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INSTITUT FÜR ELEKTRISCHE MASCHINENRHEINISCH-WESTFÄLISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE AACHEN

Energietechnisches Praktikum I

Versuch 3: Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer undSchleifringläufer

1 Zweck des Versuchs 1

2 Versuchsvorbereitung 1

2.1 Aufbau und Wirkungsweise der Asynchronmaschine . . . . . . . . . . . 1

2.2 Kurzschlußläufer und Schleifringläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.3 Grundgleichungen und Ersatzschaltbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.4 Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.5 Kreisdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.6 Drehzahlstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.7 Stromverdrängung beim Kurzschlußläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.8 Drehzahl-/ Drehmomentkennlinie im Bereich 0 ≤ s ≤ 1 . . . . . . . . . . 12

3 Versuchsdurchführung 13

3.1 Sicherheitshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2.1 Reversieren der ASM mit Kurzschlußläufer . . . . . . . . . . . . . 14

3.3 Asynchronmaschine mit Schleifringläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3.1 Reversieren der ASM mit Schleifringläufer . . . . . . . . . . . . . 15

3.3.2 Belastungsmessung bei Veränderung der Drehzahl . . . . . . . . 16

3.3.3 Belastungsmessung bei Veränderung des Drehmoments . . . . . . 21

023.08.04

Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer und Schleifringläufer ETP I V3

1 Zweck des Versuchs

Der vorliegende Versuch erklärt Aufbau und Wirkungsweise einer Asynchronmaschineund geht dabei auf die grundsätzliche Unterscheidung zwischen Kurzschlußläufer undSchleifringläufer ein.

Zunächst wird das Betriebsverhalten der Asynchronmaschine mit Kurzschlußläuferanhand eines Reversiervorgangs betrachtet. Im Anschluß werden Reversiervorgängefür die Asynchronmaschine mit Schleifringläufer mit unterschiedlichen Vorwiderständenuntersucht. Zur Messung des Betriebsverhaltens unter Last wird die Drehzahl derAsynchronmaschine mit Schleifringläufer am Netz mit Hilfe einer Lastmaschine reduziert.Schließlich werden Belastungsmessungen bei Veränderung des Drehmoments vorgenommen.

2 Versuchsvorbereitung

2.1 Aufbau und Wirkungsweise der Asynchronmaschine

Die Asynchronmaschine ist eine wichtige Drehstrommaschine. Sie wird meist als Motorverwendet. Ständer und Läufer sind aus Dynamoblechen geschichtet, in die Nuteneingestanzt sind. In den Ständernuten ist eine symmetrische Drehstromwicklung eingebracht,die in Stern- oder Dreieckschaltung an das Drehstromnetz gelegt werden. Die Läufernutenenthalten entweder ebenfalls eine symmetrische Drehstromwicklung oder eine Käfigwicklung,die kurzgeschlossen ist.

Die einfachste Asynchronmaschine hätte im Ständer 6 Nuten pro Polpaar, jeweils einefür die Hin- und eine für die Rückleiter jedes Wicklungsstranges. Meist wird die Wicklunghöherpolig ausgeführt (p > 1) und auf mehrere Nuten verteilt (q > 1).

Abbildung 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Asynchronmaschine. Die Verschaltungam Dreiphasen-Netz ist in Abbildung 2 dargestellt.

Speist man die Asynchronmaschine aus dem Drehstromnetz mit der Frequenz f1,erhält man symmetrische Ströme, die im Luftspalt der Maschine ein Drehfeld mitSynchrondrehzahl n1 erzeugen. Dieses Drehfeld induziert in den Leitern der LäuferwicklungStröme, mit der Frequenz f2. Es entsteht ein Läuferdrehfeld, das sich relativ zumLäufer mit der Differenzdrehzahl n2 und relativ zum Ständer mit der Drehzahl n1 = n+n2 bewegt. Damit ist die Frequenzbedingung erfüllt. Nach der Lenz’schen Regel suchendie Läuferströme ihre Entstehungsursache, das ist die Relativbewegung zwischen Ständerund Läufer, aufzuheben. Die Läuferströme bilden mit dem Ständerdrehfeld, das mitsynchroner Drehzahl umläuft, deshalb Drehmomente, die den Läufer in Richtung desStänderdrehfeldes antreiben und seine Drehzahl der Drehzahl des Ständerdrehfeldesanzunähern suchen. Der Läufer kann die Synchrondrehzahl aber nie ganz erreichen,denn sonst würde, weil keine Relativbewegung des Läufers gegen das Ständerdrehfeld

