Elektrotechnisches Praktikum II

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1 INSTITUT FÜR ELEKTRISCHE MASCHINEN RHEINISCH-WESTFÄLISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE AACHEN Elektrotechnisches Praktikum II Versuch 4: Zweck des Versuchs Versuchsvorbereitung. Zeigerdiagramme Mehrphasensysteme, Drehstromsystem Drei Spannungsquellen in Sternschaltung Drei Spannungsquellen in Dreieckschaltung Belastung in Sternschaltung Symmetrische Belastung Unsymmetrische Belastung Belastung in Dreieckschaltung Verständnisfragen zum Versuch Versuchsdurchführung. Konstruktion von Zeigerdiagrammen Sicherheitshinweise Netzanschluss und Leitungsfarbwahl Anschluss der Multimeter Verschaltung des Dreiphasentransformators Spannungsquellen in Sternschaltung Korrekte Sternschaltung Verpolte Sternschaltung Spannungsquellen in Dreieckschaltung Korrekte Dreieckschaltung Verpolte Dreieckschaltung Lasten in Sternschaltung

2 .8. Symmetrische Ohmsche Last Kapazitive Last Induktive Last Lasten in Dreieckschaltung

3 Zweck des Versuchs Stand der Technik bei der Übertragung größerer Mengen elektrischer Energie ist die Drehstromtechnik. Dies liegt in den Vorteilen des Drehstroms, einem dreiphasigen Wechselstrom, gegenüber Gleichstrom oder einphasigem Wechselstrom begründet: Im Gegensatz zu Gleichstrom kann Drehstrom wie auch einphasiger Wechselstrom leicht transformiert werden. Dies ist eine klassische Voraussetzung für den wirtschaftlichen Transport großer Energiemengen über weite Entfernungen. Übertragungsleitungen können ohne Rückleiter auskommen und werden so günstiger als beim einphasigen Wechselstrom. Preiswerte und wartungsarme Drehfeldmotoren (haupts. Asynchronmaschinen) lassen sich an ein Drehstromnetz leicht anschließen. Zur Darstellung der Ströme und Spannungen im dreiphasigen Drehstromsystem werden dieselben Zeigerdiagramme verwendet, die auch für einphasigen Wechselstrom benutzt werden. In diesem Versuch sollen Sie lernen, aus gemessenen Größen eines Drehstromsystems Zeigerdiagramme anzufertigen. Aus diesen Diagrammen sollen Sie Rückschlüsse auf den Zustand des Dreiphasensystems ziehen. Versuchsvorbereitung. Zeigerdiagramme Um die rechnerischen Schwierigkeiten der Verknüpfung mehrerer sinusförmiger Größen mit unterschiedlicher Phasenlage zu umgehen, können Sinusgrößen durch Zeiger dargestellt werden. Somit ergibt sich für Spannung und Strom mit sinusförmiger Zeitabhängigkeit der Momentanwerte folgende Möglichkeit der Darstellung: Abbildung : a) Zeitabhängigkeit b) Zeigerdarstellung

