Grundlagen Wechselstrommaschinen - Festo · PDF fileArbeitsbuch Mit CD-ROM Festo Didactic...

Arbeitsbuch

Mit CD-ROM

Festo Didactic

571789 de

GrundlagenWechselstrommaschinen

0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.9 1.0

100

1000

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0.80.5 Nm 1.2

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0.2

1.8

1.6

1.4

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0.4

1.2

0

220

W

2.2

A

M

nIP2

P2 M= f [ ]

I M= f [ ]

n M= f [ ]

M1

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

n

Bestell-Nr.: 571789

Stand: 06/2011

Autoren: Jürgen Stumpp

Redaktion: Frank Ebel

Grafik: Jürgen Stumpp, Thomas Ocker

Layout: 08/2011, Frank Ebel, Sophia Härer

© 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.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 III

Inhalt

Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ V

Vorwort ______________________________________________________________________________ VI

Einleitung _____________________________________________________________________________ VIII

Arbeits- und Sicherheitshinweise ___________________________________________________________ IX

Trainingspaket „Grundlagen Wechselstrommaschinen“ _________________________________________X

Lernziele ______________________________________________________________________________ XI

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben _____________________________________________________ XIII

Komponenten ___________________________________________________________________________ XV

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder _________________________________________________________ XVII

Struktur der Aufgaben ___________________________________________________________________ XVIII

Bezeichnung der Komponenten ___________________________________________________________ XVIII

Inhalte der CD-ROM ______________________________________________________________________ XIX

Aufgaben und Lösungen

Übersicht Wechselstrommaschinen ___________________________________________________________ 3

Aufgabe 1: Grundlagen des Einphasen-Wechselstrommotors mit Kurzschlussläufer (Kondensatormotor) _ 5

Aufgabe 2: Einphasen-Wechselstrommotor mit Kurzschlussläufer (Kondensatormotor)

bei verschiedenen Belastungen __________________________________________________ 13

Aufgabe 3: Einphasen-Wechselstrommotor mit Kurzschlussläufer: Messungen

mit der Software DriveLab ______________________________________________________ 23

Übersicht Gleichstrommaschinen, Einphasen-Wechselstrommaschinen ____________________________ 37

Aufgabe 4: Grundlagen des Universalmotors ________________________________________________ 39

Aufgabe 5: Universalmotor bei verschiedenen Belastungen ____________________________________ 45

Aufgabe 6: Universalmotor bei verschiedenen Belastungen: Messungen


IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

Aufgaben und Arbeitsblätter












© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 V

Bestimmungsgemäße Verwendung

Das Trainingspaket „Grundlagen Wechselstrommaschinen“ 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.

VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

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.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 VII

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.

VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

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 Wechselstrommaschinen“ liefert die Einführung in das Thema der

elektrischen Maschinen mit Wechselstromanschluss. Mit Wechselstromantrieben kommen wir alle täglich in

Berührung, denn vor allem in Haushaltsgeräten und elektrischen Handwerkzeugen sind diese Motoren in

großer Stückzahl im Einsatz. 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 230 V AC Netzanschluss,

• ein Universalmotor,

• ein Kondensatormotor,

• Komponenten zur Ansteuerung der elektrischen Maschinen und

• Sicherheits-Laborleitungen.

Mit dem Gerätesatz TP 1410 und den Wechselstromantrieben werden die kompletten Schaltungen der

6 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 (Universalmotor, Kondensatormotor usw.)

zur Verfügung.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 IX

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.

PE

L1DC+

L2 L3/NDC-

Input

Output

PE

• 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.

X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

Trainingspaket „Grundlagen Wechselstrommaschinen“

Gegenstand dieses Teils des Trainingspakets TP 1410 sind die Grundlagen von Wechselstrommaschinen.

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 (Universalmotor, Kondensatormotor)

• Sicherheits-Laborleitungen

• Komplette Laboreinrichtungen

Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 1410 besteht aus einem Fachbuch und Arbeitsbüchern. Das Lehrbuch

vermittelt die Grundlagen der Wechselstrommaschinen 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

Lehrbuch 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, die Filme, CD-ROMs,

DVDs und Lernprogramme sowie die weitere Teachware werden in mehreren Sprachen angeboten.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 XI

Lernziele

Grundlagen Wechselstrommaschinen – Einphasen-Wechselstrommotor mit Kurzschlussläufer (Kondensatormotor)

• Sie kennen die grundsätzliche Funktion des Kondensatormotors.

