Grundlagen Drehstrommaschinen

Grundlagen
Drehstrommaschinen
Arbeitsbuch
Mit CD-ROM
L1
L2
L3
1
-F1
2
3
4
5
6
N
PE
-Q1
1
I>
2
3
I>
4
5
I>
6
-A1.2
-M1
M
3
M
n
Input
PE
L3/N
DCOutput
P2
-A1.1
L1 L2
DC+
I
Motor 
3.0
Nm
2.8
2.6
2.4
A
M = f [n]
2.4
2.2
2.1
2.0
1.8
360
W
1.5
300
1.2
240
0.9
180
0.6
120
0.3
60
1.8
P2 = f [n]
1.6
1.4
1.2
I = f [n]
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
200
400
600
800 1000 1200 min-1 1600
n
Festo Didactic
571797 de
Bestell-Nr.:
Stand:
Autoren:
Redaktion:
Grafik:
Layout:
571797
08/2011
Jürgen Stumpp
Frank Ebel
Anika Kuhn, Jürgen Stumpp
09/2011, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2011
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,
soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte
vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen
durchzuführen.
Hinweis
Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
Inhalt
Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV
Vorwort
______________________________________________________________________________ V
Einleitung _____________________________________________________________________________ VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise __________________________________________________________ VIII
Trainingspaket „Grundlagen Drehstrommaschinen“____________________________________________ IX
Lernziele _______________________________________________________________________________X
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben ______________________________________________________ XI
Komponenten ___________________________________________________________________________ XIII
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder __________________________________________________________ XV
Struktur der Aufgaben ____________________________________________________________________ XVI
Bezeichnung der Komponenten ____________________________________________________________ XVI
Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XVII
Aufgaben und Lösungen
Übersicht Wechselstrommaschinen ___________________________________________________________3
Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer ______________________5
Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei
verschiedenen Belastungen _____________________________________________________ 15
Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab__ 29
Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors _______________________________________ 43
Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen ______________ 49
Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen:
Messung mit der Software DriveLab ______________________________________________ 59
Aufgaben und Arbeitsblätter
Übersicht Wechselstrommaschinen ___________________________________________________________3
Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer ______________________5
Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei
verschiedenen Belastungen _____________________________________________________ 15
Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab__ 29
Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors _______________________________________ 43
Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen ______________ 49
Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen:
Messung mit der Software DriveLab ______________________________________________ 59
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III
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das Trainingspaket „Grundlagen Drehstrommaschinen“ ist nur zu benutzen:
• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand
Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.
Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich
Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die
Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die
in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.
Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes
außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden
vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
IV
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Vorwort
Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen
Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des
Lernsystems:
• Technologieorientierte Trainingspakete
• Mechatronik und Fabrikautomation
• Prozessautomation und Regelungstechnik
• Mobile Robotik
• Hybride Lernfabriken
Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem
Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert.
Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,
Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare
Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben.
Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen
Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen
und elektrischen Antrieben möglich.
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V
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:
• Hardware
• Medien
• Seminare
Hardware
Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und
Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte
der begleitenden Medien angepasst.
Medien
Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die
praxisorientierte Teachware umfasst:
• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)
• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)
• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)
• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)
• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)
Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:
• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)
• Simulationssoftware
• Visualisierungssoftware
• Software zur Messdatenerfassung
• Projektierungs- und Konstruktionssoftware
• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen
Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht
konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.
Seminare
Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und
Weiterbildung ab.
Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?
Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
VI
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Einleitung
Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma
Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und
Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 1410 „Servo Brems- und Antriebssystem“ behandelt die folgenden
Themen:
• Grundlagen Gleichstrommaschinen
• Grundlagen Wechselstrommaschinen
• Grundlagen Drehstrommaschinen
Das Arbeitsbuch „Grundlagen Drehstrommaschinen“ liefert die Einführung in das Thema der elektrischen
Maschinen mit Drehstromanschluss. Die Inhalte Aufbau, Anschluss und Anwendungsgebiete werden
vermittelt. Dabei werden die Maschinen unterschiedlichsten, nachgebildeten Belastungssituationen
ausgesetzt, um so ihre Möglichkeiten experimentell auszuloten.
Technische Voraussetzungen für den Aufbau der Schaltungen sind
• ein Laborarbeitsplatz ausgestattet mit einem A4-Rahmen,
• der Gerätesatz TP 1410 Servo Brems- und Antriebssystem,
• ein 400 V AC Netzanschluss,
• ein Drehstrom-Asynchronmotor,
• eine Drehstrom-Synchronmaschine,
• Komponenten zur Ansteuerung der elektrischen Maschinen und
• Sicherheits-Laborleitungen.
Mit dem Gerätesatz TP 1410 und den Drehstromantrieben werden die kompletten Schaltungen der
Aufgabenstellungen aufgebaut. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält
das Lehrbuch
•
Fachkunde Elektrotechnik, Bestell-Nr. 567297.
Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Drehstrom-Asynchronmotoren, DrehstromSynchronmaschinen usw.) zur Verfügung.
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VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise
Allgemein
• Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen
arbeiten.
• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle
Hinweise zur Sicherheit!
• Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt
werden und sind umgehend zu beseitigen.
Mechanik
• Hängen Sie alle dafür vorgesehenen Komponenten in den A4-Rahmen ein.
• Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten.
Elektrik
•
Das Servo Brems- und Antriebssystem (Motorenprüfstand) darf nur mit einem zusätzlichen Schutzleiter
in Betrieb genommen werden.
Output
L1
DC+
L2
Input
L3/N
DC-
PE
PE
•
•
•
•
VIII
Verbinden Sie immer den Temperaturschalter des Motors mit dem Eingang „Motor ϑ„ des
Motorenprüfstands.
Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand!
Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.
Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den
Leitungen.
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Trainingspaket „Grundlagen Drehstrommaschinen“
Gegenstand dieses Teils des Trainingspakets TP 1410 sind die Grundlagen von Drehstrommaschinen.
Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket TP 1410 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.
Wichtige Komponenten des TP 1410
• Fester Arbeitsplatz mit A4-Rahmen
• Gerätesätze oder Einzelkomponenten (Drehstrom-Asynchronmotor, Drehstrom-Synchronmotor)
• Sicherheits-Laborleitungen
• Komplette Laboreinrichtungen
Medien
Die Teachware zum Trainingspaket TP 1410 besteht aus einem Fachbuch und Arbeitsbüchern. Das Fachbuch
vermittelt die Grundlagen der Drehstrommaschinen und ihrer Steuerschaltungen. Die Arbeitsbücher
enthalten zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine
CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe ist enthalten.
Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket zur Verfügung gestellt.
Medien
Fachbuch
Fachkunde Elektroberufe
Arbeitsbuch
Grundlagen Gleichstrommaschinen
Grundlagen Wechselstrommaschinen
Grundlagen Drehstrommaschinen
Digitale Lernprogramme
WBT Elektrische Antriebe 1
WBT Elektrische Antriebe 2
Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1410
Als Software zum Trainingspaket TP 1410 stehen die digitalen Lernprogramme Elektrische Antriebe 1 und
Elektrische Antriebe 2 zur Verfügung. Diese Lernprogramme beschäftigen sich ausführlich mit den
Grundlagen der elektrischen Antriebstechnik. Die Lerninhalte sind sowohl fachsystematisch als auch
anwendungsbezogen an praxisnahen Fallbeispielen dargestellt.
Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem
Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, Videos, CD-ROMs,
DVDs und Lernprogramme sowie die weitere Teachware werden in mehreren Sprachen angeboten.
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IX
Lernziele
•
•
•
•
•
•
•
Grundlagen Drehstrom-Asynchronmotor
Sie kennen den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer.
Sie kennen das Motorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen.
Sie kennen die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung.
Sie kennen den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung.
Sie kennen das Prinzip des Drehstrommotors.
Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor.
Sie kennen das Anlaufverhalten des Drehstrommotors.
Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor.
Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor.
Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme von Belastungskennlinien mit einem
Einphasen-Leistungsmesser und einem Dreiphasen-Leistungsmesser.
Sie kennen die Voraussetzungen für die Inbetriebnahme des Motors im Leerlauf.
Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen.
Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Scheinleistung und abgegebener Wirkleistung.
Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors.
Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Blindleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor.
Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien mit den berechneten Werten.
Sie kennen Vorgaben für Motormomente und Anlaufverhalten.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Grundlagen Drehstrom-Synchronmotor
Sie kennen den Aufbau und die Funktion eines Drehstrom-Synchronmotors.
Sie kennen die Anlaufhilfe des Synchronmotors.
Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Synchronmotor.
Sie kennen die Lage der Brücken am Motor bei Stern- oder Dreieckschaltung.
Sie kennen die Lage der Brücken am Motor bei einem Drehstromnetz 230 V/400 V.
Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Synchronmotor.
Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehfrequenz bei einem Synchronmotor.
Sie kennen die Problematik bei der Einstellung der Erregerspannung.
Sie kennen die Problematik beim Anlaufen von großen Synchronmotoren.
Sie kennen die Messschaltung für die Leerlaufmessung des Synchronmotors.
Sie kennen die Inbetriebnahme des Synchronmotors im Leerlauf.
Sie kennen die Durchführung einer Messung zur Darstellung der Untererregung und der Übererregung.
Sie kennen die Darstellung einer Kennlinie für die Untererregung und die Übererregung
Sie kennen die Bedeutung der Untererregung und der Übererregung.
Sie kennen die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom bei verschiedenen Belastungen.
Sie kennen die Darstellung der Kennlinien für die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom.
Sie kennen die Auswertung der Kennlinien mit kapazitiver und induktiver Blindleistung.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
X
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
Einsatz des Servo Brems- und Antriebssystems und der Software DriveLab
Sie kennen den Umgang mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab.
Sie kennen Anschluss und Inbetriebnahme der Motoren mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und
der Software DriveLab.
Sie kennen die Programmoberfläche der Software DriveLab.
Sie kennen Auswahl und Änderung der Messgrößen auf der X-Achse und der Y-Achse.
Sie kennen die Anpassung von Farbe und Stil der Messkurven.
Sie kennen die Einstellung von Drehfrequenz und Drehmoment über den Rechner.
Sie kennen Vorbereitung und Start einer Messung über den Rechner.
Sie kennen die Eintragung eines neuen Motors in die Motorbibliothek.
