Asynchronmotor - antriebstechnik.fh

Praktikum Elektrische Maschinen
Versuch 5: Drehstromasynchronmaschine
Kremser 1998
Theoretische Grundlagen
Im Leistungsbereich oberhalb 0,75 kW ("integral horsepower") sind etwa 90% der gefertigten elektrischen Maschinen Drehstromasynchronmaschinen (AsM). Asynchronmaschinen werden überwiegend als Motoren eingesetzt, hauptsächlich zum Antrieb von Pumpen, Lüftern, Kompressoren. Die größte wirtschaftliche Bedeutung haben in Europa 2p =
4- polige Niederspannungsasynchronmaschinen im Leistungsbereich zwischen 0,75 kW
und 75 kW.
AsM werden im Ständer mit einer Drehstromwicklung ausgeführt (in der Regel: symmetrische dreisträngige Wicklung , räumlicher Versatz der gleichartig aufgebauten Wicklungsstränge: 2π/m1p, m1 : Strangzahl, m1 = 3, p: Polpaarzahl). Je nach Läuferbauart
werden AsM mit Käfigläufer und AsM mit Schleifringläufern unterschieden. Die Läuferwicklung besteht entweder aus in das Läuferblechpaket eingegossenen (Aluminium) oder
eingeschlagenen (Kupfer) Stäben, die an den Enden durch Kurzschlußringe verbunden
sind (Käfigläufer) oder aus drei symmetrisch angeordneten Wicklungssträngen (stets in
Sternschaltung, Sternpunkt im Wickelkopf geschaltet), deren Enden auf Schleifringe
geführt sind, die von außen beschaltet werden können (Schleifringläufer).
Bei Anschluß der Ständerwicklung an ein symmetrisches Drehstromnetz entsteht im
Luftspalt ein räumlich näherungsweise sinusförmig verteiltes Feld, dessen Maximum mit
der konstanten Winkelgeschwindigkeit ω1 / p umläuft. Die zugehörige Drehzahl
(5.1)
n1 = f1 / p
wird als synchrone Drehzahl bezeichnet. Das Luftspaltgrundfeld induziert in der Läuferwicklung Spannungen der Frequenz
(5.2)
f2 = s f1
mit s: Schlupf, s = (n1 - n) / n1, n: Drehzahl
Die Spannungsgleichungen der AsM bei symmetrischer Speisung und Vernachlässigung
der Eisen- und Reibungsverluste lauten
(5.3a)
U1 =
(5.3b)
0
(R1
+ jX1σ) I1 + jXh Iµ
= [(R'2+R'v) / s + jX'2σ] I'2 + jXh Iµ
Den Spannungsgleichungen entspricht das in Bild 5.1 gezeigte einsträngige Ersatzschaltbild, wobei zur Berücksichtigung der Eisenverluste ein Widerstand RFe parallel zur
Hauptreaktanz eingezeichnet werden kann. In den meisten Betriebspunkten unterscheiden sich Ständer- und bezogener Läuferstrom nur wenig, so daß das Betriebsverhalten in
guter Näherung durch das vereinfachte Ersatzschaltbild 5.2 beschrieben werden kann.
Ständer- und bezogene Läuferstreureaktanz sind zur resultierenden Streureaktanz Xk
zusammengefaßt.
Xk = X1σ + X’2σ
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Kremser 1998
Der Ständerwicklungswiderstand ist in den Läuferkreis eingezeichnet.
I1
R1
X1σ
X'2σ
R'2 / s I'
2
Iµ
Xh
U1
R'V / s
U'2 /s
U1 Strangspannung
R1
Wicklungswiderstand der Ständerwicklung (Strang)
I1
Strangstrom (Ständer)
R'2
Wicklungswiderstand der Läuferwicklung (bezogen)
I'2
Läuferstrom (bezogen) X1σ Streureaktanz der Ständerwicklung
Iµ
Magnetisierungsstrom
X'2σ Streureaktanz der Läuferwicklung (bezogen)
s
Schlupf
R'V
Vorwiderstand (bezogen, nur bei Schleifringläufern)
Xh
Hauptreaktanz
Bild 5.1 Einsträngiges Ersatzschaltbild einer Drehstromasynchronmaschine
Xk
I1
R1
R'2 / s I'
2
Iµ
U1
Xh
R'V / s
U'2 / s
Bild 5.2 Vereinfachtes einsträngiges Ersatzschaltbild einer Asynchronmaschine
(Bezeichnungen siehe Bild 5.1)
Aus den Spannungsgleichungen kann mit Hilfe des Gesetzes über die Spaltung der
Luftspaltleistung
(5.4)
Pδ = m1 I'22 R'2 / s
= PCu2 + Pmech
= s Pδ + (1-s) Pδ
das Drehmoment als Funktion des Schlupfes berechnet werden.
