Versuch EME 3. (Praktikum)

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1 FH Stralsund Fachbereich Elektrotechnik Praktikum im Fach Elektrische Maschinen EME 3 (Praktikum) Drehstrom-Asynchronmaschine I sziel: Kennenlernen der Wirkungsweise eines Drehstrom-Asynchronmotors. Aufnahme von Drehzahl-Drehmomentenkennlinien mit Hilfe eines Gleichstrom-Pendelgenerators.

2 2. svorbereitung - Typische Einsatzgebiete und Bedeutung der Drehstrom-Asynchronmaschine - Aufbau einer Drehstrom- Asynchronmaschine mit Kurzschluß- bzw mit Schleifringläufer - Entstehung und Beschreibung des Drehfeldes - Drehfeld bei ein- und mehrpolpaariger DAM - Spannungsinduktion in den Ständer und Läuferwicklungen - Einsträngiges Ersatzschaltbild - transformiertes einsträngiges Ersatzschaltbild - Drehmomentenentwicklung, Schlupfgleichung, Kippschlupf, Kippmoment - Betriebszustände der DAM (s-m-kennlinie) - Betriebskennlinien der DAM - n-m-kennlinien der DAM - Verfahren zur Verringerung des hohen Anlaufstromes der DAM - Möglichkeiten der Drehzahlstellung bei DAM (n-m-kennlinien) - Möglichkeiten des Abbremsens von DAM 3. Kolloquiumsfragen 3.1. Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise einer DAM! 3.2. Wie begründen sich die Schaltungsmöglichkeiten der Wicklungsstränge, wie sind Anwendung und Auswirkung? 3.3. Wie ist die Wirkung eines Hochstabläufers zu erklären? 3.4. Welche Forderungen ergeben sich aus dem Problem Anlauf-Lastmoment? 3.5. Welchen Einfluß hat der Schlupf s auf das Verhalten der DAM, wovon ist er abhängig und wie kann er berechnet werden? 3.6. Geben Sie Beispiele für die Drehzahlstellung an, erläutern Sie deren Auswirkungen auf die n-m- Kennlinie und den Wirkungsgrad! 3.7. Welche Möglichkeiten der Bremsung einer DAM kennen Sie? 3.8. Nennen Sie Beispiele für die praktische Anwendung von DAM und den möglichen Leistungsbereich! Nennen Sie Vor- und Nachteile! 3.9. Übungsaufgabe (schriftlich): Ein DAM besitzt ein Kippmoment von M K = 25,2 Nm bei einem Kippschlupf s K = 0,164 a) Wie groß ist das Anlaufmoment M A? b) Berrechnen Sie Nennmoment und Nennschlupf, wenn M K /M N = 1,36 ist! c) Wie groß ist die Nennleistung, wenn die Nennfrequenz f N = 50 Hz und die Polpaarzahl p = 3 betragen? d) Die Drehmoment-Schlupf- Kennlinie [M = f(s)] ist zu berechnen und zu zeichnen!

3 4. saufgaben 4.1. saufbau R L = 1 x ,3 Ω (40Ω//40Ω//40Ω + 60Ω//60Ω//60Ω + 60Ω//60Ω//60Ω) / 15 A + 1 x Ω / 0, A R 2Z = 3 x Ω / 13 A R m = 3 x 10 kω 4.2. Durchzuführende e Im wird ein Asynchronmotor mit Schleifringläufer benutzt. Er arbeitet mit kurzgeschlossenen Schleifringen wie ein A- synchronmotor mit Kurzschlußläufer. Bei Dreieck-Schaltung des Motors ist die Eingangsspannung mittels Stelltransformator auf 220 V zu verringern! Die Belastung erfolgt durch einen Gleichstromgenerator mit Lastwiderstand. Die elektrische abgegenene Leistung P G =I G G der Gleichstrommaschine plus die im Anker der Gleichstrommaschine umgesetzten Stromwärmeverluste P vwa = R a I a 2 plus die gesamten Reibungsverluste Prges plus den Bürstenübergangsverlusten P vü = B I a ( B 2 V) werden bei Vernachlässigung der in der Gleichstrommaschine auftretenden Eisen- und Zusatzverluste als Maß für die mechanisch an der Welle des Asynchronmotors abgegbene Leistung P mech eingesetzt: P mech P G + P vwa + P rges + P vü Damit wird P mech M mech = 2πn. Als Messgerät dient das dreiphasige Leistungsmessgerät CVK. Als Belastungsmaschine dient die Gleichstrommaschine mit ohmscher Last (3 x 33 Ω/ 11 A parallel). Der Belastungsstrom wird dabei mittels Änderung des Erregerstromes der Gleichstrommaschine eingestellt.

