Fachbereich Mechatronik und Elektrotechnik Labor Elektrische Antriebstechnik Versuch EM-1FZ: Drehstrom-Käfigläufermotor

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1 Labor Elektriche achinen (E) Fahrzeugtechnik Fachbereich echatronik und Elektrotechnik Labor Elektriche Antriebtechnik Veruch E-1FZ: Drehtrom-äigläuermotor Datum: Semeter: Gruppe: Protokoll: Vortetat: Bericht: itberichter: Endtetat: Datum: 1. Einührung Eratzchaltung I 1 R 1 jx 1σ jx R 2 / I 2 2σ R 2 I 2 I 0 U 1 I Fe I µ R Fe U i jx h R 2 (1-)/ Die Eratzchaltung gilt ür einen Strang de Drehtrom-äigläuermotor. Die dem etz entnommene Drehtromleitung lät ich berechnen mit P = 3 U I coϕ oder mit P = U I coϕ urzchluveruch 1 3 Beim urzchluveruch (blockierter Rotor und reduzierte Spannung) wird neben den tromabhängigen Verluten da Anlaumoment de otor gemeen. Die ennlinie I k (U) zeigt bei kleinen Spannungen einen linearen Verlau, der ich bei chwach geättigten achinen bi zum Anlegen der Bemeungpannung ortetzt. Um die Wicklung nicht durch zu hohe Ströme zu geährden, ührt man bei olchen achinen den urzchluveruch bei relativ niedrigen Spannungen durch. Der urzchlutrom und die augenommene Leitung bei Bemeungpannung und Vernachläigung der Sättigung errechnen ich wie olgt zu L L Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 1

2 I U U = I P = P U ; U 2 it Hile diee Strome lät ich auch da Anzugmoment A ür Bemeungpannung berechnen. Der otor nimmt im urzchlu an Bemeungpannung olgende Leitung au: P = P + P Cu1 Cu2 Die Stromwärmeverlute der Ständerwicklung laen ich durch eung de Strangwidertande und de Strangtrome berechnen, o da damit die Stromwärmeverlute der Läuerwicklung bekannt ind und omit die Dreheldleitung im urzchlu. Für da Anlaumoment bei Bemeungpannung gilt daher ippmoment A = P 3 I ω S 2 1 R 1 = P ω D S Um die Wicklung wegen der hohen Ströme nicht zu geährden, ührt man die eung de ippmomente ebenall bei reduzierter Spannung durch. Bei verminderter Spannung wird der otor o lange belatet, bi da ippmoment überchritten wird. Lineare Verhältnie voraugeetzt, ergibt ich ür da ippmoment bei Bemeungpannung U = 2 U Betriebkennlinien bei etzbetrieb I/I / η coϕ 1,0 η coϕ 0,5 I/I / 0,5 1,0 P2 /P Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 2

3 Für U = U erhält man die obentehenden Betriebkennlinien. Im Arbeitbereich zwichen Leerlaudrehzahl ( n S ) und Bemeungdrehzahl n zeigt der Aynchronmotor genauo wie der permanent- oder remderregte Gleichtrommotor da ogenannte ebenchluverhalten. In dieem Bereich gilt P = 2 und näherungweie P Betriebkennlinien bei Umrichterpeiung Steuerkennlinie de Umrichter U Φ = kont. Φ 1/ U Drehmoment-Drehzahl-ennlinien Die ennlinie U = () bezeichnet man al Steuerkennlinie de Umrichter. an erhält ie, wenn man den Umrichter ohne Belatung betreibt und die Spannung in Abhängigkeit der Frequenz mit. Um den otor mit kontantem Flu Φ betreiben zu können, werden im unteren Stellbereich Spannung U und Frequenz proportional zueinander vertellt. Dieen Stellbereich nennt man Proportionaloder Spannungtellbereich. Sobald die Bemeungpannung U erreicht it, wird nur noch die Frequenz bei kontanter Spannung U erhöht. Da in dieem Bereich die Höhe de magnetichen Felde mit zunehmender Frequenz abnimmt, pricht man vom Feldtellbereich. Der otor wird über einen ogenannten Spannung-Zwichenkrei-Umrichter mit variabler Spannung und Frequenz gepeit Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 3