(5.5)
Pmech
M =  =
2πn
Pδ (1-s)
 =
2πn1 (1-s)
Pδ

2πn1
Die Drehmoment- Drehzahl- Kennlinie besteht aus zwei Ästen und einem Übergangsbereich (siehe Bild 5.3):
s « skipp: M(s) ≈ 2 Mkipp s / skipp
s » skipp: M(s) ≈ 2 Mkipp skipp / s
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mit dem Kippmoment Mkipp und dem Kippschlupf skipp.
M/MN
5
4
Rechnung
Näherungen
3
2
1
0
-0,2 -1 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2 n/n1
-2
-3
-4
-5
Gegenstrombremsbereich
Motorbereich
Generatorbereich
Bild 5.3 M- n- Kennlinie (Kloss’sche Formel), Näherungen
(Darstellung für Mkipp = 2 MN, skipp = 0,1)
Das Kippmoment beträgt bei vernachlässigbarem Ständerwicklungswiderstand
(5.6)
Mkipp =
m1
───
2πn1
mit U1
U12
────
2 Xk
(R1 = 0)
Strangspannung
Xk = X1σ + X'2σ resultierende Streureaktanz
Das Kippmoment ist ein Maß für die Drehmomentüberlastbarkeit des Motors; es beträgt
nach VDE 0530 Teil 12 mindestens Mkipp = 1,6 MN. Das Kippmoment ändert sich quadratisch mit der Spannung.
Der Kippschlupf ist nur von der resultierenden Streureaktanz und vom Widerstand im
Läuferkreis abhängig:
(5.7)
R'2 (+R'V)
skipp = ──────
Xk
(R1 = 0)
Aus den Spannungsgleichungen kann der Ständerstrom als Funktion des Schlupfes
berechnet und in einer komplexen Ebene aufgetragen werden. Die Ortskurve des Ständerstroms ist ein Kreis (Bild 5.4). Bei Verwendung des vereinfachten einsträngigen
Ersatzschaltbilds liegt der Kreismittelpunkt stets auf der imaginären Achse.
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Motorbereich
Pkipp, s = skipp
U1
Pa
Re( I 1 )
Pk , s = 1
Gegenstrombremsbereich
P ,s=
D
e
ϕ
ung
eist
L
en
s = s1
isch
n
a
h
c
rade
me
entge
der
m
o
s=0
e
I'2
m
d
Dreh
era
A G
rad
rge
I1
s = skipp
ete
ram
P, s = s1
s = −R'2 / R1
B
Iµ
C
P0 ,s = 0
E
F
−Im(I1)
Generatorbereich
AB ∼ m1 R'2 I'22 (Läuferverluste)
BC ∼ m1 R1 I'22
PB ∼ Luftspaltleistung, Drehmoment
PA ∼ mechanische Leistung
(Ständerverluste)
Bild 5.4 Stromortskurve mit Kenngeraden und Parametergerade
Aus der Stromortskurve können mit Hilfe der Parametergeraden alle wichtigen Betriebsgrößen des AsM ermittelt werden, wie zum Beispiel Anlaufstrom IA und Anzugsmoment
MA(s = 1) oder das Kippmoment Mkipp(s = skipp).
a) Kenngeraden der Stromortskurve
a1) Gerade der mechanischen Leistung
Der Abstand vom jedem beliebigen Kreispunkt zur Gerade der mechanischen Leistung (=
Verbindung zwischen P0 und Pk), senkrecht zur Imaginärachse gemessen, entspricht der
mechanischen Leistung.
a2) Drehmomentgerade
Der Abstand vom jedem beliebigen Kreispunkt zur Drehmomentgerade (= Verbindung
zwischen P0 und P∞), senkrecht zur Imaginärachse gemessen, entspricht dem Drehmoment.