Sie kennen Aufnahme und Dokumentation von Lastkennlinien über den Rechner.
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
Lernziel
Sie kennen den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer.
•
Sie kennen das MotorMotorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen.
•
Sie kennen die Lage der Brücken am MotorMotorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung.
•
Sie kennen den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung.
•
Sie kennen das Prinzip des Drehstrommotors.
•
Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor.
•
Sie kennen das Anlaufverhalten des Drehstrommotors.
•
Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor.
•
Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor.
•
Sie kennen den Umgang mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab.
•
Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme von Belastungskennlinien mit einem
Einphasen-Leistungsmesser und einem Dreiphasen-Leistungsmesser.
•
Sie kennen die Voraussetzungen für die Inbetriebnahme des Motors im Leerlauf.
•
Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen.
•
Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Scheinleistung und abgegebener Wirkleistung.
•
Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors.
•
Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Blindleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor.
•
Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien mit den berechneten Werten.
•
Sie kennen die Vorgaben für Motormomente und Anlaufverhalten.
•
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XI
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
Lernziel
Sie kennen den Umgang mit dem Servo Brems- und Antriebssystem und der Software DriveLab.
•
•
Sie kennen Anschluss und Inbetriebnahme des Motors mit dem Motorenprüfstand und der
Software DriveLab.
•
•
Sie kennen die Programmieroberfläche der Software DriveLab.
•
•
Sie kennen Auswahl und Änderung der Messgrößen auf der X-Achse und der Y-Achse.
•
•
Sie kennen die Anpassung von Farbe und Stil der Messkurven.
•
•
Sie kennen die Einstellung von Drehfrequenz und Drehmoment über den Rechner.
•
•
Sie kennen Vorbereitung und Start einer Messung über den Rechner.
•
•
Sie kennen die Eintragung eines neuen Motors in die Motorbibliothek.
•
•
Sie kennen Aufnahme und Dokumentation von Lastkennlinien über den Rechner.
•
•
Sie kennen den Aufbau und die Funktion eines Drehstrom-Synchronmotors.
•
Sie kennen die Anlaufhilfe des Synchronmotors.
•
Sie kennen die Bedeutung des Begriffs Synchronmotor.
•
Sie kennen die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- oder Dreieckschaltung.
•
Sie kennen die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei einem
Drehstromnetz 230 V/400 V.
•
Sie kennen die Drehrichtungsänderung bei einem Synchronmotor.
•
Sie kennen Möglichkeiten zur Änderung der Drehfrequenz bei einem Synchronmotor.
•
Sie kennen die Problematik bei der Einstellung der Erregerspannung.
•
Sie kennen die Problematik beim Anlaufen von großen Synchronmotoren.
•
Sie kennen die Messschaltung für die Leerlaufmessung des Synchronmotors.
•
Sie kennen die Inbetriebnahme des Synchronmotors im Leerlauf.
•
Sie kennen die Durchführung einer Messung zur Darstellung der Untererregung und der
Übererregung.
Sie kennen die Darstellung einer Kennlinie für die Untererregung und die Übererregung.
•
Sie kennen die Bedeutung der Untererregung und der Übererregung.
•
Sie kennen die Steuerung der Blindleistung durch den Erregerstrom bei verschiedenen
Belastungen.
XII
•
•
Sie kennen die Darstellung der Kennlinien für die Steuerung der Blindleistung durch den
Erregerstrom.
•
Sie kennen die Auswertung der Kennlinien mit kapazitiver und induktiver Blindleistung.
•
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Komponenten
Die Komponenten des Trainingspakets „Grundlagen Drehstrommaschinen“ vermitteln Kenntnisse über
Aufbau, Anschluss und Anwendungsgebiete von Drehstrommaschinen. Zum Aufbau funktionsfähiger
Schaltungen werden zusätzlich ein Laborarbeitsplatz, optional mit A4-Rahmen, der Gerätesatz TP 1410
„Servo Brems- und Antriebssystem“, eine 400 V Wechselspannungsversorgung und Ansteuerungen für die
elektrischen Maschinen und benötigt.
Gerätesatz TP 1410 „Servo Brems- und Antriebssystem“
Komponente
Bestell-Nr.
Menge
Servo Brems- und Antriebssystem
571870
1
Komponente
Bestell-Nr.
Menge
Drehstrom-Asynchronmotor 400 V/690 V
571875
1
Synchronmaschine
572095
1
Komponente
Bestell-Nr.
Menge
Drehstromversorgung EduTrainer
571812
1
Netzteil 24 V EduTrainer
571813
1
Schützboard EduTrainer
571814
1
Schützsatz Motortechnik
571816
1
Bedien- und Meldegerät EduTrainer
571815
1
Elektrische Maschinen „Grundlagen Drehstrommaschinen“
Ansteuerungen für die elektrischen Maschinen
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XIII
Grafische Symbole des Gerätesatzes
Komponente
Grafisches Symbol
Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer
(Kurzschlussläufer)
M
3
Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer
M
3
Drehstrom-Synchronmaschine
MS
3
XIV
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Hinweise für den Lehrer/Ausbilder
Lernziele
Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen der Grundlagen von
Drehstrommaschinen. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller und
nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der Matrix dokumentiert. Konkrete
Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet.
