Grundlagen Drehstrommaschinen

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1 Grundlagen Drehstrommaschinen Arbeitsbuch Mit CD-ROM L1 L2 L3 N PE F Q I> I> I> A1.2 Motor L1 L2 DC+ Input L3/N PE DC- Output -A1.1 n -M1 M 3 I P2 M 3.0 Nm A M = f [ n] W P2 = f [ n] I = f [ n] min n Festo Didactic de

2 Bestell-Nr.: Stand: 08/2011 Autoren: Jürgen Stumpp Redaktion: Frank Ebel Grafik: Anika Kuhn, Jürgen Stumpp Layout: 09/2011, Frank Ebel Festo Didactic GmbH & Co. KG, Denkendorf, 2011 Internet: Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen durchzuführen. Hinweis Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.

3 Inhalt Bestimmungsgemäße Verwendung IV Vorwort V Einleitung VII Arbeits- und Sicherheitshinweise VIII Trainingspaket Grundlagen Drehstrommaschinen IX Lernziele X Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben XI Komponenten XIII Hinweise für den Lehrer/Ausbilder XV Struktur der Aufgaben XVI Bezeichnung der Komponenten XVI Inhalte der CD-ROM XVII Aufgaben und Lösungen Übersicht Wechselstrommaschinen 3 Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 5 Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei verschiedenen Belastungen 15 Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab 29 Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors 43 Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen 49 Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen: Messung mit der Software DriveLab 59 Aufgaben und Arbeitsblätter Übersicht Wechselstrommaschinen 3 Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 5 Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei verschiedenen Belastungen 15 Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab 29 Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors 43 Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen 49 Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen: Messung mit der Software DriveLab 59 Festo Didactic GmbH & Co. KG III

4 Bestimmungsgemäße Verwendung Das Trainingspaket Grundlagen Drehstrommaschinen ist nur zu benutzen: für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen. Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten. Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. IV Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 Vorwort Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des Lernsystems: Technologieorientierte Trainingspakete Mechatronik und Fabrikautomation Prozessautomation und Regelungstechnik Mobile Robotik Hybride Lernfabriken Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert. Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben. Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen Antrieben möglich. Festo Didactic GmbH & Co. KG V

6 Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen: Hardware Medien Seminare Hardware Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte der begleitenden Medien angepasst. Medien Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die praxisorientierte Teachware umfasst: Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse) Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen) Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen) Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung) Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten) Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt: Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte) Simulationssoftware Visualisierungssoftware Software zur Messdatenerfassung Projektierungs- und Konstruktionssoftware Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. Seminare Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und Weiterbildung ab. Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? Dann senden Sie eine an: Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. VI Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 1410 Servo Brems- und Antriebssystem behandelt die folgenden Themen: Grundlagen Gleichstrommaschinen Grundlagen Wechselstrommaschinen Grundlagen Drehstrommaschinen Das Arbeitsbuch Grundlagen Drehstrommaschinen liefert die Einführung in das Thema der elektrischen Maschinen mit Drehstromanschluss. Die Inhalte Aufbau, Anschluss und Anwendungsgebiete werden vermittelt. Dabei werden die Maschinen unterschiedlichsten, nachgebildeten Belastungssituationen ausgesetzt, um so ihre Möglichkeiten experimentell auszuloten. Technische Voraussetzungen für den Aufbau der Schaltungen sind ein Laborarbeitsplatz ausgestattet mit einem A4-Rahmen, der Gerätesatz TP 1410 Servo Brems- und Antriebssystem, ein 400 V AC Netzanschluss, ein Drehstrom-Asynchronmotor, eine Drehstrom-Synchronmaschine, Komponenten zur Ansteuerung der elektrischen Maschinen und Sicherheits-Laborleitungen. Mit dem Gerätesatz TP 1410 und den Drehstromantrieben werden die kompletten Schaltungen der Aufgabenstellungen aufgebaut. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält das Lehrbuch Fachkunde Elektrotechnik, Bestell-Nr Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Drehstrom-Asynchronmotoren, Drehstrom- Synchronmaschinen usw.) zur Verfügung. Festo Didactic GmbH & Co. KG VII

