E-Labor im WS / SS. Versuch Nr. 11 Netze an Sinusspannung konstanter Frequenz. Fakultät II Abteilung Maschinenbau. Gruppe:

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1 Abteilung Maschinenbau im WS / SS Versuch Nr. 11 Netze an Sinusspannung konstanter Frequenz Gruppe: Name Vorname Matr.-Nr. Semester Verfasser(in) Teilnehmer(in) Teilnehmer(in) Professor(in) / Lehrbeauftragte(r): Datum der Durchführung: BITTE ANKREUZEN Messprotokoll Versuchsbericht Vortestat Abschlusstestat

2 konstanter Frequenz Seite 2 von 5 1 Vorbereitung a).berechnen Sie für die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R = 100 Ω und einer Induktivität L = 1,4 H den Scheinwiderstand Z bei f = 50 Hz. Welcher Strom I fließt, wenn eine sinusförmige Wechselspannung von U = 14 V mit f = 50 Hz anliegt? Berechnen Sie den Phasenverschiebungswinkel zwischen Stromzeiger I und Spannungszeiger U und zeichnen Sie ein maßstäbliches Zeigerdiagramm für U, I sowie die Komponenten UR und UL. (Zeiger U in 0 -Richtung zeichnen.) b) Zeichnen Sie für die unter a) gegebenen Werte die Wechselspannung u = f(t) und den Strom i = f(t) in ein maßstäbliches Diagramm (0 t 30 ms). Nullphasenwinkel der Spannung: 0. Literaturangaben: siehe Abschnitt 4 Verwendete Geräte und Bauteile Wechselspannungsquelle f = 50 Hz einstellbar: 2 V V Spannungsmesser für U 1 (Digitalmultimeter) Spannungsmesser für die anderen Werte (Digitalmultimeter) Strommesser (Digitalmultimeter) Spule (N = 600) Spule (N = 300) Eisenkern mit Spannvorrichtung Ohmscher Widerstand 100 Ω Ohmscher Widerstand 50 Ω Ohmscher Widerstand 50 Ω Ohmscher Widerstand 20 Ω Kondensatoren (Nennwert: 32 μf) Schalter Glühlampe 4V / 0,04 A Kennzeichnung

3 konstanter Frequenz Seite 3 von 5 2 Wechselspannungsnetz a) Bauen Sie die Schaltung nach Bild 1 auf. Einschalten der Spannung U 1 erst nach Festlegung und Freigabe durch Versuchsleiter(in)! Wechselspannungsquelle V, 50 Hz A V Iges U1 R1 I1 L S UR1 Uspule R2 I2 R3 R4 UR2 UR3 UR4 Bild 1 R1 = 100 Ω; R2 = R3 = 50 Ω; R4 = 20 Ω; L = Spule (N = 600) mit Eisenkern b) Messen Sie folgende Werte bei geöffnetem Schalter S: Ermitteln Sie mit einem maßstäblichen Zeigerdiagramm durch Addition von UR1 und USpule die Eingangsspannnung U 1. Der Spannungsfall am ohmschen Widerstand der Spule kann dabei vernachlässigt werden. Beginnen Sie mit dem Zeiger für I 1, den Sie mit dem Nullphasenwinkel = 0 zeichnen. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts U 1 in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 500 mm/a; 10 mm/v) c) Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S: U R2 in V U R3 in V U R4 in V Berechnen Sie die Effektivwerte der Ströme I 1 und I 2 aus den gemessenen Werten von U R1 und U R2 und ermitteln Sie mit einem maßstäblichen Zeigerdiagramm durch Addition von I 1 und I 2 den Strom I ges. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts I ges in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 1000 mm/a).

4 konstanter Frequenz Seite 4 von 5 d) Verändern Sie die Schaltung nach Bild 2. Einschalten der Spannung erst nach Freigabe durch Versuchsleiter(in)! Wechselspannungsquelle V, 50 Hz A V Iges U1 S R1 I1 L UR1 Uspule R2 I2 C1 C2 UR2 UC Bild 2 R1 = 100 Ω; R2 = 50 Ω; C1 = 32 μf; C2 = 32 μf; L = Spule (N = 600) mit Eisenkern e) Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S: U R2 in V U C in V Zeichnen Sie (Zeigerlängen = mit dem Multimeter gemessene Werte), beginnend mit dem Spannungszeiger U 1 in 0 -Richtung, die Zeiger U R1 und U Spule für den linken Zweig sowie die Zeiger U R2 und U C für den rechten Zweig in ein gemeinsames Zeigerdiagramm. (Maßstab: 10 mm/v). Hinweis: Konstruktion der Dreiecke (Maschenregel!) aus den 3 Seiten. Berechnen Sie die Effektivwerte der Ströme I 1 und I 2 aus den gemessenen Werten von U R1 und U R2, zeichnen Sie die zugehörigen Zeiger lagerichtig in das Diagramm der Spannungen ein und ermitteln Sie durch Addition von I 1 und I2 den Strom Iges. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts I ges in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 1000 mm/a)

5 konstanter Frequenz Seite 5 von 5 3 Transformator Die beiden Spulen auf dem U-Kern bilden einen Transformator. Zeichnen Sie eine Schaltskizze mit Wechselspannungsquelle, Transformator und Glühlampe als Verbraucher entsprechend der Beschreibung zum nachstehenden Versuchsaufbau a). a) Der Umschalter am Ausgang der Wechselspannungsquelle wird auf 8 V gesteckt. Die Spule 1 mit 600 Windungen wird mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Die Glühlampe wird an die Spule 2 mit 300 Windungen angeschlossen. Messen Sie die Spannung U 1 an der Spule 1 und die Spannung U 2 an der Glühlampe. U 1 in V U 2 in V b) Der Umschalter am Ausgang der Wechselspannungsquelle wird auf 2 V gesteckt. Die Spule 2 mit 300 Windungen wird mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Die Glühlampe wird an die Spule 1 mit 600 Windungen angeschlossen. Messen Sie die Spannung U 1 an der Spule 2 und die Spannung U 2 an der Glühlampe. U 1 in V U 2 in V c) Für einen idealen Transformator gilt: Die Spannungen an den Spulen verhalten sich wie die Windungszahlen. Warum weichen die Messergebnisse unter a) und b) hiervon ab? Antwort (Stichworte): d) Welche Bedeutung haben Transformatoren in der elektrischen Energieversorgung? Antwort (Stichworte): 4 Literatur [1] Constantinescu-Simon, L. (Hrsg.): Handbuch Elektrische Energietechnik. Grundlagen, Anwendungen. 2. Auflage. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg 1997 (Insbesondere: 2.12 und 2.14) [2] Flegel, Birnstiel, Nerreter: Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik. 8. Auflage. München: Hanser 2004 [3] Linse, Fischer: Elektrotechnik für Maschinenbauer. Grundlagen und Anwendungen. 11. Auflage. Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden: Teubner 2002