Richtzeit
Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab.
Auszubildende im Elektrobereich: ca. 3 Tage. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Tag.
Komponenten
Arbeitsbuch und Komponenten sind aufeinander abgestimmt. Für 3 Aufgaben benötigen Sie einen
Drehstrom-Asynchronmotor, für weitere 3 Aufgaben benötigen Sie eine Synchronmaschine.
Normen
Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet:
EN 60617-2 bis
EN 60617-8:
Graphische Symbole für Schaltpläne
EN 81346-2:
Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte;
Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung
Kennzeichnungen im Arbeitsbuch
Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt.
Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern
Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet.
Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt.
Hinweise für den Unterricht
Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Komponenten und Schaltungen gegeben. Diese
Hinweise sind in den Arbeitsblättern nicht enthalten.
Lernfelder
Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema „Grundlagen
Drehstrommaschinen“ für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt.
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XV
Ausbildungsberuf
Lernfeld
Thema
Elektroniker/in für
Automatisierungstechnik
1
Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen
3
Steuerungen analysieren und anpassen
6
Anlagen analysieren und deren Sicherheit prüfen
3
Installieren elektrischer Betriebsmittel unter Beachtung sicherheitstechnischer
Aspekte
4
Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen, pneumatischen
und hydraulischen Baugruppen
7
Realisieren mechatronischer Teilsysteme
11
Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung
Mechatroniker/in
Struktur der Aufgaben
Alle Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:
• Titel
• Lernziele
• Problemstellung
• Lageplan
• Projektauftrag
• Arbeitshilfen
• Arbeitsblätter
Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt.
Bezeichnung der Komponenten
Die Bezeichnung der Komponenten in den Schaltplänen erfolgt nach der Norm DIN EN 81346-2. In
Abhängigkeit der Komponente werden Buchstaben vergeben. Mehrere Komponenten innerhalb eines
Schaltkreises werden durchnummeriert.
Relais:
Schalter/Taster:
Schütz:
Sicherungen:
Signalgeräte:
XVI
-K, -K1, -K2, …
-S, -S1, -S2, …
-Q, -Q1, -Q2, …
-F, -F1, -F2, ...
-P, -P1, -P2, ...
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Inhalte der CD-ROM
Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM
Ihnen weitere Medien zur Verfügung.
Die CD-ROM enthält folgende Ordner:
• Bedienungsanleitungen
• Bilder
• Datenblätter
Bedienungsanleitungen
Bedienungsanleitungen für verschiedene Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese
Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten.
Bilder
Fotos und Grafiken von Komponenten und industriellen Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit
können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den
Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden.
Datenblätter
Die Datenblätter der Komponenten des Trainingspakets stehen als pdf-Dateien zur Verfügung.
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XVII
XVIII
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Inhalt
Aufgaben und Lösungen
Übersicht Wechselstrommaschinen ___________________________________________________________3
Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer ______________________5
Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei
verschiedenen Belastungen _____________________________________________________ 15
Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab__ 29
Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors _______________________________________ 43
Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen ______________ 49
Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen:
Messung mit der Software DriveLab ______________________________________________ 59
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1
2
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Übersicht Wechselstrommaschinen
Wechselstrommaschinen
Transformatoren
Einphasentransformator
umlaufende Maschinen
Dreiphasentransformator
Sondertransformatoren
z. B.
Streufeldtransformatoren
Spartransformatoren
Motoren
Synchronmaschinen
Generatoren
Asynchronmaschinen
Einphasenmaschinen
Dreiphasenmaschinen
Motoren mit
Hilfswicklung
oder
Kondensator
Kurzschlussläufermotor
Sondermaschinen
z. B.
Spaltpolmotor
Repulsionsmotor
Schleifringläufermotor
Sondermaschinen
z. B.
Linearmotor
Kollektormotor
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3
4
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Aufgabe 1
Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
Lernziele
Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben,
• kennen Sie den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer.
• kennen Sie das Motorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen.
• kennen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung.
• kennen Sie den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung.
• kennen Sie das Prinzip des Drehstrommotors.
• kennen Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor.
• kennen Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors.
• kennen Sie die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor.
• kennen Sie Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor.
Problemstellung
Ein Auszubildender in der Lehrwerkstatt erhält vom Ausbilder den Auftrag, einen neu gelieferten
Drehstrommotor zu untersuchen und über die Untersuchung ein ausführliches Protokoll anzufertigen.
Hinweis
Der Motor wird in dieser Aufgabe nicht in Betrieb genommen!
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5
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Arbeitsaufträge
Beschreiben Sie den Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer.
Ordnen Sie die einzelnen Angaben in die entsprechenden Felder auf dem Leistungsschild ein.
Vervollständigen Sie die Vorgaben für das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und
Dreieckschaltung.
Beschreiben Sie den Unterschied in der Praxis bei Stern- und Dreieckschaltung.
Beschreiben Sie das Prinzip eines Drehstrommotors.
Welche Bedeutung hat der Begriff Asynchronmotor?
Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors.
Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors verändern lässt.
Wovon ist die Drehzahl eines Drehstrommotors abhängig und wie lässt sich dieselbe verändern?