8 Arbeits- und Sicherheitshinweise Allgemein Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen arbeiten. Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt werden und sind umgehend zu beseitigen. Mechanik Hängen Sie alle dafür vorgesehenen Komponenten in den A4-Rahmen ein. Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten. Elektrik Das Servo Brems- und Antriebssystem (Motorenprüfstand) darf nur mit einem zusätzlichen Schutzleiter in Betrieb genommen werden. Output L1 DC+ L2 L3/N DC- Input PE PE Verbinden Sie immer den Temperaturschalter des Motors mit dem Eingang Motor ϑ des Motorenprüfstands. Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand! Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern. Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den Leitungen. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Trainingspaket Grundlagen Drehstrommaschinen Gegenstand dieses Teils des Trainingspakets TP 1410 sind die Grundlagen von Drehstrommaschinen. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket TP 1410 können auch Bestandteil anderer Pakete sein. Wichtige Komponenten des TP 1410 Fester Arbeitsplatz mit A4-Rahmen Gerätesätze oder Einzelkomponenten (Drehstrom-Asynchronmotor, Drehstrom-Synchronmotor) Sicherheits-Laborleitungen Komplette Laboreinrichtungen Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 1410 besteht aus einem Fachbuch und Arbeitsbüchern. Das Fachbuch vermittelt die Grundlagen der Drehstrommaschinen und ihrer Steuerschaltungen. Die Arbeitsbücher enthalten zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe ist enthalten. Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket zur Verfügung gestellt. Medien Fachbuch Arbeitsbuch Fachkunde Elektroberufe Grundlagen Gleichstrommaschinen Grundlagen Wechselstrommaschinen Grundlagen Drehstrommaschinen Digitale Lernprogramme WBT Elektrische Antriebe 1 WBT Elektrische Antriebe 2 Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1410 Als Software zum Trainingspaket TP 1410 stehen die digitalen Lernprogramme Elektrische Antriebe 1 und Elektrische Antriebe 2 zur Verfügung. Diese Lernprogramme beschäftigen sich ausführlich mit den Grundlagen der elektrischen Antriebstechnik. Die Lerninhalte sind sowohl fachsystematisch als auch anwendungsbezogen an praxisnahen Fallbeispielen dargestellt. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, Videos, CD-ROMs, DVDs und Lernprogramme sowie die weitere Teachware werden in mehreren Sprachen angeboten. Festo Didactic GmbH & Co. KG IX

10 Lernziele Grundlagen Drehstrom-Asynchronmotor Sie kennen den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer. Sie kennen das Motorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen. Sie kennen die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung. Sie kennen den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung. Sie kennen das Prinzip des Drehstrommotors. Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor. Sie kennen das Anlaufverhalten des Drehstrommotors. Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor. Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor. Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme von Belastungskennlinien mit einem Einphasen-Leistungsmesser und einem Dreiphasen-Leistungsmesser. Sie kennen die Voraussetzungen für die Inbetriebnahme des Motors im Leerlauf. Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen. Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Scheinleistung und abgegebener Wirkleistung. Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors. Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Blindleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien mit den berechneten Werten. Sie kennen Vorgaben für Motormomente und Anlaufverhalten. Grundlagen Drehstrom-Synchronmotor Sie kennen den Aufbau und die Funktion eines Drehstrom-Synchronmotors. Sie kennen die Anlaufhilfe des Synchronmotors. Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Synchronmotor. Sie kennen die Lage der Brücken am Motor bei Stern- oder Dreieckschaltung. Sie kennen die Lage der Brücken am Motor bei einem Drehstromnetz 230 V/400 V. Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Synchronmotor. Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehfrequenz bei einem Synchronmotor. Sie kennen die Problematik bei der Einstellung der Erregerspannung. Sie kennen die Problematik beim Anlaufen von großen Synchronmotoren. Sie kennen die Messschaltung für die Leerlaufmessung des Synchronmotors. Sie kennen die Inbetriebnahme des Synchronmotors im Leerlauf. Sie kennen die Durchführung einer Messung zur Darstellung der Untererregung und der Übererregung. Sie kennen die Darstellung einer Kennlinie für die Untererregung und die Übererregung Sie kennen die Bedeutung der Untererregung und der Übererregung. Sie kennen die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom bei verschiedenen Belastungen. Sie kennen die Darstellung der Kennlinien für die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom. Sie kennen die Auswertung der Kennlinien mit kapazitiver und induktiver Blindleistung. X Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 Einsatz des Servo Brems- und Antriebssystems und der Software DriveLab Sie kennen den Umgang mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab. Sie kennen Anschluss und Inbetriebnahme der Motoren mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab. Sie kennen die Programmoberfläche der Software DriveLab. Sie kennen Auswahl und Änderung der Messgrößen auf der X-Achse und der Y-Achse. Sie kennen die Anpassung von Farbe und Stil der Messkurven. Sie kennen die Einstellung von Drehfrequenz und Drehmoment über den Rechner. Sie kennen Vorbereitung und Start einer Messung über den Rechner. Sie kennen die Eintragung eines neuen Motors in die Motorbibliothek. Sie kennen Aufnahme und Dokumentation von Lastkennlinien über den Rechner. Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben Lernziel Aufgabe Sie kennen den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer. Sie kennen das MotorMotorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen. Sie kennen die Lage der Brücken am MotorMotorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung. Sie kennen den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung. Sie kennen das Prinzip des Drehstrommotors. Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor. Sie kennen das Anlaufverhalten des Drehstrommotors. Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor. Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor. Sie kennen den Umgang mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab. Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme von Belastungskennlinien mit einem Einphasen-Leistungsmesser und einem Dreiphasen-Leistungsmesser. Sie kennen die Voraussetzungen für die Inbetriebnahme des Motors im Leerlauf. Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen. Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Scheinleistung und abgegebener Wirkleistung. Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors. Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Blindleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien mit den berechneten Werten. Sie kennen die Vorgaben für Motormomente und Anlaufverhalten. Festo Didactic GmbH & Co. KG XI