4 Sind zwei sinusförmige Größen gleicher Frequenz zeitlich gegeneinander versetzt, so spricht man von Phasendifferenz. Für die Darstellung der Zeitabhängigkeit gilt: ()!" () #%$&"('*),+.-/-/ %798/6;:4 - < =?>@"('*Ä 46%B4 C55 8/4D + 6;E Die Darstellung sinusförmig zeitabhängiger Größen durch Zeiger in einer komplexen Zahlenebene erfolgt durch Unterstreichen der komplexen Größe und basiert auf folgenden Vereinbarungen: Die komplexe Amplitude einer sinusförmigen Größe entspricht einem Zeiger mit einer Länge, die der Amplitude der Zeitfunktion entspricht und um den Nullphasenwinkel gegenüber der reellen Achse in mathematisch positivem Sinne gedreht ist. Maximalwertzeiger (z.b.?fhg5ikj ) berücksichtigen den zeitunabhängigen Maximalwert, während Effektivwertzeiger (z.b. ) in ihrer Länge dem Effektivwert entsprechen. () L M (4) Der komplexe Augenblickswert einer Sinusgröße mit der Kreisfrequenz zu NFHG IKJOFHGQPSR FHGTPSR L M FHGTPR ergibt sich L M VU (5) Der Bezug zwischen komplexem Augenblickswert und physikalischem Augenblickswert W wird durch die Projektion von auf die reelle Achse hergestellt. =X FZY O[\ ]X F9Y?FHG5I J FHGQPSR [\ X F ^O _<` 8/6 a! &b (6) W c a! L M de a# In der Energietechnik werden üblicherweise Effektivwerte benutzt, wie auch in diesem Versuch. Mit den in diesem Versuch verwendeten Multimetern können nur die Effektivwerte der Spannungen und Ströme, nicht aber die Phasenlage bestimmt werden. Diese ist

5 durch graphische Konstruktion unter Verwendung bekannter Gesetzmäßigkeiten zu ermitteln. Zeiger werden graphisch addiert, indem man den Fußpunkt des folgenden Zeigers an die Spitze des vorherigen setzt. Damit lassen sich mit wenig Aufwand komplexe Maschen- und Knotengleichungen lösen.. Mehrphasensysteme, Drehstromsystem Unter einem -Phasen-System versteht man ein System von sinusförmigen Spannungen gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Phasenlage. Es handelt sich um ein symmetrisches -Phasen-System, wenn alle Spannungen dieselbe Amplitude besitzen und sich durch eine symmetrische Phasenverschiebung von jeweils auszeichnen. Ein symmetrisches -Phasensystem nennt man auch -phasiges Drehstromsystem. Bei einem solchen symmetrischen -Phasen-System der Frequenz eilen die Spannungen einander um Sekunden vor/nach. Um einen Stromkreis zu schließen, benötigt man immer einen Hin- und einen Rückleiter. Bei einem -Phasen-System bräuchte man also M Leiter. Da ein solches unverkettetes -Phasen-System einen zu großen Aufwand bedeuten würde, schaltet man die m Spannungsquellen geschickt zu einem verketteten -Phasen-System zusammen, welches nur noch oder Leiter benötigt. Das hier behandelte und technisch vorherrschende Drehstromsystem ist ein Spezialfall der symmetrischen Mehrphasensysteme mit... Drei Spannungsquellen in Sternschaltung Eine Möglichkeit, die oben angesprochene Verkettung zu realisieren, bietet die Sternschaltung. Ein Pol jeder der drei Wechselspannungsquellen wird zum Sternpunkt (Index 0) zusammengeschaltet. Abb. zeigt die Spannungbeziehungen, die in einer solchen Anordnung gelten. Die Spannungen $ und heißen Leiterspannungen oder verkettete Spannungen, weil es sich um die Spannungen handelt, die man zwischen den (im Index bezeichneten) verketteten Leitern misst. Die Spannungen $ und heißen Sternpunktspannungen, weil dies die Spannungen zwischen dem (im Index angegebenen) Leiter und dem Sternpunkt sind. Wie an den Spannungspfeilen leicht nachgeprüft werden kann, gelten die folgenden Gleichungen und das Zeigerdiagramm Abb. : 4

6 Abbildung : Bildung eines Drehstromsystems durch drei im Stern verkettete Spannungsquellen > > > (7) (8) (9) (0) Abbildung : Spannungen eines durch Sternschaltung verketteten Drehstromsystems basierend auf Abb. 5

