Electrical drives play an important part as electromechanical energy converters in transportation, materials handling and most production processes. This book presents a unified treatment of complete electrical drive systems, including the mechanical parts, electrical machines, and power converters and control. Since it was first published in 1985 the book has found its way onto many desks in industry and universities all over the world. For the third edition the text has been thoroughly revised and updated, with the aim of offering the reader a general view of the field of controlled electrial drives, which are maintaining and extending their importance as the most flexible source of controlled mechanical energy. Special emphasis is placed on the new developments in three-phase AC drives.

This book covers the basics and the state of the art of energy-efficient motor technologies, which can be used now and in the near future to achieve significant and cost-effective energy savings. It describes recent developments in advanced motor technologies such as permanent magnet and reluctance motors. Energy-efficient motor technologies, though enabling a huge amount of electricity to be saved, still have not been widely adopted. The book presents barriers to the adoption of those technologies and features policies to promote the large scale penetration of energy-efficient technologies, describing the experiences carried out so far in different parts of the world. The volume includes contributions from relevant institutions in the European Union, North America, Latin America, Japan and New Zealand.

Electrical drives play an important role as electromechanical energy convert ers in transportation, material handling and most production processes. The ease of controlling electrical drives is an important aspect for meeting the in creasing demands by the user with respect to flexibility and precision, caused by technological progress in industry as well as the need for energy conser vation. At the same time, the control of electrical drives has provided strong incentives to control engineering in general, leading to the development of new control structures and their introduction to other areas of control. This is due to the stringent operating conditions and widely varying specifications - a drive may alternately require control of torque, acceleration, speed or position - and the fact that most electric drives have - in contrast to chem ical or thermal processes - well defined structures and consistent dynamic characteristics. During the last years the field of controlled electrical drives has undergone rapid expansion due mainly to the advances of semiconductors in the form of power electronics as well as analogue and digital signal electronics, eventu ally culminating in microelectronics and microprocessors. The introduction of electronically switched solid-state power converters has renewed the search for adjustable speed AC motor drives, not subject to the limitations of the mechanical commutator of DC drives which dominated the field for a century."

Die Regelungslehre stellt ein technisches Grundlagenfach dar, das auf aIle Gebiete unseres Lebens ausstrahlt. An den Technischen Hochschulen tragt man dieser Tatsache durch allgemeine Vorlesungen im Rahmen der Elektrotechnik und des Maschinenbaus Rechnung, die durch Wahlvorlesungen im weiteren Verlauf des Studiums erganzt werden. Es kommt bei den einftihrenden Vorlesungen nicht auf die Behandlung spezieller Ausftihrungsformen an; diese sind den begleitenden Praktika vorbehalten. Dagegen ist es wichtig, die Grundlagen moglichst umfassend darzu- stellen, urn gegebenenfalls ein spateres Fachstudium darauf aufbauen zu konnen. Dieses Buch enthalt den wesentlichen Teil der linearen und nichtlinearen Regelungs- lehre in elementarer Form. Etwa die Halfte des Inhaltes sind Gegenstand einer ein- flihrenden Vorlesung, die seit einigen Jahren an der Technischen Universitat Braun- schweig flir aIle Studierenden der Elektrotechnik im 5. Semester gehalten wird. Der Rest, insbesondere also Teil II liber nichtlineare Regelung, ist Inhalt einer weiter- flihrenden Vorlesung flir Studenten der Studienrichtung Me - und Regelungstechnik im 6. Semester. Das Buch ist als Grundlage einer eigenen Mitschrift in diesen Vor- lesungen gedacht. Die zu den Vorlesungen gehorenden Rechenbeispiele sind nicht enthalten, jedoch wurden anwendungsorientierte Abschnitte und Hinweise eingefligt, urn Verbindungen zwischen der notwendigerweise etwas trockenen Theorie und der technischen Wirklichkeit herzustellen. Flir das Verstandnis der Vorlesung werden Grundkenntnisse der stationaren und nichtstationaren Vorgange in linearen Systemen vorausgesetzt, etwa wie sie im 3. Semester in der Vorlesung "Wechselstrome und Netzwerke" [30] behandelt werden. Wie bei allen Vorlesungen, war auch hier eine Auswahl der flir das Verstandnis und die spatere Anwendung wichtigsten Tatsachen und Verfahren unumganglich.

Inhalt: Kontinuierliche und zeitdiskrete Variable - Stabilitat und Dampfung - Laplace-Transformation diskontinuuierlicher Funktionen - Die Impuls-Ubertragungsfunktion - Zusammengesetzte Ubertragungsstrecken - Berechnung zeitdiskreter Einschwingvorgange mit Hilfe der z-Transformation - Kontinuierlich wirkendes System mit Ruckkopplung und einem Abtaster - Anwendung der Abtastregelung bei einer Regelstrecke mit Laufzeit - Digitale Messwertverarbeitung - Quasistetige lineare Abtastregelung mit digitalem Regler - Rechnergestutzter Entwurf linearer Abtastregler im z-Bereich - Synthese eines Abtastregelkreises mit Einschwingvorgang endlicher Dauer - Zeitreihenregler mit nicht-algebraischem Streckenmodell - Entwurf eines pradikative Abtastreglers im Zeitbereich - Entwurf eines selbsteinstellenden Reglers mit einem Parameter-Suchverfahren - Nichtlineare Abtastsysteme"