4 = () Einhüllende ippmoment 2 1 Einhüllende zuläige Dauerdrehmoment Spannungtellbereich Φ = Φ Feldtellbereich U = U {0; } > U {0; U } Φ {Φ ; Φ min } U = U / Φ = Φ / I W = I W : n {0; n } n {n ; n max } = ; = kont. = n /n; = (n /n )² n = kont.; kont. ür = kont. n kont; = kont. ür P 2 = kont. P 2 {0; P } P 2 = P P kont = = ~ PD i n = = kont. p Cu2 1 PCu2 = = kont. PD n = ~ p Grenzkennlinien ür Dauerbetrieb bei Fremdbelütung am Umrichter U I W P n n Ebeno wie beim remderregten Gleichtrommotor lät ich beim umrichtergepeiten Aynchronmotor mit äigläuer der Spannungtellbereich mit n {0; n } wegen Φ U/ = kont. deinieren. Sobald die Bemeungpannung U erreicht it, wird nur noch die Frequenz erhöht, wa zu einer Feldchwächung ührt Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 4

5 2. Veruchaubau Leitungmekoer L1 eung U, I, P L2 L3 Frequenzumrichter Frequenz Schaltgerät _ + 1 Hz U V W U 1 V A S1 S2 eung U 1, I 1, P 1 Leitungmekoer A1 Veruchmotor 3 ~ G F2 F1 A F = / h 0000 n Lat Anmerkung: Bei etzbetrieb dar nur Schalter S1 und bei Umrichterbetrieb nur Schalter S2 eingechaltet ein!!! Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 5

6 3. eungen Die Betriebkennlinien eine Drehtrom-äigläuermotor ind owohl bei etz- al auch bei Umrichterpeiung auzunehmen. 3.1 Leitungchild Herteller/achinenart Typ r. V A kw min -1 Hz co ϕ Iol.l. IP I 3.2 Wicklungwidertand R 1U / Ω = R 1V / Ω = R 1W / Ω = ϑ / C = 3.3 Bemeungdrehmoment = 3.4 Anlautrom und augenommene Leitung bei reduzierter Spannung I = A bei U = V P = W bei U = V bei Bemeungpannung U / V = I = I (U /U ) = P = P (U /U ) 2 = 3.5 ippmoment bei reduzierter Spannung A = kg bei U = V l = m = m bei Bemeungpannung U / V = = (U / U)² = 3.6 Betriebkennlinien bei etzbetrieb U = U = 400 V; = = 50 Hz / m P 2 / W I / A P 1 / W co ϕ η Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 6

7 3.7 Steuerkennlinie de Umrichter F / Hz U / V Umrichterbetrieb de äigläuermotor 3.8 Drehzahlkennlinien = (n) = 20 Hz; U = V; I max = I / m = 35 Hz; U = V; I max = I / m = 50 Hz; U = V; I max = I / m = 65 Hz; U = V; P 2max = P / m = 80 Hz; U = V; P 2max = P / m Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 7

8 3.9 Wirkunggrad bei Bemeungbetrieb Augenommene Leitung de Umrichter P 1U = c. P α = Abgegebene Leitung de Umrichter bzw. augenommene Leitung de otor P 2U = P 1 = c. P α = η U = Abgegebene Leitung de otor P 2 =. ω = η = Geamtwirkunggrad η Ge = η. U η = oder η Ge = P 2 / P 1U = 4. Auwertung 4.1 Au 3.4 und 3.5 ind die Werte I /I, A / und / zu betimmen. 4.2 Die Betriebkennlinien I/I ; / ; co ϕ und η = (P 2 /P ) ür etzbetrieb (1.6) ind in ein einzige Diagramm zu zeichnen. 4.3 Die Steuerkennlinie de Umrichter it darzutellen 4.4 Für Umrichterbetrieb ind die ennlinien = (n) in einem einzigen Diagramm darzutellen. 4.5 Ermitteln Sie au den Tabellen 3.8 die Grenzkennlinien U;;P 2 = (n) ür Dauerbetrieb (I = I im Spannungtellbereich bzw. P 2max = P im Feldtellbereich voraugeetzt) Elektriche achinen (E) Veruch E-1FZ Drehtrom-äigläuermotor Seite 8