•
•
•
•
•
Arbeitshilfen
Fachbücher, Tabellenbücher
Auszüge aus Herstellerkatalogen
Datenblätter
Internet
WBT Elektrische Antriebe 1
1.
2.
3.
6
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
1. Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
1
10
2
3
9
4
8
7
6
5
Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer – Schnittbild
Bezeichnungen
Antriebswelle; Ständerblechpaket zur Aufnahme der Ständerwicklung; Kurzschlussring des
Kurzschlussläufers; Ständerwicklung; Klemmenkasten; Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle;
Läuferblechpaket des Kurzschlussläufers; Motorklemmbrett für die Schaltung des Motors in Stern oder
Dreieck; Lüfter zur Kühlung des Motors; Läuferhaube zur Abdeckung des Lüfters
–
Ordnen Sie den Zahlen im Schnittbild des Motors die Bezeichnungen der einzelnen Bauteile zu.
Nr.
Bezeichnung
1
Ständerblechpaket zur Aufnahme der Ständerwicklung
2
Ständerwicklung
3
Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle
4
Antriebswelle
5
Kurzschlussring des Kurzschlussläufers
6
Läuferblechpaket des Kurzschlussläufers
7
Motorklemmbrett für die Schaltung des Motors in Stern oder Dreieck
8
Klemmenkasten
9
Läuferhaube zur Abdeckung des Lüfters
10
Lüfter zur Kühlung des Motors
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7
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
2. Leistungsschild eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
Information
Die wichtigsten Kennwerte eines Drehstrommotors sind auf seinem Leistungsschild angegeben.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
–
8
Ordnen Sie den Zahlen auf dem Leistungsschild die entsprechenden Kennwerte des Motors zu.
Nr.
Kennwerte des Motors
1
Name und Kennzeichnung des Herstellers
2
Fertigungsnummer oder Identkennzeichen des Herstellers
3
Typenbezeichnung des Herstellers
4
Strangzahl bei Wechselstrommaschinen
5
Strangspannung
6
Bemessungsstrom
7
Bemessungsleistung
8
Leistungsfaktor
9
Bemessungsdrehzahl
10
Bemessungsfrequenz bei Wechselstrommaschinen
11
Isolations- und Wärmeklasse der Wicklungen
12
Schutzart durch das Gehäuse (IP-Code) nach DIN EN 60529
13
VDE-Richtlinie für umlaufende elektrische Maschinen
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
3. Das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und Dreieckschaltung
Information
Die Ständerwicklung des Motors ist eine Dreiphasenwicklung und erzeugt das Drehfeld.
Die Anfänge und Enden der drei Stränge sind an das Motorklemmbrett geführt, an dem die Stränge
entweder in Stern oder in Dreieck geschaltet werden.
a) Vervollständigen Sie die Schaltungen der Wicklungen für Stern- und Dreieckschaltung.
L1
L2
L1
L3
L2
L3
V1
U2
V1
V2
U2
W2
U1
V2
W2
U1
W1
W1
Sternschaltung
Dreieckschaltung
b) Zeichen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett für Stern- und Dreieckschaltung ein.
U1
V1
W1
U1
V1
W1
U1
V1
W1
U1
V1
W1
W2
U2
V2
U2
V2
W2
W2
U2
V2
U2
V2
W2
Sternschaltung
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Dreieckschaltung
9
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
c)
Welcher Wert auf dem Leistungsschild entscheidet, ob der Motor in Stern- oder in Dreieckschaltung
betrieben wird?
Wichtig für die Schaltung ob in Stern oder Dreieck ist die Strangspannung des Motors.
Ist als Strangspannung 400 V angegeben, so muss jede einzelne Wicklung 400 V erhalten. Dies
geschieht nur, wenn der Motor in Dreieck geschaltet wird. Bei der Dreieckschaltung ist die
Strangspannung so groß wie die Leiterspannung.
Ist als Strangspannung 230 V angegeben, so muss jede einzelne Wicklung 230 V erhalten. Dies
geschieht nur, wenn der Motor in Stern geschaltet wird. Bei der Sternschaltung ist die
Strangspannung um 3 kleiner als die Leiterspannung.
4. Unterschied in der Praxis bei Stern und Dreieckschaltung
Information
Die Ständerwicklung eines Drehstrommotors kann aus einer zwei- oder mehrpoligen Wicklung
bestehen. Die drei getrennten Stränge der Wicklung sind um 120° (elektrisch) gegeneinander
versetzt angeordnet.
Verbindet man die Enden der drei Wicklungsstränge mit einander, so entsteht die Sternschaltung.
Wird das Ende eines Stranges jeweils mit dem Anfang des nächsten Stranges verbunden, so
entsteht die Dreieckschaltung.
a) Tragen Sie in die leeren Spalten die entsprechenden Schaltungen ein (Stern oder Dreieck).
Netzspannung
10
Zulässige Strangspannung
400 V
230 V
Dreieck
—
400 V
Stern
Dreieck
230 V
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
b) Der Motor ist für Sternschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Dreieck geschaltet. Beschreiben
Sie die Auswirkungen.
Ist der Motor für die Sternschaltung ausgelegt (Brücken am Motorklemmbrett waagrecht), so darf an
unserem Netz (230/400 V) jede einzelne Wicklung nur 230 V erhalten.