7 Man erkennt die typischen Eigenschaften des Drehstromsystems: Die Beträge aller Stern bzw. Leiterspannungen sind gleich groß. Die Phasenverschiebung zwischen, und bzw., und ist symmetrisch: M. L Die Beträge der Leiterspannungen sind um den Faktor größer als die der Sternpunktspannungen. Im technisch vorherrschenden Drehstromsystem werden die Außenleiterklemmen,, mit L, L, L (L für Live = aktiv) und der Sternpunkt 0 mit N (Neutral, Nullleiter) bezeichnet. Der Nullleiter befindet sich oft auf Erdpotential; dies kann aber je nach Netzart variieren... Drei Spannungsquellen in Dreieckschaltung Eine weniger übliche Verkettung der Spannungsquellen bietet die Dreieckschaltung. Bei ihr existiert kein Erzeugersternpunkt, daher sind keine Sternpunktspannungen definiert. Auch ist es nicht möglich einen Sternpunktleiter anzuschließen. Die Leiterspannungen, und sind gleich den Spannungen der Spannungsquellen. Auch sie sind um M Phasenverschoben, so dass das Verhalten an den Klemmen, und identisch mit der Sternschaltung ist (Nur der Betrag der Spannungen ist bei gleichen Spannungsquellen um L kleiner). Abb. 4 zeigt die Schaltung. Ein weiterer Nachteil der Dreieckschaltung ist, dass auch ohne angeschlossene Last Ströme fließen können, falls das System nur minimal unsymmetrisch ist.. Belastung in Sternschaltung Wie bei der Sternschaltung der Spannungsquellen ist auch bei der Sternschaltung der Last jeweils ein Anschluss jeder Lastimpedanz zu einem Sternpunkt verschaltet, der hier Verbrauchersternpunkt genannt wird. In Anlehnung an die verbreiteten Drehfeldmaschinen, bei denen die Stränge ihrer Wicklungen den hier eingezeichneten Impedanzen bis entsprechen, spricht man bei den Strömen, die durch die Stränge hindurchfließen, von Strangströmen und bei den Spannungen bis, die über den Strängen abfallen, von Strangspannungen. 6

8 Abbildung 4: Bildung eines Drehstromsystems durch drei im Dreieck verkettete Spannungsquellen.. Symmetrische Belastung Ist die Belastung eines symmetrischen Dreiphasennetzes ebenfalls symmetrisch ( ), so heben sich die Strangströme gemäß gegenseitig auf, und durch den Mittelpunktleiter fließt kein Strom: () () Somit kann in einem symmetrisch belasteten Drehstromsystem der Rückleiter entfallen. Man kommt mit drei Leitungen aus... Unsymmetrische Belastung $ Falls und nicht nach Betrag und Phase gleich sind, liegt eine unsymmetrische Belastung des Drehstromsystems vor. Dabei erzwingt ein angeschlossener Mittelpunktleiter, dass die Spannungen über den Impedanzen, also die Strangspannungen $ und, genau den Sternpunktspannungen $ und der Spannungsquellen entsprechen: 7 U ()

9 Abbildung 5: Belastung des Drehstromsystems mit einer Sternschaltung Da aber von gleichen (wenn auch phasenverschobenen) Spannungen unterschiedliche Impedanzen gespeist werden, sind die Ströme $ und nicht mehr gleich und damit auch nicht mehr symmetrisch phasenverschoben. Die Addition der Zeiger ergibt dementsprechend nicht mehr Null. Es muss also über den Mittelpunktleiter ein Ausgleichstrom fließen: (4) Öffnet man nun den Schalter in Abb. 5, so wird erzwungen und damit wieder (5) Die unsymmetrische Belastung äußert sich nun darin, dass der Verbraucherknoten K, wie es in Abb. 6 dargestellt ist, ein von Null verschiedenes Potential besitzt: (6) 8