• Sie kennen die Anschlussplatte des Motors mit allen Bezeichnungen.

• Sie kennen die Schaltung des Motors mit Haupt- und Hilfswicklung, mit Anlauf- und

Betriebskondensator.

• Sie kennen die Schaltung am Klemmbrett für Rechts- und Linkslauf des Motors.

• Sie kennen die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben.

• Sie kennen die Kontrolle der Leistungsschildangaben durch Messung und Berechnung bei Leerlauf und

Nennlast.

• Sie kennen den Umgang mit dem Motorenprüfstand und der Software DriveLab.

• Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme der Lastkennlinien des Motors.

• Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen.

• Sie kennen die Berechnung der fehlenden Werte in der Tabelle.

• Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors.

• Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien.

• Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Blindleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor.

• Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den berechneten Werten.

• Sie kennen die Auswertung des Diagramms.

Grundlagen Wechselstrommaschinen – Universalmotor • Sie kennen die Erklärung für den Begriff Universalmotor.

• Sie kennen die ohmschen Widerstände von Anker- und Erregerwicklung des Universalmotors.

• Sie können die Widerstandswerte von Anker- und Erregerwicklung beurteilen.

• Sie kennen das Problem des Universalmotors im Leerlauf.

• Sie kennen den Aufbau des Läufers beim Universalmotor.

• Sie kennen die Möglichkeit zur Drehrichtungsänderung des Universalmotors.

• Sie kennen die Möglichkeit für eine Drehfrequenzänderung beim Universalmotor.

• Sie kennen Anwendungsbeispiele für Universalmotoren.

• Sie kennen den Umgang mit dem Motorenprüfstand und der Software DriveLab.

• Sie kennen das Leistungsschild des Motors und die Bedeutung der eingetragenen Werte.

• Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme der Lastkennlinien des Motors.

• Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen.

• Sie kennen die Berechnung der fehlenden Werte in der Belastungstabelle.

• Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors.

• Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien.

XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

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 Aufnahme und Dokumentation von Lastkennlinien über den Rechner.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 XIII

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben

Aufgabe 1 2 3 4 5 6

Lernziel

Sie kennen die grundsätzliche Funktion des Kondensatormotors. •

Sie kennen die Anschlussplatte des Motors mit allen Bezeichnungen. •

Sie kennen die Schaltung des Motors mit Haupt- und Hilfswicklung, mit Anlauf- und

Betriebskondensator. •

Sie kennen die Schaltung am Klemmbrett für Rechts- und Linkslauf des Motors. •

Sie kennen die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben. •

Sie kennen die Kontrolle der Leistungsschildangaben durch Messung und Berechnung bei

Leerlauf und Nennlast. •

Sie kennen den Umgang mit dem Motorenprüfstand und der Software DriveLab. •

Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme der Lastkennlinien des Motors. •

Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen. •

Sie kennen die Berechnung der fehlenden Werte in der Tabelle. •

Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors. •

Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien. •

Sie kennen die rechnerische Ermittlung von Blindleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. •

Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den berechneten Werten. •

Sie kennen die Auswertung des Diagramms. •

Sie kennen den Umgang mit dem Motorenprüfstand und der Software DriveLab. • •

Sie kennen Anschluss und Inbetriebnahme des Kondensatormotors mit dem Motorenprüfstand

und der Software DriveLab. •

Sie kennen Anschluss und Inbetriebnahme des Universalmotors 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. • •

XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

Aufgabe 1 2 3 4 5 6

Lernziel

Sie kennen die Erklärung für den Begriff Universalmotor. •

Sie kennen die ohmschen Widerstände von Anker- und Erregerwicklung des Universalmotors. •

Sie können die Widerstandswerte von Anker- und Erregerwicklung beurteilen. •

Sie kennen das Problem des Universalmotors im Leerlauf. •

Sie kennen den Aufbau des Läufers beim Universalmotor. •

Sie kennen die Möglichkeit zur Drehrichtungsänderung des Universalmotors. •

Sie kennen die Möglichkeit für eine Drehfrequenzänderung beim Universalmotor. •

Sie kennen Anwendungsbeispiele für Universalmotoren. •

Sie kennen den Umgang mit dem Motorenprüfstand und der Software DriveLab. •

Sie kennen das Leistungsschild des Motors und die Bedeutung der eingetragenen Werte. •

Sie kennen die Messschaltung zur punktuellen Aufnahme der Lastkennlinien des Motors. •

