1. Allgemeines Verwendete Geräte. Geräte-Platz 11

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1 1. Allgemeines Verwendete Geräte Messgeräte: Asynchronmotor Aufgabenstellung Messaufbau Vorgangsweise Gleichstrommotor - Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie Aufgabenstellung Messschaltung / Messaufbau Vorgangsweise Messergebnis Diagramme Berechnung Diskussion Gleichstrommotor Leerlaufkennlinie n = f(i E ) Aufgabenstellung Vorgangsweise Messschaltung / Messaufbau Messergebnis Diagramm Diskussion

2 1. Allgemeines 1.1. Verwendete Geräte Geräte-Platz 11 Schleifringläufer EW HOF VDE 0530/1284 UNI LINZ HP Typ L01-71L-DS2 No Bauform B3; 50 Hz, cos = 0.78; 2850 U/min 22/380 V; 0,7/0,4 A; 0,1 kw Nebenschlussmaschine UNI LINZ HP Nr Magnetpulverbremse VDE 0530/1172 Nr ; 2518 Bremse No ,5 Nm; 3000 U/min; max U/min Tachogenerator EW HOF VDE L91-91-TD1G Nr V / 15 W (max. 45W) Spannungsversorgung 3 Phasig Nr Schalter dreipolig Nr Steuergerät für Magnetpulverbremse Nr Gleichspannungsversorgung V Nr

3 1.2. Messgeräte: MX 40: MX 47 Nr / Nr Nr Nr Nr Nr Nr Anmerkung: Während der Messung an der Gleichstrommaschine fielen die Batterien bei dem Multimeter MX aus. Leider können wir nicht den genauen Zeitpunkt festlegen, wann diese Umstände zu einer Messbeeinflussung geführt haben

4 2. Asynchronmotor 2.1. Aufgabenstellung Nehmen Sie die Drehmoment Drehzahl Kennlinie für jeweils drei verschiedene Widerstände auf (0, 23,5 und 38,2 ). Dabei kann man die am Schaltpult integrierten Widerstände benützen. Wichtig ist dabei die Vorgangsweise, um nicht unnötige Messfehler in die Ergebnisse zu bekommen. Ergänzen Sie die folgende Tabelle für jeden dieser Widerstände und zeichnen Sie die Ergebnisse in ein Diagramm. R L n min I A M V M Nm 2.2. Messaufbau Die Magnetpulverbremse, hier in der Skizze rechts vom Motor ermöglicht eine genaue Kennlinienaufnahme, wobei dieses mit dem Tachogenerator zuerst verbunden werden muss. Zusätzlich müssen die Temperaturfühlereingänge des Motors mit dem Steuergerät verbunden - 4 -

5 sein. Der Betriebswahlschalter muss auf Regelung geschaltet werden und der Regelungswahlschalter auf n. Um das Steuergerät in Betrieb zu nehmen, muss zuerst der Sollwertpotentiometer auf Null stehen. Um die Temperaturfühlereingänge zu testen, kann man die Verbindung trennen und danach müssen beide roten LED s aufleuchten. Bevor man das Drehmoment messen kann, muss die Anzeige am Multimeter durch Einstellen des Widerstands und des Kondensators angeglichen werden. Diese Spannung am Multimeter soll sich im mv Bereich finden. Zuletzt lassen Sie den Aufbau durch einen Tutor der Übungsleiter kontrollieren Vorgangsweise Nachdem Sie den Motor eingeschaltet haben, können Sie die Drehzahl mittels der Bremse regeln. Nun kann man das Moment und die Umdrehungen des Motors durch die am Steuergerät angehängten Multimeter ablesen und in die Messtabelle eintragen. Da die Wicklungswiderstände bei Motoren meist sehr temperaturabhängig sind, sollte man erstens den Motor einige Minuten warm laufen lassen und danach die Messungen in möglichst gleichmäßiger Zeit durchführen. Zusätzlich muss zwischen den Messungen immer 30 Sekunden die Magnetpulverbremse ausgeschaltet werden. Auch die Reihenfolge der Messungen spielen eine große Rolle. Nehmen Sie die Messpunkte in der Reihenfolge 200 min -1, 2800 min -1, 1000 min -1, 2600 min auf. Stellen Sie dazu den Wert der Umdrehungen so genau wie möglich ein und messen Sie zum Schluss den Leerlauf. Dies soll für alle Widerstände wiederholt werden (0, 23,5 und 38,2 ) 2.4. Messergebnis Das Moment in Newtonmeter kann man durch die Spannungsmessung am Steuergerät umrechnen. 1 Volt entspricht 0,15 Newtonmeter. Wie schon unter dem Punkt 2.2. Messaufbau erklärt, musste vor jeder Messung das Multimeter abgeglichen werden. Leider schwankte dieser Wert während den Messungen sehr stark. Obwohl es zu Beginn auf meist weniger als 20mV eingestellt wurde, hatte es während der Betriebszeit gelegentlich einen Wert von 100 bis 200 mv. Leider konnte dieser Messfehler nicht in der Rechnung berücksichtigt werden, da dieser Wert nie genau bekannt war. Abgleich M O = 13.5 mv R L 0 n min n tatsächlic h min I A M V M Nm Messtabelle für die Messergebnisse für 0-5 -

