Laborversuch 7, Skript
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Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Seite 1 von 9 Praktikumsversuch 7A "Drehstrom" Inhalt 1 Zusammenfassung, erforderliche Vorkenntnisse .............................................................................................................1 2 Schaltschütze, Hilfsschütze, Logik ..................................................................................................................................1 3 Drehstromasynchronmotor...............................................................................................................................................3 3.1 Aufbau und Funktionsprinzip..................................................................................................................................3 3.2 Stern-Dreiecks (Y-∆) - Anlassverfahren .................................................................................................................5 4 Leistungsmessung, Stromwandler ...................................................................................................................................6 5 Beschreibung des Versuchsaufbaus .................................................................................................................................7 6 Versuchsvorbereitung ......................................................................................................................................................8 7 Versuchsdurchführung und Auswertung .........................................................................................................................9 7.1 Organisation ............................................................................................................................................................9 7.2 Versuchsteil "Y-∆-Anlassschaltung "......................................................................................................................9 7.3 Versuchsteil "Leistungsmessung" ...........................................................................................................................9 7.4 Versuchsteil "Asynchronmotor mit Y-∆-Anlassschaltung" ....................................................................................9 7.5 Auswertung .............................................................................................................................................................9 Hinweis: Die schriftliche Ausarbeitung jedes Teilnehmers der Aufgaben aus Abschnitt 6 ist eine Voraussetzung zur Teilnahme am Versuch! 1 Zusammenfassung, erforderliche Vorkenntnisse In dem Versuch werden 2 Themen behandelt: − Stern-Dreiecks (Y-∆) - Anlassschaltung für einen Drehstrommotor − Leistungsmessung bei Drehstrom Die Versuche werden an einem 2,2 kW - Drehstromasynchronmotor mit Käfigläufer durchgeführt. Erforderliche Vorkenntnisse: Vorlesung "Grundlagen der Elektrotechnik" bis Kap. 8 des Vorlesungsmanuskriptes. Anmerkungen: 1. Für den Fall, dass der Versuch durchgeführt wird, bevor in der Vorlesung Kap. 6, 7 und 8 des Vorlesungsmanuskriptes behandelt wurden, sollten mindestens die Kap. 6.1 und 7.5 durchgearbeitet und Kap. 8.1 und 8.2 gelesen werden. Kenntnisse über die komplexe Wechselstromrechnung sind nützlich. 