Sie kennen die Inbetriebnahme des Motors bei verschiedenen Belastungen. •

Sie kennen die Berechnung der fehlenden Werte in der Belastungstabelle. •

Sie kennen die Erstellung eines Diagramms mit den Lastkennlinien des Motors. •

Sie kennen die Auswertung der Lastkennlinien. •

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 XV

Komponenten

Die Komponenten des Trainingspakets „Grundlagen Wechselstrommaschinen“ vermitteln Kenntnisse über

Aufbau, Anschluss und Anwendungsgebiete von Wechselstrommaschinen. Zum Aufbau funktionsfähiger

Schaltungen werden zusätzlich ein Laborarbeitsplatz, optional mit A4-Rahmen, der Gerätesatz TP 1410

„Servo Brems- und Antriebssystem“, eine 230 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

Elektrische Maschinen „Grundlagen Wechselstrommaschinen“


Einphasen-Wechselstrommotor mit Kurzschlussläufer (Kondensatormotor) 571871 1

Universalmotor 571872 1

Ansteuerungen für die elektrischen Maschinen


Drehstromversorgung EduTrainer 571812 1

Netzteil 24 V EduTrainer 571813 1

Schützboard EduTrainer 571814 1

Schützsatz Motortechnik 571816 1

Bedien- und Meldegerät EduTrainer 571815 1

XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

Grafische Symbole des Gerätesatzes

Komponente Grafisches Symbol

Einphasen-Wechselstrommotor mit Kurzschlussläufer

(Kondensatormotor)

M1

Universalmotor

M

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 XVII

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder

Lernziele Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen der Grundlagen von

Wechselstrommaschinen. 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 die Aufgaben 1 bis 3 benötigen Sie einen

Einphasen-Wechselstrommotor mit Kurzschlussläufer (Kondensatormotor). Für die Aufgaben 4 bis 6

benötigen Sie einen Universalmotor.

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

Wechselstrommaschinen“ für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt.

XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

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

Mechatroniker/in 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

Struktur der Aufgaben

Alle 6 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: K, K1, K2, …

Schalter/Taster: S, S1, S2, …

Schütz: Q, Q1, Q2, …

Sicherungen: F, F1, F2, ...

Signalgeräte: P, P1, P2, ...

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 XIX

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.

XX © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 1

Inhalt

Aufgaben und Lösungen












2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789


Übersicht Wechselstrommaschinen

Wechselstrommaschinen

Transformatoren umlaufende Maschinen

Sonder-transformatorenz. B.Streufeld-transformatorenSpar-transformatoren

Dreiphasen-transformator

Einphasen-transformator

Asynchron-maschinen

Synchron-maschinen

Motoren Generatoren Einphasen-maschinen

Dreiphasen-maschinen

Motoren mitHilfswicklungoderKondensator

Kurzschluss-läufermotor

Sonder-maschinenz. B.SpaltpolmotorRepulsions-motor

Schleifring-läufermotor

Sonder-maschinenz. B.LinearmotorKollektormotor


Aufgabe 1 Grundlagen des Einphasen-Wechselstrommotors mit Kurzschlussläufer

(Kondensatormotor)

Lernziele Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben,

• kennen Sie die grundsätzliche Funktion des Kondensatormotors.

• kennen Sie die Anschlussplatte des Motors mit allen Bezeichnungen.

• kennen Sie die Schaltung des Motors mit Haupt- und Hilfswicklung, mit Anlauf- und


• kennen Sie die Schaltung am Klemmbrett für Rechts- und Linkslauf des Motors.

• kennen Sie die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben.

• kennen Sie die Kontrolle der Leistungsschildangaben durch Messung und Berechnung bei Leerlauf und

Nennlast.

Problemstellung Für den Betrieb eines Druckluftkompressors steht nur eine einphasige Wechselspannung mit 230 V (L1 und

N) zur Verfügung.

Da bei dem Kompressor mit Schweranlaufbedingungen zu rechen ist, soll als Antrieb ein Kondensatormotor

mit Anlauf- und Betriebskondensator verwendet werden. Der Motor soll in der Ausbildungswerkstatt auf

seine Eignung untersucht werden. Die Untersuchung ist in einem Protokoll zu dokumentieren.

Druckluftkompressor

Aufgabe 1 – Grundlagen des Einphasen-Wechselstrommotors mit Kurzschlussläufer (Kondensatormotor)


Arbeitsaufträge 1. Beschreiben Sie die grundsätzliche Funktion eines Einphasen-Wechselstrommotors mit

Kurzschlussläufer (Kondensatormotor).

