Beuth Hochschule für Technik Berlin Fachbereich VI - Informatik und edien Labor für Automatisierungstechnik, B54 SoSe 211 Elektrische Systeme Labor (ESÜ29) Studiengang Technische Informatik Drehstrom-Asynchronmotor Datum Uhrzeit Versuchsleiter Name Vorname atr.-nr. Teilnahmetestat Protokollabnahme Name Vorname atr.-nr. Teilnahmetestat Name Vorname atr.-nr. Teilnahmetestat Ziel des Versuchs: Untersuchung des Betriebsverhaltens eines Drehstrom-Asysnchronmotors mit Schleifringläufer. Drehzahlsteuerung durch Zusatzwiderstände im Läuferkreis und durch Änderung der Ständerspannung. Vorbemerkungen: Siehe auch Vorlesungsskript Grundlagen elektrischer aschinen" ( Grundlagen der Elektrotechnik 3") S. 59-74 sowie den Abschnitt Drehstrom im Skript Grundlagen der Elektrotechnik! Für Drehstrommotoren ist kennzeichnend, dass sie aus dem speisenden Drehstromnetz durch geeignete Wicklungsanordnungen im Ständer ein umlaufendes agnetfeld (Drehfeld) erzeugt bekommen. Die Umlaufgeschwindigkeit ω d bzw. Drehzahl n d dieses Drehfeldes hängt einerseits von der wicklungsbedingten Polpaarzahl p, andererseits von der Netzfrequenz f 1 ab: = oder 6 f [ ] 1 1 d nd = 2π in min f 2π p ω 1 Die Drehzahl des Drehfeldes kann der Läufer nicht erreichen, weil beim Synchronlauf auf dem Läufer keine Spannung induziert werden kann und damit auch kein Strom und kein Drehmoment möglich ist. Deswegen heißt die aschine auch "Asynchronmotor". Für den Betriebszustand jeder Asynchronmaschine ist das aß der Relativgeschwindigkeit zwischen Drehfeld und Läufer, bezogen auf die Drehfelddrehzahl n d, genannt Schlupf s, wesentlich: nd n s = n d 2 n d - Drehfelddrehzahl (auch n 1 oder n syn ) n 2 - Läuferdrehzahl Für die Drehzahl des Läufers n 2 und die Frequenz f 2 am Läufer gelten: ( 1 s) = f2 = s f1 n2 nd Obwohl der Kurzschlusskäfigläufer den Vorteil hat, keinerlei elektrische Verbindungen mit dem Stator zu benötigen, gibt es bei größeren Leistungen doch eine alternative Läuferart: den Schleifringläufer. Dieser hat eine dreisträngige Wicklung mit Schleifringen, auf denen Bürsten laufen und bei denen der Kurzschluss außerhalb der aschine hergestellt werden kann. Der Sinn des Schleifringläufers liegt u.a. darin, dass der Widerstand des Läuferkreises durch das Einschalten von Zusatzwiderständen verändert werden kann. Dies ist eine ethode des Anlassens und der Drehzahlverstellung. Für eine Drehzahlverstellung kommen bei Asynchronmaschinen außer der oben erwähnten Polumschaltung zur Änderung der Drehfelddrehzahl und der ebenfalls erwähnten öglichkeit, Zusatzwiderstände bei Schleifringläufern einzuschalten, noch öglichkeiten, die durch Ände- p Drehstrom-Asynchronmotor.doc Nur für Lehrzwecke Seite 1 von 6
rungen der dem Stator zugeführten Spannung gekennzeichnet sind. So kann die Drehzahlverstellung durch Änderung der Spannung U 1 bei konstanter Frequenz f 1 (z.b. über einen Drehstromsteller, mäßiger Aufwand) erfolgen, oder durch Änderung von Frequenz f 1 und Spannung U 1 (z.b. über einen Umrichter, großer Aufwand). Diese Verfahren sind dann auch bei Kurzschlusskäfigläufern möglich. Wie sich die unterschiedlichen Verfahren auf das Betriebsverhalten, d.h. auf die Kennlinien n = f() auswirken, wird in den Skizzen dargestellt: R 2zus = 2R 2 s R 2zus = S R = 2 S * R2 + R2 U 1 = U 1N U 1 < U 1N (5 Hz) n d s 1 n nd (3 Hz) f 1 n d (5 Hz) f 1 n Um otoren in Laboratorien und Prüffeldern an der Welle mechanisch zu belasten, ist es üblich sie mit solchen elektrischen aschinen zu kuppeln, die ein bremsendes oment