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a3) Parametergerade
Jede beliebige Senkrechte auf der Verbindungslinie zwischen Kreismittelpunkt MP und
dem "ideellen" Kurzschlußpunkt P∞ kann als Parametergerade dienen. Die Parametergerade ist linear geteilt. Der Schnittpunkt zwischen dem zu parametrierenden Kreispunkt
und dem Punkt P∞ liefert den Parameter s dieses Betriebspunktes auf der Parametergerade.
Zur Parametrierung (= Festlegung der Skala der Parametergerade) muß für zwei Kreispunkte der zugehörige Schlupf bekannt sein.
b) Maßstäbe
b1) Strom:
mI: gewählt (Leiterstrom)
Einheit: A/cm
b2) Leistung:
mP = √3 UN mI
Einheit: W/cm
b3) Drehmoment:
mM = mP / (2πn1)
Einheit: Nm/cm
Zur Berechnung der Stromwärmeverluste in den Wicklungen (I'2: Leiterstrom):
Y- Schaltung: PCu1 = m1 R1 I'22 PCu2 = m1 R'2 I'22
∆- Schaltung: PCu1 = R1 I'22
PCu2 = R'2 I'22
Einzelverlustverfahren
Wegen der relativ hohen Wirkungsgrade insbesondere größerer AsM ist die Wirkungsgradbestimmung durch direkte Messung von aufgenommener und abgegebener Leistung
problematisch. Daher werden die einzelnen Verlustanteile ermittelt.
Ständerstromwärmeverluste
PCu1 = m1 R1W I1 2
R1W = R1k (1 + α∆ϑ)
mit
α:
Temperaturkoeffizient des elektrischen
Widerstands, α = 0,004 1/K
∆ϑ = 55/75 K für Wärmeklasse B/F,
R1k: Kaltwiderstand bei 20oC
mechanische Leistung
Pmech = 2πn M
Läuferstromwärmeverluste
PCu2 = s / (1-s) Pmech
Eisen- und Reibungsverluste
PReib + PFe = P0 - m1 R1k I102
mit P0:
aufgenommene Leistung
der leerlaufenden Maschine
I10:
Zusatzverluste nach VDE 0530
Leerlaufstrangstrom
Pzus = 0,005 PelN (I/IN)2
mit PelN:
aufgenommene elektrische
Leistung bei Bemessungsbetrieb
η =
Pmech

Pmech + PCu1 + PCu2 + PFe + PReib + Pzus
36
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Betriebsverhalten von Schleifringläufermotoren
Das Betriebsverhalten von AsM mit Schleifringläufern kann durch das Einschalten von
Vorwiderständen in den Läuferkreis variiert werden. Nach Gl. 5.3b ergeben sich mit Vorwiderstand beim Schlupf s* dieselben Betriebsdaten wie für RV = 0, wenn die Bedingung
s*
R2 + RV
── = ──────
s
R2
erfüllt ist. Bild 5.5 zeigt die Drehmoment- Drehzahl- Kennlinien eines Schleifringläufer-
(5.8)
motors mit verschiedenen Vorwiderständen.
4
R V = 6,6 R 2
M /M N
R V = 2,6 R 2
RV = 0
3
R V = 16,9 R 2
2
1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
n /n 1 1
Bild 5.5 Drehmoment- Drehzahl- Kennlinien eines Schleifringläufermotors
(Parameter Vorwiderstand RV)
Schleifringläufermotoren werden eingesetzt,
- um den Anlaufstrom zu verringern und das Anlaufmoment zu erhöhen,
- für Antriebe mit hohem Trägheitsmoment.
Hierbei kann die in der Läuferwicklung beim Hochlauf entstehende Wärmemenge durch
Einschalten von Vorwiderständen verringert werden.
Eine wichtige Kenngröße der Schleifringläufermotoren ist die Läuferstillstandsspannung
U20, die im Stillstand zwischen den offenen Schleifringen gemessen werden kann (Ständerwicklung an Bemessungsspannung). Die Läuferstillstandsspannung gestattet die
näherungsweise Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses.
(5.9)
R'2
──
R2
=
┌ UN
│ ───
└ U20
┐2
│
┘
37
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Versuch 5: Drehstromasynchronmaschine
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Betriebsverhalten von Drehstrom- AsM am Wechselstromnetz
Im Bereich kleiner Leistungen werden Asynchronmotoren häufig am Wechselstromnetz
betrieben. Einsatzbereiche sind beispielsweise Pumpen für Waschmaschinen und
Geschirrspüler, Antriebe für Wäschetrockner, Kreissägen, Rasenmäher usw. .