Wird der Motor jedoch versehentlich in Dreieck betrieben, so erhält jede einzelne Wicklung 400 V
(Strangspannung bei Dreieckschaltung). die Motorwicklung erhält eine zu hohe Spannung, der Strom
steigt über Nennstrom an und die Wicklungen brennen durch, der Motor wird zerstört.
c)
Der Motor ist für Dreieckschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Stern geschaltet. Beschreiben
Sie die Auswirkungen.
Ist der Motor für Dreieckschaltung ausgelegt (Brücken am Motorklemmbrett senkrecht), so muss jede
einzelne Wicklung 400 V erhalten.
Wird der Motor versehentlich in Sternschaltung bei seiner Nennlast betrieben, so erhält die
Ständerwicklung eine zu kleine Spannung. Da die Drehzahl nicht von der Spannung abhängig ist, hat
dies keine Auswirkung auf die Drehzahl.
Das Drehmoment ändert sich jedoch mit dem Quadrat der Spannung, so dass bei verkleinerter
Spannung ein kleineres Drehmoment vorliegt. Der Motor kommt nicht aus dem Stillstand heraus, er
nimmt den Einschaltstrom auf. Dieser Strom ist größer als der Nennstrom und der Motor wird trotz
kleinerer Spannung einen zu großen Strom aufnehmen. Der Motor wird warm und die Wicklungen
würden mit der Zeit zerstört.
Information
Sternschaltung
Dreieckschaltung
Symbol
Y
Δ
Strangspannung
U Str =
Strangstrom
Scheinleistung für einen Strang
Gesamtscheinleistung
zugeführte Leistung
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U Str = U
U
3
I Str = I
S Str =
S = 3⋅
I Str =
U
3
U
3
⋅I
S Str =
⋅I
S = 3⋅
I
3
U
3
U
3
⋅I
⋅I
P1 = 3 ⋅ U ⋅ I ⋅ cos ϕ
11
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
5. Das Prinzip des Drehstrommotors
–
Beschreiben Sie, wie beim Drehstrommotor die Drehbewegung des Ankers zustande kommt.
Wird die im Ständer des Drehstrommotors befindliche Wicklung von einem Drehstrom durchflossen,
so erzeugt dieser ein Drehfeld.
Die Drehfrequenz dieses Drehfeldes ergibt sich nach der Formel n =
f ⋅ 60
,
P
n: Drehzahl in min-1, f: Frequenz in Hz, P: Polpaarzahl.
Nach dieser Formel ist die höchste Drehfrequenz des Feldes an einem 50 Hz-Netz 3000 min-1.
Die Leiterstäbe des zunächst noch ruhenden Kurzschlussläufers werden durch das umlaufende
Ständerdrehfeld einer Magnetflussänderung ausgesetzt, so dass in den Läuferstäben eine Spannung
induziert wird. Diese Spannung bewirkt einen Stromfluss in der kurzgeschlossenen Läuferwicklung.
Die stromdurchflossenen Kurzschlusswicklung wird aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, der Läufer beginnt
sich zu drehen. Das mit konstanter Drehfrequenz umlaufende Drehfeld „nimmt den Läufer mit“. Die
Drehrichtung des Läufers stimmt mit der Drehrichtung des Feldes überein.
Je mehr sich die Läuferdrehzahl der Drehfelddrehzahl nähert, umso geringer wird die Feldänderung.
Die im Läufer induzierte Spannung und damit auch der Strom werden kleiner.
6. Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor
–
Beschreiben Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor.
Die Läuferdrehfrequenz bleibt hinter der synchronen Drehfelddrehfrequenz zurück. Die Differenz
zwischen Läuferdrehfrequenz und Drehfelddrehfrequenz bezeichnet man als Schlupf. Der Motor läuft
als Asynchronmotor.
Der Schlupf wird meist in Prozent der Drehfelddrehfrequenz angegeben. Bei Nennlast der Motoren
liegt der Schlupf zwischen 1 % und 8 %. Die kleineren Schlupfwerte haben Motoren größerer Leistung.
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
7. Verhalten beim Anlauf
–
Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrom-Asynchronmotors.
Der größte Strom fließt im Einschaltaugenblick, d. h. wenn der Läufer noch stillsteht. Dieser
Einschaltstrom (Anlaufstrom, Anzugsstrom) beträgt beim Betreiben an der vollen Netzspannung – je
nach Bauart des Läufers – das Vier- bis Achtfache des Nennstromes.
Diese hohe Belastung des speisenden Netzes kann zu einer störenden Spannungsabsenkung führen.
Aus diesem Grund sind bei größeren Motoren am öffentlichen Netz Anlaufbegrenzungen
vorgeschrieben.
Für die Anlaufbegrenzung am öffentlichen Netz werden hauptsächlich die Stern-Dreieckschaltung
(Schalter oder Schütz) und der Frequenzumrichter verwendet.
8. Drehrichtungsänderung eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
a) Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors ändern lässt.
Die Drehrichtung des Drehstrommotors kann durch das Vertauschen von zwei Außenleitern geändert
werden. Welche Außenleiter vertauscht werden spielt keine Rolle.
b) Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten, wie die Drehrichtung eines Drehstrommotors in der Praxis
geändert wird.