4 Belastungsversuch bis I 1 = 1,5 I 1N und 12 = 12N = const.in Y-Schaltung: Kurzschlußläufer. Meßwerttabelle Belastungsversuch ASML in Y-Schaltung und als Kurzschlußläufer bei 12 = 12N I 1 P 1ges cos ϕ 1ges M Pendel n 4, A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 A 11 A 13 A Belastungsversuch bis I 1 = 1,5 I 1N und 12 = N = const. in Y-Schaltung: Kurzschlußläufer. Meßwerttabelle Belastungsversuch ASML in Y-Schaltung und als Kurzschlußläufer bei 12 = N I 1 P 1ges cos ϕ 1ges M Pendel n 2, A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 A 11 A 13 A

5 Belastungsversuch bis I 1 = 1,5 I 1N und 12 = 12N = const.in Y-Schaltung, jedoch als Schleifringläufer mit einem dreipoligen ohmschen Widerstand im Läuferkreis. Meßwerttabelle Belastungsversuch ASML in Y-Schaltung und als Schleifringläufer bei 12 = 12N I 1 P 1ges cos ϕ 1ges M Pendel n 3, A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 A 11 A 13 A Belastungsversuch bis I 1 = 1,5 I 1N und 12 = 12N = const.in Y-Schaltung, jedoch als Schleifringläufer mit einem erhöhten dreipoligen ohmschen Widerstand im Läuferkreis. Erhöhen Sie den Läuferzusatzwiderstand durch 3 mdrehungen nach rechts! Meßwerttabelle Belastungsversuch ASML in Y-Schaltung und als Schleifringläufer bei 12 = 12N I 1 P 1ges cos ϕ 1ges M Pendel n 3, A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 A 11 A 13 A Erniedrigen Sie den Läuferzusatzwiderstand durch 3 mdrehungen nach links!

6 Aufnahme charakteristischer Werte für das Kreisdiagramm des Drehstrommotors Leerlaufpunkt Schalten Sie den Motor als Kurzschlußläufer. Lassen Sie die Gleichstrommaschine über die entsprechenden Schaltgeräte, dem Stelltrafo und dem Gleichrichter langsam an. Überzeugen Sie sich, das die Drehrichtung mit der des Asynchronmotors übereinstimmt. (Eventuell die Gleichstrommaschine wieder vom Netz trennen und zur Überprüfung die Asynchronmaschine kurz anlassen.) Schalten Sie die Gleichstrommaschine wieder vom Netz. Lassen Sie die ASM mit Nennspannung anlaufen. Schalten Sie die gleichsinnig umdrehende GM wieder an das Netz und steigern Sie deren Drehzahl solange, bis Sie die synchrone Drehzahl der ASM erreicht haben. Messen Sie 0, P 0, I 0, cos ϕ 0. Drehen Sie die Stelltrafos für die GM und die ASM wieder auf 0 Volt zurück und schalten beide Maschinen vom Netz. Meßwerttabelle Leerlaufsversuch ASML in Y-Schaltung und als Kurzschlußläufer I 0 0 P 0 cos ϕ Kurzschlußpunkt Schalten Sie die GM so, daß die Drehrichtung entgegengesetzt zur Drehrichtung der ASM ist. Lassen Sie die GM mit kleiner Spannung (6 Volt) laufen. Schalten Sie die ASM an deren Stelltrafo und erhöhen Sie die Spannung in Abhängigkeit vom Ständerstrom bis auf einen Wert des Ständerstroms von. Lesen Sie dabei zügig K, I K, P K und cosϕ K ab. Stellen Sie abschließend alle Trafos wieder auf 0 Volt und schalten Sie dann alle Maschinen vom Netz. Meßwerttabelle Leerlaufsversuch ASML in Y-Schaltung und als Kurzschlußläufer I K K P K cos ϕ K Messen Sie die Strangwiderstände der Ständerwicklung der ASM sowie den Widerstand der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine. Meßwerttabelle Ermittlung der Wicklungswiderstände R 1 R 1V R 1W R AG

