Versuch: Asynchron - Maschine GEM 6

TU Ilmenau, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Versuch: Asynchron - Maschine GEM 6
1.
-
Problemkreis
Aufbau der Maschine, speziell der Wicklungen
Ermittlung des Luftspaltfeldes
Spannungsinduktion durch ein Drehfeld
Verhalten im Leerlauf und Stillstand
Motorbetrieb am starren Netz
2.
Versuchsaufbau
Die Versuchsmaschine ist ein Drehstromasynchronmotor mit Schleifringläufer, der folgende
Nenndaten besitzt:
Un = 400 V,
In = 12,0 A
Die Ständerwicklung ist eine 3-strängige Zweischichtwicklung mit 6 Spulen pro Polpaar und
Strang. Anfänge und Enden der Stränge sind auf ein Klemmbrett geführt. Die
Ständerwicklung wird in
-Schaltung betrieben. Die Läuferwicklung ist eine in
geschaltete 3-strängige Einschichtwicklung, deren Enden an Schleifringe geführt sind, der
Sternpunkt ist nicht zugänglich. Zur Beobachtung des Luftspaltfeldes ist im Läufer eine
Meßspule untergebracht, die Spulenweite beträgt τp. Die Enden der Meßspule sind an zwei
gesonderte Schleifringe geführt. Die Spannung der Meßspule wird einem Oszillografen
zugeführt, ihr zeitlicher Verlauf ist bei konstanter Drehzahl dem Verlauf B(γ) proportional
(Erklärung?). Sämtliche Anschlußklemmen der Versuchsmaschine sind auf die Schalttafel
geführt.
Die Versuchsmaschine ist über eine Drehmomentenmeßwelle mit einer fremderregten
Gleichstrommaschine starr gekuppelt. Die Gleichstrommaschine kann sowohl als
Antriebsmaschine (Motor) wie auch als Belastungsmaschine (Generator) arbeiten. Das
Drehmoment und die Drehzahl werden mit Hilfe der Meßwelle und einer Auswerteelektronik
bestimmt. Die Schaltung des Maschinensatzes geht aus der Beschriftung der Schalttafel
hervor.
Man informiere sich vor Versuchsbeginn über die Einzelheiten des Versuchsstandes.
3.
3.1
Versuchsdurchführung
Aufzeichnung des Luftspaltfeldes
Die Ständerwicklung wird mit Gleichströmen eingespeist, die in ihren Amplituden einigen
Momentanwerten eines symmetrischen Drehstromsystems entsprechen. Diese Stromwerte
können von einer dafür vorbereiteten Widerstandskombination entnommen werden. Der in
die Widerstandskombination eingespeiste Strom beträgt I = 0,7 A und wird von einem
elektronisch stabilisierten Netzteil (NT) bereitgestellt. Die jeweiligen Abgänge für die Stränge
sind auf ein Schaltbrett geführt und gekennzeichnet, Bild 1 zeigt die Prinzipschaltung.
2
ia
ib
ic
+
NT
0
+ -
-
Meßspule
im Läufer
Ständerwicklung der
Versuchsmaschine
Klemmbrett der Widerstandskombination
Anschlüsse für
Stromquelle
+ -
Stromquelle
(Netzgerät)
Bild 1
Die Versuchsmaschine wird mit einer Drehzahl n ≈ 980 min-1 fremd angetrieben und die
Spannung an den Klemmen der Meßspule beobachtet. Als Triggersignal für den
Oszillografen ist die Wechselspannung des Tachogenerators zu verwenden. Die Phasenlage
dieser Spannung steht in einem festen Verhältnis zur Läuferstellung.
Es sind folgende Fälle zu untersuchen:
1. Einspeisung der Stränge a, b, c einzeln nacheinander für ωt + ϕi = 0
2.
Einspeisung der Stränge a, b, c gemeinsam für ωt + ϕi = 0;
π
6π
; K;
6
6
Die Verläufe u(t) können als Hardcopy vom Oszillografen ausgedruckt werden.
3.2
Spannungsinduktion durch ein Drehfeld
Die Ständerwicklung der Versuchsmaschine wird über den Stelltransformator mit
U1LL = 200V eingespeist. Das Prinzipschaltbild zeigt Bild 2. Die Drehzahl ist mit Hilfe der
Gleichstrommaschine in den Grenzen − n 0 ≤ n ≤ + n 0 zu verändern. Es ist U2 = f(n)
aufzunehmen.
U1
I1
Ständer
Läufer
U2
Bild 2
3
3.3
Leerlauf
Die Läuferwicklung wird kurzgeschlossen, die Ständerwicklung ist über den
Stelltransformator an eine Spannung von U1LL ≈ 150V zu legen. Nach erfolgtem Hochlauf
wird die Spannung auf 400V erhöht. Das Prinzipschaltbild ist in Bild 3 dargestellt.