1


u

w

x

yz

v

S t ä n d e r m i tW i c k l u n g

L u f t s p a l t

L ä u f e r

Abbildung 1: Grundsätzlicher Aufbau der Asynchronmaschine

I vI u

I w

U

UUU

X

UUV

W

Y

Z

M3 ~

Abbildung 2: Verschaltung einer Asynchronmaschine

vorhanden wäre, die Induktionswirkung aufhören. Der Läufer zeigt also einen gewissenSchlupf s gegen das Ständerdrehfeld, er läuft asynchron. Daher der Name Asynchron-bzw. Induktionsmaschine. Je größer das vom Läufer verlangte Drehmoment ist, destogrößer wird sein Schlupf.

Synchrondrehzahl:

n1 =f1

p

Läuferdrehzahl:n

Schlupf:

s =n1 − n

n1

=f2

f1

2.2 Kurzschlußläufer und Schleifringläufer

Bei Asynchronmaschinen unterscheidet man Maschinen mit Kurzschlußläufer und solchemit Schleifringläufer.

2


Der Kurzschlußläufer hat in den Nuten einzelne Stäbe, die an den Stirnseiten überKurzschlußringe verbunden werden. Die Phasenzahl beträgt m2 = N2. Es besteht keinZugang mehr zur Läuferwicklung und damit keine Möglichkeit zur Beeinflussung desBetriebsverhaltens. Bei größeren Maschinen bestehen die Läuferstäbe und Kurzschlußringeaus Kupfer, bei kleineren Maschinen wird der gesamte Käfig aus Aluminiumspritzgußhergestellt. Die Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer ist die am häufigsten verwendeteelektrische Maschine. Sie ist einfacher, robuster und billiger als der Schleifringläufer.Der Kurzschlußläufer ist anwendbar, wenn das Netz einen Anzugsstrom von 4 ... 7 IN

verträgt und die Erwärmung beim Anlauf nicht zu groß wird.

Der Schleifringläufer trägt ebenso wie der Ständer eine Drehstromwicklung mit derPhasenzahl m2 = 3. Die Wicklungsenden werden herausgeführt und an Schleifringeangeschlossen. Die Läuferwicklung kann entweder direkt über die Bürsten oder übereinen Vorwiderstand kurzgeschlossen oder mit Zusatzspannung gespeist werden. Dadurchkann die Drehzahl verstellt werden. Bei Zuschaltung eines Vorwiderstandes im Läuferkreisbeim Einschalten der Maschine erhöht sich der Realteil des Anlaufstroms und damitauch das Anlaufmoment. Wird an den Schleifringen ein Gleichstrom eingespeist, kanndie Maschine als Synchronmaschine betrieben werden.

Abbildung 3 zeigt den prinzipiellen Unterschied zwischen Schleifringläufer und Käfigläufer.Die folgenden Ausführungen gelten sowohl für Schleifringläufer als auch für Käfigläufer.

W i c k e l k o p f

V o r w i d e r s t a n d

S c h l e i f r i n g e+ B ü r s t e n

D r e h s t r o m w i c k l u n g

U V

W

K u r z s c h l u ß r i n g

L ä u f e r s t ä b e

S c h l e i f r i n g l ä u f e r K ä f i g l ä u f e r

Abbildung 3: Läuferbauformen der Asynchronmaschine

2.3 Grundgleichungen und Ersatzschaltbilder

Ständer und Läufer der Asynchronmaschine seien mit einer symmetrischen Drehstrom-wicklung ausgestattet. Aus Symmetriegründen genügt dann die einphasige Betrachtung.

3


Jeder Strang der Stator- und Rotorwicklung hat einen Wirkwiderstand R1 und R2

sowie eine Eigeninduktivität L1 und L2.

Stator- und Rotorwicklung sind magnetisch gekoppelt über die Gegeninduktivität M .

