Praktikum Elektrische Maschinen und Antriebe. Versuch: Asynchronmotor - Schleifringläufer

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1 Pratium Eletriche achinen und Antriebe Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Gruppe Gruppe 3 ame Veruchdurchführung am Abgabe am Blattzahl (inl. Decblatt): 17

2 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen 1. Veruchvorbereitung 1.1 Aufgaben a) Frequenz f L der Läuferpannung in Abhängigeit de Schlupfe. Eletriche Vorgänge im Läufer laufen mit Schlupffrequenz ab. Damit folgt für die Frequenz f L der Läuferpannung in Abh. de Schlupfe : f L f f S : Frequenz de peienden etze b) Definition de Übertragungverhältnie ü Eratzchaltbild für einen Strang: Da Übertragungverhältni ü it definiert al: E 1h ü E h Still tan d E E 1h h Für offene Schleifringe (I ) und vernachläigbaren 1 und X 1σ gilt näherungweie: ü U U1 1) ( Gruppe 3 Seite von 17

3 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen c) Sizze der Bechaltung der Schleifringe eine Schleifringläufer mit Läufervorwidertänden Wiclungwidertand Wert der Vorwidertände V d) Für einen Schleifringläufermotor it der Kippchlupf bei urzgechloenen Schleifringen mit dem Wert, angegeben. Wie groß müen die jeweiligen Läufervorwidertände V im Verhältni zu gewählt werden, damit der Kippchlupf bei,5 bzw. 3 1, liegt? Für den Kippchlupf gilt bei urzgechloenen Schleifringen: ( ± ) durch die Bechaltung mit Läufervorwidertand ann der σ X Läuferwidertand erhöht werden. Damit erhält man: + V σx + V + σx V V + V 1 V für,5 folgt damit:,5 3 1, für 3 1,: V 1, 1 4, Gruppe 3 Seite 3 von 17

4 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen e) Qualitative Verläufe der Schlupf-/Drehmoment-Kennlinien für die unter d) angegebenen Schlupfwerte. m ns n it der Kloßchen Formel: und dem Schlupf m ns + folgt für die obigen Werte für in der Schlupf-/Drehmoment Kennlinie: m / m 1, 1 1,5,,8,6,4,,,4,6,8 1 1, 1,8,6,4, n/n,: 1,4, m / m,38,8 1,5: 1,5, m / m,8 1,69 1: 1,6, m / m 1,88,38 Gruppe 3 Seite 4 von 17

5 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen m/ m 1,5 1 1,5,,5 -,75 -,5 -,5,5,5,75 1 1,5 1,5 1,75 n/n -,5-1 -1,5 Gegentrombrembetrieb motoricher Betrieb Generatorbetrieb. achinendaten / Grenzwerte Vom Typenchild der achine werden folgende Kenndaten abgeleen: U 4 V (ennpannung) co(ϕ),8 n 145 1/min (enndrehzahl) P 5,5 W (ennleitung) I 11,5 A (enntrom) Schaltart: Stern Da ennmoment der achine ergibt ich damit au: P P π n 36, m π n Für den ennwirunggrad der achine ergibt ich: P P η,84 ˆ 84 % P 3 U I coϕ eletr, Die Polpaarzahl Z p der achine it: Z p Gruppe 3 Seite 5 von 17

6 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen Gruppe 3 Seite 6 von 17 Da die enndrehzahl n 145 1/min beträgt ann die ynchrone Drehzahl nur n S 15 1/min betragen, wa bei f 5 Hz eine vierpolige achine ein mu. Der Kippchlupf der achine ergibt ich mit der Angabe au dem Hertellerdatenblatt 3,4 : Die Kloßche Formel m m + nach aufgelöt: ± ± , m m m m m m m m m m m m m m it eingeetzten enngrößen erhalten wir: ennchlupf: 33, S S n n n ( ) ±,5, 1 3,4 3,4,33 1, Da der Kippchlupf größer al der ennchlupf ein mu, it nur der erte Wert technich innvoll. Damit folgt für den Kippchlupf:,