2. Die Funktionsweise der Asynchronmaschine kann und soll nicht im Rahmen dieses Versuches fundiert vermittelt werden. Die hier enthaltene Zusammenfassung zur Asynchronmaschine soll nur einen Eindruck von dem Wirkungsprinzip geben. Die Funktion ist deshalb sehr vereinfacht dargestellt und die beschreibenden Gleichungen werden nicht angegeben. Die angeführten Kennlinien und Proportionalitäten am Ende von Kap. 3.1 sind statt dessen aus plausiblen Abhängigkeiten hergeleitet, wobei bei einer strengen Betrachtungsweise die gezogenen Schlussfolgerungen nicht immer zwingend sind. 2 Schaltschütze, Hilfsschütze, Logik Schaltschütze (Schütze) sind elektromagnetisch betätigte Fernschalter, die zum Ein- und Ausschalten von größeren Verbrauchern dienen. Der zu schaltende Strom wird dem Schütz (Abbildung 1) von außen über die beiden feststehenden Kontakte (5) zugeführt. Im Ruhezustand wird die an dem beweglichen Anker (1) befestigte Kontaktbrücke (4) durch Rückzugfedern (7) von den festen Kontakten (5) getrennt. Wenn die Spule (3) von einem Hilfsstrom durchflossen wird, wird der Anker (1) des magnetischen Kreises von dem Kern (2) angezogen, und die Kontaktbrücke (4) schaltet den angeschlossenen Verbraucher ein. Mit Abschalten des Hilfsstromes sorgen die Rückzugfedern für ein Öffnen der Kontakte. Typisch werden in Schaltschützen 3 Hauptkontakte (für 3-phasigen Drehstrom) und einige Hilfskontakte von einem gemeinsamen Magneten geschaltet. Die Hauptkontakte können für Ströme bis zu mehreren 100 A ausgelegt sein. Die Hilfskontakte sind erheblich schwächer konstruiert (bis einige A) als die Hauptkontakte und dienen für SteueTechnische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Seite 2 von 9 rungszwecke, insbesondere zur elektrischen Anzeige des aktuellen Schaltzustandes des Schützes. Bei Hilfskontakten unterscheidet man zwischen "Schließern", die mit Erregung der Spule schließen, und "Öffnern", die im Ruhezustand geschlossen sind und mit Erregung der Spule öffnen. Abbildung 2 zeigt eine Anwendung von Schützen, die Schaltsymbole und die Anwendung der Hilfskontakte. 7 4 6 5 1 3 2 1 beweglicher Teil des magnetischen Kreises (Anker) 2 feststehender Teil des magnetischen Kreises (Kern) 3 Spule zur Erzeugung des Magneflusses für die Einschaltkraft 4 bewegliche Kontakte 5 feste Kontakte 6 isolierender Kontaktträger 7 Rückholfeder Abbildung 1: Prinzipieller Aufbau eines Schaltschützes L1 L2 L3 N Schützspule mit Zeitverzögerung Schützspule Sicherung Öffner Schließer Taster / Schalter L1 F1 F3 T1 K1 K2 K3 T2 U1 V1 W1 K2 K3 K1 M 3~ K4 K3 K1 W2 U2 V2 K3 K4 K2 K1 N Leistungsteil des Stromlaufplanes Steuerteil des Stromlaufplanes Abbildung 2: Selbsttätiges Y-∆ - Anfahren eines Kurzschlussläufermotors Hilfsschütze sind ähnlich aufgebaut wie Schaltschütze, sie haben jedoch nur Hilfskontakte und keine Hauptkontakte. Sie werden eingesetzt, um einfache logische Abhängigkeiten für die Ansteuerung von Schaltschützen zu realisieren. Komplexere logische Aufgaben werden heute mit Rechnern (Prozessrechner, speicherprogrammierbare Steuerung) gelöst. Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Seite 3 von 9 Hilfsschütze sind häufig mit Zusatzelementen ausgerüstet. Besonders häufig sind Hilfsschütze mit Zeitverzögerungen, durch die das Schalten der Kontakte erst eine einstellbare Zeit nach Erregung oder Entregung der Schaltspule erfolgt. Relais sind den Hilfsschützen sehr ähnlich. Von Relais wird vorwiegend in nachrichten- oder messtechnischen Anwendungen oder bei sehr kleinen Schaltströmen gesprochen 3 Drehstromasynchronmotor 3.1 Aufbau und Funktionsprinzip Abbildung 3: Aufbau eines Drehstromasynchronmotors (Käfigläufer) Asynchronmotoren (Abbildung 3) sind die in der Antriebstechnik am häufigsten vorkommenden Maschinen. Der Stator oder Ständer eines Asynchronmotors ist ebenso aufgebaut wie der Stator einer Synchronmaschine. Aus Blechringen ist ein Hohlzylinder zusammengeschichtet. Am inneren Umfang befinden sich die Drehstromwicklungen. Zur Verteilung der Wicklungen kann man sich idealisiert vorstellen, dass diese um jeweils 120o/p auf dem Umfang versetzt angeordnet sind (Abbildung 4). Dabei steht p für die sogenannte Polpaarzahl, die noch näher erklärt wird. Bei einer Drehstrommaschine mit der Polpaarzahl 1 sind insgesamt sechs Anschlüsse aus der Maschine herausgeführt. Jeder Strang kann so beliebig verschaltet werden. Zwei grundsätzliche Möglichkeiten sind weiterhin dargestellt. Die drei Wicklungsstränge St1, St2 und St3 sind in Stern- oder Dreieckschaltung mit den drei Leitern L1, L2, L3 des speisenden Netzes verbunden. Dadurch liegen unterschiedliche Spannungen an den Drehstromspulen an, und es stellen sich zwei Leistungsbereiche ein. Beim Anschluss der Statorwicklung an ein Drehstromsystem wird ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Der Wechselstrom je Spule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld mit gleicher Phasenlage. Durch Überlagerung der Wechselfelder entseht ein magnetisches Feld, das eine konstante Größe besitzt und sich bei p = 1 mit der Netzfrequenz fN dreht (Abbildung 4). Bei Maschinen mit zwei Spulengruppen, die jeweils 180° des Umfanges einnehmen, legt das magnetische Feld während einer elektrischen Periode nur eine halbe Umdrehung zurück. Demnach ist die Drehzahl des Drehfeldes genau halb so groß wie die der Netzfrequenz fN. Die Anzahl der Feldwiederholungen über den Umfang wird Polpaarzahl p genannt. Die Drehzahl des Drehfeldes oder die synchrone Drehzahl ist allgemein über f Feld = fN p gegeben. Für das übliche Netz mit 50 Hz sind somit die möglichen Drehzahlwerte 3000, 1500, 1000, 750 ... 1/min. Die Nenndrehzahl des Motors liegt immer einige Prozent unter diesen synchronen Drehzahlen. Im Stator eines Asynchronmotors und in seinem Luftspalt treten die gleichen magnetischen Verhältnisse auf wie im Stator und Luftspalt einer Synchronmaschine. Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Abbildung 4: Seite 4 von 9 Prinzip der Entstehung eines Drehfeldes in einer Drehstrommaschine In der Bohrung ist der Rotor oder Läufer angeordnet, der ebenfalls aus Einzelblechen zusammengeschichtet ist. Die Wicklungen des Rotors bestehen beim Kurzschlussläufer aus Stäben, die an den Stirnseiten alle miteinander verbunden (kurzgeschlossen) sind. Wegen des käfigartigen Aufbaus der Wicklungen, wird der Rotor auch Käfigläufer genannt. Elektrisch ist dieser Käfig mit einer kurzgeschlossenen Drehstromwicklung vergleichbar, deren Spulen nur jeweils eine Windung besitzen. Beim Schleifringläufer sind die Rotorwicklungen ähnlich wie die Statorwicklungen aufgebaut. Drei der sechs Anschlüsse sind über Schleifringe herausgeführt, während die anderen drei miteinander zu einem Sternpunkt verbunden werden. Prinzipiell ist jedoch auch die Dreieckschaltung im Rotor denkbar. Die Arbeitsweise des Asynchronmotors wird an einem Käfigläufer erläutert. Der Rotor drehe sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω (<ωFeld) in Richtung des vom Ständer erzeugten Drehfeldes mit der Winkelgeschwindigkeit ωFeld. Die relative Bewegung des Läufers gegenüber dem Drehfeld ist somit ∆ω = (ω Feld − ω ) , welches nach dem Induktionsgesetz zu einer Spannung mit der Frequenz f2 = ∆ω 2π in jeder Spule des Läufers führt. Aufgrund des