main_e403

Grundpraktikum

Gemeinsames

Asynchronmotor

Versuch-Nr.: E403

Ziel: Kennenlernen des Anlauf- und Betriebsverhaltens der Asynchronmaschine mit Kurz-

schlusslufer und Schleifringlufer im Motorbetrieb.

Fr diesen Versuch ist die Arbeitsgruppe

Leistungselektronik

Prof. Dr. Marco Liserre

verantwortlich. Sollten Sie Erweiterungs- oder Verbesserungsvorschlge fr diesen Versuch haben,

so melden Sie sich bitte bei dieser Arbeitsgruppe.

Hinweis:

Vorbereitungsaufgabe

Einige Versuchsteile sollen vor der Versuchsdurchfhrung d.h. whrend

der Versuchsvorbereitung durchgefhrt werden. Solche Versuchsteile sind

durch eine Markierung, wie sie rechts dargestellt ist, gekennzeichnet.

Zu diesem Versuch ist ein Mitschrift-Protokoll zu erstellen. Mit dem

Mitschrift-Protokoll sind die in Abschnitt 3.3 des Protokolls erstellten Kennlinien abzugeben.

Stand: 25. September 2014

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 3

2 Grundlagen 4

2.1 Einphasiges Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Die Ortskurve des Stnderstromes (Der Heylandkreis) . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Leistung und Drehmoment der Asynchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 Versuchsdurchfhrung 15

3.1 Verwendete Gerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Versuchsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3 Versuchsauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Literaturverzeichnis 24

2

1 Einleitung

Die Asynchronmaschine ist die am hugsten eingesetzte elektrische Maschine. Sie ist wegen

ihres einfachen Aufbaus robust, betriebssicher und wirtschaftlich. Kleine Asynchronmotoren un-

ter 1 kW Leistung werden heute in sehr groer Stckzahl als Einphasenmotoren fr Haushalt

und Gewerbe gebaut. Etwa 80% aller elektrischen Maschinen ber 1 kW sind Asynchronmoto-

ren. Im Bereich kleiner und mittlerer Leistungen herrscht der Kglufer (Kurzschlusslufer) fr

230-V-/400-V-Drehspannung vor. Asynchronmaschinen knnen auch mit einem Schleifringlu-

fer ausgestattet sein. Jedoch wird diese Ausfhrung relativ selten genutzt. Sehr leistungsstarke

Asynchronmotoren dienen z. B. zum Antrieb von Kesselspeisewasserpumpen in Kraftwerken und

erreichen Leistungen bis ca. 20 MW. Aber auch im generatorischen Betrieb wird die Asynchron-

maschine verwendet, wie beispielsweise in Windenergieanlagen, welche eine Leistung von bisher

max. 10 MW aufweisen. Anhand von Messungen elektrischer und nichtelektrischer Gren und

der Aufnahme von charakteristischen Kennlinien soll das Betriebsverhalten der Asynchronma-

schine im motorischen Betrieb whrend dieses Versuchs verdeutlicht werden.

3

2 Grundlagen

Hauptbestandteile der Asynchronmaschine sind der Stnder (Stator) und der innenliegende,

durch einen Luftspalt vom Stator getrennte, zylinderfrmige Lufer (Rotor). Der Luftspalt wird

so klein wie mglich gewhlt, um den Amperewindungsbedarf fr die Luftspaltinduktion der

Maschine mglichst gering zu halten. Er liegt bis zu mittleren Leistungen bei einigen Zehn-

tel Millimetern. Sowohl Stator als auch Rotor sind aus Blechen geschichtet, die gegeneinander

durch eine dnne Silicat-Phosphatschicht isoliert sind, um Wirbelstrme zu vermeiden. Entspre-

chend der Polpaarzahl p der Maschine sind ber den Stnderumfang p Dreiphasenwicklungen in

eingestanzten Nuten verteilt. Der Lufer trgt entweder auch eine Dreiphasenwicklung, die ber

