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Elektrische Maschinen und Antriebe (EM)

Die Lehrveranstaltung Elektrische Maschinen und Antriebe vermittelt grundlegendes und anwendungsnahes Wissen zu Aufbau, Funktionsweise und Analyse elektrischer Antriebe – von den physikalischen Feldgrundlagen bis hin zu kompletten Antriebssystemen. Neben der theoretischen Durchdringung der zugrundeliegenden elektromagnetischen und elektromechanischen Prinzipien liegt ein Schwerpunkt auf der praktischen Anwendung bewährter Berechnungs-, Analyse- und Simulationsmethoden. Studierende erwerben die Fähigkeit, elektrische und magnetische Felder zu modellieren, Maschinenarten zu charakterisieren, Kennlinien zu berechnen und zu interpretieren sowie den Energiefluss im Gesamtsystem zu bewerten. Die erarbeiteten Methoden und Werkzeuge werden durchgehend auf praxisrelevante Beispiele und reale Antriebssysteme angewendet.

Themengebiete und erworbene Kompetenzen

1. Elektrisches Feld

Studierende lernen, elektrostatische Felder mithilfe des Coulombschen Gesetzes, des elektrischen Potentials und der Kapazitätsberechnung zu analysieren. Es wird vermittelt, wie Kräfte und Energien in elektrischen Feldern bestimmt und in der Auslegung kapazitiver Antriebe berücksichtigt werden. Typische Aufgaben umfassen die Berechnung zweidimensionaler Felder, das Erstellen und Interpretieren von Feldlinienbildern sowie die Abschätzung von Wirkungsgraden und Verlusten in elektrischen Speicherelementen.

2. Magnetisches Feld

Vermittelt wird der sichere Umgang mit den grundlegenden Feldgrößen, dem Durchflutungssatz, magnetischen Widerständen und deren Modellierung als Ersatzschaltbild. Studierende üben, magnetische Flussverteilungen in Eisenkreisen mit Luftspalt zu berechnen und das Verhalten an Materialgrenzen zu beurteilen. Sie können Hysterese- und Induktionsphänomene quantifizieren und die Eigenschaften von Transformatoren und einfachen magnetischen Antrieben analysieren.

3. Gleichstrommaschinen

Behandelt werden Drehmomenterzeugung, Kommutierung und die verschiedenen Erregungsarten (Fremd-, Neben- und Reihenschluss). Studierende lernen, Betriebskennlinien aus Grunddaten zu berechnen, Verluste zu ermitteln und Regelverhalten abzuschätzen. Sie können konstruktive Elemente wie Wendepole oder Kompensationswicklungen in ihrer Wirkung beurteilen und die Eignung der Maschine für verschiedene Lastprofile einschätzen.

4. Synchronmaschinen

Erarbeitet wird das Verständnis für das Funktionsprinzip, den mechanischen und elektrischen Aufbau sowie die typischen Betriebsarten von Synchronmaschinen. Studierende sind in der Lage, Ersatzschaltbilder und Zeigerdiagramme zu erstellen und daraus relevante Kenngrößen wie Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung oder Leistungsfaktor abzuleiten. Sie können unterschiedliche Betriebszustände charakterisieren und Anwendungen wie Schritt- und Servoantriebe technisch einordnen. Im Rahmen dieses Themenfeldes werden auch aktuelle Forschungsschwerpunkte wie Axialflussmaschinen behandelt.

5. Asynchronmaschinen

Vermittelt wird der gesamte Analyseprozess von Aufbau und Funktionsweise bis zu den Betriebskennlinien. Studierende erlernen die Herleitung und Nutzung des Ersatzschaltbildes, die grafische Darstellung im Heyland-Kreisdiagramm und die Interpretation daraus gewonnener Betriebsgrößen wie Anlaufmoment oder Wirkungsgrad. Zusätzlich werden der Einfluss unterschiedlicher Läuferbauformen, der Betrieb mit Frequenzumrichtern und typische Einsatzbereiche untersucht.

 

Lehrpersonal

Dr.-Ing. Dennis Kähler
M-4 Mechatronik im Maschinenbau
  • Mechatronik im Maschinenbau
Eißendorfer Straße 38 (O),
21073 Hamburg
Building O, Room 0012
Phone: +49 40 42878 4206
Logo
Folke Schwinning
M-4 Mechatronik im Maschinenbau
  • Mechatronik im Maschinenbau
Eißendorfer Straße 38 (O),
21073 Hamburg
Building O, Room 0.015
Phone: +49 40 42878 4211
Logo
Maximilian Becker
M-4 Mechatronik im Maschinenbau
  • Mechatronik im Maschinenbau
Eißendorfer Straße 38 (O),
21073 Hamburg
Building O, Room 0.015
Phone: +49 40 42878 4215

So können Sie uns erreichen

Für allgemeine Fragen sowie Fragen zum Vorlesungsinhalt, den Übungsaufgaben und den Hausarbeiten haben wir in der E-Learning-Plattform StudIP ein Forum eingerichtet. Sollte Ihre Frage dort nicht beantwortet werden oder sollten Sie uns anderweitig kontaktieren wollen, können Sie uns eine Email an unsere Team-Email-Adresse imek-em(at)tuhh.de senden. Wir freuen uns, von Ihnen zu hören!

Semesterstruktur

Lehrform: Vorlesung (2,25 h/Woche) und Hörsaalübung (1,5 h/Woche)

Prüfungsleistung: Fünf semesterbegleitende Hausarbeiten (je eine pro Themengebiet), eigenständige Bearbeitung mit Matlab/Simulink/Simscape

Praxisbezug: Exkursion am Ende des Semesters

Unterlagen: Vorlesungsfolien, Vorlesungsaufzeichnungen und Lehrvideos über StudIP; Skript und Übungsaufgaben online in Confluence

Sprechstunden: nach Vereinbarung

Verwandte Forschungsprojekte

Unten finden Sie eine Übersicht der aktuellen und vergangenen Forschungsprojekte, die im Kontext zur Lehrveranstaltung Elektrische Maschinen und Antriebe stehen. Sollten Sie Interesse an einer Kooperation mit uns haben oder Abschlussarbeit in einem der Themengebiete schreiben wollen, dann kontaktieren Sie bitte die jeweiligen Forschenden. Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme!