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
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Netze an Sinusspannung
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Versuch Nr.
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1 Vorbereitung
a).Berechnen Sie für die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R = 100 Ω 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.
(Zeiger U in 0°-Richtung zeichnen.)
b) Zeichnen Sie für die unter a) gegebenen Werte die Wechselspannung u = f(t) und den Strom i = f(t)
in ein maßstäbliches Diagramm (0 ≤ t ≤ 30 ms).
Nullphasenwinkel der Spannung: 0°.
Literaturangaben: siehe Abschnitt 4
Verwendete Geräte und Bauteile
Wechselspannungsquelle f = 50 Hz
einstellbar: 2 V ... 14 V
Spannungsmesser für U1 (Digitalmultimeter)
Kennzeichnung
Spannungsmesser für die anderen Werte
(Digitalmultimeter)
Strommesser (Digitalmultimeter)
Spule (N = 600)
Spule (N = 300)
Eisenkern mit Spannvorrichtung
Ohmscher Widerstand 100 Ω
Ohmscher Widerstand 50 Ω
Ohmscher Widerstand 50 Ω
Ohmscher Widerstand 20 Ω
Kondensatoren (Nennwert: 32 μF)
Schalter
Glühlampe 4V / 0,04 A
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2 Wechselspannungsnetz
a) Bauen Sie die Schaltung nach Bild 1 auf.
Einschalten der Spannung U1 erst nach Festlegung und Freigabe durch Versuchsleiter(in)!
Wechselspannungsquelle
2 ... 14 V, 50 Hz
Iges
Bild 1
S
A
R1
V
R2
UR2
UR1
I1
I2
L
R3
U1
Uspule
UR3
R4
UR4
R1 = 100 Ω; R2 = R3 = 50 Ω; R4 = 20 Ω; „L“ = Spule (N = 600) mit Eisenkern
b) Messen Sie folgende Werte bei geöffnetem Schalter S:
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 mit dem Nullphasenwinkel = 0° zeichnen.
Berechnen Sie die Abweichung des mit dem Multimeter gemessenen Effektivwerts U1 in Prozent,
bezogen auf den im Zeigerdiagramm gemessenen Wert. (Maßstab: 500 mm/A; 10 mm/V)
c) Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S:
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: 1000 mm/A).
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d) Verändern Sie die Schaltung nach Bild 2.
Einschalten der Spannung erst nach Freigabe durch Versuchsleiter(in)!
Wechselspannungsquelle
2 ... 14 V, 50 Hz
Iges
Bild 2
S
A
R1
R2
UR1
I1
V
I2
C1
L
U1
UR2
Uspule
C2
UC
R1 = 100 Ω; R2 = 50 Ω; C1 = 32 μF; C2 = 32 μF; „L“ = Spule (N = 600) mit Eisenkern
e) Messen Sie folgende Werte bei geschlossenem Schalter S:
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
Spannungszeiger U1 in 0°-Richtung, die Zeiger UR1 und USpule für den linken Zweig sowie die
Zeiger UR2 und UC für den rechten Zweig in ein gemeinsames Zeigerdiagramm.
(Maßstab: 10 mm/V). 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: 1000 mm/A)
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3 Transformator
Die beiden Spulen auf dem U-Kern bilden einen Transformator.
Zeichnen Sie eine Schaltskizze mit Wechselspannungsquelle, „Transformator“ und Glühlampe als
„Verbraucher“ entsprechend der Beschreibung zum nachstehenden Versuchsaufbau a).
a) Der Umschalter am Ausgang der Wechselspannungsquelle wird auf „8 V“ gesteckt. Die Spule 1 mit
600 Windungen wird mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Die Glühlampe wird an die
Spule 2 mit 300 Windungen angeschlossen.
Messen Sie die Spannung U1 an der Spule 1 und die Spannung U2 an der Glühlampe.
U1 in V
U2 in V
b) Der Umschalter am Ausgang der Wechselspannungsquelle wird auf „2 V“ gesteckt. Die Spule 2 mit
300 Windungen wird mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Die Glühlampe wird an die
Spule 1 mit 600 Windungen angeschlossen.
Messen Sie die Spannung U1 an der Spule 2 und die Spannung U2 an der Glühlampe.
U1 in V
U2 in V
c) 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):
d) 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
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