Schleifringe an externe Belastungswiderstnde angeschlossen ist (Schleifringlufer), oder der Lu-

fer ist als Kg ausgebildet. Dieser Kglufer bzw. Kurzschlusslufer besteht im Allgemeinen

aus nahe dem Luftspalt angeordneten Stben, die verschiedene Querschnitte haben knnen und

an ihren Stirnseiten durch Kurzschlussringe miteinander verbunden sind. Asynchronmaschinen

mit Kglufer kommen, wie schon erwhnt, aufgrund von Kostenvorteilen und ihrer Robustheit

in der Praxis sehr viel huger vor als Schleifringlufermaschinen.

Werden die um

120p rumlich versetzten Wicklungen im Stnder mit zeitlich um 120

phasen-

verschobenen sinusfrmigen Strmen der Frequenz f1 gespeist, so bildet sich im Luftspalt ein

magnetisches Feld - das sogenannte Drehfeld - aus, das mit der synchronen Drehzahl nsyn =f1p

umluft. Dieses Feld durchsetzt Luftspalt und Luferwicklung. In der zunchst oenen Lu-

ferwicklung werden Spannungen induziert. Wird der Luferstromkreis geschlossen, so ieen

Strme, die durch die Wirk- und Blindwiderstnde des Lufers bestimmt sind. Drehfeld und

Luferstrme bilden ein Drehmoment, dessen Gre von der Komponente der Luferstrme ab-

hngt, die mit der induzierten Spannung in Phase liegt.

Wrde der Lufer die gleiche Drehgeschwindigkeit n = nsyn wie das Stnderdrehfeld annehmen,

d. h. synchron mit dem Drehfeld umlaufen, so bliebe der mit der Luferwicklung verkettete

Fluss zeitlich konstant. Induzierte Spannung Uind, Luferstrom I1 und Drehmoment M wren

damit gleich Null.

Durch die mechanische Belastung des Lufers wird dieser auf eine solche Winkelgeschwindigkeit

abgebremst, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Drehfeld und Lufer gerade ausreicht, um

ber den Luferstrom und dem umlaufenden magnetischen Feld der Maschine ein Drehmoment

zu erzeugen, das der mechanischen Belastung des Lufers das Gleichgewicht hlt. Der Umstand,

dass der Lufer mit der asynchronen Drehzahl n 6= nsyn umluft, ist charakteristisch fr dieFunktion der Asynchronmaschine.

Folgende Aufstellung gibt den Zusammenhang zwischen den Frequenzen der elektrischen Gren

und Drehzahlen in Stnder und Lufer wieder:

4

E403: Asynchronmotor

Gre Bedeutung

f1 Frequenz des die Stnderwicklung speisenden Drehstroms

nsyn =f1p Drehzahl des Stnderdrehfeldes

n Drehzahl des Lufers

n2 = nsyn n Drehzahl der Relativbewegung des Stnderdrehfeldes gegen-ber der Luferbewegung

f2 = n2 p Frequenz der im Lufer induzierten Spannungen und Strme

Die Relativgeschwindigkeit zwischen Drehfeld und Lufer wird als Schlupf s bezeichnet und ist

eine charakteristische Betriebskenngre der Asynchronmaschine:

s =f2f1

=n2nsyn

=nsyn nnsyn

= 1 nnsyn

. (2.1)

2.1 Einphasiges Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine

Die Asynchronmaschine besitzt Merkmale eines Drehstromtransformators. Wie dieser hat sie

zwei Drehstromwicklungen und wird einseitig gespeist. Bei stillstehendem Lufer (n = 0) ist die

Asynchronmaschine daher formal als Drehstromtransformator zu betrachten. Die elektrischen

Gren der Sekundrseite (Lufer) haben dann die gleiche Frequenz wie die elektrischen Gren

der Primrseite (Stnder). Es kann in Analogie zum Drehstromtransformator ein Ersatzschaltbild

verwendet werden, in dem Primr- und Sekundrseite elektrisch ber die Hauptinduktivitt

miteinander gekoppelt sind.

