Laboratorium für Grundlagen Elektrotechnik
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- Berndt Bretz
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1 niversity of Applied Sciences Cologne Fakultät 7: nformations-, Medien- & Elektrotechnik nstitut für Elektrische Energietechnik Laboratorium für Grundlagen Elektrotechnik Versuch 4 4. Mittelwerte bei Wechselstrom 4. Addition von Wechselspannungen 4.3 Spannungszeigerdiagramm 4.4 Blindleistungskompensation Gruppe: Versuchstermin: Abgabetermin: Name: Vorname: Matr.-Nr. Protokollführer: eilnehmer: eilnehmer: eilnehmer: eilnehmer: eilnahmetestat: Anerkennungstestat: nstitut für Elektrische Energietechnik Stand :.
2 Grundlagen Ein sinusförmiger Wechselstrom kann durch verschiedene Größen beschrieben werden. Für solationszwecke ist z.b. der Scheitelwert (Amplitude) von nteresse. Für die meisten Anwendungen ist der Effektivwert ausschlaggebend. Der Stromeffektivwert entspricht dem Wert eines konstanten Gleichstromes, der in einem gleichen Widerstand in derselben Zeit zur gleichen Erwärmung führt. Es gilt: Arithmetischer Mittelwert: Effektivwert i( t) i ( t) Gleichrichtwert: i( t) Einige Messgeräte stellen aufgrund ihres physikalischen Aufbaus den Gleichrichtwert dar. m dennoch den Effektivwert bei sinusförmigen Messgrößen darzustellen wird die Anzeige mit dem so genannten Formfaktor multipliziert. Formfaktor: f i Versuchsdurchführung 4. Mittelwerte bei Wechselstrom R V 3 n a) Brückenschaltung b) Einweggleichrichtung 5Hz Drehspul- Dreheisen- Digitales meßgerät meßgerät Messgerät + - Ein sinusförmiger Wechselstrom mit der Frequenz f5hz wird gleichgerichtet (Einweg- und Zweiweggleichrichtung) und speist einen Akkumulator (Akku). Verschiedene Strommessungen von mehreren in Reihe geschalteten Amperemetern ergeben unterschiedliche Werte, obwohl sie alle vom selben Strom durchflossen werden. a) Der Akku ist mit der Brückenschaltung (Zweiweggleichrichtung) zu laden. Erklären Sie die unterschiedlichen Messwerte. Zeichnen Sie den Stromverlauf nstitut für Elektrische Energietechnik Stand :.
3 über mindestens zwei Perioden auf und tragen Sie die unterschiedlichen Messwerte ein. b) Der Akku ist nun mit der Einweggleichrichtung zu laden. Erklären und tragen Sie die unterschiedlichen Messwerte wie unter Punkt a) ein. 4. Addition von Wechselspannungen a) bei ungleicher Frequenz 5Hz Für den Effektivwert der überlagerten Spannung aus Gleichspannung und sinusförmiger Wechselspannung gilt: û t u u + u + û sinωt ( + û ) ( + û + û ) + û + û sinωt Gleichanteil Effektivwert. x arithmetischer Mittelwert nstitut für Elektrische Energietechnik Stand :.
4 Eine Glühlampe soll mit einer Reihenschaltung einer Gleich- und einer Wechselspannungsquelle bei ihrer Nennleistung betrieben werden. Die Gleichspannung und die Nennspannung der Glühlampe sind gegeben. Wie groß muss die sinusförmige Wechselspannung sein? b) bei gleicher Frequenz L L L 3 N Für die Addition von Spannungen gleicher Frequenz gilt + + cos ϕ ϕ ist der Winkel zwischen und ) Für beide Schalterstellungen sind die Effektivwerte zu messen und der jeweilige Winkel ϕ zwischen den beiden Spannungen und zu berechnen. ) Veranschaulichen Sie an einem maßstäblichen Zeigerdiagramm in welchem Bereich die Gesamtspannung verändert werden kann bei betragsmäßig konstanten Werten für und, jedoch veränderlichen Phasenverschiebungen zwischen den beiden Spannungen. 3) Zeigen Sie graphisch um welchen größten Winkel gegenüber verschoben sein kann. 4 nstitut für Elektrische Energietechnik Stand :.
5 4.3 Spannungszeigerdiagramm R S C R R S Spule L s C Spule : N 5 Spule : N Bei einer Reihenschaltung von einem Widerstand, einer Spule und einem Kondensator sind aus den Betragsmessungen der eilspannungen und des Stromes die mpedanzen aller Bauelemente sowie die Gesamtimpedanz zu bestimmen. a) Zeichnen Sie in einem geeigneten Maßstab die Zeigerdiagramme für beide Spulen. Es muss gelten R + S + C. Geben Sie die Phasenwinkel der Spulen an. b) Berechnen Sie die nduktivitäten und die ohmschen Widerstände der Spulen. 4.4 Blindleistungskompensation R L P R L C Motor Ein Wechselstrommotor wird (im Schaltbild dargestellt durch die Reihenschaltung von R und L) am Wechselstromnetz betrieben. a) Nehmen Sie die Messwerte bei geöffnetem Schalter auf. Berechnen Sie die Scheinleistung S, die Wirkleistung P, die Blindleistung Q und cos ϕ. b) Schließen Sie den Schalter und führen Sie die Berechnung wie unter a) aus. c) Der Widerstand R L steht stellvertretend für Leitungswiderstände in der Zuleitung. m wie viel Prozent werden die Verluste im Widerstand R L verringert. 5 nstitut für Elektrische Energietechnik Stand :.
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