Übung 6 Gleichstrommaschinen 1

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1 niversität Stuttgart Institut für Leistungselektronik und Elektrische ntriebe bt Elektrische Energiewandlung Prof Dr-Ing Parspour Übung 6 Gleichstrommaschinen ufgabe 6 (Permanentmagneterregte Gleichstrommaschine) achfolgend soll das Betriebsverhalten eines permanentmagneterregten Gleichstrommotors für ein Spielzeug untersucht werden Das elektrische Ersatzschaltbild des Motors ist im Bild dargestellt Bild Elektrisches Ersatzschaltbild des permanentmagneterregten Gleichstrommotors Es sind folgende Daten bekannt: terie Spannung 6,0 V Der Innenwiderstand darf vernachlässigt werden Gleichstrommaschine ennspannung 2,5 V enndrehzahl n 6000 min enndrehmoment M 0,7 cm Wirkungsgrad im ennbetrieb 42 % Es dürfen alle Motorverluste, außer den Kupferverlusten im nkerkreis, vernachlässigt werden Die Maschine wird stets im stationären Betrieb betrachtet Übung 6: Gleichstrommaschinen - /6 -

2 Fragen Geben Sie die ennleistung P des Spielzeugantriebs an 2 Wie groß ist der Strom I und die induzierte Spannung i im ennbetrieb Bestimmen Sie den nkerwiderstand 3 Wie groß muss der Vorwiderstand V im nkerkreis sein, damit die nkerspannung ennbetrieb 2,5 V beträgt Welche Verluste P V entstehen dabei im Vorwiderstand V im 4 Beim Einschalten unter Last muss der Motor ein Losbrechmoment von M W 0, 25 cm überwinden Kann der Motor mit Vorwiderstand an der terie von selbst anlaufen 5 lternativ zum Vorwiderstand soll ein Tiefsetzsteller (Leistungselektronik) zur Verminderung der teriespannung eingesetzt werden Der Tiefsetzsteller darf als ideal betrachtet werden Wie muss der Modulationsgrad m des Tiefsetzstellers zur Einstellung der Motorspannung von 2,5 V eingestellt werden Wie verändert sich das nlaufdrehmoment M St des Motors 6 Vergleichen Sie den Wirkungsgrad der nlage im ennbetrieb bei eduzierung der teriespannung mit einem Vorwiderstand (,v ) und einem Tiefsetzsteller (,TSS )! Wie groß ist der teriestrom I in den beiden Fällen Übung 6: Gleichstrommaschinen - 2/6 -

3 ufgabe 62 (Permanentmagneterregte Gleichstrommaschine) Eine permanentmagneterregte Gleichstrommaschine (GM) in einem kku-elektrowerkzeug soll über eine Leistungselektronik (LE) angesteuert werden Das folgende Bild zeigt die prinzipielle nordnung des ntriebsstrangs Bild 2 Prinzipschaltbild des ntriebssystems für ein kku-elektrowerkzeug Die Leistungselektronik arbeitet verlustfrei, d h die aufgenommene Leistung P und die abgegebene Leistung P GM sind gleich groß ( P P GM ) Über den Bedienknopf des Werkzeugs kann die nkerspannung unabhängig von der kkuspannung eingestellt werden Während der Entwicklung wird für den kku folgende Kennlinie gemessen: Bild 3 Kennlinie des kkus Von der Gleichstrommaschine sind folgende Daten bekannt enndrehzahl n 2000 min ennleistung P 50 W enn-nkerspannung 24 V enn-nkerstrom I 8 Die GM soll, mit usnahme der ohmschen nkerverluste, als verlustfrei angenommen werden Übung 6: Gleichstrommaschinen - 3/6 -

4 Fragen: Zeichnen Sie das Ersatzschaltbild des kkus als reale Spannungsquelle und bestimmen Sie die Leerlaufspannung 0 und den Innenwiderstand 2 Wie groß ist die usgangsspannung des kkus in bhängigkeit des usgangsstroms I i Bestimmen Sie die usgangsleistung P des kkus und die im Innenwiderstand i umgesetzte Verlustleistung P V, in bhängigkeit des usgangsstroms I 3 Zeichnen Sie das Ersatzschaltbild der Gleichstrommaschine mit dem nkerwiderstand, der nkerinduktivität L und der induzierten Spannung i 4 Berechnen Sie das abgegebene Drehmoment M und den Wirkungsgrad M der GM im ennbetrieb Wie groß ist der nkerwiderstand im ennbetrieb Bestimmen Sie die induzierte Spannung i Die GM wird während der rbeit mit dem kku-elektrowerkzeug bei einer Drehzahl von n 500 min mit einem Drehmoment von M 500 mm belastet 5 Bestimmen Sie für diesen rbeitspunkt die induzierte Spannung i, den nkerstrom I und die nkerspannung Welche elektrische Leistung P el nimmt die GM in diesem rbeitspunkt auf Bestimmen Sie die insgesamt im kku-elektrowerkzeug auftretenden Verluste P V Übung 6: Gleichstrommaschinen - 4/6 -

5 ufgabe 63 (Fremderregte Gleichstrommaschine) Im nachfolgenden Bild ist das Übersichtsschaltbild eines ntriebssystems, bestehend aus einer fremderregten Gleichstrommaschine (GM) als ntrieb und der rbeitsmaschine (M), dargestellt Bild 4 Übersichtsschaltbild eines ntriebssystems, bestehend aus ntrieb und rbeitsmaschine Vom ntriebssystem sind folgende Daten bekannt: Fremderregte Gleichstrommaschine ennspannung 220 V Leerlaufdrehzahl bei Betrieb mit n0 450 min enndrehmoment M M 72,6 m nkerwiderstand Widerstand der Erregerwicklung 0,5 F 0 rbeitsmaschine ennerregerstrom I F 2 Drehmoment bei Volllast Drehmoment bei Halblast MV MH 72,6 m 36,3 m Fragen Zeichnen Sie das elektrische Ersatzschaltbild der fremderregten Gleichstrommaschine und versehen Sie dies mit Zählpfeilen für die Spannungen und Ströme 2 Wie groß ist die enndrehzahl n und die Drehzahl n H des Motors bei Halblast 3 Wie groß ist der nlaufstrom I,St und das nlaufdrehmoment M St Übung 6: Gleichstrommaschinen - 5/6 -

6 4 Wie groß ist die ennleistung P und der nkernennstrom I 5 Wie groß ist die im nker induzierte Spannung i bei ennbetrieb 6 Wie groß ist die aufgenommene elektrische Leistung P im ennbetrieb 7 Wie groß ist der Wirkungsgrad der Maschine im ennbetrieb Übung 6: Gleichstrommaschinen - 6/6 -