10 Abbildung 6: Unsymmetrisch belastetes Drehstromsystem ohne Nullleiter basierend auf Abb. 5.4 Belastung in Dreieckschaltung Im Gegensatz zur Sternschaltung liegen bei der Dreieckschaltung die einzelnen Impedanzen $ und nicht zwischen jeweils einem Außenleiter und dem Sternpunkt, sondern zwischen jeweils zwei Außenleitern, wie es Abb. 7 zeigt. Ein Verbrauchersternpunkt existiert bei dieser Schaltung nicht. Da bei der Dreieckschaltung eine Impedanz oder ein Strang immer an zwei verketteten Leitern angeschlossen ist, sind die Strangspannungen $ und gleich den verketteten Leiterspannungen $ und. Wegen des fehlenden Nullleiters muss gelten: (7) Die Strangströme sind nicht gleich den Leiterströmen, weil an jedem Leiter zwei Stränge angeschlossen sind. Die Ströme stellen sich nach den Gleichungen > > > (8) (9) (0) ein, wie es Abb. 8 veranschaulicht. Dieses Bild erscheint im Vergleich zu der Symmetrie von Abb. verschoben. Der Grund dafür ist der hier angenommene Fall der 9

11 Abbildung 7: Dreieckschaltung der Last unsymmetrischen Belastung. Bei einer symmetrischen Belastung ergibt sich auch hier ein symmetrisches Zeigerdiagramm. Abbildung 8: Ströme bei unsymmetrischer Belastung in Dreickschaltung basierend auf Abb. 7 Zusammenfassung der Belastungsfälle Sternschaltung Dreieckschaltung Strangspannungen = Sternpunktspannungen = Leiterspannungen Strangströme = Leiterströme Leiterströme 0

12 .5 Verständnisfragen zum Versuch. Definieren Sie die Begriffe Leiterspannung, Sternpunktspannung, Strangspannung, Erzeugersternpunkt, Verbraucherknotenpunkt, Leiterstrom, Strangstrom!. Wodurch begründet sich das Verhältnis von 400 Volt zu 0 Volt?. Welche zwei Bedingungen machen aus einem -Phasen-System ein Drehstromsystem? 4. Man möchte eine möglichst hohe Leiterspannung erzielen. Verschaltet man dann die Spannungsquellen des Drehstromsystems im Stern oder im Dreieck? 5. Gegeben sei ein symmetrisches, im Stern belastetes Drehstromsystem. Welche Messung(en) muss man mindestens durchführen, um ein eindeutiges Zeigerdiagramm anfertigen zu können? 6. Welche Verschaltung der Verbraucher liegt vor, wenn man für ein Spannungs- Zeigerdiagramm Strang-, Leiter- und Sternpunktspannung messen muss?

13 7. Was ist und wozu dient ein Mittelpunktleiter (= Nullleiter)? 8. Ist ein Nacheilen des Stromes um mehr als gegenüber der Spannung durch Verwendung geeigneter Induktivitäten zu erreichen? 9. Wo tritt im Drehstromsystem der Faktor L auf und wie läßt er sich erklären? 0. Um welchen Faktor unterscheidet sich die umgesetzte Leistung, wenn dieselben drei gleichen Widerstände einmal im Stern, einmal im Dreieck geschaltet werden?. Sternschaltung ohne Nullleiter: Wieso können drei Ströme, die denselben Betrag haben, zusammen Null ergeben?. Wieso fließt ein hoher Strom, wenn bei der Dreieckschaltung zwei Klemmen vertauscht werden?

