Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer

Anlagen und Maschinen werden immer komplexer, auch weil in ihnen immer mehr Elektronik verbaut ist. Die Grundlagen und die Anwendungen der Elektrotechnik, der Elektronik und der Kommunikationstechnik spielen daher für den Maschinenbau eine immer wichtigere Rolle. Dieser Entwicklung trägt das Buch Rechnung. Es stellt die Grundlagen dieser Fachgebiete sowie der Halbleiter- und Leistungselektronik ausführlich dar. Zudem behandelt es elektrische Maschinen und Anlagen, Energieversorgung und die Datenkommunikation mit Feldbussen. Jeder Abschnitt ist in gleicher Weise gegliedert: Eine strukturierte Übersicht zeigt die Zusammenhänge auf, Beispiele verdeutlichen die Rechnungen und die Gedankengänge, Diagramme und Fotos veranschaulichen die Anwendungen. Zusammen mit den Übungsaufgaben und Lösungen ergibt sich ein didaktischer Aufbau, der es Lesern erleichtert, sich in die Elektrotechnik und die Elektronik einzuarbeiten. Für die 4. Auflage wurden die Inhalte aktualisiert und ergänzt. Unter anderem wurde eine Einführung in elektrische Fahrzeugantriebe eingefügt und das Kapitel zur Energieversorgung um Abschnitte zur Energieübertragung in Stromnetzen erweitert. Das Werk eignet sich als Lehrbuch für Studierende der Ingenieurwissenschaften, insbesondere des Maschinenbaus, richtet sich aber auch an angehende Wirtschaftsingenieure und Mechatroniker. Für Ingenieure im Beruf ist der Band ein umfassendes und fundiertes Nachschlagewerk – auch wenn es um neue Herausforderungen in den Bereichen Industrie 4.0 und elektrische Antriebstechnogien geht. Vorwort zur vierten, aktualisierten und verbesserten Auflage 5 Inhaltsverzeichnis 7 Über die Herausgeber 12 A Grundlagen der Elektrotechnik 13 A.1 Physikalische Grundgesetze und Definitionen 13 A.2 Gleichstromkreise mit linearen Komponenten 22 A.3 Elektrisches Feld 42 A.4 Magnetisches Feld 49 A.5 Wechselstromkreise 80 A.6 Drehstrom 130 Literatur 147 B Halbleitertechnik 148 B.1 Bauelemente 148 B.2 Analoge integrierte Schaltungen 213 B.3 Digitale integrierte Schaltungen 230 Literatur 240 C Leistungselektronik 241 C.1 Bauelemente der Leistungselektronik 241 C.2 Leistungselektronik in der Praxis 275 Literatur 310 D Elektrische Maschinen 311 D.1 Wirkungsprinzipien elektromechanischer Energiewandler 311 D.2 Leistungsbilanz 316 D.3 Ausführungsvarianten 317 D.4 Ausnutzung und Baugröße 322 D.5 Gleichstrommotor 324 D.6 Synchronmotor 343 D.7 Asynchronmotor 370 Literatur 387 E Antriebstechnik 388 E.1 Prozessbeeinflussung durch elektrische Antriebe 388 E.2 System „Arbeitsmaschine – Antriebsmaschine“ 389 E.3 Betriebsarten 390 E.4 Bauformen, Schutzarten, Kühlung, Isolation 392 E.5 Wirkungsgradklassen 397 E.6 Optimale Getriebeübersetzung 398 E.7 Servoantriebe 403 E.8 Aktorsysteme für Massenströme (Stellantriebe) 410 E.9 Generatorkonzepte für Windkraftanlagen 416 E.10 Elektrische Fahrzeugantriebe 423 Literatur 426 F Elektrische Energieversorgung 427 F.1 Energieerzeugung 428 F.2 Energieübertragung 439 F.3 Schutzmaßnahmen 446 F.4 Niederspannungsschaltanlagen 450 Literatur 453 G Sensoren und Aktoren 454 G.1 Sensoren 454 G.2 Aktoren 481 G.3 Anschlusstechnik 487 Literatur 489 H Feldbusse 490 H.1 Grundlagen zu Feldbussen 493 H.2 Standard-Feldbusse 495 H.3 Ethernet basierende Feldbusse 513 H.4 IO-Link 528 Literatur 533 I Elektrische Messtechnik 534 I.1 Grundlagen 534 I.2 Messung von Spannung und Strom 546 I.3 Messung von Widerständen 552 I.4 Arbeitsmessung 556 I.5 Leistungsmessung 557 I.6 Zeit- und Frequenzmessung 559 Literatur 562 Lösungen der Übungsaufgaben 563 Sachverzeichnis 581 Front Matter ....Pages I-XIII Grundlagen der Elektrotechnik (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 1-135 Halbleitertechnik (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 137-229 Leistungselektronik (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 231-300 Elektrische Maschinen (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 301-377 Antriebstechnik (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 379-417 Elektrische Energieversorgung (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 419-445 Sensoren und Aktoren (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 447-482 Feldbusse (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 483-526 Elektrische Messtechnik (Ekbert Hering, Rolf Martin, Jürgen Gutekunst, Joachim Kempkes)....Pages 527-555 Back Matter ....Pages 557-587 Jeder Abschnitt ist in gleicher Weise gegliedert: Eine strukturierte UEbersicht zeigt die Zusammenhange auf, Beispiele verdeutlichen die Rechnungen und die Gedankengange, Diagramme und Fotos veranschaulichen die Anwendungen.