Antworten des Kurzfragenkatalog

Kurzfragen zur Vorlesung GET III
Oliver Hofmann
Bremen, den 10. April 2005
In diesem Dokument sollen die Kurzfragen zur Vorlesung GET III, die sich als Anhang zum 12.
Übungsblatt finden, beantwortet werden. Für die Richtigkeit der Lösungen übernehme ich keine
Gewähr, ich habe dennoch versucht, die Fragen so gut wie möglich zu beantworten. Als Textverarbeitungsprogramm
wurde hierbei LATEX eingesetzt.
1. Symmetrische Drehstromlast
Unter einer symmetrischen Drehstromlast versteht man eine Last, deren Impedanz in allen
drei Strängen gleich groß ist. Angeschlossen an ein symmetrisches Drehspannungsystem,
liegt ein symmetrisches Drehstromsystem vor, bei dem der Strom im Nulleiter (Mittelpunktsleiter)
zu null wird. Es lässt sich ein einphasiges Ersatzschaltbild angeben.
2. Symmetrisches Drehspannungsystem
Bei einem symmetrischen Drehspannungsystem sind alle drei Phasenspannungen um jeweils
120° zueinander phasenverschoben.
3. Symmetrischer Drehstromverbraucher
Bei Anschluss eines symmetrischen Drehstromverbrauchers an ein symmetrisches Drehstromnetz
werden drei Leitungen benötigt (für jede Phase eine Leitung). Der Mittelpunktsleiter
kann eingespart werden, da der Strom in ihm zu null wird aufgrund der Symmetrie.
4. Kopplung von Primär- und Sekundärwicklung
Durch den magnetischen Fluss Φ sind beim Transformator Primär- und Sekundärwicklung
gekoppelt. Entscheident ist dabei der Hauptfluss Φh durch den Eisenkern. Die Streuflüsse
Φσ1 und Φσ2 sind Verluste in Primär- und Sekundärwicklung.
5. Eisenverluste
Eisenverluste werden auch als Wirbelstromverluste bezeichnet. Das magnetische Wechselfeld
durchdringt den Eisenkern des Transformators und induziert Wirbelströme in diesem.
6. Wesentliche Eisenverluste beim Transformator
Die wesentlichen Eisenverluste beim Transformator bestehen in Wirbelstromverlusten im
Eisenkern, da durch das zeitlich veränderliche Magnetfeld Wirbelströme in diesem induziert
werden. Konstruktive Abhilfe schafft hier die Blechung des Eisenkerns (Eisenkern ist
aufgebaut aus einzelnen Blechen, getrennt durch eine isolierende Schicht), die die Wirbelstromverhältnisse
minimiert.
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7. Berücksichtigung im Ersatzschaltbild
Im Ersatzschaltbild des Transformators werden die Eisenverluste durch einen fiktiven Widerstand
RFe parallel zur Hauptinduktivität Xh berücksichtigt.
8. Spartransformator
Ein Spartransformator ist ein Transformator mit lediglich einer Wicklung, bei dem die zweite
Wicklung durch einen Abgriff an der vorhandenen Wicklung ersetzt wird. Das Einsatzgebiet
eines Spartransformators liegt z.B. als Zündspule im Auto.
Vorteil: Materialeinsparung auf der Primärseite, da hier der geringere Strom fließt
Nachteil: Galvanische Entkopplung nicht vorhanden
9. Leistungsbegrenzung bei der Gleichstrommaschine
Der leistungsbegrenzende Schwachpunkt bei der Gleichstrommaschine (GSM) ist der so
genannte Stromwender (Kommutator). Er begrenzt die Drehzahl und ist sehr wartungsbedürftig.
10. Anker bei der GSM
Der Anker ist der rotierende Teil der GSM im Vergleich zum Stator, dem feststehenden Teil
mit den Wicklungen für das Erregerfeld. Der Anker wird mit Hilfe des Kommutators mit
Gleichstrom gespeist.
11. Lorenzkraft
Jede in einem magnetischen Feld B bewegte Ladung q erfährt eine quergerichtete Kraft F,
die Lorenzkraft. Mathematisch gilt dann: F = q · (v × B). Da ein elektrischer Strom I aus
mehreren bewegten Ladungsträgern besteht, gilt selbiges für Leiter der Länge l in einem
magnetsichen Feld B und es gilt: F = I · (l ×B).
12. Neutrale Zone bei der GSM
Die neutrale Zone bei der GSM befindet sich zwischen zwei Polen des Erregerfeldes des
Ständers. Sie ist die Stelle, an der die magnetische Induktion B f des Erregerfeldes zu null
wird.
13. Strombelag bei der GSM
Der Ankerstrombelag bei der GSM ist eine fiktive Größe, ein Strom pro Länge, der sich auf
dem Anker aufgrund des eingespeisten Ankerstroms ausbildet.
14. Ankerrückwirkung bei der GSM
Als Ankerrückwirkung bei der GSM bezeichnet man die Verzerrung des Erregerfeldes des
Stators durch das Feld des Ankers.
