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1 Labor: Elektrsce ascnen 1 Fakultät E Labor: Elektrsce ntrebstecnk Versuc E1-6: Glecstrommascne Versucs-Datum: Semester: Gruppe: Protokoll: Testat: Berct: Datum: 1. Versucszel Be desem Versuc sollen Se: - de wctgsten öglcketen zur Drezaländerung be Glecstrommascnen kennen lernen, - deren carakterstsce Kenngrößen bestmmen und - den Hoclaufvorgang des leerlaufenden ascnensatzes quanttatv bescreben. 2. Teoretsce Grundlagen See erzu Vorlesung: Elektrsce ascnen Glecstrommascnen werden eutzutage vor allem m Berec der Klen- und Klenstantrebe m Lestungsberec bs ca. 1 kw n größten Stückzalen engesetzt. Dabe stellen se mt bstand de ascnenart mt der größten wrtscaftlcen Bedeutung dar. Demgegenüber aben se be größeren Lestungen re früere erausragende Bedeutung an de wartungsarmen Drefeldmascnen verloren. 2.1 Ersatzscaltung und Glecungen der fremderregten Glecstrommascne Glecstrommascnen lassen sc für den praktsc bevorzugt nteresserenden statonären Betreb durc das nacfolgend angegebene besonders übersctlce Ersatzscaltbld bescreben. Deses entält be der üblcen Berücksctgung des Bürstenspannungsabfalls m nkerwderstand nur de Elemente R, und Φ. Daraus ergeben sc besonders übersctlce quanttatve Zusammenänge und ene enface regelungstecnsce Struktur. R I I E Φ = c m = Φ n cm = Φ I = + 2 π P = ω = I n + I R = 2 cmφ ( cm ) 2π R Bld 2.1 Ersatzscaltung und Glecungen der Glecstrommascne Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 1

2 2.2 Drezalsteuerung be Glecstrommascnen Nac den oben angegebenen Zusammenängen lässt sc be Glecstrommascnen de Drezal besonders enfac, z. B. durc - d.. Spannungssteuerung, - Φ Feldscwäcung oder - R V Vorwderstände (wegen den Verlusten nur noc selten engesetzt) vareren Spannungssteuerung t Hlfe der modernen Lestungselektronk lässt sc de nkerspannung wrtscaftlc und verlustarm steuern. Be Bemessungs-Erregung I EN lässt sc so jeder Betrebspunkt m Hauptarbetsberec = 0... N n = 0... n N... n 0 enstellen. ~ var Feldscwäcung Wrd be voller nkerspannung der Erregerstrom durc Vorwderstände bzw. vortelaft durc separate steuerbare Glecrcter verklenert, lassen sc Drezalen n > n N enstellen. us mecanscen Gründen darf aber ene maxmal zulässge Drezal nct überscrtten werden: n n max Dazu darf der Erregerfluss bzw. strom enen nmalwert nct unterscreten: I E I Emn. Insbesondere dürfen m Erregerkres kene Scalter oder Scerungen vorgeseen werden (es se denn, durc ene übergeordnete Steuerung wrd der Erregerkres überwact). Dese Betrebsart st m Wesentlcen durc ene konstante ntrebslestung PN = N I N P = ω max const max nn, N n also yperbolsc mt der Drezal abnemendes Dremoment, gekennzecnet. Bld 2.2 Betrebskennlnen der fremd erregten Glecstrommascne Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 2

3 2.3 De ascnenkenngröße c m Φ In der Teore der Glecstrommascne erscent an velen Stellen als ascnenkenngröße der usdruck c m Φ, der sc m Prüffeld lect aus ener Leerlaufmessung bestmmen lässt N R I 0 cm = = für N, = 0. n n0n Damt lässt sc dann sofort auc das Verlustmoment des unbelasteten ascnensatzes angegeben = 0 cm = 2π I uslaufversuc Zur Bescrebung von dynamscen Vorgängen benötgt man zusätzlc das wrksame assenträgetsmoment J bzw. de Trägetszetkonstante τ J des ntrebssystems. Dese lassen sc aus enem uslaufversuc we folgt bestmmen: I EN konstant erregte ascne auc für t > 0 = 0 unbelasteter ascnensatz N t < 0 = für d.. nkerspannung be t=0 abscalten 0 t > 0 n (t) aufnemen und T festlegen. Dabe glt für t > 0: dω J + = 0 dt T J = = dω ω 0N dt 2π τ J = cm 2 R T = 2π n J. 0N Bld 2.3 Drezalverlauf und Zusammenänge bem uslaufversuc Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 3