Da in der Statorwicklung Ströme mit der Frequenz f1 und in der Rotorwicklung Strömemit der Frequenz f2 fließen, ist zu beachten, daß wenn der Rotor mit der Drehzahl nrotiert,

• vom Stator in den Rotor mit f2 induziert wird

• vom Rotor in den Stator mit f1 induziert wird.

Aus diesen Zusammenhängen können die Spannungsgleichungen für die Primärseiteund für die Sekundärseite aufgestellt werden.

Nach Umrechnung der Läufergrößen auf den Ständer ergibt sich das in Abbildung 4dargestellte Ersatzschaltbild.

R 1

I 1

X 2 *

I 0

R 2 *s

U 2 *s

I 2 *X 1U 1

Abbildung 4: Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine

Für die Spannungen und Ströme gilt:

U1

= R1 · I1+ j · X1 · I0

U∗

2

s=

R∗

2

s· I∗

2+ j · X∗

2· I∗

2+ j · X1 · I0

I0

= I1+ I∗

2

Mit diesem Ersatzschaltbild kann das Betriebsverhalten der Asynchronmaschine vollständigbeschrieben werden. Zweckmäßig ist die Anwendung dieses Ersatzschaltbildes fürden Betrieb mit konstanter Statorflußverkettung, also auch für den Betrieb am Netzkonstanter Spannung und Frequenz.

Bei normalen Maschinen mit Netzfrequenz f1 = 50 Hz kann der StänderwiderstandR1 vernachlässigt werden:

R1 = 0

Die Läuferwicklung des Schleifringläufers ist im Normalbetrieb über Schleifringe undBürsten ebenso wie der Käfigläufer kurzgeschlossen. Solange die Stromverdrängung

4


beim Käfigläufer vernachlässigt wird, ist das Betriebsverhalten für beide Läuferbauartengleich:

U∗

2= 0

Damit werden die Spannungsgleichungen der Asynchronmaschine:

U1

= j · X1 · I0

U1

= −R∗

2

s· I∗

2− j · X∗

2· I∗

2

I0

= I1+ I∗

2

I 1U 1

I 2 *

f 1 f 1X 1

I 0

X 2* R 2

*

s

Abbildung 5: Vereinfachtes Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine

Dies führt zu dem in Abbildung 5 dargestellten sehr einfachen Ersatzschaltbild, mitdem das grundsätzliche Betriebsverhalten der Asynchronmaschine untersucht werdenkann.

2.4 Betriebsverhalten

Leistungsbilanz

Zur Definition der Leistungen wird eine Leistungsbilanz durchgeführt.

Die aufgenommene Wirkleistung ist:

P1 = 3 · U1 · I1 · cosϕ1

Da im Ständer mit R1 = 0 keine Verluste auftreten, wird die aufgenommene Wirkleistungvollständig über den Luftspalt als Drehfeldleistung auf den Läufer übertragen:

PD = P1 = 3 ·R∗

2

s· I∗2

2

5


Die Drehfeldleistung im Ersatzschaltbild ist die im Widerstand R∗

2

sumgesetzte Wirkleistung.

Im Läuferwiderstand R2 selbst treten Kupferverluste auf:

Pel = 3 · R2 · I2

2= 3 · R∗

2· I∗2

2= s · (3 ·

R∗

2

s· I∗2

2) = s · PD

Demzufolge kann an der Welle der Asynchronmaschine als mechanische Leistung nurdie Differenz zwischen Drehfeldleistung und Läuferkupferverlusten abgegeben werden:

Pmech = PD − Pel = (1 − s) · PD

Drehmoment

Der Maximalwert des Drehmomentes wird als Kippmoment bezeichnet:

Mkipp =3 · pω1

·U2

1

2 · X∗

2

Den Schlupf, bei dem das Maximalmoment auftritt, nennt man Kippschlupf

skipp =R∗

2

X∗

2

Bezieht man das Drehmoment auf seinen Maximalwert, so erhält man die Kloss’scheFormel:

M

Mkipp

=2

skipp

s+ s

skipp

Damit kann das Drehmoment als Funktion des Schlupfes bzw. der Drehzahl gezeichnetund diskutiert werden. Abbildung 6 zeigt diesen Zusammenhang.