14 Versuchsdurchführung. Konstruktion von Zeigerdiagrammen Zu beachten: $ Die für die Konstruktion von Zeigerdiagrammen benötigten Utensilien sind für den Versuch mitzubringen. Die Messwerte werden im Maßstab und in die zu zeichnenden Zeigerdiagramme übertragen. In einem Zeigerdiagramm müssen Spannungs-/Stromzeiger benannt werden und gerichtet (Pfeil, nicht nur ein Strich) sein. Spannungen vom Punkt n zum Punkt m (Zeigerspitze auf Punkt m) sind mit zu indizieren Da die Verschaltung der Transformatoren die Phasenlage nicht verändert (starres Netz), bilden die Spannungen, und für die belasteten Schaltungen die Grundlage für die geometrische Konstruktion der übrigen Größen. Dabei ist zu überprüfen, ob sich die Spannungszeiger des gezeichneten Systems in mathematisch positiver Richtung drehen (Wahl der Punkte, und ). Ströme werden nicht in das gleiche Diagramm wie die zugehörigen Spannungen gezeichnet. Falls Strom und Spannung in Phase sein sollten, werden die entsprechenden Ströme durch Parallelverschiebung konstruiert. Die Vorgehensweise zur Konstruktion der Zeigerdiagramme wird anhand dreier Beispiele erläutert. Die anzufertigenden Diagramme sind überbestimmt, da aufgrund der Messungen mehr Größen bekannt sind, als zur Konstruktion benötigt werden. Da keine Messung beliebig genau sein kann, entstehen bei der Konstruktion der Diagramme sogenannte Fehlerdreiecke. Vorgehensweise:. Ablesen der Maschen- und Knotengleichungen aus der Abbildung der Schaltung (Vorzeichen beachten!!!). Festlegen der bekannten und unbekannten Phasenbeziehungen zwischen Strömen und Spannungen (Die Erzeugerspannungen sind hierbei als Referenz anzunehmen).. Bestimmung der unbekannten Phasenlagen durch graphische Konstruktion

15 Beispiel : Sternschaltung bei symmetrischer ohmscher Belastung ohne Nullleiter Zunächst zeichnet man den Betrag einer Leiterspannung und konstruiert dann mit den Beträgen der beiden anderen Leiterspannungen das Dreieck $ $. An dessen Spitzen legt man mit dem Zirkel die Beträge der entsprechenden Strangspannungen nach innen an. Wie Abb. 9 zeigt, muss man damit rechnen, dass die drei Zirkelbögen eine etwa dreieckige Fläche beschreiben (ideal: Punkt), die man Fehlerdreieck nennt. Man geht davon aus, dass das tatsächliche Potential des Verbrauchersternpunktes im Mittelpunkt des Fehlerdreiecks liegt. Abbildung 9: Konstruktion der Zeigerdiagramme bei Sternschaltung ohmscher Verbraucher basierend auf Abb. 5 Das Zeigerdiagramm für die Leiterströme ist ebenfalls überbestimmt, da neben den gemessenen Beträgen der Ströme deren Richtungen (parallel zu $ und, da ohmsche Belastung) gegeben sind. Beispiel : Dreieckschaltung bei symmetrischer ohmscher Belastung Vieles, was bei der Sternschaltung für die Spannungen gilt, gilt bei der Dreieckschaltung für die Ströme und umgekehrt. So kann hier beim Zeigerdiagramm für die Ströme ein Fehlerdreieck auftreten, während das Zeigerdiagramm für die Leiterspannungen überbestimmt ist, weil neben den gemessenen Beträgen die Lage der Leiterspannungen zu den Strangströmen bekannt ist (parallel bei ohmscher Belastung, entsprechend phasenverschoben bei induktiven oder kapazitiven Lastanteilen). 4

16 Abbildung 0: Konstruktion der Zeigerdiagramme bei Dreieckschaltung ohmscher Verbraucher basierend auf Abb. 7 Beispiel : Dreieckschaltung bei unsymmetrischer Belastung Bei einer unsymmetrischen Belastung ist die Konstruktion des Zeigerdiagramms mittels Fehlerdreieck wie zuvor beschrieben nicht möglich. Ein Anhaltspunkt für die Konstruktion des Diagramms ist die Phasenlage der speisenden Spannungen. Besteht ein Zweig der Dreieckschaltung aus einem rein ohmschen Widerstand, ist hier der Strangstrom in Phase mit der zugehörigen Strangspannung. Aus den Knotengleichungen (8) - (0) folgen die Konstruktionsvorschriften für die weiteren Stromzeiger. Jede Gleichung stellt hierbei ein Dreieck dar. Die Konstruktion des Gesamtstromdiagramms erfolgt durch sukzessives Abarbeiten der Teildreiecke, ausgehend von dem Strom mit bekannter Phasenlage. Wenn von einem Strom Betrag und Phase bekannt sind, von den anderen beiden Strömen aber nur der Betrag, so existieren zwei Möglichkeiten ein Dreieck zu konstruieren. Die Auswahl der richtigen Möglichkeit erfolgt über die physikalisch zu erwartende Phasenlage der Strangströme zu der bekannten Phasenlage der entsprechenden Strangspannungen. Als Resultat ergibt sich ein Zeigerdiagramm wie in Abb. 8.. Sicherheitshinweise In diesem Versuch wird teilweise mit Netzspannung gearbeitet! Daher ist folgendes unbedingt zu beachten: Schaltungen dürfen nur bei ausgeschaltetem Netz aufgebaut werden. 5

