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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.
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