12 Aufgabe Lernziel Sie kennen den Umgang mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab. Sie kennen Anschluss und Inbetriebnahme des Motors mit dem Motorenprüfstand und der Software DriveLab. Sie kennen die Programmieroberfläche der Software DriveLab. Sie kennen Auswahl und Änderung der Messgrößen auf der X-Achse und der Y-Achse. Sie kennen die Anpassung von Farbe und Stil der Messkurven. Sie kennen die Einstellung von Drehfrequenz und Drehmoment über den Rechner. Sie kennen Vorbereitung und Start einer Messung über den Rechner. Sie kennen die Eintragung eines neuen Motors in die Motorbibliothek. Sie kennen Aufnahme und Dokumentation von Lastkennlinien über den Rechner. Sie kennen den Aufbau und die Funktion eines Drehstrom-Synchronmotors. Sie kennen die Anlaufhilfe des Synchronmotors. Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Synchronmotor. Sie kennen die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- oder Dreieckschaltung. Sie kennen die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei einem Drehstromnetz 230 V/400 V. Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Synchronmotor. Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehfrequenz bei einem Synchronmotor. Sie kennen die Problematik bei der Einstellung der Erregerspannung. Sie kennen die Problematik beim Anlaufen von großen Synchronmotoren. Sie kennen die Messschaltung für die Leerlaufmessung des Synchronmotors. Sie kennen die Inbetriebnahme des Synchronmotors im Leerlauf. Sie kennen die Durchführung einer Messung zur Darstellung der Untererregung und der Übererregung. Sie kennen die Darstellung einer Kennlinie für die Untererregung und die Übererregung. Sie kennen die Bedeutung der Untererregung und der Übererregung. Sie kennen die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom bei verschiedenen Belastungen. Sie kennen die Darstellung der Kennlinien für die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom. Sie kennen die Auswertung der Kennlinien mit kapazitiver und induktiver Blindleistung. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Komponenten Die Komponenten des Trainingspakets Grundlagen Drehstrommaschinen vermitteln Kenntnisse über Aufbau, Anschluss und Anwendungsgebiete von Drehstrommaschinen. Zum Aufbau funktionsfähiger Schaltungen werden zusätzlich ein Laborarbeitsplatz, optional mit A4-Rahmen, der Gerätesatz TP 1410 Servo Brems- und Antriebssystem, eine 400 V Wechselspannungsversorgung und Ansteuerungen für die elektrischen Maschinen und benötigt. Gerätesatz TP 1410 Servo Brems- und Antriebssystem Komponente Bestell-Nr. Menge Servo Brems- und Antriebssystem Elektrische Maschinen Grundlagen Drehstrommaschinen Komponente Bestell-Nr. Menge Drehstrom-Asynchronmotor 400 V/690 V Synchronmaschine Ansteuerungen für die elektrischen Maschinen Komponente Bestell-Nr. Menge Drehstromversorgung EduTrainer Netzteil 24 V EduTrainer Schützboard EduTrainer Schützsatz Motortechnik Bedien- und Meldegerät EduTrainer Festo Didactic GmbH & Co. KG XIII

14 Grafische Symbole des Gerätesatzes Komponente Grafisches Symbol Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer (Kurzschlussläufer) M 3 Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer M 3 Drehstrom-Synchronmaschine MS 3 XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 Hinweise für den Lehrer/Ausbilder Lernziele Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen der Grundlagen von Drehstrommaschinen. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet. Richtzeit Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab. Auszubildende im Elektrobereich: ca. 3 Tage. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Tag. Komponenten Arbeitsbuch und Komponenten sind aufeinander abgestimmt. Für 3 Aufgaben benötigen Sie einen Drehstrom-Asynchronmotor, für weitere 3 Aufgaben benötigen Sie eine Synchronmaschine. Normen Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet: EN bis EN : Graphische Symbole für Schaltpläne EN : Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte; Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung Kennzeichnungen im Arbeitsbuch Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt. Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet. Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt. Hinweise für den Unterricht Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Komponenten und Schaltungen gegeben. Diese Hinweise sind in den Arbeitsblättern nicht enthalten. Lernfelder Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema Grundlagen Drehstrommaschinen für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt. Festo Didactic GmbH & Co. KG XV