6 Abgleich M O = 41 mv (schwankte im Betrieb von 10 mv und 120 mv) R L 23.5 n min n tatsächlic h min I A M V M Nm Messtabelle für die Messergebnisse für 23.5 Abgleich M O = 12.5 mv R L 38.2 n min n tatsächlic h min I A M V M Nm Messtabelle für die Messergebnisse für

7 2.5. Diskussion Wie schon im Skript unter Punkt erläutert wird das Kippmoment nach links verschoben, wenn ohmsche Widerstände an die Läuferwicklungen gehängt werden und diese dann in Stern geschalten werden. Je größer der Widerstand ist, desto weiter verschiebt sich die Kurve nach links, wie man an dem Beispiel oben erkennen kann. Bei keinem Widerstand kann man sofort das Kippmoment erkennen, da es sich ungefähr um 1750 Umdrehungen befindet. Dieses Verfahren wird meist beim Anfahren von Maschinen verwendet. Dort werden nach der Zeit die Widerstände verringert um immer möglichst ein starkes Drehmoment zu erreichen. Damit stimmt das Ergebnis mit den Erwartungen überein, dass die Drehmomentkurven bei steigenden ohmschen Widerstand immer weiter nach links verschoben werden

8 3. Gleichstrommotor - Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie 3.1. Aufgabenstellung Bauen Sie die Schaltung entsprechend Skript-Abbildung 6.24 auf. (siehe ebenfalls Pkt. Messaufbau) Flanschen Sie dabei die Magnetpulverbremse links und den Tachogenerator rechts am Motor an. Für den Anschluss und die Funktionsprüfung des Steuergerätes gilt dasselbe wie bei der Asynchronmaschine. Messen Sie bei verschiedenen Drehzahlen (Leerlaufdrehzahl, nächste durch 50 teilbare Drehzahl und weiter in 50er Schritten). Beachten Sie dabei folgende Grenzen: 1) Bremsen Sie den Motor nicht unter 1300 min -1 2) Der Ankerstrom darf 1,1 A nicht überstiegen. Messen Sie anschließend den Erregerstrom ohne und mit dem 400 Widerstand. Nehmen Sie dann wieder die M-n-Kennlinie mit dem 400 Widerstand im Erregerkreis auf. Zeichnen Sie die Kennlinien M(n), (n) 3.2. Messschaltung / Messaufbau 3.3. Vorgangsweise Aufbau: Umbau der Messschaltung aus der Messung mit der Asynchronmaschine. (Messaufbau lt. Schaltung) Ersetzten der Asynchronmaschine durch die Gleichstrommaschine, Anflanschen von Tachogenerator und Magnetpulverbremse. Bei Beschalten mit Gleichspannungsversorgung, - 8 -

9 beachten, dass Spannungsregler auf Linksanschlag steht (0)! Für die Einstellungen am Steuergerät gilt dasselbe wie für den Messaufbau der Asynchronmaschine. Temperaturfühler, Kopplung mit Magnetpulverbremse, justieren der Ausgangsspannung (Moment) auf minimalen Wert. Funktionsprüfung. Aufnahme: Warmlauf, Festlegung der zu messenden Drehzahlen, beginnen der Messung bei der höchsten, Leerlaufdrehzahl am Ende Messergebnis Drehmoment-Drehzahl Kennlinie für R E = 0 : M 0 = 27,0 mv n ist min I Anker A 0,085 0,138 0,25 0,35 0,44 0,58 0,69 M V 0,045 0,44 1,37 2,24 2,97 3,92 4,7 M Nm 0,007 0,066 0,206 0,336 0,446 0,588 0,705 P El W 33,10 45,22 69,49 91,76 111,50 142,46 166,45 P Mech W 1,12 10,70 32,28 50,91 65,36 83,19 95,98 % 3,4% 23,7% 46,5% 55,5% 58,6% 58,4% 57,7% U Anker V 220,2 220,5 220, ,4 220,8 220,4 I Erreger A 0,07 0,072 0,07 0,07 0,071 0,07 0,07 U Erreger V 205,5 205,4 204,9 205,8 204,5 205,6 205,4 Drehmoment-Drehzahl Kennlinie für R E = 400 : M 0 = 15,2 mv n ist min I Anker A 0,09 0,14 0,23 0,34 0,43 0,54 0,65 0,77 0,87 M V 0,015 0,37 1,05 1,91 2,58 3,3 4,02 4,66 5,15 M Nm 0,00 0,06 0,16 0,29 0,39 0,50 0,60 0,70 0,77 P El W 31,42 42,45 62,20 86,45 106,28 130,51 155,07 181,72 202,60 P Mech W 0,39 9,60 26,41 46,50 60,87 75,16 88,47 98,75 105,33 % 1,3% 22,6% 42,5% 53,8% 57,3% 57,6% 57,0% 54,3% 52,0% U Anker V 220,8 220,7 220,2 220,3 220,3 220,3 220, ,6 I Erreger A 0,064 U Erreger V 180,5-9 -