Die Asynchronmaschine kann in 3 Betriebsarten arbeiten:

• Motor (der Rotor läuft langsamer als das Drehfeld):

M > 0, n > 0, 0 < s < 1

• Generator (der Rotor läuft schneller als das Drehfeld):

M < 0, n > n1, s < 0

• Bremse (der Rotor läuft gegen das Drehfeld):

M > 0, n < 0, s > 1

6


2 1 - 1 sn2 n 1n 1n N0- n 1

1

2

- 1

- 2

s K i p p - s K i p p

M K i p p

M

M K i p p

M N

s N 0

G e n e r a t o rB r e m s e M o t o r

Stills

tand

Kipp

unkt

Nenn

punk

tLe

erlau

f

Abbildung 6: Betriebsarten der Asynchronmaschine

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad der Asynchronmaschine beträgt im Nennbetrieb unter Vernachlässigungder Ständerkupferverluste, R1 = 0:

ηN =Pab

Pauf

=Pmech,N

PD,N

=(1 − s) · PD,N

PD,N

= 1 − sN

Um einen guten Nennwirkungsgrad zu erhalten, sollte der Nennschlupf sn daher soklein wie möglich sein. In der Praxis werden unter Berücksichtigung der Ständerkupferverlusteund der Eisenverluste Wirkungsgrade im Bereich von 0.8 bis 0.95 erreicht.

2.5 Kreisdiagramm

Ortskurve

Das Kreisdiagramm der Asynchronmaschine ist die Ortskurve des Ständerstromes.

7


Voraussetzungen:

• U1 wird in die reelle Achse gelegt

• der Läufer ist kurzgeschlossen

• R1 = 0

Die Ortskurve von I1 ist ein Kreis. Der Mittelpunkt des Kreises liegt auf der -Im-Achse, der Durchmesser beträgt (I

∞− I

0). Abbildung 7 zeigt das Kreisdiagramm der

Asynchronmaschine.

S c h l u p f g e r a d e

- I m

+ R e

- I m+ R e

I 0

I 1 I 2 *j 1

s = 0 s

j 2 *

I ¥M

U 1

Abbildung 7: Kreisdiagramm der Asynchronmaschine

Parametrierung

Zur Konstruktion der Schlupfgeraden wird eine Tangente an den Kreis im Punkt I0

gelegt. Dann wird eine beliebige Gerade parallel zur -Im-Achse gezeichnet. Diese Geradeist die Schlupfgerade. Sie wird von der Verlängerung von I2 proportional dem Schlupf,also linear, geteilt.

Um die Parametrierung festzulegen muß außer dem Leerlaufpunkt ein weiterer Kreispunktbekannt sein.

Leistungen im Kreisdiagramm

Das Kreisdiagramm der Asynchronmaschine hat nicht nur den Vorteil, daß für jedenbeliebigen Betriebspunkt der Strom I1 abgelesen werden kann, sondern daß im Kreisdiagrammauch direkt das Drehmoment M bzw. die Drehfeldleistung PD, die mechanische LeistungPmech und die elektrische Leistung Pel als Strecken abgegriffen werden können.

8


Die verschiedenen Leistungen im Kreisdiagramm sind in Abbildung 8 dargestellt. DieGerade durch die Punkte s = 0 und s = 1 auf dem Kreis heißt Gerade der mechanischen

Leistung.

- I m

+ R e

I 0

I 1j 1

s = 0 s

I ¥M

U 1

s = 1s K i p p

P e l

P D

P m e c hM m a x

A

B

C

G e n e r a t o r s < 0

B r e m s e s > 1

M o t o r 0 < s < 1

K u r z s c h l u ß - o d e r A n f a h r p u n k tG e r a d e d e r m e c h a n i

s c h e n L e i s t u n

g

Abbildung 8: Leistungen im Kreisdiagramm

Betriebsbereiche und ausgezeichnete Betriebspunkte

Die 3 Betriebsbereiche der Asynchronmaschine stellen sich im Kreisdiagramm wie folgtdar:

• Motorbetrieb: 0 < s < 1

• Bremsbetrieb: 1 < s < ∞

• Generatorbetrieb: s < 0

Folgende ausgezeichnete Kreispunkte sind hervorzuheben:

• Leerlauf: s = 0, n = n1: Der Leerlaufstrom liegt auf der -Im-Achse und solltemit Rücksicht auf die Blindleistungsaufnahme der Asynchronmaschine möglichstklein sein.