Bei rotierendem Lufer ist f2 6= f1. Die unterschiedlichen Frequenzen im Stnder und Lufermssen deshalb zunchst in einer galvanischen Entkopplung der Stnder- und Luferseite im

Ersatzschaltbild bercksichtigt werden.

Im einphasigen Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine (siehe Abb. 2.1) mit Kurzschlusslufer

sind neben den HauptinduktivittenX1h undX2h der Stnder- und Luferwicklungen deren ohm-

sche Widerstnde (R1, R2) und die Streuinduktivitten (X1, X2) zu bercksichtigen. Bei einer

Asynchronmaschine mit Schleifringlufer kommen zustzlich externe Luferwiderstnde hinzu.

Werden diese in R2 bercksichtigt, ergeben sich fr beide Maschinen gleiche Ersatzschaltbilder.

In Zeigerdarstellung lassen sich fr die Primr- und Sekundrseite folgende Maschengleichungen

aufstellen:

U1 = R1 I1 + jX1 I1 + U1h0 = R2 I2 + s jX2 I2 + U2h(2.3)

5


Abbildung 2.1: Einphasiges Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine.

Hierbei wird der fr den Stillstand berechnete Wert X2 = 2pi f1 L2 mit dem Schlupf smultipliziert, da ja auf Luferseite f2 = s f1 gilt.

Bei der Herleitung eines auf die Stnderseite bezogenen Ersatzschaltbildes (siehe Abb. 2.2) mit

gekoppelter Primr- und Sekundrseite wird ein ruhender Lufer angenommen, wobei die in der

Luferwicklung ieenden Strme im Luftspalt der Maschine die gleiche Durchutung erzeugen

mssen wie beim tatschlich rotierenden Lufer. Mit der Einfhrung des bertragungsfaktors

= w1w2 , der das Windungszahlenverhltnis der Spulen von Primr- zu Sekundrseite darstellt,

ergeben sich folgende auf die Primrseite bezogene Gren:

I2 =1

I2R2 =

2 R2X 2 =

2 X2

(2.5)

Mit diesen bezogenen Gren lassen sich die Maschengleichungen schreiben zu:

U1 = R1 I1 + jX2 I1 + U1h0 =

R2s I 2 + jX2 I 2 + jX1h

(I1 + I

2

)mit U1h = jX1h

(I1 + I

2

) (2.7)

Abbildung 2.2: Einphasiges, auf die Primrseite bezogenes Ersatzschaltbild.

6


Abbildung 2.3: Vollstndiges Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine.

An der jetzt fr Stnder- und Luferwicklung gemeinsamen Hauptspannung U1h bewirkenR2s

und X 2 in einem als ruhend angenommenen Luferkreis gerade einen solchen bezogenen StromI 2, dass im Luftspalt das Originalfeld der rotierenden Maschine entsteht.

Wie beim Transformator lassen sich auch die Eisenverluste in der Ersatzschaltung erfassen. Wird

der Verlustanteil der Streusse vernachlssigt, so wird die Eisenwrme des Hauptfeldes durch

einen Widerstand RFe parallel zur Hauptreaktanz X1h bercksichtigt. Damit wird die vollstn-

dige Ersatzschaltung der Asynchronmaschine gem Abb. 2.3 erzeugt.

In Abb. 2.4 ist das zur Asynchronmaschine gehrige Zeigerdiagramm dargestellt. Darin werden

die Zusammenhnge zwischen den auftretenden Strmen und Spannungen der Asynchronmaschi-

ne veranschaulicht.

Abbildung 2.4: Vollstndiges Zeigerdiagramm der Asynchronmaschine.

7


2.2 Die Ortskurve des Stnderstromes (Der Heylandkreis)

Unter Vernachlssigung des Eisenverlustwiderstandes RFe ergibt sich nach Abb. 2.2 fr das

bezogene Ersatzschaltbild folgende Spannungsgleichung:

U1 = Z1 I1 = R1I1 + jX1I1 +jX1h

(jX 2 +

R2s

)jX1h + jX

2 +

R2s

I1. (2.8)

Wird diese nach dem Stnderstrom I1 aufgelst, so wird die vom Schlupf s abhngige Gleichung

erhalten.

