Mechatronik - TU Chemnitz

Mechatronik
Modul 4: Elektrische Antriebe und
Steuerungen
Übungsbuch
(Konzept)
Matthias Römer
Technische Universität Chemnitz
Institut für Werkzeugmaschinen und
Produktionsprozesse
EU-Projekt Nr. 2005-146319 „MINOS“, Laufzeit von 2005 bis 2007
Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für
Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion.
Das Projekt wurde gefördert von der
Europäischen Union im Rahmen des
Aktionsprogramms der Europäischen Union
für die berufliche Bildung „Leonardo da
Vinci“.
www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch
Projektpartner bei der Erarbeitung und Erprobung
des Teachwarekonzepts
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Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und
Produktionsprozesse, Deutschland – Projektleitung
Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn
Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden
Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und
Automatisierung, Polen
Henschke Consulting Dresden, Deutschland
Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland
Neugebauer und Partner OHG Dresden , Deutschland
Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen
Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen
Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn
Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn
Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn
Teachwearkonzept:
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Modul 1: Grundlagen
Modul 2: Interkulturelle Kompetenzen, Projektmanagement
Modul 3: Fluidtechnik
Modul 4: Elektrische Antriebe und Steuerungen
Modul 5: Mechatronische Komponenten
Modul 6: Mechatronische Systeme und Funktionen
Modul 7: Inbetriebnahme, Sicherheit, Teleservice
Modul 8: Fernwartung, Diagnose
Weitere Informationen:
Technische Universität Chemnitz
Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer
Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich
Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz
Tel.: +49(0)0371 531-23500
Fax: +49(0)0371 531-23509
Email: [email protected]
Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch
2
Elektrische Antriebe und Steuerungen
1
Grundlagen der Elektrotechnik
1.2
Spannung, Strom und Widerstand
Aufgabe 1a
Minos
An einem elektrischen Schweißgerät fließt in einem Zeitraum von 0,8 s
ein Strom von 500 A. Welche Ladungsmenge wird dabei übertragen?
Rechnen Sie das Ergebnis in kWh um!
Q=I·t
Q=
An dem Schweißgerät wird eine Ladungsmenge von ............... C. Das
sind ............... kWh.
Aufgabe 1b
Die Glühlampe eines PKW wird mit 12 V betrieben. Sie wird hat einen
Widerstand von 3 Ω. Wie groß ist der Strom, der durch die Glühlampe
fließt?
R=U/I
I=
Durch die Glühlampe fließt ein Strom von
3
Elektrische Antriebe und Steuerungen
Minos
Aufgabe 1c
Ein Heizlüfter wird am Haushaltsnetz mit 230 V betrieben. Er benötigt
zum Betrieb 10,5 A Strom. Wie hoch ist der Widerstand? Welcher Strom
fließt durch den Heizlüfter, wenn die Spannung nur noch 220 V beträgt?
R=U/I
R=
Der Widerstand des Heizlüfters beträgt
I=U/R
I=
I=
Bei 220 V fließen
Aufgabe 1d
Wie groß ist der Widerstand einer Kupferleitung, die einen Querschnitt
von 1,5 mm2 hat und eine Länge von 50 m? Wie hoch ist der Widerstand
einer gleich langen Leitung, jedoch mit 2,5 mm2 Querschnitt?
ρ=R·A/l
R=
Der Widerstand der Kupferleitung beträgt
R=ρ·I/A
R=
Der Widerstand der Kupferleitung
4
Elektrische Antriebe und Steuerungen
1.3
Minos
Elektrische Leistung und Arbeit
Aufgabe 2a
Ein elektrischer Grill ist an einem Anschluß mit 230 V angeschlossen.
Die Sicherung läßt einen maximalen Strom von 10 A zu. Welche Leistung darf der Grill maximal haben?
P=U·I
P=
Der Grill darf eine maximale Leistung von ............... W haben. Bei einer
höheren Leistung wird die Sicherung ....................
Aufgabe 2b
Ein Schalter darf einen maximalen Strom von 0,4 A schalten. Die maximal zu schaltende Leistung darf 10 W nicht überschreiten.
Das zu schaltende Bauteil hat einen Widerstand von 40 Ω. Darf der Schalter zum Schalten des Verbrauchers verwendet werden, wenn der Verbraucher mit 24 V betrieben werden soll?
P=U·I
U=
Die 10 W werden bei einer Spannung von
R=U/I
I=
Durch den Widerstand von 40 Ω fließt
5
Elektrische Antriebe und Steuerungen
Minos
Aufgabe 2c
Aus dem Ausland wurde eine Heizung für ein Aquarium importiert. Bei
einer Spannung von 117 V hat sie eine Leistungsaufnahme von 75 W.
Wie groß ist die Leistungsaufnahme, wenn diese Heizung bei 230 V eingesetzt wird?