Kurzschlusses fließt ein Strom in den Stäben des Käfigs, wodurch eine Kraft vom Drehfeld auf den Läufer übertragen wird und an der Rotorwelle ein Drehmoment abgenommen werden kann. Wenn ∆ω = 0 ist, d. h., der Rotor läuft synchron zum Drehfeld, kann keine Spannung in die Stäbe induziert werden. Das Drehmoment ist 0 (Leerlauf). Die Differenz der Drehfeld- zur Rotordrehzahl bezogen auf die Drehfelddrehzahl wird als Schlupf bezeichnet. s= ω Feld − ω ω Feld Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) ⇔ ω=0 ⇔ ω = ωFeld s=1 s=0 Seite 5 von 9 Rotor steht Leerlauf Die Abbildung 5 zeigt eine typische, bezogene Drehmoment-Drehzahlkennlinie eines Asynchronmotors. Vom Leerlauf bis zum Kipppunkt steigt das Moment mit Zunahme des Schlupfes stark an, um danach typischerweise wieder abzufallen. Es kann hergeleitet werden, dass zwischen der im Läufer entstehenden Verlustleistung PV2 und der mechanischen Leistung Pmech gilt: M/M n I/In 2 10 I/In Kippunkt 1 5 Deshalb muss im normalen Betrieb der Schlupf klein sein (typisch kleiner 3 %). M/M n 1 0 0 PV2 = s/(1-s) ⋅ Pmech. 1 Nennpunkt n/n 0 Aus diesen Zusammenhängen können für einen bestimmten Schlupf s und vorgegebene Netzfrequenz fN folgende Proportionalitäten hergeleitet werden: I1 ∼ UN M ∼ U N2 Abbildung 5: Drehmoment und Strom über der Drehzahl (typischer Verlauf) Das Drehmoment ist quadratisch von der Netzspannung abhängig. 3.2 Stern-Dreiecks (Y-∆) - Anlassverfahren Der für das Einschalten eines Drehstromasynchronmotors aufzubringende sehr große Anlaufstrom überfordert oft die verfügbare Stromversorgungseinrichtung (Abbildung 5) oder führt in dem Versorgungsnetz zu einem so starken Einbruch der Netzspannung, dass andere angeschlossene Verbraucher gestört werden können. Lampen würden z.B. kurzzeitig dunkler werden. Aus diesem Grund dürfen größere Motoren (ab einigen kW) nur in entsprechend ausgelegten Stromversorgungsnetzen direkt ohne besondere Maßnahmen eingeschaltet werden. Eine häufig angewendete Methode, den Anlaufstrom zu verkleinern, ist das Y-∆-Anlassverfahren. Bei diesem Verfahren werden die 3 Stränge der Drehstromwicklung des Motors im Normalbetrieb im Dreieck (∆) geschaltet. Für den Anlassvorgang werden die 3 Stränge im Stern (Y) geschaltet. Die Spannung an jedem Strang wird dadurch auf 1/√3 der Netzspannung vermindert und der Anlaufstrom in den Zuleitungen verkleinert sich entsprechend auf 1/3. Die Abbildung 6 zeigt die beiden Ersatzschaltbilder (vgl. Vorlesung „Grundlagen der Elektrotechnik“, Kap. 8). U1 U12 U31 R3 L1 I1 u1 w2 u1 U1 U12 L1 I1 R1 U1 U12 u2, v2, w2 R1 L2 I2 w1 R2 v2 u2 U2 v1 w1 U23 U31 U2 R3 L2 I2 U3 R2 U2 U23 U31 v1 U23 I3 U3 L3 N I3 U3 L3 N Abbildung 6: Ersatzschaltbilder der Dreiecks- und der Sternschaltung Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Seite 6 von 9 Drehmoment Nach den oben angeführten Proportionalitäten vermindert sich das Drehmoment des Motors ebenfalls auf 1/3 (Abbildung 7). Durch geeignete Anlagenauslegung muss sichergestellt sein, dass dies für einen Anlauf des Motors gegen das Lastmoment der anzutreibenden Maschine ausreicht. In jedem Fall dauert der Anlauf des Motors mit verminderter Spannung länger als bei Nennspannung. M∆ Last A Anlauf Mn Last B MY 0 Drehzahl nn n0 1 Schlupf sn0 Last A: bei n = 0 ist MLast < MY, Anlauf ist möglich; bei MLast = MY muß auf ∆ umgeschaltet werden, um Nennpunkt zu erreichen Last B: bei n = 0 ist MLast > MY, Y-Anlauf ist nicht möglich; ∆-Anlauf ist möglich Abbildung 7: Anlaufkennlinie eines Kurzschlussläufermotors mit Y-∆ - Umschaltung