Lernkontrolle Motoren Zeit 45 Min. 40 40 Pkt. Hinweise Wird nicht benotet! Lösen Sie die Aufgaben auf separatem Papier. Ich wünsche Ihnen viel Erfolg! Aufgabenstellung 1. Wie kann Dreiphasenwechselstrom erzeugt werden? Dreiphasige Wechselspannung wird durch ein rotierendes Magnetfeld (Drehfeld) in 3 um 120 Grad (elektrisch) versetzten Wicklungssträngen induziert. 2. Wie nennt man die Spannung zwischen zwei Aussenleitern? Aussenleiterspannung, verkettete Spannung, Polleiterspannung oder Leiterspannung 3. Wie nennt man die Spannung zwischen einem Aussenleiter und dem Neutraleiter? Strangspannung, Sternspannung oder Phasenspannung 4. Welche beiden Schaltungen sind bei Drehstrom-Verbrauchern möglich? Sternschaltung und Dreieckschaltung 5. In welchem Verhältnis steht die Strangspannung zur Leiterspannung bei Sternschaltung? Strangspannung : Leiterspannung = 1 : Wurzel(3) 6. Vergleichen Sie Leiterspannung und Strangspannung bei Dreieckschaltung. Leiterspannung = Strangspannung 7. Welche Aufgabe hat der Neutralleiter eines Drehstromnetzes bei ungleichmässiger Belastung? Im Neutralleiter fliesst ein Ausgleichstrom. Lernkontrolle Motoren Lsg.doc 1
8. Erklären Sie den Begriff Verkettung! Unter Verkettung versteht man das Zusammenschalten der Stränge in einem dreiphasigen System. Durch das Verketten der Stränge können Übertragungsleitungen eingespart werden. 9. Was versteht man unter einem Vierleiter-Drehstrom-Netz? Ein Vierleiter-Netz ist ein Netz, das von einem Transformator in Sternschaltung gespeist wird. Es enthält ausser den drei Aussenleitern (Phasen) einen Mittelleiter (Neutralleiter, N-Leiter). 10. Erklären Sie die Begriffe Leiterspannung und Strangspannung! Die Leiterspannung U ist beim verketteten Drehstrom die Spannung zwischen zwei Leitern (Aussenleitern). Die Strangspannung U Str ist die an einem Strang auftretende Spannung (Spannung zwischen einem Aussenleiter und dem Neutralleiter). 11. Unter welcher Bedingung kann bei der Sternschaltung auf den Anschluss des Neutralleiters am Verbraucher verzichtet werden? Bei symmetrischer Belastung ist die Summe der Aussenleiterstöme Null, der Neutralleiter wäre stromlos. Beispiel: Drehstrommotoren haben keinen Neutralleiteranschluss der Wicklungen. Bei gleicher Belastung der 3 Phasen (symmetrische Belastung) braucht der Neutralleiter nicht angeschlossen zu werden. 12. Warum sind Niederspannungsnetze meist als Vierleiternetze ausgeführt? Niederspannungsnetze sind wegen der meist unsymmetrischen Belastung Vierleiternetze. Der Neutralleiter führt bei «Schieflast» den Ausgleichstrom. Der Neutralleiter wird in Niederspannungsanlagen meist geerdet und kann für Schutzmassnahmen verwendet werden (PEN-Leiter). Hochspannungsnetze werden meist als Dreileiternetz ausgeführt. 13. Welche Energieumwandlung findet in einem Elektromotor statt? Elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt. 14. Welcher Teil der Maschine wird als Anker bezeichnet? Der Maschinenteil, in dem durch Drehung gegen ein magnetisches Feld elektrische Spannung erzeugt wird. Andere Bezeichnungen für Anker: Rotor, Läufer (Leiterschleife) 15. Welche Aufgabe hat die Erregerwicklung einer elektrischen Maschine? Die Erregerwicklung erzeugt das Hauptmagnetfeld für die Maschine. 16. Welchen Vorteil haben Gleichstrommotoren? Ihre Drehzahl lässt sich in weitem Umfang (einfach) stufenlos einstellen. Sie entwickeln ein hohes Anzugsmoment. Lernkontrolle Motoren Lsg.doc 2
17. Warum benötigt man für grössere Gleichstrommotoren Anlasser? Der Anzugsstrom wäre bei direktem Einschalten zu gross. Im Stillstand des Ankers wird in der Ankerwicklung keine Gegenspannung induziert. Da der Ankerwiderstand sehr klein ist, führt dies zu grossen Anzugsgströmen (10 bis 20mal grösser als der Nennstrom). 18. Erklären Sie die Begriffe Schleifring und Stromwender! Schleifringe sind geschlossene Metallringe. Jeder Schleifring ist mit einem Spulenende verbunden; die Stromzufuhr erfolgt über Kohlebürsten. Stromwender sind in mehrere Lamellen aufgeteilte Schleifringe. Sie werden auch Kollektor oder Kommutator genannt. 19. Eine Leiterschleife dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit in einem homogenen Magnetfeld. Welche Spannungsart wird mit Schleifringen bzw. mit einem Stromwender abgegriffen? In der Leiterschleife wird sinusförmige Wechselspannung induziert. Mit Schleifringen wird diese sinusförmige Wechselspannung abgegriffen. Durch den Stromwender wird die Spannung gleichgerichtet; es entsteht pulsierende Gleichspannung. 20. Erklären Sie die Wirkungsweise eines Gleichstrommotors! In einem Magnetfeld ist eine Leiterschleife drehbar gelagert. Wird die Schleife von Strom durchflossen, so wird sie im Magnetfeld abgelenkt. Der Stromwender erzwingt die jeweils richtige Stromrichtung in der Schleife. Lernkontrolle Motoren Lsg.doc 3
