte zwischen den allgemeinverständlichen Darstellungen und den Spezial
werken. Es will den Studierenden nicht bloß mit den Erscheinungen auf
dem Gebiete der Elektrotechnik bekannt machen, sondern ihn auch zum
"elektrotechnischen Denken" erziehen, d. h. ihm die Vorstellungen und
Anschauungen aneignen, mit deren Hilfe er sich die Erscheinungen, auf
dem Gebiete der Elektrotechnik erklären kann. Endlich will das vor
liegende Werk den Studierenden in den Stand setzen, die Wirkungsweise
der elektrischen Maschinen auf rechnerischem und zeichnerischem Wege
zu verfolgen. Dabei sind die Rechnungen möglichst einfach gehalten und
von der höheren Mathematik nur die Anfangsgründe zu Hilfe genommen.
Um den erwähnten Zweck zu erreichen, mußte das Beschreillen
sowie das Eingehen auf Einzelheiten der Ausführung' verhältnismäßig
v.urücktreten. Das konnte um so mehr geschehen, als wir eine Reihe
von hervorragenden Werken be8chreibender und konshnktiver N atnr über
Elektrotechnik besitzen.
Altenburg (S.-A.), 1m Mai 1903.
Vorwort zur siebenten AufInge.
111 der vorliegenden siebenten Auflage des kurzen Lehrbuches der
Elektrotechnik ist der Teil übel' Magnetismus vollständig neu bearbeitet.
Dabei wird der Versuch gemacht, eine sichere wissenschaftliehe Grund
lage zu gewinnen, ohne daß die Theorie übermäßig in den Vordergrund
tritt. Die magnetische Induktion, die in den früheren Auflagen erst beim
Elektromagnetismus eingeführt wurde, wird bereits beim Magnetismus
IJehandelt. Um ihre begriffliche Unterscheidung von der Feldstärke deut
lich zu machen, wird sie entgegen der sonst meist üblichen Darstellung
an die Spitze gestellt. Das Ohmsche Gesetz für Magnetismus und die
Zugkraft des Magneten werden ebenfalls bereits beim Magnetismus be
handelt. Die Linien und Röhren des Feldes werden für einfache Fälle
aus der Beziehung, daß kein Pluß dm'ch die Röhrenwand hin durchtritt ,
IV Vorwort.
ermittelt. Die Ableitung des Brechungsgesetzes und der Gleichungen
für den Längszug und Querdruck des Feldes sind hinzugekommen.
An die Stelle der Kraftlinien, die meist weder mit einer Kraft
noch mit einer Linie etwas zu tun haben, ist der magneti~che Fluß durch
eine l!'Hiche oder die den Raum durchdringellde Flußröhre getreten. Wie
üblich, i~t das Produkt aus der Induktion und der Fläche noch als ma
netischer Fluß bezeichnet. Es wird sich aber wohl künftig empfehlen,
für diese physikalische Größe tlie Bezeichnung' }'lußstärke einzuführen,
zum C nterschied von dem nur eine Hilfsvorstellung bildenden Fluß, der
eine Röhre erfüllt, sich in ihr fortsetzt, nacheinander verschiedene Mittel
durchdringt, sich verzweigt, usw. Wie es bereits in rler Phy"ik üblich isL
wird die magnetische Induktion ill Gauß unrl rler InduktionsHull in Max
well g'ell1e~sen.
Beim Elektromagnetismu~ wiJ"rl (1 er Begriff der DurchHutullg ein
geführt und das Durchflutung~gesety. mit Hilfe .ler Gleichung für die
elektrische Arbeit aus dem Induktionsge~ety. abgeleitet. Die l!~lußröhrl'n
des Feldes VOll geraden Leitern und aie (les Gesamtfeldes bei einem
geraden Leiter im gleichförmigen Feld werden ermittelt. Beim Hub des
Elektromagneten wirtl auch del' Wechselstrommagnet hel'ücksichtigt.
:Uit Rück"icht auf die He.lentullg der Hochspannnllgsalllagen wirfl
in den AhHchnitten 35 his 39 eille Darstellung fles elektrischen FeldeH
gegebell, die sich eug an deH entsprechenden Teil üher das magneti.sche
Feld anlehnt. Die Kapazität wird dabei als eill dielektrischer Leitwert
eillg'eführt und für einfllche Fiille, wie B. hei Kondensatoren, sowie
y',
bei Freileit.un,!.ren flll' einfachen Wechselstrom berechnPt..
Hei .len Gll'ichstJ"ommlischinen ist die Behandlung der glatten
Anker, die schOll ill .len früheren Auflagen ständig geküry.t wurde, faKt
vollstiilJdig gegelJliber den Nutellallkerll l'.Ul'ückgetreten. Für die J<Jrmitt
lung des Stromlauf;; Ilnd der kurl'.geschJos~enen Spulen wird eine zwei
polige El'satzschaltulig ,~'egebeIJ, bei der die ganze Aufgabe ohne jede
Zeichlllllig df!rWicklnng alleill vom ~tromwender aus' behandelt wird.