10 3.5. Diagramme Drehmoment - Drehzahl - Kennlinie M (n ) - Kennlinie M in Nm 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0, n in (1 / min) Moment R = 400 Ohm Moment R = 0 Wirkungsgrad - Drehzahl - Kennlinie (n ) - Kennlinie 70,0% 60,0% Wirkungsgrad in % 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% n in (1 / min) Wirkungsgrad R = 400 Ohm Wirkungsgrad R = 0 Ohm

11 3.6. Berechnung Es wird hier nur die Berechnung für den Fall R = 0, n = 1300 min -1 gezeigt. Andere Werte analog. Spannung-Drehmoment Steuergerät : allgemein: M in Nm = M in V 0,15 Nm / V Für Messwert n = 1300 min -1 M 1300 = 4,7 0,15 Nm / V = 0,705 Nm Aufgenommene elektrische Leistung P El : P El = U Anker I Anker + U Erreger I Erreger P El 1300 = 220,4 V 0,69 A + 205,4 V 0,07 A = 166,5 W Abgegebene mechanische Leistung P Mech : P Mech = M ( n) / 30 P Mech 1300 = 0,705 Nm ( 1300 min -1 ) / 30 = 96 W Wirkungsgrad : = P Mech / P El 1300 = P Mech 1300 / P El 1300 = 96 W / 166,5 W = 0,577 57,7 % 3.7. Diskussion Die Tabellenwerte sind die abgelesenen Werte ohne Berücksichtigung der Offsetspannung des Steuergerätes für Moment-Messung, da die Werte während der Messung ständig schwankten. Größenordnung bis ca. 100 mv. Da Offsetspannung im mv-bereich somit unberücksichtigt. Es wurde als Grundeinstellung eine möglichst geringe Offsetspannung eingestellt. Bei der Drehmoment-Drehzahlkennlinie ist linearer Zusammenhang Drehmoment-Drehzahl deutlich ersichtlich. Ein höherer Widerstand bewirkt eine Schwächung des Feldes und somit eine höhere Drehzahl. Der max. erreichbare Wirkungsgrad sinkt mit höherem Vorwiderstand. Die Kennlinien verschieben sich jedoch aufgrund des veränderten Drehzahlbezuges. An der unteren Drehzahlgrenze (1300 min -1 ) wird der Wirkungsgradunterschied deutlich. Der Momentverlauf bei höherem Vorwiderstand verläuft flacher

12 4. Gleichstrommotor Leerlaufkennlinie n = f(i E ) 4.1. Aufgabenstellung Prinzipieller Aufbau wie Pkt. Drehmoment-Drehzahlkennlinie Gleichstrommotor jedoch mit: Kuppeln Sie die Magnetpulverbremse vom Maschinensatz ab. Messen Sie nun für 4 verschiedene Erregerkreiswiderstände (R E = 0, 200, 400 und 600 ) jeweils Leerlaufdrehzahl, Ankerstrom und Erregerstrom bei U A = 220 V. Zeichen Sie im Protokoll n = f(i E ) Zeichnen Sie die Kennlinie n Leerlauf (I E ) 4.2. Vorgangsweise Aufbau analog Pkt.3, jedoch ohne Magnetpulverbremse. Messungen im Leerlauf Messschaltung / Messaufbau 4.4. Messergebnis Widerstand in Serie zur Erregerwicklung R n ist min I Anker A 0,08 0,08 0,08 0,08 I Erreger A 0,07 0,07 0,06 0,06 U Anker V 220,3 220,1 219,8 219,7 U Erreger V 205,9 192,3 180,6 170,5

13 4.5. Diagramm Leerlauf - Kennlinie Drehzahl n ( Erregerstrom I ) - Kennlinie 1800 Drehzahl n in (1 / min) ,0550 0,0570 0,0590 0,0610 0,0630 0,0650 0,0670 0,0690 0,0710 0,0730 Erregerstrom I in A 4.6. Diskussion Interessant ist der lineare Zusammenhang zwischen Erregerstrom und Leerlaufdrehzahl. Es ist aus den Messdaten (Tabellenwerten) ersichtlich, das bei steigendem Erregerwiderstand die Spannung und der Strom an der Erregerwicklung deutlich sinkt. Jedoch steigt der Strom am Anker, bei annähernd gleich gehaltener Spannung leicht an. Je größer der Erregerwiderstand, desto geringer Strom und Spannung am Erreger und steigende Drehzahl. Bei steigendem Erregerwiderstand sinkt Strom und Spannung in der Erregerwicklung. Es wird somit das Magnetfeld abgeschwächt. Aus Gleichung Skript (6.9) ist ersichtlich, das bei sinkendem die Drehzahl steigt. Eine Feldschwächung bewirkt Drehzahlerhöhung

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