Die Umschaltung vom Y nach ∆ erfolgt heute meistens automatisch zeitgesteuert (Abbildung 2). Die Zeit wird dabei so eingestellt, dass der Motor in der Y-Schaltung seine Nenndrehzahl etwa erreicht hat, bevor auf ∆ umgeschaltet wird. 4 Leistungsmessung, Stromwandler Messinstrumente zur Leistungsmessung erhalten als Eingangsgrößen die Spannung u (am Spannungsanschluss = Spannungspfad) und den Strom i (am Stromanschluss = Strompfad) der zu messenden Leistung. Das Messgerät ermittelt daraus das Produkt p = u * i *cos ϕ und filtert das Ergebnis für die Anzeige. Übliche Messgeräte in Schalttafeln bestehen aus 2 Spulen, von denen eine fest im Gehäuse untergebracht ist und die andere drehbar gelagert und mit dem Zeiger des Instrumentes verbunden ist (Abbildung 8). Der Strom i der zu messenden Leistung durchfließt die feste Spule und erzeugt ein Magnetfeld b, das proportional zu dem Strom i ist, b ~ i. Die bewegliche Spule wird mit der Spannung verbunden und nach dem ohmschen Gesetz fließt in ihr ein Strom i1, wobei i1 ~ u ist. Auf die bewegliche Spule („stromdurchflossener Leiter“) wirkt in dem Magnetfeld der festen Spule eine Kraft F ~ b ∗ i1 ~ i * u ~ p, welche über eine Feder zu einem leistungsproportionalen Ausschlag des Zeigers führt. Die erforderliche Filterung wird durch die Massenträgheit der beweglichen Spule, des Zeigers und ggf. spezieller Dämpfer erreicht. i i1 u Abbildung 8: Leistungsmesswerk Für die Leistungsmessung ist die Erfassung der Ströme und Spannungen erforderlich. Das Spannungssignal wird in Niederspannungsanlagen (bis 1000 V) meistens direkt an das Leistungsmessgerät geführt. Für die Erfassung der Ströme werden Stromwandler eingesetzt, die die zu messenden Ströme (von bis zu mehreren 1000 A) in Werte von einigen Ampere umwandeln, die dann dem Leistungsmessgerät zugeführt werden. Stromwandler sind wie Transformatoren aufgebaut, bestehen also aus 2 Spulen um einen gemeinsamen Eisenkern. Unter Vernachlässigung des Magnetisierungsstromes (Leerlaufstrom) gilt dafür U1/U2 = I2/I1 = ü, also I2 = ü ⋅ I1. Das Verhältnis ü ist durch das Verhältnis der Windungszahlen w1 und w2 bestimmt. Der Strom I1 wird also mit dem Übersetzungsverhältnis ü in einen Strom I2 übersetzt. Stromwandlertransformatoren müssen deshalb so konstruiert werden, dass der Magnetisierungsstrom gegenüber dem Nennstrom vernachlässigbar klein ist. Die zweite wichtige Kenngröße bei Stromwandlern ist die übertragbare (Schein)-Leistung. Nach dem Induktionsgesetz ist die Wechselspannung U2 ∼ w2 ⋅ φK. Da der magnetische Fluss φK im Eisenkern durch dessen Abmessungen und die Sätti- Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Seite 7 von 9 gungsmagnetisierung des Eisens begrenzt ist, ist auch die maximale Spannung und damit die Scheinleistung begrenzt. Der Widerstand im Sekundärkreis ("Bürde") des Stromwandlers darf deshalb einen maximalen Wert nicht überschreiten. Insbesondere darf der Sekundärkreis nicht unterbrochen werden, solange noch ein Strom im Primärkreis fließt. Für die Leistungsmessung bei Drehstromsystemen sind je nach Art des Anschlusses und Art des Verbrauchers verschiedenen Verfahren möglich: 3 Wattmeterschaltung: Dies ist die allgemeinste Schaltung. Sie ergibt auch bei unsymmetrischer Netzspannung oder unsymmetrischem Verbraucher richtige Werte. Es werden die Leistungen in allen 3 Strängen zur Ermittlung der gesamten Leistung gemessen und addiert. 1 Wattmeterschaltung: Wenn die Netzspannung und der Verbraucher symmetrisch sind, dann reicht es aus, die Leistung nur eines Stranges zu messen. Die gesamte Leistung ist dann das 3-fache der vom Messinstrument angezeigten Leistung. 