erzeugen können (Gleichstromgeneratoren, Wirbelstrombremsen). Bekanntermaßen können Drehstrom-Verbraucher entweder in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung am Drehstromnetz betrieben werden. So auch Drehstrommotoren! Ergänzen Sie die nachstehenden Skizzen der Ständerwicklungen des otors für Sternschaltung Y Dreieckschaltung Das Klemmenbrett des otors hat das nachstehend skizzierte Anordnungsschema; ergänzen Sie die zugehörigen Verbindungsbrücken! Sternschaltung Y Dreieckschaltung L1 L2 L3 L1 L2 L3 Drehstrom-Asynchronmotor.doc Nur für Lehrzwecke Seite 2 von 6
Aufgabenstellung, Durchführung des Versuchs: 1.) Aufbau des Versuchs nach Schaltbild (Skizze ergänzen!). otor in Dreieckschaltung. 2.) Untersuchung des normalen Betriebsverhaltens des otors: otor in Dreieckschaltung, U 1 = 38V, R 2zus = (Kurzschluss)., I 1, P 1, Q 1 Errechnet werden: P 2, η, cosφ 1 Zur Ermittlung des Drehmoments ist die beigefügte Kennlinie = f (I 2 ) des otorherstellers heranzuziehen. Sie gilt für U 1 = 38 V. Bei anderen Spannungen ist linear umzurechnen! 3.) Untersuchung des otorverhaltens bei geändertem Läuferwiderstand: otor in Dreieckschaltung, U 1 = 38V, R 2zus = Ω 4.) Untersuchung des otorverhaltens bei geänderter Klemmenspannung: otor in Dreieckschaltung, U 1 = V, R 2zus = (Kurzschluss). 5.) Untersuchung des otorverhaltens bei geänderter Ständerschaltung: otor in Sternschaltung, U 1 = 38V, R 2zus = (Kurzschluss). 6.) Übernehmen Sie aus dem otortypenschild die otornenndaten: Auswertung und Darstellung der Ergebnisse: a) zu 2.): Stellen Sie I 1, η und cosφ 1 in Abhängigkeit von P 2 mit geeigneten aßstäben in einem Diagramm dar. b) zu 2.) 3.) 4.) und 5.): Stellen Sie n 2 in Abhängigkeit von mit geeignetem aßstab in einem Diagramm dar. c) Ermitteln Sie aus den otornenndaten die Nenndaten für I 1, η, cos φ 1 und nenn. Geben Sie die erforderlichen Formeln, zugehörigen Zahlenwerte und Einheiten an. Kennzeichnen Sie in den beiden Diagrammen diese Nennpunkte. Drehstrom-Asynchronmotor.doc Nur für Lehrzwecke Seite 3 von 6
NOT-AUS N Drehstrom-Trenntransformator Zusatzwiderstände Sternpunktschalter Potentiometer L1 L2 L3 31 32 33 31 32 33 Netzgerät R2zus L1 N 23V~ + - 2U 2V 2W Wirbelstrombremse otorschutzschalter D1 D2 L1 L2 L3 I2 T1 T2 T3 K L Leistungsmesser otor I1 I I+ W U U+ U1 V1 W1, n2 Endschalter L1 W2 U2 V2 Schaltbild Drehstrom-Asynchronmotor.doc Nur für Lehrzwecke Seite 4 von 6
ess- und Rechenwerttabellen: (Ergänzen Sie die erforderlichen Formeln für die Rechenwerte!) zu 2.) - Schaltung, Normalbetrieb, U 1 = 38V, R 2zus = (Kurzschluss) U 1 I 1 P 1 Q 1 n 2 I 2 P 2 η cosφ 1 [V] [A] [W] [var] [min -1 ] [A] [Nm] [W] [%] 38,5 " 2 " 3 " 4 " 5 " 6 " 6,5 " 7 " 7,5 zu 3.) - Schaltung, R 2zus = Ω zu 4.) - Schaltung, U 1 = V, R 2zus = U 1 I 2 n 2 R 2zus U 1 I 2 n 2 R 2zus [V] [A] [Nm] [min -1 ] [Ω] [V] [A] [Nm] [min -1 ] [Ω] 38,5 6 1,5 " 2 " " 2 " " 3 " " 3 " " 4 " " 4 " " 5 " " 5 " " 6 " " 6 " " 7 " " 7 " zu 5.) Y-Schaltung, U 1 = 38 V, R 2zus = (Kurzschluss) U 1 I 1 P 1 Q 1 n 2 I 2 P 2 η cosφ 1 [V] [A] [W] [var] [min -1 ] [A] [Nm] [W] [%] 38,8 " 2 " 3 " 4 " 5 " 6 " 7 Drehstrom-Asynchronmotor.doc Nur für Lehrzwecke Seite 5 von 6
I 2 [A] 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 [Nm] Eichkennlinie der Asynchronmaschine Typ SDK 112S-4s/W3 zur Ermittlung des Drehmoments mit Hilfe des gemessenen Läuferstroms I 2. Sie ist gültig für 38 V Strangspannung, bei anderen Spannungen ist linear umzurechnen. Drehstrom-Asynchronmotor.doc Nur für Lehrzwecke Seite 6 von 6