16 Ausbildungsberuf Lernfeld Thema Elektroniker/in für Automatisierungstechnik 1 Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen 3 Steuerungen analysieren und anpassen 6 Anlagen analysieren und deren Sicherheit prüfen Mechatroniker/in 3 Installieren elektrischer Betriebsmittel unter Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte 4 Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen, pneumatischen und hydraulischen Baugruppen 7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme 11 Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung Struktur der Aufgaben Alle Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in: Titel Lernziele Problemstellung Lageplan Projektauftrag Arbeitshilfen Arbeitsblätter Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt. Bezeichnung der Komponenten Die Bezeichnung der Komponenten in den Schaltplänen erfolgt nach der Norm DIN EN In Abhängigkeit der Komponente werden Buchstaben vergeben. Mehrere Komponenten innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert. Relais: -K, -K1, -K2, Schalter/Taster: -S, -S1, -S2, Schütz: -Q, -Q1, -Q2, Sicherungen: -F, -F1, -F2,... Signalgeräte: -P, -P1, -P2,... XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG

17 Inhalte der CD-ROM Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM Ihnen weitere Medien zur Verfügung. Die CD-ROM enthält folgende Ordner: Bedienungsanleitungen Bilder Datenblätter Bedienungsanleitungen Bedienungsanleitungen für verschiedene Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten. Bilder Fotos und Grafiken von Komponenten und industriellen Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden. Datenblätter Die Datenblätter der Komponenten des Trainingspakets stehen als pdf-dateien zur Verfügung. Festo Didactic GmbH & Co. KG XVII

18 XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

19 Inhalt Aufgaben und Lösungen Übersicht Wechselstrommaschinen 3 Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 5 Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei verschiedenen Belastungen 15 Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab 29 Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors 43 Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen 49 Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen: Messung mit der Software DriveLab 59 Festo Didactic GmbH & Co. KG

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21 Übersicht Wechselstrommaschinen Wechselstrommaschinen Transformatoren umlaufende Maschinen Asynchronmaschinen Synchronmaschinen Dreiphasentransformator Einphasentransformator Sondertransformatoren z. B. Streufeldtransformatoren Spartransformatoren Motoren mit Hilfswicklung oder Kondensator Motoren Generatoren Einphasenmaschinen Dreiphasenmaschinen Kurzschlussläufermotor Sondermaschinen z. B. Spaltpolmotor Repulsionsmotor Schleifringläufermotor Sondermaschinen z. B. Linearmotor Kollektormotor Festo Didactic GmbH & Co. KG

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23 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Lernziele Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben, kennen Sie den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer. kennen Sie das Motorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen. kennen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung. kennen Sie den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung. kennen Sie das Prinzip des Drehstrommotors. kennen Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor. kennen Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors. kennen Sie die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor. kennen Sie Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor. Problemstellung Ein Auszubildender in der Lehrwerkstatt erhält vom Ausbilder den Auftrag, einen neu gelieferten Drehstrommotor zu untersuchen und über die Untersuchung ein ausführliches Protokoll anzufertigen. Hinweis Der Motor wird in dieser Aufgabe nicht in Betrieb genommen! Festo Didactic GmbH & Co. KG

24 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Arbeitsaufträge 1. Beschreiben Sie den Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer. 2. Ordnen Sie die einzelnen Angaben in die entsprechenden Felder auf dem Leistungsschild ein. 3. Vervollständigen Sie die Vorgaben für das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und Dreieckschaltung. 4. Beschreiben Sie den Unterschied in der Praxis bei Stern- und Dreieckschaltung. 5. Beschreiben Sie das Prinzip eines Drehstrommotors. 6. Welche Bedeutung hat der Begriff Asynchronmotor? 7. Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors. 8. Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors verändern lässt. 9. Wovon ist die Drehzahl eines Drehstrommotors abhängig und wie lässt sich dieselbe verändern? Arbeitshilfen Fachbücher, Tabellenbücher Auszüge aus Herstellerkatalogen Datenblätter Internet WBT Elektrische Antriebe 1 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG

25 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 1. Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Schnittbild Bezeichnungen Antriebswelle; Ständerblechpaket zur Aufnahme der Ständerwicklung; Kurzschlussring des Kurzschlussläufers; Ständerwicklung; Klemmenkasten; Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle; Läuferblechpaket des Kurzschlussläufers; Motorklemmbrett für die Schaltung des Motors in Stern oder Dreieck; Lüfter zur Kühlung des Motors; Läuferhaube zur Abdeckung des Lüfters Ordnen Sie den Zahlen im Schnittbild des Motors die Bezeichnungen der einzelnen Bauteile zu. Nr. Bezeichnung 1 Ständerblechpaket zur Aufnahme der Ständerwicklung 2 Ständerwicklung 3 Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle 4 Antriebswelle 5 Kurzschlussring des Kurzschlussläufers 6 Läuferblechpaket des Kurzschlussläufers 7 Motorklemmbrett für die Schaltung des Motors in Stern oder Dreieck 8 Klemmenkasten 9 Läuferhaube zur Abdeckung des Lüfters 10 Lüfter zur Kühlung des Motors Festo Didactic GmbH & Co. KG

26 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 2. Leistungsschild eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Information Die wichtigsten Kennwerte eines Drehstrommotors sind auf seinem Leistungsschild angegeben Ordnen Sie den Zahlen auf dem Leistungsschild die entsprechenden Kennwerte des Motors zu. Nr. Kennwerte des Motors 1 Name und Kennzeichnung des Herstellers 2 Fertigungsnummer oder Identkennzeichen des Herstellers 3 Typenbezeichnung des Herstellers 4 Strangzahl bei Wechselstrommaschinen 5 Strangspannung 6 Bemessungsstrom 7 Bemessungsleistung 8 Leistungsfaktor 9 Bemessungsdrehzahl 10 Bemessungsfrequenz bei Wechselstrommaschinen 11 Isolations- und Wärmeklasse der Wicklungen 12 Schutzart durch das Gehäuse (IP-Code) nach DIN EN VDE-Richtlinie für umlaufende elektrische Maschinen 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG

27 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 3. Das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und Dreieckschaltung Information Die Ständerwicklung des Motors ist eine Dreiphasenwicklung und erzeugt das Drehfeld. Die Anfänge und Enden der drei Stränge sind an das Motorklemmbrett geführt, an dem die Stränge entweder in Stern oder in Dreieck geschaltet werden. a) Vervollständigen Sie die Schaltungen der Wicklungen für Stern- und Dreieckschaltung. L1 L2 L3 L1 L2 L3 V1 U2 V1 V2 U2 W2 U1 V2 U1 W1 W2 W1 Sternschaltung Dreieckschaltung b) Zeichen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett für Stern- und Dreieckschaltung ein. U1 V1 W1 U1 V1 W1 U1 V1 W1 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U2 V2 W2 W2 U2 V2 U2 V2 W2 Sternschaltung Dreieckschaltung Festo Didactic GmbH & Co. KG

28 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer c) Welcher Wert auf dem Leistungsschild entscheidet, ob der Motor in Stern- oder in Dreieckschaltung betrieben wird? Wichtig für die Schaltung ob in Stern oder Dreieck ist die Strangspannung des Motors. Ist als Strangspannung 400 V angegeben, so muss jede einzelne Wicklung 400 V erhalten. Dies geschieht nur, wenn der Motor in Dreieck geschaltet wird. Bei der Dreieckschaltung ist die Strangspannung so groß wie die Leiterspannung. Ist als Strangspannung 230 V angegeben, so muss jede einzelne Wicklung 230 V erhalten. Dies geschieht nur, wenn der Motor in Stern geschaltet wird. Bei der Sternschaltung ist die Strangspannung um 3 kleiner als die Leiterspannung. 4. Unterschied in der Praxis bei Stern und Dreieckschaltung Information Die Ständerwicklung eines Drehstrommotors kann aus einer zwei- oder mehrpoligen Wicklung bestehen. Die drei getrennten Stränge der Wicklung sind um 120 (elektrisch) gegeneinander versetzt angeordnet. Verbindet man die Enden der drei Wicklungsstränge mit einander, so entsteht die Sternschaltung. Wird das Ende eines Stranges jeweils mit dem Anfang des nächsten Stranges verbunden, so entsteht die Dreieckschaltung. a) Tragen Sie in die leeren Spalten die entsprechenden Schaltungen ein (Stern oder Dreieck). Netzspannung Zulässige Strangspannung 400 V 230 V Dreieck 400 V Stern Dreieck 230 V 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG

29 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer b) Der Motor ist für Sternschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Dreieck geschaltet. Beschreiben Sie die Auswirkungen. Ist der Motor für die Sternschaltung ausgelegt (Brücken am Motorklemmbrett waagrecht), so darf an unserem Netz (230/400 V) jede einzelne Wicklung nur 230 V erhalten. Wird der Motor jedoch versehentlich in Dreieck betrieben, so erhält jede einzelne Wicklung 400 V (Strangspannung bei Dreieckschaltung). die Motorwicklung erhält eine zu hohe Spannung, der Strom steigt über Nennstrom an und die Wicklungen brennen durch, der Motor wird zerstört. c) Der Motor ist für Dreieckschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Stern geschaltet. Beschreiben Sie die Auswirkungen. Ist der Motor für Dreieckschaltung ausgelegt (Brücken am Motorklemmbrett senkrecht), so muss jede einzelne Wicklung 400 V erhalten. Wird der Motor versehentlich in Sternschaltung bei seiner Nennlast betrieben, so erhält die Ständerwicklung eine zu kleine Spannung. Da die Drehzahl nicht von der Spannung abhängig ist, hat dies keine Auswirkung auf die Drehzahl. Das Drehmoment ändert sich jedoch mit dem Quadrat der Spannung, so dass bei verkleinerter Spannung ein kleineres Drehmoment vorliegt. Der Motor kommt nicht aus dem Stillstand heraus, er nimmt den Einschaltstrom auf. Dieser Strom ist größer als der Nennstrom und der Motor wird trotz kleinerer Spannung einen zu großen Strom aufnehmen. Der Motor wird warm und die Wicklungen würden mit der Zeit zerstört. Information Sternschaltung Dreieckschaltung Symbol Y Δ Strangspannung U UStr = U U Str = 3 Strangstrom IStr = I I = Str I 3 Scheinleistung für einen Strang S Str U = I 3 S Str U = I 3 Gesamtscheinleistung U U S = 3 I S = 3 I 3 3 zugeführte Leistung P1= 3 U I cosϕ Festo Didactic GmbH & Co. KG

30 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 5. Das Prinzip des Drehstrommotors Beschreiben Sie, wie beim Drehstrommotor die Drehbewegung des Ankers zustande kommt. Wird die im Ständer des Drehstrommotors befindliche Wicklung von einem Drehstrom durchflossen, so erzeugt dieser ein Drehfeld. f 60 Die Drehfrequenz dieses Drehfeldes ergibt sich nach der Formel n =, P n: Drehzahl in min -1, f: Frequenz in Hz, P: Polpaarzahl. Nach dieser Formel ist die höchste Drehfrequenz des Feldes an einem 50 Hz-Netz 3000 min -1. Die Leiterstäbe des zunächst noch ruhenden Kurzschlussläufers werden durch das umlaufende Ständerdrehfeld einer Magnetflussänderung ausgesetzt, so dass in den Läuferstäben eine Spannung induziert wird. Diese Spannung bewirkt einen Stromfluss in der kurzgeschlossenen Läuferwicklung. Die stromdurchflossenen Kurzschlusswicklung wird aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, der Läufer beginnt sich zu drehen. Das mit konstanter Drehfrequenz umlaufende Drehfeld nimmt den Läufer mit. Die Drehrichtung des Läufers stimmt mit der Drehrichtung des Feldes überein. Je mehr sich die Läuferdrehzahl der Drehfelddrehzahl nähert, umso geringer wird die Feldänderung. Die im Läufer induzierte Spannung und damit auch der Strom werden kleiner. 6. Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor Beschreiben Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor. Die Läuferdrehfrequenz bleibt hinter der synchronen Drehfelddrehfrequenz zurück. Die Differenz zwischen Läuferdrehfrequenz und Drehfelddrehfrequenz bezeichnet man als Schlupf. Der Motor läuft als Asynchronmotor. Der Schlupf wird meist in Prozent der Drehfelddrehfrequenz angegeben. Bei Nennlast der Motoren liegt der Schlupf zwischen 1 % und 8 %. Die kleineren Schlupfwerte haben Motoren größerer Leistung. 12 Festo Didactic GmbH & Co. KG