17 Das Ändern von Schaltungen und das Verändern von Geräteeinstellungen darf ebenfalls nur bei ausgeschaltetem Netz erfolgen. Vor dem ersten Einschalten muss die Schaltung unbedingt von einem der Betreuer abgenommen werden. Nicht benötigte Kabelverbindungen sind vollständig aus dem Versuchsaufbau zu entfernen. Um Kabelbruch vorzubeugen, dürfen maximal drei Leitungen in einander gesteckt werden. Während des Versuchs ist das Essen und Trinken an den Versuchstischen selbstverständlich nicht erlaubt. Mobiltelefone mögen ausgeschaltet werden.. Netzanschluss und Leitungsfarbwahl Aus Sicherheitsgründen werden die Versuche mit Niederspannung durchgeführt. Dazu werden die Netzspannungen von 400 V/0 V mit drei primärseitig im Stern verschalteten Transformatoren auf etwa 4 V herabgesetzt; die Sekundärspannungen sind dabei galvanisch vom Netz getrennt. Für die primärseitige Verschaltung ist der Transformator wie folgt zu verschalten: L - rot, L schwarz, L grün und N blau. Für die Zuleitungen von Strommessgeräten sollte jeweils die gleiche Leitungsfarbe gewählt werden, wie die aufgetrennte Leitung. Bei Spannungsmessgeräten ist an jedem Multimeter nur eine Farbe zu verwenden. Der Übersicht halbe sollten an den Multimetern immer nur Leitungen angeschlossen werden (Keine Tannenbäume)..4 Anschluss der Multimeter Die Messung der Ströme und Spannungen werden mit vier baugleichen Multimetern mit vier Buchsen (V, Masse, bis ma, A) durchgeführt. Folgende Einstellungen sind für die Strom- und Spannungsmessung jeweils vorzunehmen: Spannungsmessung: Buchsen und (V, Masse) und Messbereich V und Strommessung: Buchsen und 4 (Masse, A) und Messbereich A. Da es bei diesem Versuch nicht auf die exaktheit der Ergebnisse ankommt, wird bei der Strommessung davon abgesehen, den Messbereich jeweils den Stromwerten anzupassen, da dafür das Multimeter umgesteckt werden müsste. 6