Die Drehrichtung wird in der Praxis entweder durch einen Wendeschalter oder durch eine
Wendeschützschaltung geändert.
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13
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
9. Abhängigkeit der Drehfrequenz eines Drehstrommotors
Information
Schaltet man die Wicklung eines Drehstrommotors an das Drehstromnetz, so entsteht ein Drehfeld.
Die Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeldes ist abhängig von der Frequenz und der Polpaarzahl der
Wicklungen.
a) Vervollständigen Sie die Polpaarzahlen und die dazugehörigen Drehfrequenzen.
Synchrone Drehfrequenzen für übliche Polzahlen bei einer Frequenz von 50 Hz
Polzahl
2
4
6
8
10
12
Polpaarzahl
1
2
3
4
5
6
Drehfrequenz [min-1]
3000
1500
1000
750
600
500
b) Beschreiben Sie Möglichkeiten für die Praxis zur Drehfrequenzänderung bei Drehstrommotoren.
In der Praxis kann die Drehfrequenz des Drehstrommotors durch Veränderung der Polpaarzahl
geändert werden. Hier ist jedoch nur eine stufige Änderung der Drehfrequenz möglich
(Polumschaltung durch eine Dahlanderschaltung).
Eine elegantere Methode zur Drehfrequenzsteuerung erfolgt durch Änderung der Frequenz. Die
Frequenz lässt sich mit Hilfe von Frequenzumrichtern stufenlos einstellen.
14
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Inhalt
Aufgaben und Arbeitsblätter
Übersicht Wechselstrommaschinen ___________________________________________________________3
Aufgabe 1: Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer ______________________5
Aufgabe 2: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen und Berechnungen bei
verschiedenen Belastungen _____________________________________________________ 15
Aufgabe 3: Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer: Messungen mit der Software DriveLab__ 29
Aufgabe 4: Grundlagen des Drehstrom-Synchronmotors _______________________________________ 43
Aufgabe 5: Drehstrom-Synchronmotor im Leerlauf und bei verschiedenen Belastungen ______________ 49
Aufgabe 6: Drehstrom-Synchronmotor bei verschiedenen Belastungen:
Messung mit der Software DriveLab ______________________________________________ 59
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1
2
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Übersicht Wechselstrommaschinen
Wechselstrommaschinen
Transformatoren
Einphasentransformator
umlaufende Maschinen
Dreiphasentransformator
Sondertransformatoren
z. B.
Streufeldtransformatoren
Spartransformatoren
Motoren
Synchronmaschinen
Generatoren
Asynchronmaschinen
Einphasenmaschinen
Dreiphasenmaschinen
Motoren mit
Hilfswicklung
oder
Kondensator
Kurzschlussläufermotor
Sondermaschinen
z. B.
Spaltpolmotor
Repulsionsmotor
Schleifringläufermotor
Sondermaschinen
z. B.
Linearmotor
Kollektormotor
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3
4
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Aufgabe 1
Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
Lernziele
Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben,
• kennen Sie den Aufbau eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer.
• kennen Sie das Motorklemmbrett mit seinen Bezeichnungen.
• kennen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett bei Stern- und Dreieckschaltung.
• kennen Sie den Unterschied in der Praxis zwischen Stern- und Dreieckschaltung.
• kennen Sie das Prinzip des Drehstrommotors.
• kennen Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor.
• kennen Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors.
• kennen Sie die Drehrichtungsänderung bei einem Drehstrommotor.
• kennen Sie Möglichkeiten zur Änderung der Drehzahl bei einem Drehstrommotor.
Problemstellung
Ein Auszubildender in der Lehrwerkstatt erhält vom Ausbilder den Auftrag, einen neu gelieferten
Drehstrommotor zu untersuchen und über die Untersuchung ein ausführliches Protokoll anzufertigen.
Hinweis
Der Motor wird in dieser Aufgabe nicht in Betrieb genommen!
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5
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Arbeitsaufträge
Beschreiben Sie den Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer.
Ordnen Sie die einzelnen Angaben in die entsprechenden Felder auf dem Leistungsschild ein.
Vervollständigen Sie die Vorgaben für das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und
Dreieckschaltung.
Beschreiben Sie den Unterschied in der Praxis bei Stern- und Dreieckschaltung.
Beschreiben Sie das Prinzip eines Drehstrommotors.
Welche Bedeutung hat der Begriff Asynchronmotor?
Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrommotors.
Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors verändern lässt.
Wovon ist die Drehzahl eines Drehstrommotors abhängig und wie lässt sich dieselbe verändern?
•
•
•
•
•
Arbeitshilfen
Fachbücher, Tabellenbücher
Auszüge aus Herstellerkatalogen
Datenblätter
Internet
WBT Elektrische Antriebe 1
1.
2.
3.
6
Name: __________________________________ Datum: ____________
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
1. Aufbau eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
1
10
2
3
9
4
8
7
6
5
Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer – Schnittbild
Bezeichnungen
Antriebswelle; Ständerblechpaket zur Aufnahme der Ständerwicklung; Kurzschlussring des
Kurzschlussläufers; Ständerwicklung; Klemmenkasten; Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle;
Läuferblechpaket des Kurzschlussläufers; Motorklemmbrett für die Schaltung des Motors in Stern oder
Dreieck; Lüfter zur Kühlung des Motors; Läuferhaube zur Abdeckung des Lüfters
–
Nr.