Zur Bildung eines zeitlich konstanten Drehmoments ist im Luftspalt einer Asynchronmaschine ein möglichst sinusförmig verteiltes magnetisches Feld erforderlich, dessen
Maximum mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω1 / p im Luftspalt umläuft. Bei Anschluß
eines oder mehrerer Wicklungsstränge an ein Wechselstromnetz entsteht im Luftspalt
jedoch nur ein Wechselfeld.
Um Drehstrommotoren mit m1 = 3 gleichartigen Wicklungssträngen am Wechselstromnetz betreiben zu können, wird die sogenannte Steinmetzschaltung nach Bild 5.6 ausgeführt.
UU = UN
I
IU
IV
UW
ZZ
UV
bei Linkslauf
IW
IZ
Bild 5.6 Steinmetzschaltung eines Drehstrommotors zum Betrieb am Wechselstromnetz
Die Symmetriebedingung für die Ströme lautet
(5.10)
IV = IU e-j2π/3,
IW = IU e-j4π/3
Für den Strom durch die Zusatzimpedanz ergibt die Knotenpunktregel
IZ = IV − IW = −j√3IU,
woraus sich für die Zusatzimpedanz die Bedingung
(5.11)
ZZ =
UW
 =
IZ
UN e-j4π/3

-j√3IU
1
= 
√3
UN

IU
√3
[−
2
1
−j 
2
]
ergibt. Wird die Motorimpedanz Z = UN/IU durch Z = R(s) + jX(s) ersetzt, so kann eine
Bedingung für die Zusatzimpedanz abgeleitet werden.
(5.12)
ZZ =
√3
1
1 
 [R(s) + jX(s)] −  − j 
√3 
2
2
[
38

]

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=
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1  −√3
1
   R(s) +  X(s) − j √3  2
2
1
[
2
√3
R(s) + 
2
Kremser 1998

X(s) 

]
Die Symmetrierung nur dann mit einer idealen Kapazität erfolgen, wenn der Realteil verschwindet:
Re(ZZ) = 0 ⇒ R(s*) = X(s*) / √3 ⇒ tanϕHa = X(s*) / R(s*) = √3 ⇒ ϕ = −π/3
−j
 1
√3

Im(ZZ) = −jXCB =    R(s*) +
 X(s*) 
√3
 2
2

 1
√3 
2
X(s*)
XCB
=    +   =  X(s*)
√3
 2√3
2 
3
Der Netzstrom beträgt
(5.13)
I = IU − IV = IU (1 − e−j2π/3) = √3 IU ejπ/6 = √3 UN / (Z(s*) ejπ/3 ) ejπ/6
= √3 UN / Z(s*) e-jπ/6
Der Netzleistungsfaktor im Symmetriepunkt ist also
cos(−π/6) = √3/2.
Für den Kondensatorstrom ergibt die Knotenpunktregel
(5.14)
IZ = IV − IW = IU (e−j2π/3− e−j4π/3) = √3IU e−jπ/2
= √3UN / (Z(s*) ejπ/3) e−jπ/2 = √3UN / Z(s*) e−j5π/6.