31 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 7. Verhalten beim Anlauf Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrom-Asynchronmotors. Der größte Strom fließt im Einschaltaugenblick, d. h. wenn der Läufer noch stillsteht. Dieser Einschaltstrom (Anlaufstrom, Anzugsstrom) beträgt beim Betreiben an der vollen Netzspannung je nach Bauart des Läufers das Vier- bis Achtfache des Nennstromes. Diese hohe Belastung des speisenden Netzes kann zu einer störenden Spannungsabsenkung führen. Aus diesem Grund sind bei größeren Motoren am öffentlichen Netz Anlaufbegrenzungen vorgeschrieben. Für die Anlaufbegrenzung am öffentlichen Netz werden hauptsächlich die Stern-Dreieckschaltung (Schalter oder Schütz) und der Frequenzumrichter verwendet. 8. Drehrichtungsänderung eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer a) Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors ändern lässt. Die Drehrichtung des Drehstrommotors kann durch das Vertauschen von zwei Außenleitern geändert werden. Welche Außenleiter vertauscht werden spielt keine Rolle. b) Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten, wie die Drehrichtung eines Drehstrommotors in der Praxis geändert wird. Die Drehrichtung wird in der Praxis entweder durch einen Wendeschalter oder durch eine Wendeschützschaltung geändert. Festo Didactic GmbH & Co. KG

32 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 9. Abhängigkeit der Drehfrequenz eines Drehstrommotors Information Schaltet man die Wicklung eines Drehstrommotors an das Drehstromnetz, so entsteht ein Drehfeld. Die Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeldes ist abhängig von der Frequenz und der Polpaarzahl der Wicklungen. a) Vervollständigen Sie die Polpaarzahlen und die dazugehörigen Drehfrequenzen. Synchrone Drehfrequenzen für übliche Polzahlen bei einer Frequenz von 50 Hz Polzahl Polpaarzahl Drehfrequenz [min -1 ] b) Beschreiben Sie Möglichkeiten für die Praxis zur Drehfrequenzänderung bei Drehstrommotoren. In der Praxis kann die Drehfrequenz des Drehstrommotors durch Veränderung der Polpaarzahl geändert werden. Hier ist jedoch nur eine stufige Änderung der Drehfrequenz möglich (Polumschaltung durch eine Dahlanderschaltung). Eine elegantere Methode zur Drehfrequenzsteuerung erfolgt durch Änderung der Frequenz. Die Frequenz lässt sich mit Hilfe von Frequenzumrichtern stufenlos einstellen. 14 Festo Didactic GmbH & Co. KG

33 Inhalt Aufgaben und Arbeitsblätter Übersicht Wechselstrommaschinen 3 Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 5 Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei verschiedenen Belastungen 15 Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab 29 Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors 43 Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen 49 Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen: Messung mit der Software DriveLab 59 Festo Didactic GmbH & Co. KG

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35 Übersicht Wechselstrommaschinen Wechselstrommaschinen Transformatoren umlaufende Maschinen Asynchronmaschinen Synchronmaschinen Dreiphasentransformator Einphasentransformator Sondertransformatoren z. B. Streufeldtransformatoren Spartransformatoren Motoren mit Hilfswicklung oder Kondensator Motoren Generatoren Einphasenmaschinen Dreiphasenmaschinen Kurzschlussläufermotor Sondermaschinen z. B. Spaltpolmotor Repulsionsmotor Schleifringläufermotor Sondermaschinen z. B. Linearmotor Kollektormotor Festo Didactic GmbH & Co. KG

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37 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Lernziele Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben, kennen Sie den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer. kennen Sie das Motorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen. kennen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung. kennen Sie den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung. kennen Sie das Prinzip des Drehstrommotors. kennen Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor. kennen Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors. kennen Sie die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor. kennen Sie Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor. Problemstellung Ein Auszubildender in der Lehrwerkstatt erhält vom Ausbilder den Auftrag, einen neu gelieferten Drehstrommotor zu untersuchen und über die Untersuchung ein ausführliches Protokoll anzufertigen. Hinweis Der Motor wird in dieser Aufgabe nicht in Betrieb genommen! Festo Didactic GmbH & Co. KG

38 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Arbeitsaufträge 1. Beschreiben Sie den Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer. 2. Ordnen Sie die einzelnen Angaben in die entsprechenden Felder auf dem Leistungsschild ein. 3. Vervollständigen Sie die Vorgaben für das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und Dreieckschaltung. 4. Beschreiben Sie den Unterschied in der Praxis bei Stern- und Dreieckschaltung. 5. Beschreiben Sie das Prinzip eines Drehstrommotors. 6. Welche Bedeutung hat der Begriff Asynchronmotor? 7. Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors. 8. Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors verändern lässt. 9. Wovon ist die Drehzahl eines Drehstrommotors abhängig und wie lässt sich dieselbe verändern? Arbeitshilfen Fachbücher, Tabellenbücher Auszüge aus Herstellerkatalogen Datenblätter Internet WBT Elektrische Antriebe 1 6 Name: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