7 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen. Veruchdurchführung Veruchaufbau: OP 7 Sollwertvorgabe.1 achine in Betrieb nehmen Zunächt wird der tatiche Offet der Drehmomentmeeinrichtung betimmt. E ergibt ich: Off,1 m Die achine wird über die Spannung U8 (etzpannung dreiphaig 4 V) verorgt. Die achine wird in Stern-Schaltung eingechaltet. Für den ich eintellenden Schlupf ergibt ich mit der abgeleenen realen Leerlaufdrehzahl: n 1494 min 1,4 % Gruppe 3 Seite 7 von 17

8 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen. Überetzungverhältni Ständer - Läufer E wird zunächt metechnich da Überetzungverhältni ü de Schleifringläufer betimmt indem die achine bei offenen Schleifringanchlüen mit 3 V Ständerpannung (Spannungquelle U7) betrieben wird. Der Ständer it im Stern verchaltet. U U Stände U Läufer V W V Am ultimeter gemeen für U Ständer 3 V: E ergibt ich: U Läufer 13,6 V U ü U Ständer Läufer, Da Überetzungverhältni ann auch ohne eung anhand der Windungzahlen und Wiclungfatoren betimmt werden. E ergibt ich dann: ξ1w ü ξ w 1 ξ 1 : ξ : w 1 : w : Wiclungfator der Ständerpulen Wiclungfator der Läuferpulen Windungzahl der Ständerpule Windungzahl der Läuferpule Oder, da die Werte der Windungzahlen chwer zu ermitteln ind, eine andere öglicheit durch Angaben auf dem Typenchild: Bei dieer achine für Verchaltung de Ständer im Stern mit U Ständer 4 V it auf dem Typenchild angegeben: Läuferpannung U Läufer 17 V. Damit folgt für da Überetzungverhältni: U ü U Ständer Läufer 4 V 17 V,35 Gruppe 3 Seite 8 von 17

9 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen E ergibt ich hier erwartunggemäß näherungweie der gleiche Wert wie au der eung..3 Schlupfanhängige Läuferfrequenz und Läuferpannung un wird die Frequenz der induzierten Läuferpannung de Schleifringläufer für unterchiedliche Drehzahlen betimmt. Die AS wird dazu mit einer Ständerpannung von 3 V in Y Schaltung betrieben (Spannungquelle U7). E it darauf zu achten, da die mechaniche Drehrichtung und die Drehrichtung de Läuferdrehfeld gleichinnig ind. U Läufer E ergibt ich folgende etabelle: n / 1/min f / Hz Zuätzlich wird für diee Drehzahlen der Effetivwert der induzierten Läufertrangpannung ermittelt. Die AS wird dabei wie oben betrieben. Hier ergeben ich folgende ewerte: n / 1/min U Läufer / V 13,8 1,4 11, 5,5,8 Für n ergibt ich wieder der chon vorher ermittelte Wert für die Läuferpannung. Trägt man die ewerte jeweil in ein Diagramm ein o erhält man: Gruppe 3 Seite 9 von 17

10 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen f L f() f L / Hz ,,4,6,8 1 1, U Läufer f() U/V ,,4,6,8 1 1, Gruppe 3 Seite 1 von 17

11 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen Hier betätigen ich die Gleichungen au der Vorleung. Eletriche Vorgänge im Läufer laufen mit Schlupffrequenz ab: f f L 1 f 1 : Ständerfrequenz 5 Hz Die Frequenz der induzierten Spannung ergibt au der Frequenz de ich ändernden B- Feld im Läufer, alo mit Schlupffrequenz. Im Stilltand ( 1) wird die achine wie ein Tranformator betrieben. Für die Frequenz der induzierten Spannung ergibt ich damit die Frequenz der etzpannung. Die Indutionvorgänge im Läufer laen ich diret proportional zur Schlupffrequenz bechreiben: U1 E h E h U L U L ( 1) ü Läuft die achine mit idealer Leerlaufdrehzahl n S, da heißt Schlupf, o tritt im Läufer eine B-Feldänderung mehr auf und e wird damit nach dem Indutiongeetz eine Spannung mehr induziert. Im Stilltand ( 1) tritt die maximale Feldänderung auf und e wird omit die maximale Spannung induziert..4 Anlaen de Schleifringläufer Zunächt werden hier mit dem ultimeter der Läuferwidertand und die Läufervorwidertände V in den Anlatufen 1 bi 5 ermittelt. Wie man an der Sizze ieht it der am ultimeter angezeigte Wert der doppelte Läuferwidertand. Damit erhält man: Am ultimeter abgeleen: 1,3 Ω,65 Ω Schalttufe V / Ω 6,94 3,98,4,8 Kippchlupf K,33 1,4,83,44, Den jeweiligen Kippchlupf erhält man au: V + V + V V : Kippchlupf mit Vorwidertand V Der prinzipielle Verlauf der Kennlinien ergibt ich mit den oben errechneten Werten für den Kippchlupf zu: Gruppe 3 Seite 11 von 17