Die Regelungslehre stellt ein technisches Grundlagenfach dar, das auf alle Gebiete unseres Lebens ausstrahlt. An den Technischen Hochschulen tragt man dieser Tatsache durch allgemeine Vorlesungen im Rahmen der Elektrotechnik und des Maschinenbaus Rechnung, die durch Wahlvorlesungen im weiteren Verlauf des Studiums erganzt werden. Es kommt bei den einftihrenden Vorlesungen nicht auf die Behandlung spezieller Ausftihrungsformen an; diese sind den begleitenden Praktika vorbehalten. Dagegen ist es wichtig, die Grundlagen moglichst umfassend darzu- stellen, urn gegebenenfalls ein spateres Fachstudium darauf aufbauen zu konnen. Dieses Buch enthalt den wesentlichen Teil der linearen und nichtlinearen Regelungs- lehre in elementarer Form. Etwa die Halfte des Inhaltes sind Gegenstand einer ein- fuhrenden Vorlesung, die seit einigen lahren an der Technischen Universitat Braun- schweig fur alle Studierenden der Elektrotechnik im 5. Semester gehalten wird. Der Rest, insbesondere also Teil II tiber nichtlineare Regelung, ist Inhalt einer weiter- fuhrenden Vorlesung flir Studenten der Studienrichtung Me/l, -und Regelungstechnik im 6. Semester. Das Buch ist als Grundlage einer eigenen Mitschrift in diesen Vor- lesungen gedacht. Die zu den Vorlesungen gehorenden Rechenbeispiele sind nicht enthalten, jedoch wurden anwendungsorientierte Abschnitte und Hinweise eingefligt, urn Verbindungen zwischen der notwendigerweise etwas trockenen Theorie und der technischen Wirklichkeit herzustellen. Ftir das Verstandnis der Vorlesung werden Grundkenntnisse der stationaren und nichtstationaren Vorgange in linearen Systemen vorausgesetzt, etwa wie sie im 3. Semester in der Vorlesung "Wechselstrome und Netzwerke" [30] behandelt werden. Wie bei allen Vorlesungen, war auch hier eine Auswahl der flir das Verstandnis und die spatere Anwendung wichtigsten Tatsachen und Verfahren unumganglich.

Die Beherrschung eines Wissensgebietes setzt, neben den grundsatzIichen Einsichten in die theoretischen Zusammenhiinge, Ubung im Umgang mit den zur Prazisierung und gedank- lichen Straffung dienenden Modellvorstellungen voraus. Es handelt sich dabei zu einem guten Teil urn Routine, die sich am besten durch Uben unter Anleitung erwerben l t; die aktive Mitwirkung des Lernenden ist ein wesentlicher Faktor. An den technischen Hochschulen werden Vorlesungen deshalb seit jeher von Rechenlibungen begleitet, die der Aufbereitung und Vertiefung des Wissensstoffes dienen und eine Vorstufe zur prakti- schen Anwendung darstellen. Ein solches zweistufiges Vorgehen hat sich auch in der Re- gelungstechnik, einem Fach mit praktischem Hintergrund und mathematischgepragter Darstellungsweise, seit langem bewahrt. Wie ohne wei teres einzusehen, ist der beste Effekt zu erwarten, wenn der Lernende seine Fiihigkeiten an Aufgaben zunehmenden Schwierigkeitsgrades zunachst selbst erprobt; eine Aufgabe, die er trotz ernsthafter Bemlihung nicht zu lasen vermag und deren Lasung ihm anschlieSend gezeigt wird, vermittelt einen viel graSeren Erfahrungs- und Wissenszuwachs, als wenn ihm der richtige Weg von Anfang an genannt worden ware. DaB diese einfache Erfahrungstatsache im heutigen Studienbetrieb nur noch abgeschwacht zur Geltung kommt, hat verschiedene Griinde, von denen hier nur die Anhaufung technischen Wissens- stoffes und die groSen Studentenzahlen in den Hauptvodesungen, die eine individuelle Betreuung erschweren, zu nennen sind. Hinzu kommen sicher aber auch Auswirkungen der wahrend der letzten Jahre in den Schulen verbreiteten Lehrmethoden, die das didak- tische Verfahren des Lehrers starker betonen als die eigene Anstrengung des Schiilers.