7 4.3. sauswertung Zeichnen Sie in einem Diagramm aus dem und : I 1, P, cos ϕ 1ges, = f(m Pendel )! Zeichnen Sie in einem Diagramm aus dem und : I 1, P, cos ϕ 1ges, = f(m Pendel )! Zeichnen Sie in einem weiteren Diagramm aus den en bis die Funktion n = f(m Pendel ) sowie in einem weiteren Diagramm aus den oben genannten en die Funktion s = f(m Pendel )! Für die e bis ist der Verlauf von n = f(m mech ) und n = f(m Pendel ) grafisch darzustellen und zu vergleichen! Die Wertetabelle für M mech ist anzugeben! Erstellen Sie aus den Meßwerten des es das vollständige Kreisdiagramm der Asynchronmaschine. Vermerken Sie in dem Diagramm die Nennpunkte der Maschine. Geben Sie aus dem Kreisdiagramm die charakteristischen Werte (Drehzahl, Schlupf, mechanische Leistung, Moment, Ständerstrom, cos ϕ) der ASM bei 2/3 und 3/2 Nenndrehmoment an! Ermitteln Sie das Anlauf- sowie das Kippmoment und den Kippschlupf der ASM. Hinweis: mrechnung der Kurzschlußmeßergebnisse auf die Nennspannung: I K = IK,, PK P = K, 2 2, Ma = M Die Diagramme sind schriftlich zu diskutieren! 5. seinrichtung Als sobjekt steht ein Maschinensatz zur Verfügung, bestehend aus Drehstrom-Asynchronmaschine Typ SMR 132 M4 1 = /Y 220/380 V 2 = 160 V Y I 1 = 15/8,7 A I 2 = 15,5 A P = 4,0 kw n = 1440 min -1 cos ϕ = 0,84 M K /M N = 2,9 und Gleichstromgenerator Typ GPF p 5n = 220 V - 4 V I = 22,7 A P = 5,0 kw - 0,091 kw n = 1500 min min -1 sowie Tachogenerator Typ = 100 V I = 0,02 A n = 1500 min-1 Weiterhin sind am Laborplatz ein Dreiphasen-Stelltransformator, ein Stroboscope sowie erforderliche Meßgeräte und Widerstände vorhanden.

8 6. Literaturverzeichnis 6.1. Müller, G.: Elektrische Maschinen - Grundlagen, Aufbau und Wirkungsweise Berlin: Verlag Technik 1989 (6. Auflage) 6.2. Müller, G.: Elektrische Maschinen - Betriebsverhalten rotierender elektrischer Maschinen Berlin: Verlag Technik 1990 (2. Auflage) 6.3. Philippow, E.: Taschenbuch der Elektrotechnik Bd. 5 Berlin: Verlag Technik 1988 (8. Auflage) 6.4. Fischer, R.: Elektrische Maschinen München, Wien: Carl Hanser Verlag 1989 (7. Auflage) Springer - Verlag Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo 1987 (6. Auflage)