12 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen m / m 1, 1,8,6,4,,,4,6,8 1 1, n/n un wird die achine nach folgender Veruchizze angechloen und für die verchiedenen Schalttufen der Läufertrom und der Drehzahlverlauf aufgezeichnet. Hier wird die Spannungquelle U8 (etzpannung: U 4 V) verwendet. U e 1 Ω n It Der Strommewandler wandelt einen Strom durch den Kern mit dem Verhältni 1: um. Dieer Strom fließt über den ewidertand 1 Ω. Der maximal mebare Strom de ewandler beträgt A. Die den Strom führende Leitung it zweimal durch den Kern gewicelt, damit wird ein Strom I von bi 1 A in eine epannung U e von bi 1 V umgewandelt. Gruppe 3 Seite 1 von 17

13 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen a) Schalttufe 1: n Stat 133 min -1 n (t) A I (t) b) Schalttufe : 3 A I (t) n (t) n Stat 1395 min -1 Gruppe 3 Seite 13 von 17

14 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen c) Schalttufe 3: Da höchte Anlaufmoment it hier wiram. Da oment nimmt aber zu höheren Drehzahlen dann chnell ab. 6 A n (t) n Stat 1437 min -1 I (t) d) Schalttufe 4: n (t) n Stat 147 min -1 1 A I (t) Gruppe 3 Seite 14 von 17

15 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen e) Schalttufe 5: n Stat 148 min A n (t) I (t) Wie vorher ieht man auch hier, da mit teigender Drehzahl die Frequenz de Läufertrom abnimmt. Da wie vorher ermittelt auch die induzierte Spannung abnimmt, nimmt auch der Läufertrom ab. it zunehmender Schalttufe (abnehmender Läufervorwidertand) int die Anlaufzeit und der Läufertrom teigt. Wie man an den Drehzahlverläufen ieht, nimmt da otormoment und damit die Bechleunigung de Antrieb für höhere Drehzahlen ab. Im realen Leerlauf wiren noch eibmomente, o da die Drehzahl nicht die ynchrone Drehzahl erreicht, e wird dehalb noch eine Spannung induziert und e fließt ein geringer Läufertrom, da noch ein otormoment entprechend dem eibmoment aufgebaut werden mu (iehe Graphen für Stufe 1). Die tationäre Drehzahl teigt etwa mit der Schalttufe, da immer noch ein eibmoment wirt. m,6,5,4 V,3,,1,7,8,9 1 1,1 n/n ideale Kennlinien Gruppe 3 Seite 15 von 17

16 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen.5 Drehzahlteuerung de Schleifringläufer Die achine wird hierzu mit einer reduzierten Ständerpannung von 3 V (Y-Schaltung) betrieben. Für die unterchiedlichen Schalttufen de Anlaer werden nun die latabhängigen tationären Drehzahlen betimmt. E ergibt ich folgende etabelle: / m 4 6 n / 1/min Stufe n / 1/min Stufe n / 1/min Stufe n / 1/min Stufe n / 1/min Stufe Trägt man die ewerte in ein Diagramm ein o ergibt ich: / m 7 6 Stufe 1 Stufe Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5 5 V n / min -1 Für die Drehzahl in Abhängigeit von der Schalttufe ergibt ich: Gruppe 3 Seite 16 von 17

17 Veruch: Aynchronmotor - Schleifringläufer Pratium Eletriche achinen 16 n / min L m L m L 4 m 6 4 L 6 m Schalttufe Gruppe 3 Seite 17 von 17