Es sind die in Bild 3 eingetragenen Größen für folgende Betriebspunkte zu messen:
1. Leerlauf,
2. n = n0,
3. M = 0,
4. P1 = 0
Die Drehzahl ist nicht von der Digitalanzeige abzulesen, sondern über die Frequenz zu
bestimmen (Genauigkeit). Man messe die Zeit mehrerer Ausschläge eines in den Läuferkreis
geschalteten Drehspulinstruments. Zum Anfahren der Betriebspunkte 2., 3. und 4. wird die
Versuchsmaschine mit Hilfe der Gleichstrommaschine angetrieben.
U1 = 400V
I1, P1, Q 1
Ständer
n, M
Läufer
f
A
2
Bild 3
3.4
Motorbetrieb am starren Netz
Die Versuchsmaschine wird nach erfolgtem Hochlauf (U1LL ≈ 150 V) mit einer
Ständerspannung von U1= 400V betrieben. Sie wird mit Hilfe der angekuppelten
Gleichstrommaschine belastet. Die Gleichstrommaschine arbeitet als Generator auf einen
veränderlichen Widerstand, der Erregerstrom wird nach Bedarf über die Erregerspannung
eingestellt. Das Prinzipschaltbild zeigt Bild 4.
U1
400V
I 1 , P1, Q 1
M
G
f 2 , I2
Bild 4
Es sind aufzunehmen:
n, M
I1, I2, P1, Q1, n = f(M)
R
4
Die Belastung ist zu erhöhen bis sich I1 ≈ 1,2⋅I1n einstellt. Die Spannung U1 ist konstant zu
halten und gegebenenfalls nachzuregeln.
3.5
Stillstandsversuch
Die Läuferwicklung ist kurzzuschließen, der Läufer ist festgebremst. Die Ständerwicklung
wird über den Stelltransformator mit verminderter Spannung eingespeist. Das
Prinzipschaltbild zeigt Bild 5. Die Spannung U1 ist von Null beginnend zu erhöhen, bis sich
I1 ≈ 1,2 I1n einstellt. Für mehrere Spannungswerte messe man die im Bild 5 angegebenen
Größen. Man beachte, daß im Stillstand der Maschine die Eigenkühlung unwirksam ist.
Unmittelbar nach Beendigung der Messungen sind durch Bestimmung des Spannungsabfalls
bei Stromeinspeisung mittels einer Konstantstromquelle (Netzteil) die Widerstände R1 und R2
zu erfassen (Warmwiderstände!).
U1
I1 , P 1 , Q 1
Ständer
Läufer
I2
Bild 5
4.
Versuchsauswertung
4.1
Die in 3.1 aufgezeichneten Oszillogramme des Luftspaltfeldes sind zu beschriften
( B/Bmax = f(γel) ) und zu diskutieren. Als Bmax soll für sämtliche Darstellungen der
Maximalwert der Induktion bei einsträngiger Einspeisung verwendet werden.
4.2
Der Verlauf U2 (n) nach 3.2 ist darzustellen, der theoretische Verlauf ist mit
einzutragen. Man ermittle das Übersetzungsverhältnis ü = (wξ1)1/(wξ1)2 mit Hilfe von
U1/U20.
4.3
Es sind die Größen I1, I2, P1, Q1, η, cos ϕ, n = f(M) gemäß 3.4 darzustellen.
4.4
Man stelle die Verläufe von I1, I2, P1, Q1, cos ϕ = f(U1) nach 3.5 dar und gebe den
Wert I1 (400V) an.
4.5
Mit Hilfe der ermittelten Meßwerte zeichne man die Ortskurve des
Ständerstroms. Die Ortskurve ist mit dem Schlupf s zu beziffern. Die unter 3.3
gemessenen Betriebspunkte sind in die Ortskurve einzutragen und zu diskutieren.
4.6
Man entnehme der Ortskurve nach 4.5 folgende Größen:
5
Mkipp, sKipp, Ma und zeichne den Verlauf n = f(M) für -2 < s < 2. Es ist der gemessene
Verlauf n(M) nach 4.3 in das gleiche Diagramm zu übertragen.
4.7
Man stelle den Leistungsfluß in der Maschine für Nennbetrieb entsprechend der
Meßwerte in einer Grafik dar. Die Darstellung soll die Größen P1, PVU, PVrb, PV1, Pδ,
PV2, Pmech enthalten. Die Ummagnetisierungs- und Reibverluste bestimmt man aus
den unter 3.3 gemessenen Betriebspunkten.
5.
Literaturhinweise
Vorlesung „Grundlagen elektrischer Maschinen“
Müller, G.:
Elektrische Maschinen, Grundlagen, Aufbau und Wirkungsweise.
Verlag Technik 1989 bzw. VCH Verlagsgesellschaft mbH 1994
Nürnberg, W.: Prüfung elektrischer Maschinen. Springer Verlag
Fischer, R.:
Elektrische Maschinen. Hanser Verlag
Weitere deutsch- und englischsprachige Literatur zum Thema „Elektrische Maschinen“ findet
man im Katalog der Universitätsbibliothek.