indie Regelungstechnik Lineare und nichtlineare Regelvorgange tur Elektrotechniker, Physiker und Maschinenbauer ab 5. Semester Mit 378 Bildern Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig /Wiesbaden CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Leonhard, Werner: Einfuhrung in die Regelungstechnik: lineare u. nichtlineare Regelvorgange fur Elektrotechniker, Physiker u. Maschinenbauer ab 5. Semester/ Werner Leonhard. - Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg, 1981. Das Buch enthalt die 4., durchgesehene Auflage des uni-texts "Lineare Regelvorgange" und die 3., durchgesehene Auflage des uni-texts "Nichtlineare Regelvorgange," die bisher getrennt erschienen sind. ISBN 978-3-663-00009-9 ISBN 978-3-663-00158-4 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-00158-4 Alle Rechte vorbehalten (c) Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1981 Satz: Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig Umschlaggestaltung: Peter Neitzke, Koln Vorwort Die Regelungslehre stellt ein technisches Grundlagenfach dar, das auf alle Gebiete unseres Lebens ausstrahlt. An den Technischen Hochschulen tragt man dieser Tatsache durch allgemeine Vorlesungen im Rahmen der Elektrotechnik und des Maschinenbaus Rechnung, die durch Wahlvorlesungen im weiteren Verlauf des Studiums erganzt werden. Es kommt bei den einflihrenden Vorlesungen nicht auf die Behandlung spezieller Ausflihrungsformen an; diese sind den begleitenden Praktika vorbehalten. Dagegen ist es wichtig, die Grundlagen moglichst umfassend darzu stellen, um gegebenenfalls ein spateres Fachstudium darauf aufbauen zu konnen."

Elektrische Antriebe spielen als elektromechanische Energiewandier bei allen Transport und Produktionsvorgangen eine wichtige Rolle. Von besonderer Bedeutung ist dabei ihre leichte Steuer- und Regelbarkeit, die es ermoglieht, den als Folge der technischen Ratio nalisierung steigenden Anspruchen an die Flexibilitat und Prazision der Antriebsaggre gate gerecht zu werden. Umgekehrt hat in der Vergangenheit aber auch die Regelungstechnik durch Forderungen aus dem Bereich elektrischer Antriebe wesentliehe Impulse erhalten, die dazu fuhrten, daB neuartige Regelverfahren entwickeit und in die Praxis eingeftihrt werden konnten. Dabei war auch der Gesichtspunkt maBgebend, daB Antriebe - im Gegensatz z.B. zu verfahrenstechnischen Regelstrecken - wohlbekannte Strukturen und gut definierte dynamische Eigenschaften aufweisen. In den letzten Jahren ist das Gebiet der geregeiten elektrischen Antriebe durch die Fort schritte der Halbleitertechnik und Leistungselektronik st ark in FluB gekommen; vollig neue Moglichkeiten, vor allem bei kommutatorlosen Regelantrieben, wurden erschlossen. Diese Entwicklungsphase wird noch einige Jahre andauern; zum gegenwartigen Zeit punkt zeiehnet sich noch kein neuer stationarer Zustand ab. Das vorliegende Buch umfaBt den Inhalt einer Vorlesung, die der Verfasser seit 1963 an der Technischen Universitat Braunschweig entwiekelt hat. Es kennzeiehnet den gegen wartigen Stand der Technik ohne Anspruch auf Vollstandigkeit zu erheben. Manche interessanten Details muBten weggelassen werden; dies bedeutet aber nicht unbedingt einen Nachteil, da Details erfahrungsgemaB auch am schnellsten veralten. Auswahl und Anordnung des Stoffes erfolgten vorwiegend unter didaktischen Gesichtspunkten."

Die Netzwerkslehre ist eine Grundlage der gesamten Elektrotechnik. Umfangreiche Arbeitsgebiete der Nachrichten- und Energietechnik bauen darauf auf. Die vorliegende einflihrende Darstellung behandelt die Erscheinungen in elektrischen Netzwerken, die aus konzentrierten Schaltelementen (Ohmwiderstand, Induktivitat, Kapazitat) zusammengesetzt sind. Dabei wird angenommen, da der Stromflu und die elektrischen und magnetischen Felder auf die entsprechenden Schaltelemente und ihre Verbindungsleitungen beschrankt sind. Die jede elektrische Stromung be- gleitenden elektrischen und magnetischen Streufelder in der Umgebung des Leiters werden nicht beachtet. Desgleichen werden Laufzeiteffekte, die durch die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Felder bedingt sind, vemachlassigt. Netzwerke mit konzentrierten Schaltelementen werden durch gewohnliche Differen- tialgleichungen beschrieben, deren unabhiingige Variable die Zeit ist. Falls die Schalt- elemente nicht von Strom und Spannung abhangen und zeitlich konstant sind, erhiilt man lineare Differentialgleichungen mit konstanten KoefflZienten. Diese Annahme ist in vielen praktischen Fallen gegeben. Man bezeichnet soIche Schaltungen auch als lineare Netzwerke. Zunachst sollen Netzwerke im eingeschwungenen Zustand bei Anregung durch Gleichspannungen (-strome) und Wechselspannungen (-strome) betrachtet werden, danach folgt die Berechnung von Einschwingvorgangen. Dabei werden besonders zweckma ige mathematische Hilfsmittel eingefOOrt. Raumlich verteilte elektro- magnetische Felder, wie sie bei Leitungsvorgangen oder bei der Wellenausbreitung von Antennen vorliegen, fOOren auf partielle Differentialgleichungen. SoIche Pro- bleme werden in dieser einfOOrenden Darstellung nicht behandelt.