I1 =R2 + jsX 2

R1R2 + jR2X1 + s(X21h X1X 2 + jR1X 2

) U1, (2.9)wobei fr die gesamten Blindwiderstnde von Stnder- und Luferwicklung

X1 = X1h +X1 und X2 = X1h +X

2

deniert werden.

Zur Konstruktion der Ortskurve des Stnderstromes werden drei charakteristische Kreispunkte

bentigt: Leerlauf P10, Anlauf P1k und Kurzschluss P1. Diese Punkte sind durch den konstan-ten (d. h. von s unabhngigen) Leerlaufstrom I10, den Kurzschlussstrom I1k und den ideellen

Kurzschlussstrom I1 gegeben. Unter Bercksichtigung von R1 ergeben sich fr die gesuchtenGrenzwerte des Stnderstromes folgende Gleichungen:

I10 =U1

R21 +X21

bei n = nsyn und s = 0 (2.10)

I1k U1R2K +X

2K

bei n = 0, f2 = f1 und s = 1 (2.11)

mit RK =R2

(1 + 2) R1 +R2 und XK = X1 X1 +X 2

I1 =U1

R21 +X2K

bei s, R2

s 0 und n. (2.12)

Durch die drei Punkte ist ein Kreis eindeutig festgelegt, auf dem der Stnderstrom in Abhn-

gigkeit von s verluft und dessen Mittelpunkt sich im Schnittpunkt der Mittelsenkrechten der

8


Verbindungslinien beliebiger Kreispunkte bendet. Der Stnderstrom liegt unter dem Winkel

an der Ortskurve an, welcher vom Leistungsfaktor cos gegeben ist:

cos =P1

3 U1 I1(2.13)

Zur Parametrierung der Ortskurve fr vernderliche Werte des Schlupfes s wird der Punkt P10,

der den Endpunkt des Zeigers I10 darstellt, als Bezugspunkt gewhlt. Die Schlupfgerade ver-

luft in einem beliebigen (aber sinnvollen) Abstand parallel zur Verbindungslinie zwischen Be-

zugspunkt und dem Punkt P1, also bei der Wahl von P10 als Bezugspunkt parallel zur LinieP10 P1. In dem Schnittpunkt der Geraden durch P10 und P1K mit der Schlupfgeraden ists = 1. Im Bezugspunkt (hier P10) wird die Tangente an den Kreis eingezeichnet, welche die

Schlupfgerade in s = 0 schneidet. Mit den eingezeichneten Werten s = 0 und s = 1 kann die

Schlupfgerade linear unterteilt werden. Da in diesem Versuch die Maschine nur im motorischen

Betrieb betrachtet wird, bewegen sich die Messwerte zwischen s = 0 und s = 1. Es ergibt sich

die in Abb. 2.5 gezeigte Ortskurve.

Den Schlupf fr einen beliebigen Stnderstrom I1 kann ermittelt werden, indem die Strecke

zwischen dem Bezugspunkt (hier P10) und dem Endpunkt des Zeigers I1 auf dem Kreis bis zum

Schnittpunkt mit der Schlupfgeraden verlngert und s abgelesen wird.

Umgekehrt lassen sich fr beliebige Werte von s auch die entsprechenden Werte des Stnderstro-

mes I1 ablesen.

Abbildung 2.5: Ortskurve des Stnderstromes unter Bercksichtigung von R1 fr s


Wird neben RFe ebenfalls R1 vernachlssigt, welches auer bei kleinen Maschinen eine gute

Nherung darstellt, so ergeben sich fr die gesuchten Grenzwerte des Stnderstromes folgende

Gleichungen:

I10 =U1jX1(2.14)

I1k =R2 + jX 2R2 + jX 2

1jX1

U1 (2.15)

I1 =X1X

2

X21h +X1X 2 jX1U1 =

1

jX1U1 =

1

I10

mit der Streuzier =X1X

2 X21hX1X 2

(2.17)

Hierdurch ergibt sich ein anderer Verlauf der Ortskurve, da I10 und I1 nun rein imaginr sind.Der Mittelpunkt der Ortskurve verschiebt sich auf die imaginre Achse (siehe Ab. 2.6).