Der Kondensatorstrom ist gleich dem Leiterstrom, d. h. bei symmetrischer Speisung
gleich dem √3-fachen Strangstrom. Das Verhältnis zwischen der Kondensatorblindleistung QCB und der von der Maschine aufgenommenen Wirkleistung PW beträgt
(5.15)
UC IZ
UN √3IU
2
QCB
 =  =  = 
PW
3 UN IU cosϕU
3 UN IU 0,5
√3
Wegen QCB = ωCBUN2 folgt die Bestimmungsgleichung für die erforderliche Kapazität
CB
=
2 PW
2
√3 ω UN
Da sich die elektrisch aufgenommene und die mechanisch abgegebene Leistung nur
durch den Wirkungsgrad unterscheiden (P = η PW ), kann die Kapazität des Symmetrierungskondensators auch mit Hilfe der mechanischen Leistung ausgedrückt werden:
(5.16)
CB
2P
= 
η√3 ω UN2
Im Leistungsbereich zwischen 0,55 kW und 2,2 kW beträgt der Wirkungsgrad 4poliger
Drehstromasynchronmotoren etwa η ≈ 75%. Für eine Netzspannung von UN = 230 V (∆)
kann bei der Netzfrequenz von f1 = 50 Hz eine „Faustformel“ zur Bestimmung der Kapazität angegeben werden:
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Praktikum Elektrische Maschinen
CB

P
93 µF
≈ 
kW
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(UN = 230 V (∆), f1 = 50 Hz)
Im Symmetrierungspunkt beträgt die mechanische Leistung etwa 50% der Bemessungsleistung (I/IN ≈ 0,8, cosϕ/cosϕN ≈ 0,5/0,8). Daher kann die Symmetrierungskapazität
überschlägig direkt aus der auf dem Leistungsschild angegebenen Bemessungsleistung
berechnet werden:
(5.17)
93 µF 0,5
47 µF
CB
 ≈  =  (UN = 230 V(∆), f1 = 50 Hz, Pmax ≈ 0,7 PN)
kW
kW
PN
Die durch die Maschinenerwärmung begrenzte maximale mechanische Leistung des
Motors in Steinmetzschaltung ist etwa 70% der Bemessungsleistung bei Betrieb am
Drehstromnetz.
Beispiel: Drehstrommotor mit UN = 230 V(∆)/400 V(Y), PN = 1,5 kW:
CB ≈ 1,5 kW 47 µF/kW = 70 µF,
Pmax ≈ 0,7 1,5 kW ≈ 1 kW
Der Schlupf im symmetrierten Betrieb ist kleiner als der Schlupf im Bemessungsbetrieb
am Drehstromnetz. Im Anlauf (s = 1) bildet sich im allgemeinen ein stark unsymmetrisches Stromsystem mit der Folge eines verringerten Anzugsmoments aus. Bei Antrieben,
die ein großes Anzugsmoment erfordern, wird daher parallel zum Betriebskondensator
ein Anlaufkondensator geschaltet, der nach erfolgtem Hochlauf (zum Beispiel über ein
Zeitrelais) abgeschaltet wird. Die Anlaufkondensatoren sind wegen des großen Einschaltstroms deutlich größer als die Betriebskondensatoren.
Versuchsdurchführung
1. Daten des Typenschilds notieren, Bemessungsmoment (Nennmoment) MN berechnen
2. Widerstandmessung
Messen Sie die Wicklungswiderstände von Ständer- und Läuferwicklung (R1k, R2k)
sowie die Raumtemperatur ϑ1.
3. Läuferstillstandsspannung
Messen Sie die Läuferstillstandsspannung (n = 0, zwischen je zwei Schleifringen, Ständerwicklung an Bemessungsspannung, Schleifringe offen).
4. Leerlaufmessung (U = UN)
Mit Hilfe der Leerlaufmessung werden die Eisen- und Reibungsverluste bestimmt
(wichtig für die Wirkungsgradbestimmung).
Messen Sie bei unbelasteter Maschine den Leerlaufstrom I10 und die Leerlaufverluste
P0.
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5. Bestimmung des bezogenen Läuferwicklungswiderstands
Belasten Sie die Maschine bei kurzgeschlossenen Schleifringen mit dem Bemessungsmoment MN (U = UN). Messen Sie Ständerstrom I1, die aufgenommene Wirkleistung PW und die Drehzahl n.
Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm für Bemessungsbetrieb (vergl. Betriebspunkt P in
Bild 5.4).
Anleitung: Verwenden Sie den Leerlaufstrom Iµ ≈ I10 aus der Leerlaufmessung 4.,
Bestimmen Sie die Richtung von I1 aus cosϕ = PW / (√3 U I1).
Bestimmen Sie aus dem Zeigerdiagramm den Strom I'2. Berechnen Sie aus
(Gl. 5.4),
PCu2 = s / (1-s) Pmech = m1 R'2 I'22,
den bezogenen Läuferwicklungswiderstand.
Hinweis:
Diese Methode der Bestimmung des Läuferwicklungswiderstands kann
auch bei Käfigläufermotoren angewandt werden.
6. Belastungsmessung
6.1 Betrieb am sinusförmigen Netz (Schaltung nach Bild 5.7, Seite 46)
a) U = UN, ohne Vorwiderstand (RV = 0) und mit zwei verschiedenen Vorwiderständen
(RV1, RV2).