2. Vervollständigen Sie die Vorgaben für die Anschlussplatte des Motors.

3. Vervollständigen Sie die Schaltung des Motors mit Haupt- und Hilfswicklung, mit Anlauf- und


4. Vervollständigen Sie die Vorgaben für Rechts- und Linkslauf des Motors.

5. Vervollständigen Sie die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben.

6. Kontrollieren Sie durch Messung und Rechnung die Angaben auf dem Leistungsschild des Motors für

Leerlauf und Nennlast.

Arbeitshilfen • Fachbücher, Tabellenbücher

• Auszüge aus Herstellerkatalogen

• Datenblätter

• Handbuch Servo Brems- und Antriebssystem

• Internet

• WBT Elektrische Antriebe 1



1. Grundsätzliche Funktion des Kondensatormotors

a) Beschreiben Sie den Aufbau eines Kondensatormotors.

Z2 Z1

U1

U2

M1

Kondensatormotor – Prinzipielle Anordnung der beiden Wicklungen

Im Blechpaket des Stators sind zwei Wicklungen angeordnet, die räumlich um 90° versetzt sind. Es

handelt sich um die Hauptwicklung mit den Bezeichnungen U1 und U2. Sie belegt 2/3 der

Ständernuten.

In den restlichen Nuten ist die Hilfswicklung mit den Bezeichnungen Z1 und Z2 untergebracht.

Abhängig von den Anlaufbedingungen hat der Einphasenmotor noch einen Anlauf- und


b) Beschreiben Sie die Funktion des Kondensatormotors.

Um eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Wicklungen und damit ein Drehfeld zu erreichen,

muss eine Kapazität mit der Hilfswicklung in Reihe geschaltet werden.

Bei einem Einphasenmotor mit Betriebskondensator bleibt die Hilfswicklung mit dem in Reihe

geschalteten Betriebskondensator dauernd eingeschaltet.

Für schwere Anlaufbedingungen wird ein Anlaufkondensator parallel zum Betriebskondensator

geschaltet. Der Anlaufkondensator wird nach dem Anlauf über einen Fliehkraftschalter abgeschaltet.

c) Welche Funktion erfüllt der Betriebskondensator?

Durch den Betriebskondensator CB erhält der Motor einen ruhigeren Lauf und einen besseren

Leistungsfaktor. Die Kapazität des Betriebskondensators sollte so bemessen werden, dass sich die

Hilfswicklung nicht unzulässig erwärmt. Die Kapazität des Betriebskondensators sollte

näherungsweise pro Kilowatt Motorleistung eine Blindleistung von 1 kvar aufnehmen.



d) Welche Funktion erfüllt der Anlaufkondensator?

Um das Anzugsmoment des Motors zu vergrößern, muss die Kapazität des Kondensators ebenfalls

größer werden. Die Kapazitätsvergrößerung wird durch Parallelschaltung eines Anlaufkondensators CA

erreicht. Nach dem Anlauf wird der Anlaufkondensator durch einen Fliehkraftschalter abgeschaltet,

damit sich die Hilfswicklung nicht unzulässig hoch erwärmt.

2. Anschlussplatte des Motors – Bezeichnen Sie die einzelnen Anschlüsse der Anschlussplatte des Kondensatormotors.

U2U1

Hauptwicklung, Anschlüsse U1 und U2

Z2Z1

Hilfswicklung, Anschlüsse Z1 und Z2

Anlaufkondensator, Anschlüsse CA und CA

CB CB

Betriebskondensator, Anschlüsse CB und CB

Fliehkraftschalter, Anschlüsse 11 und 12

Temperaturüberwachung des Motors, Anschlüsse 21 und 22



3. Schaltung des Kondensatormotors mit Haupt- und Hilfswicklung, Anlauf- und Betriebskondensator

– Vervollständigen Sie die Schaltung des Motors.

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

n

M1

4. Schaltung für Rechts- und Linkslauf des Motors

– Vervollständigen Sie die Schaltungen für Rechts- und Linkslauf.

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

n

Z2

Z1U1

U2

M1

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

Z2

Z1U1

U2

n

M1



5. Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben

a) Vervollständigen Sie die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben. Bauen Sie die

Schaltung auf und nehmen Sie den Motor in Betrieb.