Wie in Abschnitt 2.3 nachfolgend noch beschrieben, bendet sich die Asynchronmaschine fr

0 s im motorischen Betrieb bzw. im Betrieb als Bremse, wodurch der in diesem Versuchbetrachtete Teil der Ortskurve einen Halbkreis darstellt.

Wird P10 wiederum als Bezugspunkt gewhlt, so verluft die Verbindungslinie P10P1 auf derimaginren Achse. Zu dieser parallel wird die Schlupfgerade in einem beliebigen (aber sinnvollen)

Abstand gezeichnet. Da die Tangente an den (gesamten) Ortskreis in P10 senkrecht auf der

imaginren Achse steht, bendet sich s = 0 fr jede Schlupfgerade ber (oder unter) P10. Die

Verlngerung der Geraden P10 P1K schneidet die Schlupfgerade im Punkt s = 1. Die Streckezwischen s = 0 und s = 1 wird fr den Schlupf linear geteilt.

Abbildung 2.6: Ortskurve des Stnderstromes ohne Bercksichtigung von R1 fr s


Den Schlupf fr einen beliebigen Stnderstrom I1 kann ermittelt werden, indem die Strecke

zwischen P10 und dem Endpunkt des Zeigers I1 auf dem Halbkreis bis zum Schnittpunkt mit

der Schlupfgeraden verlngert und s abgelesen wird.

Umgekehrt lassen sich fr beliebige Werte von s auch die entsprechenden Werte des Stnder-

stromes I1 einzeichnen und ablesen.

2.3 Leistung und Drehmoment der Asynchronmaschine

Die insgesamt aufgenommene Stnderwirkleistung P1 wird nicht vollstndig an den Lufer wei-

tergegeben, da zwei elektrische Verlustleistungen, ohmsche Verluste in den Stnderwicklungen

Pcu1 und Wirbelstrom- und Hystereseverluste im Eisen PFe1, existieren.

Die vom Lufer aufgenommene Drehfeldleistung PD = P1 (Pcu1 +PFe) teilt sich in die mecha-nisch an der Welle abgegebene Nutzleistung Pmech, in die elektrische Verlustleistung P2V des Lu-

fers, den ohmschen Verlusten in der Drehstromwicklung, und in die mechanische Verlustleistung

auf. Die Eisenverluste im Lufer sind i. A. nicht zu bercksichtigen. Bei der Asynchronmaschine

mit Schleifringlufer wirken zustzlich noch die ohmschen Verluste in den Belastungsvorwider-

stnden PR. Die mechanische Verlustleistung teilt sich in Reibungs- und Lfterverluste auf und

wird im Folgenden vernachlssigt.

Im Allgemeinen sind die elektrischen Verlustleistungen des Stnders fr groe Maschinen zu ver-

nachlssigen, wodurch angenommen werden kann, dass die vom Stnder aufgenommene Dreh-

feldleistung nahezu vollstndig an den Lufer weitergegeben wird. Dies ist bei kleinen Maschinen

jedoch nicht der Fall. Da in diesem Versuch eine kleine Maschine verwendet wird, knnen diese

Verluste nicht vernachlssigt werden.

Bei der Strangzahl 3 gilt fr die Stnderverluste:

Pcu1 = 3 I21 R1. (2.18)

Die Eisenverluste im Stnder PFe1 werden hier fr den normalen Betriebsbereich vernachlssigt.