P=U·I
I=
Durch die Heizung ließt ein Strom von
R=U/I
R=
Die Heizung hat einen Widerstand von
I=U/R
I=
I=
Bei 230 V fließt durch die Heizung ein Strom von
P=U·I
P=
P=
Mit 230 V betrieben hat die Heizung eine Leistung von
6
Elektrische Antriebe und Steuerungen
1.4.2
Minos
Schaltung von Meßgeräten
Aufgabe 3
Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Gleichströmen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an!
……………………………………………………………………………………
Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von
Wechselströmen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an!
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Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Gleichspannungen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an!
……………………………………………………………………………………
Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von
Wechselspannungen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an!
……………………………………………………………………………………
Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Widerständen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an!
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Welcher maximale Gleichstromwert und welcher maximale Gleichspannungswert kann mit dem kleinsten Meßbereich des Multimeters gemessen werden?
maximale Gleichstromwert: ……………………………………………
maximale Gleichspannungswert: ………………………………………
Es soll eine Gleichspannung gemessen werden, deren Höhe unbekannt
ist. Welcher Meßbereich muß zuerst eingestellt werden?
……………………………………………………………………………………
Es soll ein Gleichstrom gemessen werden, dessen Höhe unbekannt ist.
Welcher Meßbereich muß zuerst eingestellt werden?
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7
Elektrische Antriebe und Steuerungen
Minos
Aufgabe 4
Führen Sie die folgende Meßübung durch. Beachten Sie dabei die erlernten Regeln im Umgang mit dem Multimeter!
Folgende Bauteile werden benötigt:
Spannungsversorgungsgerät mit 24 V Gleichspannung
Multimeter
Widerstand R1 = 100 Ω
Widerstand R2 = 220 Ω
Widerstand R3 = 470 Ω
Die Belastbarkeit der Widerstände soll 1 W betragen.
Bauen Sie den im Bild angegebenen Stromlaufplan mit den drei Widerständen auf. Messen Sie die Spannungen, die an den einzelnen Widerständen abfallen.
Ergänzen Sie das Symbol für das Spannungsmeßgerät.
R1
R2
R3
100 Ω
220 Ω
470 Ω
+24 V
0V
Bild 1:
8
Stromlaufplan für Spannungsmessung
Elektrische Antriebe und Steuerungen
Minos
Schließen Sie die Widerstände an das Stromversorgungsgerät an. Die
Widerstände sind dabei in Reihe zu schalten.
Beginnen Sie mit dem Widerstand R1. Achten Sie darauf, dass Sie einen
Meßbereich für Gleichspannungen verwenden. Stellen Sie den größten
Meßbereich ein und schließen Sie die Meßleitungen des Meßgerätes an
den Widerstand an.
Ermitteln Sie durch langsames Herunterschalten der Meßbereiche den
kleinsten möglichen Meßbereich. Notieren Sie den gemessenen Wert.
Ermittelter Meßbereich:
………………………………………
Gemessene Gleichspannung:
………………………………………
Stellen Sie wieder den größten Meßbereich ein und schließen Sie die
Meßleitungen des Meßgerätes an den nächsten Widerstand an.
Wiederholen Sie die Messung am Widerstand R2. Notieren Sie den gemessenen Wert.
Ermittelter Meßbereich:
………………………………………
Gemessene Gleichspannung:
………………………………………
Führen Sie die Messung auch am Widerstand R3 durch. Notieren Sie
den gemessenen Wert.
Ermittelter Meßbereich:
………………………………………
Gemessene Gleichspannung:
………………………………………
Ermitteln Sie nun zusätzlich die Spannungswerte über die beiden Widerstände R1 und R2 gemeinsam.
Gemessene Gleichspannung:
………………………………………
Ermitteln Sie zuletzt die Spannungswerte über die beiden Widerstände
R2 und R3 zusammen.
Gemessene Gleichspannung:
………………………………………
Überprüfen Sie zuletzt die Spannung des Spannungsversorgungsgerätes,
in dem Sie die Spannung über alle drei Widerstände messen.
Gemessene Gleichspannung:
………………………………………
9
Elektrische Antriebe und Steuerungen
Minos
Aufgabe 5
Führen Sie die folgende Meßübung durch. Beachten Sie dabei die erlernten Regeln im Umgang mit dem Multimeter!
Folgende Bauteile werden benötigt:
Spannungsversorgungsgerät mit 24 V Gleichspannung
Multimeter
Widerstand R1 = 220 Ω
Widerstand R2 = 470 Ω
Widerstand R3 = 1000 Ω
Die Belastbarkeit der Widerstände soll 1 W betragen.
Bauen Sie den im Bild angegebenen Stromlaufplan mit dem Widerstand
von 220 Ω auf. Messen Sie den Strom, der über den Widerstand fließt.
Ersetzen Sie danach den Widerstand durch die anderen Widerstände.
Ergänzen Sie das Symbol für das Strommeßgerät.
+24 V
R1
220 Ω
0V
Bild 2:
10
Stromlaufplan für Strommessung
R2
470 Ω
R3
1000 Ω