Im übri,!!'eu ist .lie Allleitung für (lie SpanllUllgsteilnng mit J)ro~selspule
hiny.ug'ekomm"Ie' ll.
Beim edJ~ebtrom fillid die :;ymbolitlche Rechnung', die früher am
Schlnf\ deK W prke" gebracht wurde, in geänderter J)arstellung~weise ihren
Plntz berf'itK i 11 d<'l1 einleitellden Ah~chIJitten, deI'ell Inha.lt auch /iOHst
weHentlich geiindert und erweitert wurde. Die l:!ymholi~che Rechnung
kOllllte auf flie,e "\Veise fOl,tlaufend angewendet und lluty.bar gemacht
worden, Dahei kam e" dem Verfasser darallf an, Y.11 y.eigen, daJ~ der
Vorteil dieser Rechillmg weselltlich in .Ior unmittelbaren Bezeichnung'
ei lJel' g'orichtetclI U röJle dlll'ch einen eiJll'.igell BuchKtabell hesteht. Die
Vorwort, V
\lll he(lueme komplexe Form soll nach Möglichkeit zurücktreten, Ein Ab
"chnitt übel' die Er~atzschHltung (les Tnmsformators und Drehstrommotors
i~t im einleitellllen Teil hinzugekommen, Darin ergiht sich für die ver
wickelte Au±gabe der Ableitung' des genauen Heylandschen Kreises ein
äußerst einfacher \Yeg mit Hilfe (1pl' Inversion UlHl der symbolische II
RechuUllg.
Die Gl'um1geseb:e des DrehstrolllPs wertlell illl ullluittelbarell All
"chlufl an die dps einf:1Chell \Vechselshome,; gebracht, Dabei fand sich
Gelegenheit, deli SPHIl1l1lligsabfall in Drehshollllpitullgen zu behan(leln
uml <Iie Beziehung zwischeIi Sel1)"tillduktion UlJ(l gegellseitige]' IlJ(luktioll
eIer eillzellll"n ~chleifell, sowie dcn Einfiug (lei' Lag'e (leI' :\feHleitung HUt'
den Ansschlag de" SpaIlllUllgszeigers zn enh,'il'kel 11 ,
Im Teil ül)er den Tl'llllsfol'lllato]' wm'dell die Strolll- und Spallnungs-
1)ilrler wewntlich vereinfacht, Übel'hlllljlt wire! ekr Ver';llch g'l'lIlHcht, die
Ntl'Olll- nnd Sp:mllungsbilcler h'eiel' zn behandeln. Dahill ,!.!'phört z, B,
die Aneinandpl'reihung rler Strahlen an Ntelle cI .. s Parallelogramllls, (lie
_~lIwellClnng der geomdrischen SubtrHktioll 11l1d die \'lllkehl'lll1,!.!' der J{ich
tUllg eille" Strahles \lnter ,!.!leichzeitiger l-mk, 'hl'llIlg sl'iw'r Be, lelltllng,
ni(e i'lYJlchrolllllaschiJlclI ",e1'(lclI 1'011 Y01'llherpin als J\lehl'phasl'n
maschinen bphauelelt, d" eliese tatsiichlich Hicht Jlur eli,· weitaus wich
til-tstell, ~ollderll auch die eiJlfachstell \\' e .. hst'lstl'Olllllla"chill(·1l "ilId, ]),.)'
Abschnitt übel' \\'ickhlllgl'll i,t. '·l'\\'!'itert., wobei auch der "'icklullgs
faktor beriicksichtigt wu]'(le, Die gleichz,·itige Hehalldlnng (leI' i:-\trolll
erzeugl'r und Motol't>n, die t(·ih\,pisl' bereit" in cI<'I' fl'iihe1'l'1l Auflage
angewendet "'lml(·, ist ill dei' nelH'll .-\.nfla,!.!'· all,!.!'pllll'i II (lurchg"efiihrt.