CACB

Z2 Z1

U1

U2n

-M1

n

-A1.1

L1

N

PE

V

A

-P1

-P2

W

-P3

M1

Menge Kennzeichnung Benennung

1 -M1 Kondensatormotor

2 -P1, -P2 Digital-Multimeter

1 -P3 Einphasen-Leistungsmesser

1 -A1.1 Motorenprüfstand, Servo Brems- und Antriebssystem

Geräteliste



b) Bauen Sie die Schaltung auf.

– Verwenden Sie den Kondensatormotor 230 V, Bestell-Nr. 571872.

6. Kontrolle der Leistungsschildangaben durch Messung und Rechnung

a) Für die Messung wird der Motor mit dem Motorenprüfstand verbunden. Der Motorenprüfstand wird

eingeschaltet, hat jedoch keine Verbindung zum Rechner. Der Motor wird eingeschaltet.

b) Zuerst werden die Messwerte im Leerlauf gemessen. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle in der

Spalte „Leerlauf“ ein.

c) Für die Messung bei Nennlast wird der Motor über den Motorenprüfstand bis zum Nennstrom (siehe

Leistungsschild) belastet und die Werte abgelesen. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle in der

Spalte „Nennlast“ ein.

Leerlauf Nennlast

U [V] 228 228

I [A] 1,2 1,86

P [W] 216 352

n [min-1] 1480 1400

d) Berechnen Sie mit den Messwerten aus der Tabelle bei Leerlauf und Nennlast die Werte für die

Scheinleistung, den Leistungsfaktor und die Blindleistung.

Leerlauf

Die Scheinleistung S: 228 V 1,2 A = 274 VAS U I= ⋅ = ⋅

Den Leistungsfaktor cos φ: 216 W

= 0,78274 VA

PcosS

ϕ = =

Die Blindleistung Q: 274 VA 0,63 = 173 varQ S sin= ⋅ ϕ = ⋅



Nennlast

Die Scheinleistung S: 228 V 1,86 A = 424 VAS U I= ⋅ = ⋅

Den Leistungsfaktor cos φ: 352 W= 0,83

424 VAPcosS

ϕ = =

Die Blindleistung Q: 424 VA 0,56 = 237 varQ S sin= ⋅ ϕ = ⋅

Kontrolle der Kapazität von CA

Messwerte: U = 230 V

I = 1,75 A

Der Blindwiderstand XC: 230 V

= 131,42 Ω1,75 A

CC

C

UX

I= =

Die Kapazität C: -1

1 1 = 24,2 μF

2 2 50 s 131,42 ΩCC

f X= =

⋅ π ⋅ ⋅ ⋅ π ⋅ ⋅

Kontrolle der Kapazität von CB

Messwerte: U = 220 V

I = 0,7 A

Der Blindwiderstand XC: 220 V

= 314,28 Ω0,7 A

CC

C

UX

I= =

Die Kapazität C: -1

1 1 = 10,13 μF

2 2 50 s 314,28 ΩCC

f X= =

⋅ π ⋅ ⋅ ⋅ π ⋅ ⋅


Inhalt

Aufgaben und Arbeitsblätter













Übersicht Wechselstrommaschinen

Wechselstrommaschinen

Transformatoren umlaufende Maschinen

Sonder-transformatorenz. B.Streufeld-transformatorenSpar-transformatoren

Dreiphasen-transformator

Einphasen-transformator

Asynchron-maschinen

Synchron-maschinen

Motoren Generatoren Einphasen-maschinen

Dreiphasen-maschinen

Motoren mitHilfswicklungoderKondensator

Kurzschluss-läufermotor

Sonder-maschinenz. B.SpaltpolmotorRepulsions-motor

Schleifring-läufermotor

Sonder-maschinenz. B.LinearmotorKollektormotor


Aufgabe 1 Grundlagen des Einphasen-Wechselstrommotors mit Kurzschlussläufer

(Kondensatormotor)

Lernziele Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben,

• kennen Sie die grundsätzliche Funktion des Kondensatormotors.

• kennen Sie die Anschlussplatte des Motors mit allen Bezeichnungen.

• kennen Sie die Schaltung des Motors mit Haupt- und Hilfswicklung, mit Anlauf- und


• kennen Sie die Schaltung am Klemmbrett für Rechts- und Linkslauf des Motors.

• kennen Sie die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben.

• kennen Sie die Kontrolle der Leistungsschildangaben durch Messung und Berechnung bei Leerlauf und

Nennlast.