• Kipppunkt: Hier entwickelt die Asynchronmaschine das maximale Drehmoment.Dies ist der Scheitelpunkt des Kreises, Real- und Imaginärteil von I∗

2sind gleich

groß.

• Anfahr- oder Kurzschlußpunkt: s = 1, n = 0: Beim Anfahren fließt der KurzschlußstromI1K , der ein Vielfaches des Nennstromes I1N beträgt und daher begrenzt werdenmuß. Typisch sind Werte von I1K = 5...8 · I1N .

9


• Ideeller Kurzschluß: s = ∞, n = ∞: Dies ist der größte theoretisch auftretendeStrom, der ebenfalls in der -Im-Achse liegt. Man erreicht in der Praxis I∞ =5...8 · I1N

• Optimaler Betriebspunkt: Man legt den Nennpunkt möglichst so, daß cosϕ1 maximalwird. Dies ist erfüllt, wenn der Nennstrom eine Tangente an den Kreis bildet. Inder Praxis wird der Optimalwert nicht immer genau eingehalten.

2.6 Drehzahlstellung

Die wichtigsten Verfahren zur Verstellung der Drehzahl bei Asynchronmaschinen sindaus der Grundgleichung

n =f1

p· (1 − s)

zu entnehmen.

Vergrößerung des Schlupfes

Durch Einschalten von Widerständen in den Läuferkreis bei kann bei Schleifringläufermotorender Schlupf vergrößert werden. Das Kreisdiagramm der Asynchronmaschine bleibterhalten, wenn der Läuferwiderstand R2 durch einen Vorschaltwiderstand RV vergrößertwird, lediglich die Schlupf-Parametrierung ändert sich. Es gilt:

s2 = s1 · (1 +RV

R∗

2

)

Durch Zuschalten von R∗

V erhält man bei einem Schlupf s2 den gleichen Kreispunktund damit das gleiche Moment und den gleichen Strom wie beim Schlupf s1. So istes beispielsweise möglich, mit dem maximalen Moment (Kippmoment) anzufahren.Diese Methode ist allerdings verlustbehaftet, der Wirkungsgrad η = 1−s verschlechtertsich.

Änderung der Polpaarzahl

Durch Polumschaltung kann bei Käfigläufermotoren, da diese nicht an eine feste Polzahlgebunden sind, die Drehzahl verändert werden. Im Ständer sind hierzu zwei Drehstromwicklungenunterschiedlicher Polzahl untergebracht, von denen jeweils nur eine in Betrieb ist.Alternativ kann eine polumschaltbare Dahlander-Wicklung verwendet werden. Diesegestattet eine Drehzahländerung im Verhältnis 2:1 durch Umschaltung von zwei Spulengruppenvon Reihen- auf Parallelschaltung. Diese Methode erlaubt Drehzahländerungen jedochnur in sehr groben Stufen.

10


Änderung der Speisefrequenz

Hierzu wird ein Umrichter benötigt. Die Leistung wird dem Drehstromnetz entnommen,gleichgerichtet und über einen Gleichstrom-/ Spannungszwischenkreis einem Wechselrichterzugeführt, der die Asynchronmaschine mit variabler Frequenz und Spannung speist.Die Frequenz- und Spannungsverstellung ermöglicht bei der rotierenden Maschineeine ideale, verlustarme Drehzahlverstellung. Abbildung 9 zeigt die Funktionsweise.

L

C

f N e t z 5 0 H z

~= ~

=U = 0 . . . . U m a xf = 0 . . . . f m a x M

3 ~

Abbildung 9: Änderung der Speisefrequenz

2.7 Stromverdrängung beim Kurzschlußläufer

Bei Speisung mit Wechselstrom wird unter dem Einfluß der Stromverdrängung derStrom in den Stäben mit zunehmender Frequenz mehr und mehr zum Luftspalt hinverdrängt. Ursache ist das Nutenstreufeld. Bei der Asynchronmaschine wird der Effektder Stromverdrängung zur Verbesserung des Anlaufverhaltens ausgenutzt.