I )er Ab~('hllitt ülH'), da" Pellddll i,t vl'reillt'acht, we"elltlich auch da
durch, d"g der .EJintlllH dei' Diilllpfllllg l'pin J'C'c]lIlpl'i,ch ubg"leitet wurde,
111 elplIl 'l\>il üh,·]' Drehshollll11otO],('ll wlIn]" dip Dal'''tellullg (]",
}'elcles bei vertl'iltell ,Vickhlllgt'll 1l,·utlichl'1' ,!.!ehaltell. Iki del' Ah
lpitllllg (lps eillf"chen HeyJundschl'lI Kn·i,es "ind. :l1lr!l're Strenfakton'll
j'(;llutZt, mit denen "ich t'a,t ohne HechllUJlg ein iiher:llI" dlll'ch~i('htig",
Verhiiltni, zwischen Kl'ei"dul'e!ll1H·""er und K111'Z-chltlH"tl'olll '·I'!.!ij')t, ni,'
I'jrlllittlung' eies gellaucll H ey lalldschl'lI KI'pi"es lind .11'1' Lei"tl111gPll illl
l'rüffeld auf Hrll!l(l .h·r erwiilmtcn "ymholi"chen Bolul1Idlullg" der Er"atz
schaltullg" ist hillzngekolllll1eJl. B.·i det' Hchunellllllg der DoppelschlllH
motoren llIit Strolllwellder wurel(· die N otwl'ndigkl'it dpr Fl'''tsetzllllg ei lIer
positiven Richtung fiir die Spallllllllg'ell und Strcillle et'iirt.el't. Bl'i ,1('1'
). bleitullg dm' Spa1lll1lngs- 1111(1 Shombildeö fü]' die Dopl)e!ol'hIIlHlllotOl'ell
erwies sich wieder die ~~int'iihrllllg der obell l'rwähnt Pli Ntreufaktorell
als vOI·teilhaft.
A
A.bge~ehell VOll e1ell :lllgefühl'tell IIdenlllgell ('I',;chiell aueh 111
VI Vorwort.
vieleIl Ab~uhllittell, (lie iuhaltlich im we"entlichen dieselben gebliebell
~iJ1(l, mit Rücbicht auf gleichzeitige Vertiefung und Vereinfachullg eille
DurcharLeitung lJötig, ,0 daß der größere Teil des 'Verkes in neuer
Forlll yorliegt. Die Vereinfachungen haben c1azu geführt, daß ~ich der
rmfang trotz der :Enveitel'llllgen !licht ll!lweselltlich verringert hat.
Bei der BearLeitung der lIeuen Auflage kam dem Verfr,,'ser (lie
wertvolle Anregung' ullCI Fönlenlllg zugute, die er von Seiten eIes
Herl'll Prof. Dl'. Illg. e. h. F. Emde, Stuttgart, und des Herl'll Prof.
R. Richter, Karlsruhe, erfahren hat. Beide Herren hatten :tllch (lie
FreumlJ ichkeit, ei II ige gl'lllldJegelllle Ab"chnitte durchzusehen.
Kilrlsruhe, im Juni 1\)18.
At!. 'l'homält'll.
Inhaltsy{'rzeichni~.
E!'steJ' Teil.
~eite
1. Der elektrische Strom 1
2. Die Spannung. . . . 2
a. Das 0 h m sehe Gesetz 4
4. Die Abhängigkeit des Widerstandes vom Stoff, Querschnitt, Länge und
Temperatur des Leiters 8
Ö. Die Kirchhoffschen Regeln ......... . 10
fi. Widerstand und Stromverteilung bei einer Schleife. 1ß
7. Reiherl- und Nebenschaltung von Elementen. 15
8. Die ."\Vheatstonesche Brücke ..... 17
9. Spannungsmessung durch Gegenschaltung 19
10. Elektrische Arbeit und Leistung . . 20
11. Die Verluste durch Stromwärme .. ZR
Zweite!' Teil.
12. Die Vorgänge bei der Elektrolyse . 26
13. Die Gewichtsverhältnisse bei der Elektrolyse. 29
14. Die Polarisation. . . . . . 31
15. Die Akkumulatoren . . . . 34
16. Die Vorgänge in Elementen 38
17. Die Voltameter ..... H
nritter Teil.
18. Magnetische Induktion und magnetischer Fluß. 42
19. Magnetische Spannung und Feldstärke . . . . 47
20. Magnetische Induktion und Feldstärke. . . . . 50
21. Die magnetischen Röhren beim Übergang aus Luft in Eisen 54
22. Längszug und Querdruck im magnetischen Feld 56
Vierter Teil.
23. Die durch Änderung des magnetischen Flusses erzeugte Spannung 58
24. Die Durchflutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
25. Magnetische Wirkung eines geraden Stromleiters in der Luft 62
26. Magnetische Wirkung einer Stromspule in der Luft 68
27. Der magnetische Kreis. . . . . . . 70
l<'iinftel' Teil.
28. Die Selbstinduktion . . . 77
29. Die gegenseitige Induktion. . . 79
30. Der Strom beim Ein- und Ausschalten 81
Rl. Elektrische Arbeit und magnetische Energie. i'3
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seit."
32. Der Hub eines Elektromagneten . 85
33. Die Hysteresis 89
34. Wirbelströme. . . . . . 91
Sechster Teil.