Problemstellung Für den Betrieb eines Druckluftkompressors steht nur eine einphasige Wechselspannung mit 230 V (L1 und

N) zur Verfügung.

Da bei dem Kompressor mit Schweranlaufbedingungen zu rechen ist, soll als Antrieb ein Kondensatormotor

mit Anlauf- und Betriebskondensator verwendet werden. Der Motor soll in der Ausbildungswerkstatt auf

seine Eignung untersucht werden. Die Untersuchung ist in einem Protokoll zu dokumentieren.

Druckluftkompressor


6 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789

Arbeitsaufträge 1. Beschreiben Sie die grundsätzliche Funktion eines Einphasen-Wechselstrommotors mit

Kurzschlussläufer (Kondensatormotor).

2. Vervollständigen Sie die Vorgaben für die Anschlussplatte des Motors.

3. Vervollständigen Sie die Schaltung des Motors mit Haupt- und Hilfswicklung, mit Anlauf- und


4. Vervollständigen Sie die Vorgaben für Rechts- und Linkslauf des Motors.

5. Vervollständigen Sie die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben.

6. Kontrollieren Sie durch Messung und Rechnung die Angaben auf dem Leistungsschild des Motors für

Leerlauf und Nennlast.

Arbeitshilfen • Fachbücher, Tabellenbücher

• Auszüge aus Herstellerkatalogen

• Datenblätter

• Handbuch Servo Brems- und Antriebssystem

• Internet

• WBT Elektrische Antriebe 1


© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571789 Name: __________________________________ Datum: ____________ 7

1. Grundsätzliche Funktion des Kondensatormotors

a) Beschreiben Sie den Aufbau eines Kondensatormotors.

Z2 Z1

U1

U2

M1

Kondensatormotor – Prinzipielle Anordnung der beiden Wicklungen

b) Beschreiben Sie die Funktion des Kondensatormotors.

c) Welche Funktion erfüllt der Betriebskondensator?



d) Welche Funktion erfüllt der Anlaufkondensator?

2. Anschlussplatte des Motors – Bezeichnen Sie die einzelnen Anschlüsse der Anschlussplatte des Kondensatormotors.

U2U1

Z2Z1

CB CB



3. Schaltung des Kondensatormotors mit Haupt- und Hilfswicklung, Anlauf- und Betriebskondensator

– Vervollständigen Sie die Schaltung des Motors.

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

n>

M1

4. Schaltung für Rechts- und Linkslauf des Motors

– Vervollständigen Sie die Schaltungen für Rechts- und Linkslauf.

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

n

Z2

Z1U1

U2

M1

CACB

Z2 Z1

U1

U2

L1

N

PE

Z2

Z1U1

U2

n>

M1



5. Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben

a) Vervollständigen Sie die Messschaltung zur Kontrolle der Leistungsschildangaben. Bauen Sie die

Schaltung auf und nehmen Sie den Motor in Betrieb.

CACB

Z2 Z1

U1

U2n>

n

L1

N

PE

V

A

W

M1

Menge Kennzeichnung Benennung

1 Kondensatormotor

2 Digital-Multimeter

1 Einphasen-Leistungsmesser

1 Motorenprüfstand, Servo Brems- und Antriebssystem

Geräteliste



b) Bauen Sie die Schaltung auf.

– Verwenden Sie den Kondensatormotor 230 V, Bestell-Nr. 571872.

6. Kontrolle der Leistungsschildangaben durch Messung und Rechnung

a) Für die Messung wird der Motor mit dem Motorenprüfstand verbunden. Der Motorenprüfstand wird

eingeschaltet, hat jedoch keine Verbindung zum Rechner. Der Motor wird eingeschaltet.

b) Zuerst werden die Messwerte im Leerlauf gemessen. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle in der

Spalte „Leerlauf“ ein.

c) Für die Messung bei Nennlast wird der Motor über den Motorenprüfstand bis zum Nennstrom (siehe

Leistungsschild) belastet und die Werte abgelesen. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle in der

Spalte „Nennlast“ ein.

Leerlauf Nennlast

U [V]

I [A]

P [W]

n [min-1]

d) Berechnen Sie mit den Messwerten aus der Tabelle bei Leerlauf und Nennlast die Werte für die

Scheinleistung, den Leistungsfaktor und die Blindleistung.

Leerlauf



Nennlast

Kontrolle der Kapazität von CA

Kontrolle der Kapazität von CB

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