Netze an Sinusspannung konstanter Frequenz

Fakultät II Abteilung Maschinenbau
E-Labor im WS / SS
Versuch Nr. 11
Netze an Sinusspannung konstanter Frequenz
Gruppe:
Name
Vorname
Matr.-Nr.
Semester
Verfasser(in)
Teilnehmer(in)
Teilnehmer(in)
BITTE ANKREUZEN
Messprotokoll
Versuchsbericht
Professor(in) / Lehrbeauftragte(r):
Datum der Durchführung:
Vortestat
FH Hannover E-Labor
Abschlusstestat
Version: 12.09.12
Urheberrechtlich geschützt
Hannover
Fakultät II
E-Labor
Netze an Sinusspannung
konstanter Frequenz
Versuch Nr.
11
Seite
2 von 5
1 Vorbereitung
1.1 Berechnen Sie für die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R = 100  und einer
Induktivität L = 1,4 H den Scheinwiderstand Z bei f = 50 Hz. Welcher Strom I fließt, wenn eine
sinusförmige Wechselspannung von U = 14 V mit f = 50 Hz anliegt? Berechnen Sie den
Phasenverschiebungswinkel zwischen Stromzeiger I und Spannungszeiger U und zeichnen Sie ein
maßstäbliches Zeigerdiagramm für U, I sowie die Komponenten UR und UL.
Als Bezugszeiger wählen Sie die Spannung U.
1.2 Zeichnen Sie für die unter 1.1 gegebenen Werte die Wechselspannung u = f(t) und
den Strom i = f(t) in ein maßstäbliches Diagramm (0  t  30 ms).
1.3 In Abschnitt 3 ist es Ihre Aufgabe einen Transformator zu beschalten.
Sie sollen dafür folgende Bauteile benutzen: Wechselspannungsquelle, Transformator (2 Spulen
auf Eisenkern mit N = 300 Wdg. und N = 600 Wdg.), 2 Spannungsmesser und eine Glühlampe.
Zeichnen Sie eine Schaltung die folgende Bedingung erfüllen muss: Der Transformator soll
für eine Glühlampe die im Sekundärkreis angeschlossen ist, die Spannung von 2 V auf 4 V
herauf transformieren. Sowohl im Primärkreis, als auch Sekundärkreis wird die Spannung
gemessen.
Zeichnen Sie eine 2. Schaltung, die folgende Bedingung erfüllen muss: Der Transformator
soll für eine Glühlampe die im Sekundärkreis angeschlossen ist, die Spannung von 8 V auf 4 V
herunter transformieren. Sowohl im Primärkreis, als auch im Sekundärkreis wird die Spannung
gemessen.
Tabelle 1: verwendete Geräte
Verwendete Geräte und Bauteile
Wechselspannungsquelle f = 50 Hz
Spannung mit Steckbrücke wählbar: 2 V ... 14 V
Spannungsmesser für U1 (Digitalmultimeter)
Spannungsmesser für die anderen Werte
(Digitalmultimeter)
Strommesser (Digitalmultimeter)
Kennzeichnung
31999 /
31999 /
31999 /
31999 /
Spule L1 (N = 600)
31999 /
Spule L2 (N = 300)
31999 /
Eisenkern mit Spannvorrichtung
31999 /
Ohmscher Widerstand 100 
31999 /
Ohmscher Widerstand 50 
31999 /
Ohmscher Widerstand 50 
31999 /
Ohmscher Widerstand 20 
31999 /
Kondensatoren (Nennwert: 2 x 32 F)
31999 /
Schalter
31999 /
Glühlampe 4 V / 0,04 A
31999 /
FH Hannover E-Labor
Version: 12.09.12
Urheberrechtlich geschützt
Hannover
Fakultät II
E-Labor
Netze an Sinusspannung
konstanter Frequenz
Versuch Nr.
11
Seite
3 von 5
2 Wechselspannungsnetz
2.1 Verdrahten Sie die Schaltung nach Bild 1
Einschalten der Spannung U1 erst nach Freigabe durch Versuchsleiter/in !
R1 = 100 ; R2 = R3 = 50 ; R4 = 20 ; L1 = Spule (N = 600) mit Eisenkern
2.2 Messen Sie folgende Werte bei geöffnetem Schalter S:
Tabelle 2: Schaltung 1 bei geöffnetem Schalter
U1 in V
Iges in mA
UR1 in V
USpule in V
Ermitteln Sie mit einem maßstäblichen Zeigerdiagramm durch Addition von UR1 und USpule
die Eingangsspannnung U1. Der Spannungsfall am ohmschen Widerstand der Spule kann dabei
vernachlässigt werden. Beginnen Sie mit dem Zeiger für I1, den Sie als Bezugszeiger zeichnen.
Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts U1 in Prozent,
bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 20 mA/cm; 1 V/cm)
2.3 Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S:
Tabelle 3: Schaltung 1 bei geschlossenem Schalter
U1 in V
Iges in mA
UR1 in V
UR2 in V
UR3 in V
UR4 in V
USpule in V
Berechnen Sie die Effektivwerte der Ströme I1 und I2 aus den gemessenen Werten von UR1 und UR2
und ermitteln Sie mit einem maßstäblichen Zeigerdiagramm durch Addition von I1 und I2 den
Strom Iges. Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts Iges
in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 10 mA/cm).
FH Hannover E-Labor
Version: 12.09.12
Urheberrechtlich geschützt
Hannover
Fakultät II
E-Labor
Netze an Sinusspannung
konstanter Frequenz
Versuch Nr.
11
Seite
4 von 5
2.4 Verdrahten Sie die Schaltung nach Bild 2
R1 = 100 ; R2 = 50 ; C1 = 32 F; C2 = 32 F; L1 = Spule (N = 600) mit Eisenkern
2.5 Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S:
Tabelle 4: Schaltung 2 bei geschlossenem Schalter
U1 in V
Iges in mA
UR2 in V
UC in V
UR1 in V
USpule in V
Zeichnen Sie (Zeigerlängen = mit dem Multimeter gemessene Werte), beginnend mit dem
Bezugszeiger U1, die Zeiger UR1 und USpule für den linken Zweig sowie die Zeiger UR2 und UC für
den rechten Zweig in ein gemeinsames Zeigerdiagramm.
(Maßstab: 1 V/cm). Hinweis: Konstruktion der Dreiecke (Maschenregel!) aus den 3 Seiten.
Berechnen Sie die Effektivwerte der Ströme I1 und I2 aus den gemessenen Werten von UR1 und UR2,
zeichnen Sie die zugehörigen Zeiger lagerichtig in das Diagramm der Spannungen ein und ermitteln
Sie durch Addition von I1 und I2 den Strom Iges. Berechnen Sie die Abweichung des mit
dem Multimeter gemessenen Effektivwerts Iges in Prozent, bezogen auf den im Zeigerdiagramm
gemessenen Wert. (Maßstab: 10 mA/cm)
FH Hannover E-Labor
Version: 12.09.12
Urheberrechtlich geschützt
Hannover
Fakultät II
E-Labor
Netze an Sinusspannung
konstanter Frequenz
Versuch Nr.
11
Seite
5 von 5
3 Transformator
3.1 Verdrahten Sie die Schaltung aus Vorbereitung 1.3 (herauf transformieren)
Messen Sie die Spannung U1 an der Spule 1 und die Spannung U2 an der Glühlampe.
Einschalten der Spannung erst nach Freigabe durch Versuchsleiter/in !
Tabelle 5: Schaltung „ herauf transformieren“
U1 in V
U2 in V
3.2 Verdrahten Sie die Schaltung aus Vorbereitung 1.3 (herunter transformieren)
Messen Sie die Spannung U1 an der Spule 2 und die Spannung U2 an der Glühlampe.
Tabelle 6: Schaltung „ herunter transformieren“
U1 in V
U2 in V
3.3 Für einen idealen Transformator gilt: „Die Spannungen an den Spulen verhalten sich wie die
Windungszahlen“. Warum weichen die Messergebnisse unter a) und b) hiervon ab?
Antwort (Stichworte):
3.4 Welche Bedeutung haben Transformatoren in der elektrischen Energieversorgung?
Antwort (Stichworte):
4 Literatur
[1] Constantinescu-Simon, L. (Hrsg.): Handbuch Elektrische Energietechnik. Grundlagen,
Anwendungen. 2. Auflage. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg 1997
(Insbesondere: 2.12 und 2.14)
[2] Flegel, Birnstiel, Nerreter: Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik. 8. Auflage.
München: Hanser 2004
[3] Linse, Fischer: Elektrotechnik für Maschinenbauer. Grundlagen und Anwendungen. 11. Auflage.
Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden: Teubner 2002
FH Hannover E-Labor
Version: 12.09.12
Urheberrechtlich geschützt