35. Elektrischer Fluß und elektrische Dichte . 94
36. Elektrische Spannung und Feldstärke 100
37. Elektrische Dichte und Feldstärke . 101
38. Die Kapazität . . . . . . . . . . . 104
39. Die Energie des elektrischen Feldes . 108
Siebenter Teil.
40. Die Grundeinheiten des absoluten Maßsystems 110
41. Mechanische Größen ... 111
42. Die magnetischen Größen . 113
43. Die elektrischen Größen. . 114
Achter Teil.
44. Doppel-T- Anker mit zweiteiligem Strom wender 119
45. Zweipolige Ring- und Trommelwicklung 121
46. Mehrpolige Schleifenwicklung . . . . . . . 129
47. Mehrpolige Wellenwicklung ....... . 133
Neunter Teil.
48. Die Erregung der elektrischen Maschinen. 142
49. Feldmagnete . . . .. ....... . 146
50. Die Bürstenstellung . . . . . . . . . . . 149
51. Ankerrückwirkung und Quermagnetisierung . 151
52. Funkenfreie Stromwendung 154
53. Spannungsteilung . . . . . . . . . . . . . 162
Zehnter Teil.
54. Die fremderregte Maschine bei Änderung der Drehzahl, Erregung und
Belastung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . .• 16ö
55. Die Hauptstrommaschine bei Änderung der Belastung. . . . . . '.' 171
56. Die Nebenschlußmaschine und Doppelschlußmaschine bei Änderung der
Belastung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
57. Batterie und Maschine in Nebeneinanderschaltung. 177
58. Maschinen für gleichbleibenden Strom . . . . 185
59. Der Wirkungsgrad der Nebenschlußmaschinen 188
I<~lfter Teil.
60. Drehrichtung der Motoren. . . . . . . . . . . . . . . . . 193
61. Drehmoment, Drehzahl und Leistung des Gleichstrommotors. 196
62. Der Nebenschlußmotor .......... . 200
63. Anlassen und Regeln des Nebenschlußmotors . 203
64. Wirkungsweise der Hauptstrommotoren. 214
65. Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . 217
66. Die Regelung von Hauptstrommotoren . 2iO
Inhaltsverzeichnis. IX
Zwölfter Teil.
67. Stromstärke unu Spannung des Wechselstromes 225
68. Mittelwert und Effektivwert . . . . . . . 229
69. Die mittlere Leistung des Wechselstromes. 231
70. Darstellung durch Strahlen. . . . . . . . 2i-li-l
Dreizehnter Teil.
71. Die Spannung der Selbstinduktion . . . . . 242
72. Widerstand und Selbstinduktion in Reihe. . 247
73. Die Leistung bei Reihenschaltung von Widerstand und Selbstinduktion 251
74. Wirkwiderstand, induktiver nnd scheinbarer Widerstand 254
75. Die Kapazität in Wechselstromkreisen . . . . . . . 256
76. Das allgemeine 0 hm sehe Gesetz für 'Wechselstrom. 258
77. Wechselstromwiderstände in Nebeneinanderschaltung 260
78. Ersatzschaltung . . . . . . . . . . . . . . 264
Yierzehlltcl' Teil.
79. Mehrphasenströme . . . 268
80. Dreieck- und Sternschaltung . . . . . :no
81. Die Leistung des Drehstromes . . . . 274
82. Der Spannungsabfall in Drehstromleitullgen '277
:}1'iinfzehllter Teil.
83. Aufbau der Transformatoren . . . . . . . '2d3
84. Der Transformator bei Leerlauf. . . . . . . 287
85. Der Transformator bei Belastung unter Vel'llachlässigung der Span-
nungsverluste . . . . . . . . . . . . . 292
86. Berücksichtigung der Spannungsverluste. 295
87. Einschaltvorgang bei Transformatoren. . 302
Sechzehntel' Teil.
88. Die Wicklungen der Wechselstrommaschinen 304
89. Die Spannung bei gleichförmigem Feld ,HO
90. Die Spannung bei sinusförmigem Feld . . . 314
Siebzehnter Teil.
91. Das Einschalten einer Synchronmaschine . . M6
92. Das Spannungsbild der Wechselstrommaschine. 3I})
93. Die Wechselstrommaschine bei Änderungen der Belastung 32,\
94. Die synchronisierende Kraft . . . . . . . . :32!!
95. Das Pendeln von Wechselstrommaschinen. . :3i-li-l
96. Die Wechselstrommaschine bei Änderung der Erregung 3:38
97. Selbsttätige Spannullgsregelung. . . . . . . . . . . . M2
Achtzehnter 'l'eil.
98. Magnetische Wirkung des Ankerstromes .
99. Ankerrückwirkung und Gesamterregung . . .
100. Trennung der Ankerrückwirkung und Ankerstreuung.
101. Vorausberechnung der Brregung . . . . . . . . . .
