Windgenerator-Versuch-3Phasen

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Stationsbeschreibung
Thema: 3phasigen Wechselstrom gleichrichten
Thème: redresser courant alternatif triphasé
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Klassen: 3BKM2/2T,
M2IM1T u. 2T, LLA
RBS
Datum:
Name:
Document1 / As / May-16
1 Ziel (but)
Die vom Windgenerator gelieferte Spannung soll untersucht und daraus ein Spannungswert
hergestellt werden, der zur Anzeige im Internet geeignet ist.
2 Aufgabe (devoirs)
Der Generator des Windrades AirX liefert eine Wechselspannung. Da das Windrad in dieser
Arbeitsgruppe zu Messzwecken nicht zur Verfügung steht, werden die folgenden Untersuchungen
an Wechselspannungsausgängen (50 Hz) von Netzteilen durchgeführt.
a) Das t-U-Diagramm einer Wechselspannung soll aufgenommen werden.
Le t-U-diagramme d´un voltage alternatif doit être mesuré.
b) Mit Hilfe von Dioden soll zuerst eine Einwege-, dann eine Mehrwegegleichrichtung
erfolgen und deren Einfluss auf das t-U-Diagramm untersucht werden.
Faites un redressement d´un et deux directions à l´aide des diodes et explorez l´influence
pour le t-U-diagramme.
c) Die gleichgerichtete Spannung soll mit Hilfe eines Kondensators geglättet und wiederum
deren t-U-Verlauf ermittelt werden. Der so gemessene Mittelwert ist die gesuchte Größe.
Planez le voltage avec un condensateur et trouvez le t-U-diagramme à nouveau.
Im Vordergrund sollen die Durchführung und das Verständnis der Versuche stehen. Die
Mathematik dazu ist erst in zweiter Linie wichtig.
3 Grundlagen (bases)
Der Generator des Windrades AirX liegt direkt (ohne
Getriebe) auf der Rotor-Achse. Moderne Windräder sind
aus wirtschaftlichen Gründen (weniger Bauteile) und
energetischen Gründen (weniger Reibung) ohne Getriebe
gebaut.
3.1 Spannung (voltage)
Der Generator liefert eine Wechselspannung U(t)=U0∙sin(2π∙f∙t).
U0: Scheitelspannung
f: Frequenz
T: Periodendauer T=1/f
t: Zeit
Im Diagramm ist die Spannung für U0=10V und f=50Hz, also
T=1/50Hz=20ms=20Millisekunden dargestellt.
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Die Frequenz f ist von der Drehzahl n des Rotors also
von der Windgeschwindigkeit abhängig ist: je größer
die Windgeschwindigkeit ist, desto größer ist die
Drehzahl und damit die Frequenz f.
Ebenso ist die Scheitelspannung U0 von der Drehzahl
n des Rotors abhängig: je größer die
Windgeschwindigkeit ist, desto größer ist die
Drehzahl und damit die Scheitelspannung U0.
3.2 Einweg-Gleichrichtung
(redressement – une direction)
Die Wechselspannung U(t) soll in eine Gleichspannung überführt werden.
Eine einzelne Diode macht
aus der Wechselspannung
D
Ug(t)
U(t)
von oben die Gleichspannung
R
+
Ug(t).
-
3.3 Zweiweg-Gleichrichtung (redressement – deux directions)
4 Dioden lassen sich in Form einer sogenannten Brückenschaltung miteinander verbinden.
Damit lässt sich die
negative Halbwelle von
U(t) ebenfalls nutzen.
+
U(t)
Man erhält jetzt die
Ugg(t)
Gleichspannung Ugg(t).
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3.4 Glättung (planer)
Ein Kondensator wirkt wie ein Pufferspeicher für Elektronen.
Mit Hilfe eines Kondensators C lassen sich die Lücken
zwischen den Halbwellen
füllen. Diesen Vorgang
C
nennt man Glätten der
+
U(t)
Spannung.
Uc(t)
Je größer die Kapazität
des Kondensators ist,
desto besser gelingt die Glättung.
Achtung: + und – am Kondensator dürfen nicht vertauscht werden.