18 Während der Versuchsdurchführung können die Multimeter eingeschaltet bleiben. Nach dem Versuch sind die Messgeräte auszuschalten und es ist der Messbereich V einzustellen, da dort der höchste Innenwiderstand des Gerätes vorliegt und eine versehentliche Schädigung verhindert wird..5 Verschaltung des Dreiphasentransformators Die Primärseite der Transformatoren ist bereits fest im Stern verschaltet. Es müssen somit nur noch die Zuleitungen gesteckt werden, welche für die komplette Versuchsdurchführung bestehen bleibt. Dabei sind vom Zuleitungsbrett (Brett mit dem roten CEE-Stecker und den 5 Anschlüssen L, L, L, N und PE) die Anschlüsse L, L, L und N phasenrichtig anzuschließen, wobei L rot, L schwarz, L grün und N blau zu verdrahten sind. Die Sekundärseiten des dreiphasigen Trafos sind quasi die Spannungsquellen des Versuchsmehrphasensystems. Durch entsprechende Verkettung der drei Sekundärspannungen kann sowohl eine Stern als auch eine Dreieckschaltung erzielt werden: Sternschaltung: Verbinden Sie - - zum Sternpunkt. Dreieckschaltung: Verbinden Sie -, - und -. L L L N Abbildung : Anschlüsse der Netztransformatoren Bei der Dreieckschaltung ist ganz besonders darauf zu achten, dass die Anschlüsse der Transformatoren nicht vertauscht werden! Schließt man einen der Transformatoren verkehrt herum an, so schließt man eine Masche, über der die Summe aller Spannungen nicht, wie es sein sollte, Null ergibt, sondern die doppelte Leiterspannung. Im Dreieck würde sofort ein hoher Kurzschlussstrom fließen, der die Transformatorwicklungen überhitzen kann. Bei der Sternschaltung ist das Verpolen einer Spannungsquelle nicht so schlimm, Folge ist nur ein unsymmetrisches Phasen System statt des gewünschten Drehstroms. 7

19 Da es sich bei realen Bauteilen nie um ideale Bauteile handelt, können sich, durch die Transformatoren bedingt, kleine Unsymmetrien im Drehstromsystem bilden, die zudem lastabhängig sind. Um die Abnahme der Schaltungen zu vereinfachen, sind Verbraucher-/Erzeugersternpunkte in blau zu verbinden. Bei Spannungsmessungen werden die Multimeter in schwarz, grün oder rot gesteckt. Für die Strommessungen ist die Farbe der jeweiligen Leitung zu nutzen. Weiterhin sind die Leitungen in den in Abb. angegebenen Farben zu verwenden. ~ ~ ~ L L L L L L 0 V 0 V 4 V 4 V L L L rot schwarz grün N N 0 V 4 V N blau Abbildung : Verschaltung der Spannungsquellen 8

20 .6 Spannungsquellen in Sternschaltung.6. Korrekte Sternschaltung. Verschalten Sie die Sekundärseiten der Transformatoren entsprechend Abb... Messen Sie die Beträge der Leiter- und Strangspannungen.. Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm der gemessenen Spannungen. Die Phasenverschiebung der Spannungen ist dabei als ideal anzunehmen. L L U U 0 L U U U 0 N Abbildung : Sternschaltung U 0 V 9

21 .6. Verpolte Sternschaltung. Verpolen Sie die Sternschaltung nun entsprechend Abb. 4.. Messen Sie auch hier die Leiter- und Strangspannungen.. Tragen Sie die gemessenen Werte in das Diagramm der nicht verpolten Sternschaltung ein. L L U U 0 L U U U 0 N Abbildung 4: Verpolte Sternschaltung U 0 V 0

22 .7 Spannungsquellen in Dreieckschaltung.7. Korrekte Dreieckschaltung. Verschalten Sie die Sekundärseiten der Transformatoren entsprechend Abb. 5.. Messen Sie die Ausgangsspannungen und stellen Sie diese graphisch dar. Die Phasenverschiebung der Spannungen ist als ideal anzunehmen.. Messen Sie ebenfalls den Ausgleichstrom Wert. und erklären Sie den gemessenen L L U L I 0 U U N Abbildung 5: Dreieckschaltung V A Erklärung für :

23 .7. Verpolte Dreieckschaltung. Verpolen Sie die Dreieckschaltung nun entsprechend Abb. 6. Hinweis: Der Widerstand von X M ist durch geeignete Verschaltung der auf dem Versuchsschaltbrett vorhandenen Widerständen zu erzeugen.. Messen Sie die in der Tabelle angegebenen Größen.. Tragen Sie die gemessenen Spannungen ebenfalls in das Diagramm der nicht verpolten Dreieckschaltung ein. 4. Berechnen Sie überschlagsweise den Strom, welcher ohne Strombegrenzung (mittels der Widerstände) fließen würde unter der Vorraussetzung, dass der X ohmsche Wicklungswiderstand einer sekundären Trafowickulung $ beträgt. L L R = 5 Ω U U L I 0 U U N Abbildung 6: Verpolte Dreieckschaltung V A Erklärung für :