PFe = 3 U21

RFe(2.19)

Die auf der Sekundrseite der Ersatzschaltung bertragene Drehfeldleistung

PD = P1 (Pcu1 + PFe) wird in dem Widerstand R2s umgesetzt. Es ist damit:

PD = m I 22 R2s(2.20)

wobeim das in dem Betriebspunkt angenommene Moment ist und worin die Stromwrmeverluste

der Luferwicklung mit

Pcu2 = 3 I 21 R2 (2.21)

11


enthalten sind. Werden die mechanischen Reibungs- und Ventilationsverluste PR vernachlssigt,

so kann aus den Gleichungen (2.19) und (2.20) Gleichung (2.22)

Pmech = PD Pcu2 = 3 I 22 R2s (1 s) (2.22)

und die Aufteilung

Pmech = PD (1 s) (2.23)Pcu2 = PD s = P2V (2.24)ermittelt werden.

Eine Leistungsbilanz ergibt nach obigen Ausfhrungen, also mit PV,Fe = 0:

P1 = Pcu1 + PD = Pcu1 + Pmech + Pcu2. (2.25)

Fr den Wirkungsgrad des Asynchronmotors gilt:

=PmechP1

=2pi n M

P1. (2.26)

Das an der Motorwelle abgegebene MomentM ist demWirkanteil des Stnderstroms bei konstan-

ter Speisespannung U1 proportional. In der Ortskurve des Stnderstroms in Abb. 2.7 entspricht

der Wirkanteil des Stromes der Strecke m = m1 +m2 +m3.

Abbildung 2.7: Ortskurve des Stnderstromes mit Gerade der mechanischen Leis-

tung.

12


Das maximal mgliche Motormoment ist das Kippmoment MKipp. Wird dieses Moment vom

Belastungsmoment berschritten, so kippt der Asynchronmotor und kommt zum Stillstand.

Eine Extremwertbetrachtung fr das Kippmoment MKipp ergibt fr den entsprechenden Kipp-

schlupf:

sKipp =R2 X 2

=1X21hX1 X 2

(2.28)

Wird das Motormoment M auf das Kippmoment MKipp bezogen, so ergibt sich die Klo`sche

Formel:

M

MKipp=

2s

sKipp+

sKipps

. (2.29)

Mit Hilfe der Ortskurve des Stnderstromes lsst sich eine Aufspaltung der Drehfeldleistung PDin die mechanisch abgegebene Leistung Pmech und die elektrische Verlustleistung PV vornehmen.

Aus den bisherigen Ausfhrungen, wenn zustzlich PR vernachlssigt wird, lsst sich ersehen,

dass Pmech = PD (1 s) und PV = PD s ist.Aufgrund geometrischer Beziehungen gilt fr einen beliebigen Betriebspunkt

m1m1 +m2 +m3

= 1 s und m2 +m3m1 +m2 +m3

= s.

Es ist also

m1 der mechanisch abgegebenen Leistung Pmech, (m2 +m3) der elektrischen Verlustleistung PVproportional, wobei m2 der elektrischen Verlustleistung des Lufers und m3 der elektrischen

Verlustleistung des Stnders proportional ist.

Die Verbindungslinie zwischen den Punkten P10 und P1K wird auch als

Gerade der mechanischen Leistung bezeichnet.

Unter Vernachlssigung der elektrischen Verluste des Stnders wre m3 = 0 (siehe Abb. 2.6).

Durch einen Kurzschlusslufer mit Stromverdrngung kommt es zu einer Stromanhebung bei

hherem Schlupf und einer Verformung des Heylandkreises.

Aus der Klo`schen Formel lsst sich eine Drehmoment-/Schlupfkennlinie (siehe Abb. 2.8) kon-

struieren, wobei sich anhand des Schlupfes s die verschiedenen Betriebszustnde der Asynchron-

maschine charakterisieren lassen:

i) 0 < s < 0: Die Asynchronmaschine arbeitet als Generator

ii) 0 < s < 1: Die Asynchronmaschine arbeitet als Motor

iii) 0 < s > 1: Wird die Maschine gegen das Drehfeld angetrieben, so wirkt sie als Bremse

13


Abbildung 2.8: Drehmoment-/Schlupfkennlinie.