2 Wattmeterschaltung, Aronschaltung: In den meisten Fällen ist der Nullleiter nicht vorhanden oder nicht angeschlossen, aber eine Unsymmetrie der Netzspannung oder der Belastung ist möglich. In diesen Fällen kommt man mit 2 Wattmetern aus. Aus Abbildung 9 ist unter Berücksichtigung von i1 + i2 + i3 = 0 ersichtlich: L1 L2 P1 i1 P2 i2 P3 L3 N i3 u1 u2 u3 3-Wattmeterschaltung L1 P1 i1 u12 L2 u23 L3 i3 P3 2-Wattmeterschaltung (Aronschaltung) Abbildung 9: Leistungsmessung bei Drehstrom (Eingetragen sind die zu messenden Größen.) p1 = u12 ⋅ i1 = (u1 - u2) ⋅ i1 p3 = u32 ⋅ i3 = (u3 - u2) ⋅ i3 pges = u1 ⋅ i1 + u3 ⋅ i3 + u2 ⋅ (-i1 - i3) = u1 ⋅ i1 + u2 ⋅ i2 + u3 ⋅i3 Die Größe der Einzelleistungen hängt auch vom cos ϕ des Verbrauchers ab, und es kommt vor, dass eine der beiden angezeigten Leistungen sogar negativ ist. 5 Beschreibung des Versuchsaufbaus Für den Versuch stehen folgende Geräte zur Verfügung: − ein Drehstrommotor (Käfigläufer) Nenndaten bei 380V; ∆; 50 Hz Pn = 2,2 kW; nn = 2840 min-1; In = 4,8 A; cos ϕ = 0,67 − ein Trenntransformator für die Stromversorgung U = 400 V; fNetz = 50 Hz − 3 Taster − 3 Schütze mit Hilfskontakten Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) − 3 Glühlampen-Paare zum Testen der Schaltung − Laborkabel − 1 Glühlampen-Sternschaltung mit drei Glühlampen à 100 W I↓ U↓ Für die Messungen sind als Messgeräte vorhanden − Voltmeter − Amperemeter − 2 Wattmeter (Leistungsmesser) nach Abbildung 10 Messbereich: I : 0 - 5 A U: 0 - 120, 240, 480, 600 V P : 0 - 600, 1200, 2400, 3000 W Anzeige: 0 - 120 Skalenteile − 2 Stromwandler (Durchsteckwandler, w2 = 1) 5A 120V 240V 480V 600V 60 0 0 12 Übersetzung: ü = Seite 8 von 9 5A 120V ... 600W 240V ... 1200W 480V ... 2400W 600V ... 3000W w1 w2 Abbildung 10: Wattmeter − Handtachometer Die Schütze, Taster und die Glühlampen sind auf einem Laborbrett befestigt. Der Versuch ist von Ihnen aufzubauen. 6 Versuchsvorbereitung Die Aufgaben sind bearbeitet zum Versuchstermin mitzubringen. Sie sind Teil des Versuchsprotokolls und sollten in einer entsprechenden Form dokumentiert sein. 1. Entwerfen Sie auf Basis des angegebenen Stromlaufplanes aus Abbildung 2 eine Y-∆-Anlaufschaltung, die abweichend folgende Beschreibung erfüllt: a) Es gibt einen Taster, der die Betriebsstufe Y einschaltet. b) Es gibt einen Taster, der die Betriebsstufe ∆ einschaltet. Die Zeitsteuerung entfällt somit. 2. Bereiten Sie eine Tabelle zum Testen der von Ihnen aufzubauenden Schaltung vor. Die Tabelle sollte etwa folgendermaßen aussehen: Aktion Ausgangszustand "Y" kurz drücken "AUS" "AUS" und "Y" gleichzeitig (usw.) Reaktion K1 0 1 0 K2 0 0 0 K3 0 1 0 in Ordnung Motor Motor steht Motor in Y Motor steht " Um die Tabelle erstellen zu können, müssen Sie die Funktionsweise der Y-∆-Schaltung verstanden haben! 3. Ermitteln Sie die Konstanten zur Umrechnung der von den Ampere- und Wattmetern angezeigten Werte auf die in der Anlage vorhandenen Werte nach dem folgenden Schema: a) Welches Übersetzungsverhältnis am Stromwandler wird benötigt, damit ein maximaler Strom von 20 A mit dem Wattmeter gemessen werden kann? Wieviele Windungen (Durchsteckungen) w1 am Stromwandler sind hierfür notwendig? b) Welcher Spannungseingang am Wattmeter muss sinnvollerweise gewählt werden und welche Leistung zeigt das Messgerät bei Vollausschlag dann an? Welchem Umrechnungsfaktor Skalenteil zu Leistung entspricht dies? c) Wie lautet der gesamte Umrechnungsfaktor, um aus den angezeigten Skalenteilen die in der Anlage vorhandene Leistung zu erhalten? Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007 Praktikum "Grundlagen der ET für MB", Versuch 7A (Drehstrom) Seite 9 von 9 4. Ermitteln Sie die Werte, die von den einzelnen Instrumenten angezeigt werden müssen, wenn Sie die Leistungsaufnahme von 3 im Y geschalteten Glühlampen mit je 100 W messen. Für diesen Versuch sollen die Stromwandler auf das Verhältnis 1 geschaltet werden. (Die Glühlampen sind als ohmsche Widerstände zu betrachten.) Vorgehensweise: a) Zeichnen Sie ein Ersatzschaltbild der Y-Schaltung und ermitteln Sie alle vorkommenden Größen (U, I, R). Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm der Ströme und Spannungen. b) Erweitern Sie das Ersatzschaltbild um die Wattmeter in der Aronschaltung. Kennzeichnen Sie im Ersatzschaltbild und im Zeigerdiagramm die Größen, die von den Wattmetern gemessen werden. Berechnen Sie die von den Wattmetern angezeigten Leistungen und die Gesamtleistung. 5. Schätzen oder ermitteln Sie die Leistungsaufnahme für den Fall, dass eine Glühbirne durchgebrannt ist. Welche beiden Möglichkeiten existieren und was zeigen die Wattmeter an. Begründen Sie kurz ihre Lösung (Text oder Berechnung). 6. Ermitteln Sie für den oben angegebenen Nennpunkt des Motors den Schlupf und die Verluste im Läufer des Motors. 7 Versuchsdurchführung und Auswertung 7.1 Organisation Der Versuch wird von 2 Gruppen parallel durchgeführt, wobei eine Gruppe den Versuchsteil 7.2 und die andere den Versuchsteil 7.3 durchführt. In Versuchsteil 7.4 werden die beiden Teilaufgaben zusammengefügt, dieser Versuchsteil wird von beiden Gruppen gemeinsam durchgeführt. Die Zuordnung der Gruppen zu den Teilversuchen erfolgt nach der Vorbesprechung. 7.2 Versuchsteil "Y-∆-Anlassschaltung " a) Bauen Sie die entworfene Schaltung auf. Setzen Sie statt des Drehstrommotors zunächst 6 Glühbirnen ein (je 2 in Reihe geschaltet). b) Testen Sie die Schaltung mit Hilfe der von Ihnen entworfenen Testtabelle. 7.3 Versuchsteil "Leistungsmessung" a) Bauen Sie die Aronschaltung zur Leistungsmessung auf. Setzen Sie statt des Drehstrommotors zunächst 3 im Y geschaltete Glühbirnen ein (ohne Mittelpunktsleiter) .Vergleichen Sie die Leistungsaufnahme mit der von Ihnen vorausberechneten Leistung. b) Lockern Sie eine der Glühbirnen und lesen erneut die Leistung ab. 7.4 Versuchsteil "Asynchronmotor mit Y-∆-Anlassschaltung" a) Erläutern Sie der jeweils anderen Gruppe kurz Ihren Versuchsaufbau. b) Kombinieren Sie beide Versuchsteile zusammen mit dem Drehstromasynchronmotor zu einem Aufbau, in dem der Motor im Y-∆-Verfahren angelassen werden kann und die Strom- und Leistungsaufnahme gemessen werden kann. c) Starten Sie den Motor in Y und in ∆-Schaltung. Was kann man über die aufgenommenen Ströme während des Anlaufes und den Anstieg der Drehzahl sagen? d) Nehmen Sie die Ströme und Leistungen des Motors im Leerlauf jeweils für die Y und die ∆-Schaltung auf. Starten Sie den Motor jeweils über die Y-Stufe. 7.5 Auswertung Erstellen Sie im Anschluss an die Versuche ein Protokoll des Labors. Der Text soll stichpunktartig (Kurzsätze) verfasst werden. Das Protokoll sollte folgenden Aufbau besitzen: - Deckblatt mit Titel, Gruppen-Nr., Teilnehmer,... - Einführung - Versuchsaufbau und Durchführung - Ergebnisse und Diskussion/ Interpretation Die Ergebnisse aus der Versuchsvorbereitung nach Kap. 6 müssen in dem Protokoll enthalten sein. Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg 01.03.2007