Messen Sie bei Bemessungsspannung die Drehzahl bei verschiedenen motorischen
Belastungen (n = f(M), einschließlich Leerlauf (M = 0)) ohne bzw. mit Vorwiderstand.
Ermitteln Sie bei der Messung ohne Vorwiderstand die Belastung, bei der der
Leistungsfaktor cosϕ = 0,5 beträgt und messen Sie Drehzahl, Drehmoment, Ständerstrom sowie die elektrisch aufgenommene Leistung.
b) U = UN/√3 (Y), RV = 0
Messen Sie bei reduzierter Spannung, Drehzahl, Ständerstrom und Leistungsfaktor als
Funktion des Drehmoments (motorisch und generatorisch).
6.2. Bestimmung der Wicklungserwärmung
Messen Sie nach den Messungen 6.1 die Wicklungswiderstände der Ständerwicklung.
Anleitung: Setzen Sie zeitgleich mit dem Abschalten der Maschine die Stoppuhr in
Gang. Führen Sie unmittelbar nach dem Abschalten (erste Messung möglichst innerhalb von 20...30 s nach dem Abschalten!) während einer Zeit von
etwa 5 min nach Abschalten der Maschine mehrere Widerstandsmessungen durch und notieren Sie zu jeder Messung die Zeit.
6.3 Betrieb am Wechselstromnetz in Steinmetzschaltung (Prinzipschaltung Bild 5.8, Seite
47, Meßschaltung mit Anschluß des Leistungsmeßgeräts Bild 5.9, Seite 48)
Hinweis:
Zur zügigen Versuchsdurchführung soll der untersuchte Schleifringläufer
auch für den Betrieb in Steinmetzschaltung verwendet werden. Wegen des
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Versuch 5: Drehstromasynchronmaschine
Kremser 1998
geringen Anzugsmoments müssen zum Anlauf entweder Vorwiderstände in
den Läuferkreis geschaltet werden, oder es ist ein Anlaufkondensator
parallel zum Betriebskondensator zu verwenden, der nach erfolgtem Hochlauf sofort abzuschalten ist. Bei direktem Einschalten unter Verwendung
des Anlaufkondensators ist mit großen Strömen und damit mit starker
Erwärmung der Maschine zu rechnen!
Bestimmen Sie zunächst überschlägig die Kapazität des Betriebskondensators nach
Gl.(5.17) (Bemessungsspannung des Motors beachten!).
Belasten Sie die Maschine, bis der Leistungsfaktor in den drei Strängen jeweils etwa
0,5 beträgt. Optimieren Sie in diesem Betriebspunkt die Betriebskapazität (möglichst
geringe Abweichungen zwischen den Leistungsfaktoren und Strömen der drei Wicklungsstränge). Ermitteln Sie anschließend durch Entlastung das kleinstmögliche thermisch zulässige Drehmoment Mthmin (max(IU, IV, IW ) = IN) , Meßwerte der Ströme beobachten, Grenze ist erreicht, wenn einer der Strangströme den Bemessungsstrom
erreicht) und analog durch Belastung das größte thermisch zulässige Drehmoment
Mthmax (max(IU, IV, IW ) = IN).
Messen Sie bei konstanter Spannung im Symmetrierungspunkt sowie für M = Mthmin,
M = Mthmax
- die Strangströme IU, IV und IW ,
- die elektrisch aufgenommenen Leistungen PelU, PelV und PelW ,
- die Strangspannungen UU, UV und UW ,
- die Drehzahl n.
Versuchsauswertung
2. Berechnen Sie die mittleren Wicklungswiderstände R1k bzw. R2k eines Ständer- bzw.
Läuferwicklungsstranges bei Raumtemperatur.
3. Ermitteln Sie das Übersetzungsverhältnis (Gl. 5.9) und den bezogenen Läuferwiderstand R’2.
4. Ermitteln Sie die Eisen- und Reibungsverluste für Bemessungsbetrieb (U = UN, n = nN).
5. Vergleichen Sie den aus Gleichstrommessung und Übersetzungsverhältnis bestimmten
bezogenen Läuferwicklungswiderstand mit dem aus der Belastungsmessung für
M = MN ermittelten.