24 .8 Lasten in Sternschaltung Im folgenden wird die Sternschaltung der Transformatoren mit unterschiedlichen Impedanzen belastet. Dabei sind jeweils Strom und Spannung an den einzelnen Impedanzen aufzunehmen und graphisch als Zeigerdiagramm darzustellen..8. Symmetrische Ohmsche Last. Bauen Sie die in Abb. 7 gegebene Schaltung auf.. Messen Sie die Spannungen und Ströme an den Impedanzen und stellen Sie diese graphisch dar.. Messen Sie den Strom im Nullleiter. Erklären Sie den gemessenen Wert. 4. Die Ausgangsspannungen am Transformator können aus Unterpunkt.6. übernommen werden. L L I U U 0 I U K R R K L N U U U 0 U 0 0 I R I 0 U K U K Abbildung 7: Symmetrische Ohmsche Belastung V V V A Erklärung für :

25 .8. Kapazitive Last. Bauen Sie die Schaltung aus dem vorherigen Versuch zu der in Abb. 8 gegebenen Schaltung um. Messen Sie wieder Spannungen und Ströme an den Impedanzen.. Führen Sie zuerst die Messung mit maximal möglicher Kapazität und angeschlossenem Nullleiter,. danach mit maximal möglicher Kapazität und ohne Nullleiter durch. 4. Stellen Sie die gemessenen Ströme und Spannungen graphisch als Zeigerdiagramm dar. Die Spannungszeiger sind in einem gemeinsamen und die Stromzeiger in jeweils einem Diagramm darzustellen. 5. Die Ausgangsspannungen am Transformator können aus Unterpunkt.6. übernommen werden. L L I U U 0 I U K R R K L N U U U 0 U 0 0 I R I 0 U K U K C U K0 zu.) Abbildung 8: Kapazitive Belastung V zu.) zu.) V A zu.) 4

26 .8. Induktive Last. Verwenden Sie nun anstatt der Kapzität aus dem vorherigen Versuch die Spule (Abb. 9).. Messen sie bei angeschlossenem Nullleiter Strom und Spannung an den Verbrauchern.. Stellen Sie auch hier die gemessenen Größen graphisch dar. 4. Die Ausgangsspannungen am Transformator können aus Unterpunkt.6. übernommen werden. L L I U U 0 I U K R R K L N U U U 0 U 0 0 I R I 0 U K U K L Abbildung 9: Induktive Belastung V V A 5

27 .9 Lasten in Dreieckschaltung. Die Sekundärseiten der Transformatoren bleiben in Sternschaltung, die Impedanzen werden jetzt entsprechend Abb. 0 im Dreieck verschaltet. Verwenden Sie beim Aufbau der Schaltung eine sinnvolle farbige Kodierung der einzelnen Schaltungszweige. Benutzen Sie einen Kondensator mit maximaler Kapazität.. Messen Sie die Ströme und Spannungen in allen Zweigen der Schaltung. Achten Sie besonders bei der Messung der Strangströme auf die richtge Wahl des Messpunktes innerhalb des Stromkreises. Ist es deshalb notwendig diese Spannungen alle nochmals zu messen? Antwort:. Erstellen Sie auch hier ein Zeigerdiagramm der Spannungen und Ströme. Hinweis: Beachten Sie bei der Erstellung der Zeichnung die Richtungen der Stromzeiger, wie sie in Abb. 0 angegeben sind. L L U U 0 I I R L I R U 0 L U U I R C I I N U 0 0 Abbildung 0: Belastung mit Dreieckschaltung V A 6