Ordnen Sie den Zahlen im Schnittbild des Motors die Bezeichnungen der einzelnen Bauteile zu.
Bezeichnung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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Name: __________________________________ Datum: ____________
7
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
2. Leistungsschild eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
Information
Die wichtigsten Kennwerte eines Drehstrommotors sind auf seinem Leistungsschild angegeben.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
–
Nr.
Ordnen Sie den Zahlen auf dem Leistungsschild die entsprechenden Kennwerte des Motors zu.
Kennwerte des Motors
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
8
Name: __________________________________ Datum: ____________
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
3. Das Motorklemmbrett des Motors bei Stern- und Dreieckschaltung
Information
Die Ständerwicklung des Motors ist eine Dreiphasenwicklung und erzeugt das Drehfeld.
Die Anfänge und Enden der drei Stränge sind an das Motorklemmbrett geführt, an dem die Stränge
entweder in Stern oder in Dreieck geschaltet werden.
a) Vervollständigen Sie die Schaltungen der Wicklungen für Stern- und Dreieckschaltung.
V1
U2
V1
V2
U2
W2
U1
V2
W2
U1
W1
W1
Sternschaltung
Dreieckschaltung
b) Zeichen Sie die Lage der Brücken am Motorklemmbrett für Stern- und Dreieckschaltung ein.
U1
V1
W1
U1
V1
W1
U1
V1
W1
U1
V1
W1
W2
U2
V2
U2
V2
W2
W2
U2
V2
U2
V2
W2
Sternschaltung
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Dreieckschaltung
Name: __________________________________ Datum: ____________
9
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
c)
Welcher Wert auf dem Leistungsschild entscheidet, ob der Motor in Stern- oder in Dreieckschaltung
betrieben wird?
4. Unterschied in der Praxis bei Stern und Dreieckschaltung
Information
Die Ständerwicklung eines Drehstrommotors kann aus einer zwei- oder mehrpoligen Wicklung
bestehen. Die drei getrennten Stränge der Wicklung sind um 120° (elektrisch) gegeneinander
versetzt angeordnet.
Verbindet man die Enden der drei Wicklungsstränge mit einander, so entsteht die Sternschaltung.
Wird das Ende eines Stranges jeweils mit dem Anfang des nächsten Stranges verbunden, so
entsteht die Dreieckschaltung.
a) Tragen Sie in die leeren Spalten die entsprechenden Schaltungen ein (Stern oder Dreieck).
Netzspannung
400 V
Zulässige Strangspannung
230 V
400 V
230 V
10
Name: __________________________________ Datum: ____________
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
b) Der Motor ist für Sternschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Dreieck geschaltet. Beschreiben
Sie die Auswirkungen.
c)
Der Motor ist für Dreieckschaltung ausgelegt und wird versehentlich in Stern geschaltet. Beschreiben
Sie die Auswirkungen.
Information
Sternschaltung
Dreieckschaltung
Symbol
Y
Δ
Strangspannung
U Str =
Strangstrom
Scheinleistung für einen Strang
Gesamtscheinleistung
zugeführte Leistung
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U Str = U
U
3
I Str = I
S Str =
S = 3⋅
I Str =
U
3
U
3
⋅I
S Str =
⋅I
S = 3⋅
I
3
U
3
U
3
⋅I
⋅I
P1 = 3 ⋅ U ⋅ I ⋅ cos ϕ
Name: __________________________________ Datum: ____________
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
5. Das Prinzip des Drehstrommotors
–
Beschreiben Sie, wie beim Drehstrommotor die Drehbewegung des Ankers zustande kommt.
6. Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor
–
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Beschreiben Sie die Bedeutung des Begriffs Asynchronmotor.
Name: __________________________________ Datum: ____________
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Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
7. Verhalten beim Anlauf
–
Beschreiben Sie das Anlaufverhalten des Drehstrom-Asynchronmotors.
8. Drehrichtungsänderung eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
a) Beschreiben Sie, wie sich die Drehrichtung eines Drehstrommotors ändern lässt.
b) Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten, wie die Drehrichtung eines Drehstrommotors in der Praxis
geändert wird.
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Name: __________________________________ Datum: ____________
13
Aufgabe 1 – Grundlagen des Drehstrom-Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer
9. Abhängigkeit der Drehfrequenz eines Drehstrommotors
Information
Schaltet man die Wicklung eines Drehstrommotors an das Drehstromnetz, so entsteht ein Drehfeld.
Die Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeldes ist abhängig von der Frequenz und der Polzahl der
Wicklungen.
a) Vervollständigen Sie die Polpaarzahlen und die dazugehörigen Drehfrequenzen.
Synchrone Drehfrequenzen für übliche Polzahlen bei einer Frequenz von 50 Hz
Polzahl
2
4
6
8
10
12
Polzahlpaar
Drehfrequenz [min-1]
b) Beschreiben Sie Möglichkeiten für die Praxis zur Drehfrequenzänderung bei Drehstrommotoren.
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Name: __________________________________ Datum: ____________
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