Abbildung 10: Anlauf- und Betriebsverhalten im Kreisdiagramm

Abbildung 10 zeigt das Anlauf- und Betriebsverhalten der Asynchronmaschine. BeimEinschalten ist die Frequenz der Läuferströme gleich der Netzfrequenz. Es tritt Stromverdrängungin den Läuferstäben auf. Hierdurch wird R

′

2vergrößert und X

′

2σ verkleinert. Die Vergrößerungvon R

′

2verschiebt den Anfahrpunkt in Richtung des Kippunktes, die Reduktion von

X′

2σ vergrößert den Kreisdurchmesser. In dem Maß, wie der Motor hochläuft, wirddie Stromverdrängung kleiner und tritt bei Nennbetrieb nicht mehr auf. Die Ortskurve

11


Abbildung 11: Hochlauf der Asynchronmaschine

des Ständerstromes kann aus dem Anlaufkreis KA und dem Betriebskreis KB ermitteltwerden. Streng genommen müßte für jeden Betriebspunkt ein neuer Kreis konstruiertwerden.

2.8 Drehzahl-/ Drehmomentkennlinie im Bereich 0 ≤ s ≤ 1

Bei der rechnerischen Behandlung des Maschinenverhaltens über das einphasige Ersatzschaltbildwird nur die Grundwelle der Induktion berücksichtigt. Die Wirkung der höheren Oberwellenwird in Form der doppeltverketteten Streuung lediglich als Vergrößerung der Streuungbetrachtet, während in der Drehmomentberechnung die Harmonischen nicht berücksichtigtsind. Die Messung der Drehzahl-/Drehmomentkennlinie zeigt, daß sich der Verlauf desDrehmomentes in der Nähe des Kurzschlußpunktes mit dem Grundwellenverhaltennicht genügend genau erklären läßt. Zur Erfassung dieser störenden Momente muß dieWirkung der Oberwellen mit berücksichtigt werden. Abbildung 11 zeigt den Hochlaufeiner Asynchronmaschine.

12


3 Versuchsdurchführung

3.1 Sicherheitshinweise

Die verwendeten Spannungen betragen bis zu 400 V; deshalb ist die Laborordnungstreng einzuhalten. Insbesondere gilt:

1. Aufbau und Änderung von Schaltungen dürfen nur im spannungsfreien Zustanderfolgen.

2. Vor der Inbetriebnahme jeder Schaltung ist der Versuchsleiter zur Abnahme derSchaltung zu konsultieren.

3. Das Verstellen von einstellbaren Kapazitäten muß im spannungslosen Zustanderfolgen.

4. Jeder Teilnehmer muß sich vor dem Versuch über Lage und Funktion der Not-Aus–Einrichtungen informieren.

5. Die Nennwerte der Prüfmaschine dürfen nur kurzzeitig überschritten werden.Entnehmen Sie die Nennwerte aus den Typenschildern der Maschinen:

Pendelmaschine AsynchronmaschineUN UN

IN IN

nmax nN

Mmax PN

fmax cos ϕN

13


3.2 Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer

3.2.1 Reversieren der ASM mit Kurzschlußläufer

Versuchsaufbau

1. Verbinden Sie Pendelmaschine und Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer.

2. Schließen Sie die Asynchronmaschine im Stern an das 230V-Netz (!) an.

3. Schließen Sie den PC an die RS 232 - Schnittstelle des Steuergeräts der Pendelmaschinean.

Versuchsdurchführung

1. Reversieren Sie die Asynchronmaschine von n = −1500min−1 nachn = 1500min−1, indem Sie am Steuergerät n-start und n-stop entsprechendeinstellen. Nehmen Sie die Reversier-Kennlinie graphisch auf.

2. Erläutern Sie die aufgenommene Kennlinie:

14


3.3 Asynchronmaschine mit Schleifringläufer

3.3.1 Reversieren der ASM mit Schleifringläufer

Versuchsaufbau

1. Verbinden Sie Pendelmaschine und Asynchronmaschine mit dem Schleifringläufer.

2. Schließen Sie die Schleifringe mit den Vorwiderständen zum Stern und die Asynchronmaschineim Stern an das 230V-Netz (!) an.

3. Schließen Sie den PC an das Steuergerät an.


1. Reversieren Sie die Asynchronmaschine von n = −1500min−1 nachn = 1500min−1, indem Sie am Steuergerät n-start und n-stop entsprechendeinstellen, und nehmen Sie die Kennlinien für R = 0 Ω und R = 2, 75 Ω graphischauf.

