Leistungsanpassung

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Naturwissenschaft und
Technik (NwT)
Regenerative EnergietrÄger
Windenergie-Praktikum
A. PfÄnder
4.1.2009
Seite - 1 -
Leistungsanpassung
EinfÄhrung
Wird ein Windkonverter durch genÄgend schnell strÅmende Luft in Rotation versetzt, so erzeugt der angekoppelte Generator eine Spannung. SchlieÇt man einen Verbraucher (einen elektrischen Widerstand) an, so
flieÇt im Stromkreis auch ein Strom. Aus der anliegenden Spannung und der herrschenden StromstÉrke
kann die vom Windkonverter erbrachte elektrische Leistung ermittelt werden.
Nun flieÇt der Strom im Kreis aber nicht nur durch den Verbraucherwiderstand, sondern natÄrlich auch
durch den Generator, d. h. durch dessen Innenwiderstand. Auch hier wird elektrische Leistung umgesetzt.
Man kann nun untersuchen, wann die an den ÉuÇeren Verbraucher abgegebene Leistung maximal ist. Es
stellt sich heraus, dass diese Leistung vom Verbraucherwiderstand abhÉngt. Im vorliegenden Versuch wird
also der Betrag des Verbraucherwiderstandes mit Hilfe eines Stellwiderstandes (Drehwiderstand, Poti) verÉndert und jeweils die vom Generator an ihn abgegebene Leistung ermittelt.
Theoretische Untersuchungen zeigen, dass die an den Verbraucher abgegebene Leistung maximal ist, wenn
der Verbraucherwiderstand gerade so groÇ ist wie der Innenwiderstand des Generators. Man spricht dann
von Leistungsanpassung.
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Leistungsanpassung
In den allermeisten FÉllen der Stromwirtschaft lÉsst sich dieser Punkt aber nicht einstellen. Man versucht
in den Stromversorgungsnetzen vielmehr, die Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Und die ist dann gegeben,
wenn der Wirkungsgrad des Netzes optimal ist. Der Wirkungsgrad ist die ans Netz abgegebene Leistung,
dividiert durch die Summe der im Generator "verbrauchten" und der an das Netz (die Verbraucher) abgegebenen Leistung.
 
p Netz
p Netz  p Generator
Der Wirkungsgrad ist dann hoch, wenn mÅglichst viel Leistung an Netz abgegeben wird und wenig "Eigenverbrauch" herrscht. Man kann feststellen, dass der Wirkungsgrad mit dem Belastungswiderstand durch
die Verbraucher wÉchst, d. h. der Innenwiderstand des Generators soll gegenÄber dem der Verbraucher
mÅglichst klein sein.
Im vorliegenden Versuch soll der Verbraucher-Widerstand ermittelt werden, bei dem die an ihn angegebene
Leistung maximal ist. Man erhÉlt ein Maximum der Leistung bei einem bestimmten Widerstandswert. Das
ist dann zugleich auch der Innenwiderstand des Generators. Durch Variation des Belastungswiderstandes
wird unter Messung von Spannung und StromstÉrke die jeweils an den Verbraucher abgegebene Leistung
ermittelt und der Verlauf der Leistung Äber dem Belastungswiderstand grafisch aufgetragen.
Materialien, Aufbau
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Windmaschine auf Grundbrett
Krokodilklemmen
Messkabel
regelbares GleichspannungsnetzgerÉt, welches mindestens 2 A Strom liefern kann
2 Amperemeter (30 mA und 3 A)
Voltmeter (3 V)
MaÇstab (MaÇband)
aus dem Windkoffer:
 Profilschiene
 Stecksockel fÄr Windkonverter
 Windkonverter (Generator) mit 4-Blatt-Rotor
Drehwiderstand (Poti) mit 100  Gesamtwiderstand
Digitalmultimeter mit Widerstandsmessbereich
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Leistungsanpassung
DurchfÄhrung der Messung
ACHTUNG: die Spannung am WindgeblÉse darf 12 V nicht Äberschreiten; wir messen bis zu einer StromstÉrke von ca. 1,8 A. Beim Anschluss ist auf die richtige Polung zu achten, sonst lÉuft das GeblÉse in verkehrter Drehrichtung.
Das GeblÉse wird in definiertem Abstand gemÉÇ Kennlinie (5 cm) vor dem Rotor platziert und mit konstanter Spannung betrieben, so dass die Windgeschwindigkeit etwa 6 - 7 m/s betrÉgt. Es kann in einem
zweiten Versuch auch mit anderer Windgeschwindigkeit experimentiert werden.
Die beiden AusgÉnge des Windgenerators (Windkonverters) werden unter Einschleifung eines Amperemeters mit dem 100 -Stellwiderstand (Poti) verbunden. Die Spannung am Widerstand wird ebenfalls gemessen.
Man stellt am Stellwiderstand nacheinander unterschiedliche Widerstandswerte, beginnend bei etwa 3 - 5
 ein und misst (unter Entnahme des Widerstandes bei dieser Einstellung) mit Hilfe eines Digitalmultimeters (im Widerstandsmessbereich) den jeweils tatsÉchlich eingestellten Widerstandswert. Ohne die Drehknopfeinstellung zu Éndern, baut man den Stellwiderstand dann wieder in die Schaltung ein und misst
Strom und Spannung. So verfÉhrt man in kleinen Widerstandsschritten bis zum Maximalwert. Die Windgeschwindigkeit ist dabei konstant zu halten, ebenso die Position des Windkonvertes relativ zur Windmaschine.
Messtabelle
Es sind Messtabellen fÄr die MessgrÅÇen anzulegen: aktuell eingestellter Widerstandswert am Stellwiderstand, StromstÉrke durch den Verbraucher (Belastungswiderstand), Spannung am Belastungswiderstand,
errechnete elektrische Leistung im Lastwiderstand.
Auswertung
Mit den Messwerten wird mit Hilfe von Excel ein Leistungs-Belastungswiderstands-Diagramm erstellt
(Leistung Äber dem Lastwiderstand aufgetragen). Das Maximum der Kurve wird ermittelt.
In einem weiteren Diagramm wird auch die StromstÉrke und die Spannung eingetragen (zweite Achse
erstellen!).