4 Materialliste (liste des matériaux)
Drehstromgenerator (Vorsicht: hohe Spannung, blanke Kabel nicht berühren), 1 Diode, 1 B6Brückengleichrichter, Widerstand 1kΩ, Widerstand 4kΩ, Kondensator 100µF, Kabel mit
Bananenstecker und mit Krokodilklemmen, Oszilloskop mit 3 BNC-Kabeln (Vorsicht: Spannung
nach dem Brückengleichrichter ist zu hoch für das Oszilloskop), Multimeter
Génerateur du courant triphasé (Attention: grand tension , pas toucher les fils nus), 1 diode, 1 B6redresseur, résistance 1kΩ, résistance 2kΩ, condensateur 100µF, câbles, oszilloscope avec 3 BNCcâbles (Attention: tension suivant le redresseur est trop haut pour l´oszilloscope), multimètre
5 Versuchsdurchführung (faire l´expérience)
5.1 Wechselspannung (voltage alternatif)
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Schalten Sie das Oszilloskop ein, stecken Sie in die Anschlüsse der Kanäle 1 bis 3 je einen
BNC-Adapter und schalten die Kanäle 1 bis 3 ein.
Schalten Sie den Drehstromgenerator nicht ein. Verbinden Sie zuerst die Masse jeden
BNC-Adapters mit dem gemeinsamen Pol N des Drehstromgenerators. Dann verbinden Sie
die Adapter mit den 3 Phasen L1, L2, L3. Bevor Sie weitermachen, lassen Sie die Schaltung
vom Lehrer kontrollieren!
Bei eingeschaltetem Drehstromgenerator sieht man jetzt 3 verschiedenfarbige Kurven.
Stellen Sie das Oszilloskop mit Hilfe der Knöpfe für horizontalen und vertikalen Abgleich so
ein, dass mindestens eine Periode jeder Phase auf dem Schirm zu sehen ist und eine der
Phasen durch den Ursprung (0/0) geht. Lesen Sie die Skalierungen der t- und U-Achse ab
und übertragen Sie die Kurven in untenstehendes Koordinatensystem:
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5.2 Einweg-Gleichrichtung (redressement – une direction)
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Schalten Sie die Kanäle 2 und 3 aus und entfernen Sie die entsprechenden BNC-Stecker.
Lösen Sie die Verbindung von L1 zum BNC-Stecker von Kanal 1.
Schließen Sie den Pluspol der Diode an L1 mit Hilfe von Krokodilklemmen an und
verbinden Sie den Minuspol der Diode mit dem Kanal 1 des Oszilloskops.
Übertragen Sie die Anzeige in untenstehendes Diagramm.
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5.3 Zweiweg-Gleichrichtung aller Phasen
(redressement des toutes phases– deux directions)
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Schalten Sie den Drehstromgenerator aus!
Für die folgenden Aufbauten sind Krokodilklemmen nötig.
Schließen Sie den B6-Brückengleichrichter an die 3 Phasen des Drehstromgenerators an.
Bauen Sie aus den Widerständen 1kΩ und 4kΩ einen Spannungsteiler auf und verbinden
ihn mit dem Plus- und dem Minus-Pol des Brückengleichrichters.
Schließen Sie an den kleineren Widerstand (1kΩ) die beiden Pole von Kanal 1 des
Oszilloskops an. Bevor Sie weitermachen, lassen Sie die Schaltung vom Lehrer
kontrollieren!
Übertragen Sie die Anzeige in untenstehendes Diagramm.
5.4 Glättung (planer)
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Schalten Sie den Drehstromgenerator aus!
Schließen Sie parallel zum kleineren Widerstand (1kΩ) den Kondensator an. (Vorsicht: Der
Kondensator darf nicht verpolt werden. Die Seite mit der umlaufenden Kerbe muss an Plus
angeschlossen werden) Bevor Sie weitermachen, lassen Sie die Schaltung vom Lehrer
kontrollieren!
Übertragen Sie die Anzeige in das Diagramm von 5.3.
Notieren Sie den Spannungswert, der entsprechend des oben formulierten Ziels (Kapitel 1)
ins Internet gestellt werden könnte.
6 weitere Fragen (wenn noch Zeit da ist)
1) Nehmen wir an, das wäre der Spannungswert für eine Rotordrehzahl von 150 1/min.
Welche Spannung ergäbe sich für eine Drehzahl von 400 1/min. Skizzieren Sie das n-UDiagramm ähnlich wie in Kapitel 3.1.
2) Angenommen, ein Akku-Ladegerät mit einem konstanten Widerstand von R=50Ω wird an
die Spannung des Windrades angeschlossen. Berechnen Sie die vom Windrad abgegebene
Leistung. Diese Leistung soll wiederum bei 400 1/min auftreten. Welche Leistung tritt dann
bei anderen Drehzahlen auf? Skizzieren Sie das dazugehörige n-P-Diagramm.
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