6.1 a) Zeichnen Sie die Drehmoment- Drehzahl- Kennlinien M = f(n) für U = UN ohne bzw.
mit Vorwiderstand (RV1, RV2) sowie für U = UN/√3 (Y), RV = 0 in ein Diagramm. Diskutieren Sie die Kennlinienverläufe.
42
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6.1 b) Zeichnen und parametrieren Sie die Stromortskurve für U = UN/√3 (Y), RV = 0.
Anleitung zur Parametrierung: Berechnen Sie
- die Streureaktanz Xk aus dem Kreisdurchmesser I∅ = I'2(s = −R'2 / R1):
Xk = U1Strang/I∅Strang
- die Hauptreaktanz Xh aus dem Leerlaufstrom I10:
Xh = U1Strang/I10Strang
Berechnen Sie für U = UN/√3 (Y) den Anlaufstrom IA = I1(s = 1) und den ideellen Kurzschlußstrom I1∞ = I1 (s = ∞) mit Hilfe des vereinfachten einsträngigen Ersatzschaltbilds
und zeichnen Sie die Punkte Pk (s = 1) und P∞ (s = ∞) in die Stromortskurve ein.
Ermitteln Sie mit Hilfe der Stromortskurve das Anzugsmoment und das Kippmoment
und rechnen Sie diese sowie den Anlaufstrom auf volle Spannung um. Geben Sie die
Größen als Relativwerte an: mA = MA / MN, iA = IA / IN, mkipp = Mkipp / MN.
Ermitteln Sie das bezogene Anzugsmoment mA und den bezogenen Anlaufstrom iA mit
Vorwiderstand (RV1, RV2).
6.1c) Zeichnen Sie mit Hilfe der Stromortskurve die Strom- Drehzahl- Kennlinie sowie die
Drehmoment- Drehzahl- Kennlinie (U = UN/√3 (Y), 0 < n < n1). Tragen Sie zusätzlich die
Meßwerte für Strom und Drehmoment aus 6.1b) in das Diagramm ein.
Bestimmen Sie für Bemessungsbetrieb (U = UN, M = MN, RV = 0) den Wirkungsgrad
nach dem Einzelverlustverfahren.
6.2 Tragen Sie die nach dem Abschalten gemessenen Wicklungswiderstände über der
Zeit auf und ermitteln Sie durch Interpolation bzw. Extrapolation die Widerstände R1W
zu den Zeitpunkten t = 30 s (entspr. VDE 0530 T 1) bzw. t = 0 (Abschaltzeitpunkt).
Bestimmen Sie die zugehörigen Wicklungserwärmungen aus der Beziehung
ϑ2 + 235 K
R1W
 = 
ϑ1 + 235 K
R1k
ϑ2: Temperatur nach dem Abschalten (t = 0, t = 30 s)
ϑ1: Raumtemperatur (Messung 2.)
6.3 Vergleichen Sie die meßtechnisch ermittelte optimale Kapazität mit der überschlägig
berechneten.
Beschreiben Sie die zum zügigen Anlauf verwendete Schaltung (Vorwiderstände
und/oder Anlaufkondensator).
Berechnen Sie für alle drei Betriebspunkte die abgegebene mechanische Leistung.
Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm aller Spannungen und Ströme im Symmetrierungspunkt (einschließlich Kondensatorstrom IC und Netzstrom I).
43
Versuch 5: Drehstromasynchronmaschine
Kremser 1998
V
N
L3
L2
L1
400 V 50 Hz~
~
Stelltrafo
power analyser
CH1
CH2
CH3
Bild 5.7 Drehstromasynchronmotor am Netz: Schaltung
44
U2 V2 W2
M
U1
V1
W1
K L M
RV
G
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Kremser 1998
W2
CH3
N
(L3*)
L
(L2*)
U
50 Hz
V2
V1
W1
CH2
I
U2
IC
U1
CH1
Praktikum Elektrische Maschinen
Bild 5.8 Steinmetzschaltung: Schaltbild (mit dreiphasigem Wattmeter zur Messung der
Strangleistungen, Rechtslauf)
45
Versuch 5: Drehstromasynchronmaschine
Kremser 1998
CH2
I
CH3
N
L3
L2
L1
U
I
U
400 V
power analyser
50 Hz
U
CH1
I
A
I
L2*
L3*
V1
Bild 5.9 Steinmetzschaltung: Anschluss des Leistungsmessgerätes
46
C
W1
V2
U2
U1
W2
IC
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