39 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 1. Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Schnittbild Bezeichnungen Antriebswelle; Ständerblechpaket zur Aufnahme der Ständerwicklung; Kurzschlussring des Kurzschlussläufers; Ständerwicklung; Klemmenkasten; Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle; Läuferblechpaket des Kurzschlussläufers; Motorklemmbrett für die Schaltung des Motors in Stern oder Dreieck; Lüfter zur Kühlung des Motors; Läuferhaube zur Abdeckung des Lüfters Ordnen Sie den Zahlen im Schnittbild des Motors die Bezeichnungen der einzelnen Bauteile zu. Nr. Bezeichnung Festo Didactic GmbH & Co. KG Name: Datum: 7

40 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 2. Leistungsschild eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer Information Die wichtigsten Kennwerte eines Drehstrommotors sind auf seinem Leistungsschild angegeben Ordnen Sie den Zahlen auf dem Leistungsschild die entsprechenden Kennwerte des Motors zu. Nr. Kennwerte des Motors Name: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

41 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 3. Das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und Dreieckschaltung Information Die Ständerwicklung des Motors ist eine Dreiphasenwicklung und erzeugt das Drehfeld. Die Anfänge und Enden der drei Stränge sind an das Motorklemmbrett geführt, an dem die Stränge entweder in Stern oder in Dreieck geschaltet werden. a) Vervollständigen Sie die Schaltungen der Wicklungen für Stern- und Dreieckschaltung. V1 U2 V1 V2 U2 W2 U1 V2 U1 W1 W2 W1 Sternschaltung Dreieckschaltung b) Zeichen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett für Stern- und Dreieckschaltung ein. U1 V1 W1 U1 V1 W1 U1 V1 W1 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U2 V2 W2 W2 U2 V2 U2 V2 W2 Sternschaltung Dreieckschaltung Festo Didactic GmbH & Co. KG Name: Datum: 9

42 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer c) Welcher Wert auf dem Leistungsschild entscheidet, ob der Motor in Stern- oder in Dreieckschaltung betrieben wird? 4. Unterschied in der Praxis bei Stern und Dreieckschaltung Information Die Ständerwicklung eines Drehstrommotors kann aus einer zwei- oder mehrpoligen Wicklung bestehen. Die drei getrennten Stränge der Wicklung sind um 120 (elektrisch) gegeneinander versetzt angeordnet. Verbindet man die Enden der drei Wicklungsstränge mit einander, so entsteht die Sternschaltung. Wird das Ende eines Stranges jeweils mit dem Anfang des nächsten Stranges verbunden, so entsteht die Dreieckschaltung. a) Tragen Sie in die leeren Spalten die entsprechenden Schaltungen ein (Stern oder Dreieck). Netzspannung Zulässige Strangspannung 400 V 230 V 400 V 230 V 10 Name: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

43 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer b) Der Motor ist für Sternschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Dreieck geschaltet. Beschreiben Sie die Auswirkungen. c) Der Motor ist für Dreieckschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Stern geschaltet. Beschreiben Sie die Auswirkungen. Information Sternschaltung Dreieckschaltung Symbol Y Δ Strangspannung U UStr = U U Str = 3 Strangstrom IStr = I I = Str I 3 Scheinleistung für einen Strang S Str U = I 3 S Str U = I 3 Gesamtscheinleistung U U S = 3 I S = 3 I 3 3 zugeführte Leistung P1= 3 U I cosϕ Festo Didactic GmbH & Co. KG Name: Datum: 11

44 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 5. Das Prinzip des Drehstrommotors Beschreiben Sie, wie beim Drehstrommotor die Drehbewegung des Ankers zustande kommt. 6. Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor Beschreiben Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor. 12 Name: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

45 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 7. Verhalten beim Anlauf Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrom-Asynchronmotors. 8. Drehrichtungsänderung eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer a) Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors ändern lässt. b) Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten, wie die Drehrichtung eines Drehstrommotors in der Praxis geändert wird. Festo Didactic GmbH & Co. KG Name: Datum: 13

46 Aufgabe 1 Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer 9. Abhängigkeit der Drehfrequenz eines Drehstrommotors Information Schaltet man die Wicklung eines Drehstrommotors an das Drehstromnetz, so entsteht ein Drehfeld. Die Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeldes ist abhängig von der Frequenz und der Polzahl der Wicklungen. a) Vervollständigen Sie die Polpaarzahlen und die dazugehörigen Drehfrequenzen. Synchrone Drehfrequenzen für übliche Polzahlen bei einer Frequenz von 50 Hz Polzahl Polzahlpaar Drehfrequenz [min -1 ] b) Beschreiben Sie Möglichkeiten für die Praxis zur Drehfrequenzänderung bei Drehstrommotoren. 14 Name: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG