E-Labor im WS / SS. Versuch Nr. 11 Netze an Sinusspannung konstanter Frequenz. Fakultät II Abteilung Maschinenbau. Gruppe:

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1 Abteilung Maschinenbau im WS / SS Gruppe: Name Vorname Matr.-Nr. Semester Verfasser(in) Teilnehmer(in) Teilnehmer(in) Professor(in) / Lehrbeauftragte(r): Datum der Durchführung: BITTE ANKREUZEN Messprotokoll Versuchsbericht Vortestat Abschlusstestat

2 Seite 2 von 5 1 Vorbereitung 1.1 Berechnen Sie für die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R = 100 und einer Induktivität L = 1,4 H den Scheinwiderstand Z bei f = 50 Hz. Welcher Strom I fließt, wenn eine sinusförmige Wechselspannung von U = 14 V mit f = 50 Hz anliegt? Berechnen Sie den Phasenverschiebungswinkel zwischen Stromzeiger I und Spannungszeiger U und zeichnen Sie ein maßstäbliches Zeigerdiagramm für U, I sowie die Komponenten U R und U L. Als Bezugszeiger wählen Sie die Spannung U. 1.2 Zeichnen Sie für die unter 1.1 gegebenen Werte die Wechselspannung u = f(t) und den Strom i = f(t) in ein maßstäbliches Diagramm (0 t 30 ms). 1.3 In Abschnitt 3 ist es Ihre Aufgabe einen Transformator zu beschalten. Sie sollen dafür folgende Bauteile benutzen: Wechselspannungsquelle, Transformator (2 Spulen auf Eisenkern mit N = 300 Wdg. und N = 600 Wdg.), 2 Spannungsmesser und eine Glühlampe. Zeichnen Sie eine Schaltung die folgende Bedingung erfüllen muss: Der Transformator soll für eine Glühlampe die im Sekundärkreis angeschlossen ist, die Spannung von 2 V auf 4 V herauf transformieren. Sowohl im Primärkreis, als auch Sekundärkreis wird die Spannung gemessen. Zeichnen Sie eine 2. Schaltung, die folgende Bedingung erfüllen muss: Der Transformator soll für eine Glühlampe die im Sekundärkreis angeschlossen ist, die Spannung von 8 V auf 4 V herunter transformieren. Sowohl im Primärkreis, als auch im Sekundärkreis wird die Spannung gemessen. Tabelle 1: verwendete Geräte Verwendete Geräte und Bauteile Kennzeichnung Wechselspannungsquelle f = 50 Hz Spannung mit Steckbrücke wählbar: 2 V V / Spannungsmesser für U (Digitalmultimeter) / Spannungsmesser für die anderen Werte (Digitalmultimeter) / Strommesser (Digitalmultimeter) / Spule L 1 (N = 600) / Spule L 2 (N = 300) / Eisenkern mit Spannvorrichtung / Ohmscher Widerstand / Ohmscher Widerstand / Ohmscher Widerstand / Ohmscher Widerstand / Kondensatoren (Nennwert: 2 x 32 F) / Schalter / Glühlampe 4 V / 0,04 A /

3 Seite 3 von 5 2 Wechselspannungsnetz 2.1 Verdrahten Sie die Schaltung nach Bild 1 Einschalten der Spannung erst nach Freigabe durch Versuchsleiter/in! R 1 = 100 ; R 2 = R 3 = 50 ; R 4 = 20 ; L 1 = Spule (N = 600) mit Eisenkern 2.2 Messen Sie folgende Werte bei geöffnetem Schalter S: Tabelle 2: Schaltung 1 bei geöffnetem Schalter Ermitteln Sie mit einem maßstäblichen Zeigerdiagramm durch Addition von U R1 und U Spule die Eingangsspannnung. Der Spannungsfall am ohmschen Widerstand der Spule kann dabei vernachlässigt werden. Beginnen Sie mit dem Zeiger für I 1, den Sie als Bezugszeiger zeichnen. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 20 ma/cm; 1 V/cm) 2.3 Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S: Tabelle 3: Schaltung 1 bei geschlossenem Schalter U R2 U R3 U R4 Berechnen Sie die Effektivwerte der Ströme I 1 aus den gemessenen Werten von U R1 und U R2 und ermitteln Sie mit einem maßstäblichen Zeigerdiagramm durch Addition von I 1 den Strom I ges. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts I ges in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 10 ma/cm).

4 Seite 4 von Verdrahten Sie die Schaltung nach Bild 2 R 1 = 100 ; R 2 = 50 ; C 1 = 32 F; C 2 = 32 F; L 1 = Spule (N = 600) mit Eisenkern 2.5 Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S: Tabelle 4: Schaltung 2 bei geschlossenem Schalter U R2 U C Zeichnen Sie (Zeigerlängen = mit dem Multimeter gemessene Werte), beginnend mit dem Bezugszeiger, die Zeiger U R1 und U Spule für den linken Zweig sowie die Zeiger U R2 und U C für den rechten Zweig in ein gemeinsames Zeigerdiagramm. (Maßstab: 1 V/cm). Hinweis: Konstruktion der Dreiecke (Maschenregel!) aus den 3 Seiten. Berechnen Sie die Effektivwerte der Ströme I 1 aus den gemessenen Werten von U R1 und U R2, zeichnen Sie die zugehörigen Zeiger lagerichtig in das Diagramm der Spannungen ein und ermitteln Sie durch Addition von I 1 den Strom I ges. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts I ges in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 10 ma/cm)

5 3 Transformator Seite 5 von Verdrahten Sie die Schaltung aus Vorbereitung 1.3 (herauf transformieren) Messen Sie die Spannung an der Spule 1 und die Spannung U 2 an der Glühlampe. Einschalten der Spannung erst nach Freigabe durch Versuchsleiter/in! Tabelle 5: Schaltung herauf transformieren U Verdrahten Sie die Schaltung aus Vorbereitung 1.3 (herunter transformieren) Messen Sie die Spannung an der Spule 2 und die Spannung U 2 an der Glühlampe. Tabelle 6: Schaltung herunter transformieren U Für einen idealen Transformator gilt: Die Spannungen an den Spulen verhalten sich wie die Windungszahlen. Warum weichen die Messergebnisse unter a) und b) hiervon ab? Antwort (Stichworte): 3.4 Welche Bedeutung haben Transformatoren in der elektrischen Energieversorgung? Antwort (Stichworte): 4 Literatur [1] Constantinescu-Simon, L. (Hrsg.): Handbuch Elektrische Energietechnik. Grundlagen, Anwendungen. 2. Auflage. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg 1997 (Insbesondere: 2.12 und 2.14) [2] Flegel, Birnstiel, Nerreter: Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik. 8. Auflage. München: Hanser 2004 [3] Linse, Fischer: Elektrotechnik für Maschinenbauer. Grundlagen und Anwendungen. 11. Auflage. Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden: Teubner 2002