Durch Einsatz eines Kurzschlusslufers mit Stromverdrngung durch Luferkg mit Doppel-

stben oder Keilstben kann das Moment im Anfahrbereich erheblich angehoben werden. Die

Versuchsmaschine mit Schleifringlufer und gewickelter Luferwicklung weist nur eine geringe

Stromverdrngung auf, die in diesem Versuch nicht beachtet werden muss.

14

3 Versuchsdurchfhrung

3.1 Verwendete Gerte

regelbarer Drehstromtransformator Wirkleistungsmessgert Wattavi k von Elima zwei Universalmessgerte Schleifringlufermotor 200 W (mechanische Bemessungsleistung):Polpaarzahl p = 2, UN = 230 V/400 V (Stern/Dreieck), fN = 50 Hz, nN = 1320 min

1,

IN = 0, 95 A/0, 55 A (Stern/Dreieck), cosN = 0, 63

Kompaktbremseinrichtung mit Magnetpulverbremse 200 W,integrierte Drehzahl- und Drehmomentmessung und -anzeige

Anlasssteller mit Luferwiderstnden:R2V = 0 ; 1, 5 ; 4, 8 ; 8, 1

3.2 Versuchsablauf

Bauen Sie die Motorschaltung nach Abb. 3.1 auf, und schalten Sie die Stnderwicklung des

Motors in Sternschaltung. Das Wirkleistungsmessgert kann eine Ein- oder Dreiphasenmessung

durchfhren. Schlieen Sie es zur Dreiphasenmessung an.

Wichtig: Nehmen Sie den Motor erst in Betrieb, nachdem die Betreuerin oder der

Betreuer des Versuchs die richtige Verschaltung des Versuchsaufbaus berprft hat!

Fr die einzelnen Aufgabenteile ist kein Umbau der Schaltung notwendig. Fahren Sie den Motor

immer mit voll eingeschalteten Vorwiderstnden an und stellen Sie diese dann auf den

geforderten Wert ein.

15


Abbildung 3.1: Schaltskizze des Versuchsaufbaus.

16


a) Kurzschlussversuch zur Bestimmung des Anfahrverhaltens

Bestimmen Sie fr kurzgeschlossenen Lufervorwiderstand (Betrieb wie eine Asynchron-

maschine mit Kurzschlusslufer) und zum Vergleich fr die anderen einstellbaren Lufer-

vorwiderstnde das Anfahrmoment. Fahren Sie hierzu fr jeden einzustellenden Wert der

Lufervorwiderstnde den mechanisch unbelasteten Motor an, und bremsen Sie den Motor

nach dem Hochlauf aus dem Leerlauf bis zum Stillstand ab; nehmen Sie das Anfahrmoment

fr n = 0 in der nachfolgenden Tabelle 3.1 auf. Da bei n = 0 nach Herleitung s = 1 gilt,

entspricht der hier gemessene Betriebspunkt dem Kurzschlusspunkt.

Wichtig: Fhren Sie Ihre Messungen zgig durch, da der Motor im festgebremsten Zustand

stark berlastet wird.

R2V / 0 1,5 4,8 8,1

MA/Nm

Tabelle 3.1: Messwerte des Kurzschlussversuchs, d.h. n = 0; s = 1.

Interpretatieren Sie Ihre Messergebnisse.

Ergebnisse und Antworten

b) Betriebsverhalten des Motors im Bemessungspunkt als Kurzschlusslufermotor

Entnehmen Sie die Daten der Asynchronmaschine dem Abschnitt 3.1. Bestimmen Sie fr

die hier verwendete Sternschaltung das Bemessungsmoment MB.