4 3. Versucsaufbau Scaltgerät Stromrcter Steuergerät I E I 1 D1 D2 G S1 2 B2 B1 Bld 3.1 Blockscaltbld des Versucsaufbaus F = / 0000 n Last 4. Versucsdurcfürung 4.1 Noteren Se de Daten des Typenscldes und den Hebelarm der essenrctung Hersteller Typ Nr. N V I N P N kw n N mn -1 EN V I EN Isol.Kl. IP l H = mm. 4.2 Berecnen Se vorab: N = Bemessungsdremoment des Prüflngs = Nm, F N = zugeörge Bemessungskraft = N. 4.3 Bestmmen Se: R E = Wderstand m Erregerkres (Weatstone Brücke) = Ω; R E = Wderstand m Erregerkres (nac Typensclddaten) = Ω; R = Wderstand m nkerkres (Strom-Spannungs-etode) I 1 = 10 1 = V R 1 = Ω I 2 = 15 2 = V R 2 = Ω R = Ω Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 4

5 4.4 Betrebskennlnen Doppelsclussbetreb. Nemen Se folgende Betrebskennlnen auf: n, I = f() für I E = I EN ; = (0.25, 0.5, 0.75, 1) N I E = (0.75, 0.5)I EN ; = N. Spannungsabsenkung: I E = I EN, = ( 0,25; 0,5; 0,75; 1 ) N = 0,25 N = V / Nm n / mn -1 I / = 0,5 N = V / Nm n / mn -1 I / = 0,75 N = V / Nm n / mn -1 I / = N = V / Nm n / mn -1 I / Feldscwäcung: I E = ( 0,75; 0,5 ) I EN ; = N I E = 0,75 I EN = F / N 0 2, / Nm n / mn -1 I / Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 5

6 I E = 0,5 I EN = F / N 0 2, / Nm n / mn -1 I / Betreb one Doppelsclusswcklung Nemen Se folgende Betrebskennlnen auf: n, I = f() für I E = I EN ; = N. / Nm n / mn -1 I / 4.5 uslaufversuc Füren Se am unbelasteten ascnensatz enen uslaufversuc durc. Zecnen Se dazu de Spannung des angekoppelten Tacogenerators mt Hlfe enes Speceroszlloskops über der Zet auf und noteren Se alle relevanten esswerte: n = f(t) für I E = I EN ; (t 0) = N ; (t 0) = 0. = V, I 0 =, n 0 = mn -1, I E =. 5. uswertung 5.1 Berecnen Se R E aus den Lestungssclddaten und begründen Se den ntersced zum esswert. 5.2 Bestmmen Se den Wrkungsgrad des Glecstrommotors be Bemessungslestung - drekt aus den esswerten - und geben Se enen recnerscen Erwartungswert für de betrebswarme ascne an. Verglecen Se bede Werte mt dem Bemessungswert laut den Typensclddaten und begründen Se etwage bwecungen. 5.3 Stellen Se de Betrebskennlnen nac 4.4.1, für Drezal und nkerstrom getrennt, jewels n enem gemensamen Dagramm dar. Begründen Se: - den Zweck der jewelgen aßname, - den dabe wrksamen pyskalscen Zusammenang und - den Verlauf der Kennlnen. 5.4 Stellen Se de Betrebskennlnen nac jewels zusammen mt den entsprecenden Kennlnen aus n enem gemensamen Dagramm dar. Begründen Se den Zweck der Doppelsclusswcklung Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 6

7 5.5 Bestmmen Se de ascnen-kenngröße (c m Φ ) aus der Leerlaufmessung n 0N = f (I EN ; N ) be Doppelsclussbetreb und kontrolleren Se damt recnersc de Bemessungsdrezal n N = f ( N ; I EN ; N ). Begründen Se etwage bwecungen. 5.6 Bestmmen Se das Trägetsmoment J und de Trägetszetkonstante τ J des ascnensatzes durc uswertung des uslaufversuces. 5.7 Geben Se de Glecungen für den Leeroclauf des ascnensatzes unter Bemessungsbedngungen N ; I EN an, wenn der nkerstrom elektronsc auf den Wert I max = 35 begrenzt wrd. Nac welcer Zet wrd dabe de Drezal n x = 1320 mn -1 errect? Stellen Se den Leeroclauf grapsc dar Elektrsce ascnen 1 (E1) Versuc E1-6 Glecstrommotor Sete 7