• Verschiebung der neutralen Zone
• erhöhte Lamellenspannung
• Eisensättigung
15. Kompensation der Ankerrückwirkung
Eine Kompensation der Ankerrückwirkung bei der GSM erfolgt durch so genannte Kompensationswicklungen,
durch die der Ankerstrom fließt.
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16. Verbesserung der Kommutierung
Eine Verbesserung der Kommutierung bei der GSM kann durch so genannte Wendepolwicklungen
erreicht werden. Diese haben die Aufgabe die Spannung an den Bürsten zu null zu
bringen. → Vermeidung von Bürstenfeuer
17. Synchronmaschine
Bei gegebener Frequenz f = 50Hz und Nenndrehzahl nN = 1500min−1 is hier die Polpaarzahl
p gesucht.
f · 60s f · 60s 50Hz · 60s
n = ⇒ p = ⇒ p = = 2
p · min n · min 1500
18. Polrad einer Schenkelpolmaschine
Eine Zeichnung wurde an dieser Stelle noch nicht digitalisiert. Bitte in den letzten Übungsblättern
nachschlagen.
19. Anker einer Synchronmaschine
Der Anker einer Synchronmaschine ist der rotierende Teil der Maschine. Er exisitiert in zwei
Ausführungen:
• Schenkelpolanker
• Vollpolanker
Der Anker wird bei der Synchronmaschine mit Gleichstrom gespeist.
20. Komplexer Stromvektor bei der ASM
IS = US
·
Xσ
sk
s
( sk
s )2 + 1
Xσ
− jUS · +
Xσ Xh
21. Anwendungsbereiche für die Asynchronmaschine (ASM)
• Haushaltsgeräte
• Werkzeugmaschinen
• ICE
22. Schlupf bei der ASM
1
( sk
s )2 + 1
Als Schlupf bezeichnet man die auf die Drehfrequenz des Drehfeldes normierte Drehfrequentdifferenz
zwischen Rotor und Drehfeld. Mathematisch gilt:
s = Ωd − Ω
Ωd
Oder als Ausdruck mit den elektrischen Frequenzen:
23. Eisenverluste bei der ASM
s = ωS − ω
ωS
Analog zum Transformator entstehen bei der Asynchronmaschine Eisenverluste, so genannte
Wirbelstromverluste, durch das zeitlich veränderliche Magnetfeld.
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24. Berücksichtigung der Eisenverluste im ESB der ASM
Die Eisenverluste finden im Ersatzschaltbild (ESB) der ASM Berücksichtigung durch einen
fiktiven ohmschen Widerstand RFe, der parallel zur Hauptinduktivität Xh geschaltet ist.
25. Kippschlupf bei der ASM
Der Kippschlupf ist der Schlupf im Kipppunkt der ASM. Hier ist das Drehmoment maximal.
Wird das Kippmoment überschritten, so kann die Maschine die Last nicht mehr halten, sie
„kippt“.
26. Polradspannung bei der Synchronmaschine (SM)
Als Polradspannung bei der SM bezeichnet man die Spannung, die durch den gelichstromgespeisten
Läufer in der Ständerwicklung induziert wird. Polradspannung heißt sie deshalb,
weil der Läufer auch als Polrad bezeichnet wird.
27. Vollpolmoment- und Reaktionsmoment
Das Vollpolmoment MVoll und das Reaktionsmoment MReak sind Anteile, aus denen sich das
Drehmoment der Schenkelpol-Maschine zusammensetzt. Das Vollpolmoment ist das Drehmoment
der Vollpolmaschine an sich.
Ma = mS · p
ωS
28. Heylandkreis für RS = 0
Ma = mS · p
· [MVoll + MReak]
ωS
US ·Up
· · sinϑ +
Xd
U2 S
2 ·
1
−
Xq
1
· sin2ϑ
Xd
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29. Nennpunkt im Optimalpunkt
Bei Lage des Nennpunktes im Optimalpunkt gilt, dass der Wirkleistungsfaktor möglichst
groß wird: ϕN klein → cosϕN groß
30. Halbierung der Klemmenspannung bei der ASM
Eine Halbierung der Klemmenspannung bei der ASM hat keine Auswirkung auf die Drehzahl.
Diese ist rein frequenzabhängig.
31. Schlupf-Drehmoment-Kennlinie
Eine Zeichnung wurde an dieser Stelle noch nicht digitalisiert. Bitte in den letzten Übungsblättern
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32. Vertauschung zweier Statorspannungsleiter bei der ASM
Vertauscht man bei der ASM zwei Phasen des Statordrehfeldes, so ändert sich die Drehrichtung
der Maschine, da sich die Richtung der Drehfeldwelle ändert.
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33. Belastung der ASM
Ein Asynchronmotor läuft belastet mit einem Drehmoment kurz unter dem Kippmoment
• instabiler Betrieb
Der Asynchronmotor versucht nun mit diesem Drehmoment anzulaufen
• Motor kann Last nicht halten, kein Anlauf möglich
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