MB=

17


Fahren Sie den mechanisch unbelasteten Motor in Sternschaltung ber eine manuelle Rege-

lung der Lufervorwiderstnde bis zu deren Kurzschluss an, und belasten Sie die Motorwelle

fr R2V = 0 ber die Magnetpulverbremse mit dem BemessungsmomentMB, das Sie zuvor

berechnet haben. Nehmen Sie hierbei die Bemessungsdaten nB, I1B und P1B auf.


nB = I1B = P1B =

Interpretieren Sie Ihre Messwerte und vergleichen Sie sie mit den Bemessungswerten:


c) Betriebsverhalten der Asynchronmaschine bei Betrieb mit Kurzschlusslufer

(R2V = 0) und bei unterschiedlichen Lufervorwiderstnden

Fahren Sie den zunchst mechanisch unbelasteten Motor an, und bremsen Sie die Maschine

ber die Magnetpulverbremse stufenweise ab bis zum Stillstand. Nehmen Sie dabei in den

nachfolgenden Tabellen die folgenden Messreihen auf:

i) I1 = f(n), P1 = f(n) und M = f(n) fr R2V = 0 (Tabelle 3.2)

ii) M = f(n) fr R2V = 1, 5 ; 4, 8 ; 8, 1 (Tabelle 3.3)

Wichtig: Fhren Sie die Messungen zgig durch, da bei Belastung der Motorbemessungs-

strom berschritten wird, und somit der Motor zeitweise stark berlastet wird, was zu

einem Abbruch des Bremsvorganges fhren kann.

Berechnen Sie fr R2V = 0 den Leistungsfaktor cos, den Wirkungsgrad und den

Schlupf s fr alle betrachteten Drehzahlen n und tragen Sie Ihre Ergebnisse in Tabelle 3.4

ein.

test

18


n / min1 (Sollwert) 1470 1400 1300 1200 1000 800 600 400 200 100

n / min1 (Istwert)

I1 / A

P1 / W

M / Nm

Tabelle 3.2: Messwerte fr den Kurzschlusslufer.

R2V n / min1(Soll) 1470 1400 1300 1200 1000 800 600 400 200 100

1, 5 n / min1 (Ist)

M / Nm

4, 8 n / min1 (Ist)

M / Nm

8, 1 n / min1 (Ist)

M / Nm

Tabelle 3.3: Messwerte fr den Schleifringlufer mit Lufervorwiderstnden.

n / min1 (Sollwert) 1470 1400 1300 1200 1000 800 600 400 200 100

cos

s / %

Tabelle 3.4: Rechenergebnisse fr den Kurzschlusslufer.

19


3.3 Versuchsauswertung

Konstruieren Sie fr den kurzgeschlossenen Lufer (R2V = 0) die Ortskurve des Stnderstromes

(Heylandkreis) mit der Schlupfgeraden (Abb. 3.2).

Zeichnen Sie auerdem die folgenden Kennlinien und interpretieren Sie deren Verlufe:

i) I1 = f(M) fr R2V = 0 (Abb. 3.3)

ii) M = f(n) fr R2V = 0; 1, 5; 4, 8; 8, 1 (Abb. 3.4)

iii) = f(M) fr R2V = 0 (Abb. 3.5)

iv) cos = f(M) fr R2V = 0 (Abb. 3.6)

Abbildung 3.2: Heylandkreis.

20


test

Abbildung 3.3: Strom-Drehmomentkennlinie.

test


21


test

Abbildung 3.4: Drehmoment-Drehzahlkennlinie.

test


22


test

Abbildung 3.5: Wirkungsgrad-Drehmomentkennlinie.

test


23


test

Abbildung 3.6: Leistungsfaktor-Drehmomentkennlinie.

test


24

Literaturverzeichnis

[1] Mller, K.: Grundgebiete der Elektrotechnik III: nach einer Vorlesung, Verlag der

Augustinus-Buchhandlung, Aachen

[2] Peier, D.: Einfhrung in die elektrische Energietechnik, Hthig Verlag, Heidelberg

[3] Seinsch, H. O.: Grundlagen elektrischer Maschinen und Antriebe, B.G. Teubner Verlag,

Stuttgart

[4] Fischer, R.: Elektrische Maschinen, Carl Hanser Verlag, Mnchen Wien

25

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