2. Erläutern Sie die aufgenommenen Kennlinien und vergleichen Sie diese mit derKennlinie der Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer.

3. Reversieren Sie analog die Asynchronmaschine von n = −1000min−1 nachn = 3000min−1 und nehmen Sie die Kennlinien für R = 0 Ω und R = 0, 5 Ωgraphisch auf.

4. Erläutern Sie die aufgenommenen Kennlinien und kennzeichnen Sie dieBetriebsbereiche der Asynchronmaschine.

15


3.3.2 Belastungsmessung bei Veränderung der Drehzahl

Versuchsaufbau

Verbinden Sie zwei Wattmeter in Aron-Schaltung mit den Maschinenklemmen.


1. Nehmen Sie die Asynchronmaschine am 230V-Netz in Betrieb und vermindernSie mit Hilfe der Pendelmaschine stufenweise die Drehzahl, wie in Tabelle 1 undTabelle 2 angegeben.

2. Messen Sie die Drehzahl n, das Drehmoment MP der Pendelmaschine, die LeistungPP der Pendelmaschine sowie die Leistungen Pw1 und Pw2 der Asynchronmaschine(Aronschaltung) jeweils für R = 0 Ω und R = 1, 25 Ω.

Auswertung

1. Berechnen Sie die Leistung PA = Pw1 + Pw2 der Asynchronmaschine und denLeistungsfaktor cos ϕ = cos (arctan(Q/P )) mit Q =

√3 · (Pw1 − Pw2).

2. Skizzieren Sie PA und PP , cos ϕ und MP für R = 0 Ω und R = 1, 25 Ω in jeweilsein Diagramm. Erläutern Sie die Graphen.

16


n/min−1 Pw1/W Pw2/W PP /W MP /Nm PA/W QA/W cos ϕ

15001480146014401420140013801360

Tabelle 1: Belastungsmessung, n = const, R = 0 Ω

n/min−1 Pw1/W Pw2/W PP /W MP /Nm PA/W QA/W cos ϕ

15001480146014401420140013801360

Tabelle 2: Belastungsmessung, n = const, R = 1, 25 Ω

17


Abbildung 12: Diagramm PA, PP = f(n) für R = 0 Ω und R = 1, 25 Ω

18


Abbildung 13: Diagramm cos ϕ = f(n) für R = 0 Ω und R = 1, 25 Ω

19


Abbildung 14: Diagramm M = f(n) für R = 0 Ω und R = 1, 25 Ω

20


3.3.3 Belastungsmessung bei Veränderung des Drehmoments


Verändern Sie das Drehmoment MP der Pendelmaschine gemäß Tabelle 3 bzw. 4 undmessen Sie die Drehzahl n, die Leistung PP der Pendelmaschine sowie die LeistungenPw1 und Pw2 der Asynchronmaschine (Aronschaltung) und den Strom I für R = 0 Ωund R = 1, 25 Ω.

Auswertung

1. Berechnen Sie die Leistung PA = Pw1+Pw2 der Asynchronmaschine, den Leistungsfaktorcos ϕ = cos (arctan(Q/P )) mit Q =

√3 · (Pw1 − Pw2) und den Wirkungsgrad

η = Pab/Pauf .

2. Skizzieren Sie cos ϕ, η und I jeweils für R = 0 Ω und R = 1, 25 Ω in ein Diagramm.Erläutern Sie die Graphen.

21


M/Nm PP /W Pw1/W Pw2/W PA/W Q/W I/A n/min−1 cosϕ η

-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,0

+0,5+1,0+1,5+2,0+2,5+3,0

Tabelle 3: Belastungsmessung, M = const, R = 0 Ω

M/Nm PP /W Pw1/W Pw2/W PA/W Q/W I/A n/min−1 cosϕ η

-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,5-0,0+0,5+1,0+1,5+2,0+2,5+3,0

Tabelle 4: Belastungsmessung, M = const, R = 1, 25 Ω

22


Abbildung 15: Diagramm cos ϕ, η, I = f(M) für R = 0 Ω

23


Abbildung 16: Diagramm cos ϕ, η, I = f(M) für R = 1, 25 Ω

24

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