21. Weisen Sie die Begriffe korrekt zu! 1. Ständer mit Jochring und ausgeprägten Polen 2. Erregerwicklung (Hauptwicklung) 3. Läufer (Anker) mit Wicklung 4. Stromwender (Kollektor, Kommutator) 5. Bürstenhalter mit Kohlebürsten 6. Wendpole mit Wendepolwicklung. 22. Wie kann bei einem Gleichstrommotor die Drehrichtung geändert werden? Zur Drehrichtungsänderung kann entweder das Anker- oder das Erregerfeld umgepolt werden. Um eine Unterbrechung des Erregerfeldes während des Betriebs zu vermeiden, wird vorzugsweise das Ankerfeld umgepolt. 23. Ein Gleichstrommotor mit einem Ankerwiderstand von 2 Ohm hängt an einem Netzgerät (Spannung: 50V, Strombegrenzung 40A). Warum wird im unbelasteten Zustand ein Strom von ca. 0,25A und nicht 25A gemessen? Drehender Gleichstrommotor induziert eine Spannung die der des Netzgerätes entgegengesetzt ist, und auch fast gleich gross ist. 24. Welche Gefahr besteht beim unbelastetem Gleichstrom-Reihenschlussmotor? Die Reihenschlussmaschine erzeugt ein hohes Moment. Dieses Moment dient der Beschleunigung des Ankers. Durch den Drehzahlanstieg wird die induzierte Spannung vergrössert, und es kommt zu einer Verkleinerung des Ankerstromes. Damit sinkt aber der Fluss, so dass die Wirkung des Drehzahlanstieges nahezu wieder aufgehoben wird. Der Strom geht dadurch mit zunehmender Drehzahl nur langsam zurück und ebenso das den Anker beschleunigende Moment. Die Drehzahl der Reihenschlussmaschine wächst immer mehr an. Der Strom würde bei dieser Maschine erst Null, wenn die Drehzahl den Wert unendlich erreicht hat. Man sagt die Maschine geht durch. 25. Erklären Sie den Aufbau eines Universalmotors! Universalmotoren sind im Prinzip Gleichstrom-Reihenschlussmotoren. Der Ständer ist aber zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten geblecht. Die Erregerwicklung hat zum wechselweisen Betrieb an Gleich- und Wechselspannung verschiedene Anzapfungen. Lernkontrolle Motoren Lsg.doc 4
26. Erklären Sie den prinzipiellen Aufbau eines Drehstrom-Asynchron-Motors! Drehstrom-Asynchron-Motoren bestehen aus einem Ständer (Stator) mit Drehstromwicklung und einem Läufer (Rotor), der meist als Kurzschlussläufer, in Ausnahmefällen als Schleifringläufer ausgeführt ist. Die 6 Spulenanschlüsse der Ständerwicklung sind auf ein Klemmbrett geführt. 27. Erklären Sie die Funktion eines Drehstrom-Asynchron-Motors mit Kurzschlussläufer! Drehstrom-Asynchron-Motoren sind Drehfeldmotoren, sie arbeiten nach dem Induktionsprinzip. Im Ständer wird durch die 3phasige Wechselspannung ein Drehfeld der Drehzahl n s erzeugt. Das rotierende Magnetfeld erzeugt in den Läuferstäben Ströme und damit ein Magnetfeld. Das Ständerdrehfeld zieht das Läuferfeld mit sich; der Läufer dreht sich mit der Drehzahl n. Der Läufer dreht sich langsamer als das Ständerdrehfeld: er läuft asynchron. Drehstrom-Asynchron-Motors haben einen Schlupf s = (n s n)/n s * 100%. 28. Welche Vor- und Nachteile haben Schleifringläufermotoren im Vergleich zu Drehstrom-Asynchron-Motoren mit Kurzschlussläufer? Schleifringläufermotoren bieten über Widerstände im Läuferkreis die Möglichkeit, den Motor mit kleinem Anlaufstrom und trotzdem hohem Anlaufmoment anzulassen. Eine gewisse Drehzahlsteuerung ist ebenfalls möglich. Nachteilig sind der höhere Preis und die notwendige Wartung von Schleifringen und Kohlebürsten. 29. Welche beiden Läuferarten werden für Drehstrom-Asynchronmotoren verwendet? Schleifringläufer und Kuzschlussläufer 30. Welcher Vorteil hat der Kurzschlussläufermotor gegenüber dem Schleifringläufermotor nicht? Weniger Blindleistungsaufnahme Weniger Wärmeverluste x Günstigere Anlaufbedingungen Verwendung in explosionsgefährdeten Räumen Einfachere Wartung 31. Welchen Vorteil hat der Schleifringläufermotor gegenüber dem Kurzschlussläufermotor nicht? x Störungsfreier Betrieb Verwendbarkeit als Drehtransformator Verwendbarkeit als Frequenzumformer Drehzahlsteuerung durch Schlupfänderung Günstigere Anlaufbedingungen Lernkontrolle Motoren Lsg.doc 5