2 Einführung

„Elektrische Maschinen" ist ein Sammelbegriff für Elektromotoren, elektrische Generatoren und Transformatoren der elektrischen Energietechnik. Bei den rotierenden Maschinen könnte man zwar spezieller von Motoren und Generatoren sprechen, es wird sich aber zeigen, dass der Unterschied zwischen beiden aber lediglich die Richtung der Energiewandlung ist. Jede elektrische Maschine kann als Generator oder als Motor betrieben werden, von wenigen speziellen Varianten abgesehen.

In der klassischen Physik werden zwei elektro-mechanische Effekte unterschieden:

a) Elektrische geladene Elementarteilchen oder Körper ziehen sich an oder stoßen sich ab. Als Modellvorstellung wird ein elektrisches Feld als „Kraftübertrager" angesehen.

b) Zwischen bewegten elektrischen Ladungen (elektrischer Strom) treten Kräfte auf, als deren Vermittler ein magnetisches Feld angesehen wird.

In der Physik ist seit langer Zeit ein allgemeineres Modell bekannt, das das elektrische Feld und das magnetische Feld auf die gleichen ursächlichen Wirkungen zurückführt. In der elektrischen Energietechnik (im Gegensatz etwa zu der elektrischen Hochfrequenztechnik) sind das elektrische Feld und das magnetische Feld vollständig unabhängig voneinander, so dass die Betrachtung als unterschiedliche physikalische Phänomene gerechtfertigt ist und wesentlich zur Übersichtlichkeit beiträgt.

Im Bereich der elektrischen Energietechnik wird ausschließlich das magnetische Feld für die Wandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt genutzt, weil bei üblichen Abmessungen mit dem magnetischen Feld wesentlich größere Kräfte erreicht werden können als mit dem elektrischen Feld. Für dieses Skript und die zugehörigen Lehrveranstaltung werden lediglich elementare Schulkenntnisse über magnetischer Felder vorausgesetzt. Deshalb folgt in den nächsten beiden Kapiteln eine Einführung in die wesentlichen Zusammenhänge und die üblichen Berechnungsverfahren. Zwar ist das elektrische Feld für elektrische Maschinen von untergeordneter Bedeutung, der Vollständigkeit halber werden die wesentlichen Eigenschaften dennoch im nächsten Kapitel dargestellt, das darüber hinaus auch als eine allgemeine Einführung in elektrische und magnetische Felder verstanden werden kann.