Klausur „Elektrische Maschinen 1“ SS 2013, 08.07.2013 - IEM

Name:
Matrikelnummer:
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Punkte
Aufgabe
maximal erreicht
1 30
2 20
3 30
4 20
Gesamt 100 Note:_______
Hinweise:
Klausur „Elektrische Maschinen 1“ SS 2013, 08.07.2013
1. Tragen Sie auf dieser Seite Ihren Namen, Vornamen und Ihre Matrikel-Nr. ein!
Dieses Blatt ist auf jeden Fall abzugeben! Versehen Sie bitte jede weitere
abgegebene Seite mit den gleichen Angaben!
2. Geben Sie Ihre Lösungswege und Berechnungsformel möglichst vollständig an.
Zahlenwerte ohne eindeutige Erklärung werden als Ergebnis nicht gewertet!
Aufgabe 1. Gleichstrommaschine (30 Punkte)
____________ Viel Erfolg! ______________
Gegeben ist ein fremderregter Gleichstrommotor.
Daten Motor:
U AN = 220 V, I AN = 47 A, R A = 0,18 Ohm, 2U B = 2 V .
Im Leerlauf an Nennspannung beträgt der Leerlaufstrom
I A0 = 7 A und die Drehzahl n 0 = 1520 min -1 .
Die Erregung vom Motor bleibt unverändert (Φ E = const).
R 1 R 2
M
Der Motor soll mittels 2 Vorwiderstände R 1 und R 2
unbelastet in 2 Stufen angefahren werden.
Der Ankerstrom I A soll dabei 2 I AN nicht überschreiten.
a) Wie groß müssen R 1 +R 2 für die erste Anlaufstufe sein? (8 Punkte),
b) Bei der Drehzahl n 1 =688 min -1 wird der Widerstand R 1 überbrückt.
Wie groß muss R 2 für die 2. Stufe gewählt werden?
(8 Punkte),
c) Bei welcher Drehzahl n 2 kann auch R2 überbrückt werden,
ohne dass 2 I AN überschritten werden?
(8 Punkte).
Frage:
d) Welche Verluste hat ein permanenterregter Gleichstrommotor im Leerlauf?
(6 Punkte)
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Aufgabe 2. Transformator (20 Punkte)
Ein Transformator mit S N =315 kVA weist die Verluste P FeN =770W und P CuN =3900W auf.
a) Wie groß sind die Verluste bei einer Teilbelastung mit 250kVA? (5 Punkte).
b) Wie `groß ist der Wirkungsgrad bei Nennlast und cosϕ 2 =0,75? (5 Punkte).
c) Wie ändert sich der Wirkungsgrad bei Teillast 250kVA und dem gleichen
Leistungsfaktor (cosϕ 2 =0,75)?
(5 Punkte).
Frage:
d) Wirkungsgrad Transformator. Gegeben: P FeN =100W und P CuN =400W. Bei welchem
Lastfaktor I/I N tritt der maximale Wirkungsgrad auf?
(5 Punkte)
Aufgabe 3. Asynchronmaschine (30 Punkte)
Im Prüffeld werden folgende Werte an einer Asynchronmaschine gemessen:
P 1 = 11,2 kW; U N = 500 V; I N = 27 A; n N = 2845 min -1 ; M N = 34 Nm.
Ermitteln Sie:
a) Polpaarzahl p, Synchrondrehzahl n 1 , Nennschlupf s N (3 Punkte).
b) Wie groß ist die Wellenleistung (mechanische Nennleistung) P 2 ? (3 Punkte).
c) Wie groß ist der Nennleistungsfaktor cosϕ N ? (4 Punkte).
d) Bestimmen Sie den Gesamtwirkungsgrad η N (4 Punkte).
e) Berechnen Sie die Strangspannungen und Strangströme
der Ständerwicklung sowohl bei der Stern- (U 1Y , I 1Y ) als auch bei
der Dreieckschaltung (U 1∆ , I 1∆ ).
(5 Punkte)
f) Berechnen Sie die Scheinleistung S 1 und die Blindleistung Q 1 (5 Punkte)
Frage:
g) Ein Drehstrommotor (Y 400 V) wird an ein 380/220 V Drehstromnetz
angeschlossen. Um wie viel Prozent ändert sich das Nennmoment?
(6 Punkte)
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Aufgabe 4. Synchronmaschine (20 Punkte)
Ein Synchrongenerator mit den Daten 380 V, Y, 50 Hz, 120 A, X d = 1,5 Ω wird mit cosϕ = 1,0
belastet. Die Leerlauferregung ist I E0 = 2,0 A. Der Ständerwiderstand und die magnetische
Sättigung können vernachlässigt werden. Der Generator wird im Inselbetrieb eingesetzt.
a) Wie verändert sich die Strangspannung U 1 , wenn der Erregerstrom I E = I E0 konstant
gehalten, der Ständerstrom jedoch mit I = 0, 40, 80, 120 A geändert wird?
(6 Punkte)
b) Welcher Erregerstrom I E muss bei I = 0, 40, 80, 120 A jeweils eingestellt werden, um
die Strangspannung U 1 auf dem Nennwert konstant zu halten? (7 Punkte).
c) Der Generator wird an das Drehstromnetz 400/230V angeschlossen. Welcher
Erregerstrom I E muss bei dem Nennstrom I = 120 A und cosϕ = 1,0 jetzt eingestellt
werden?
(7 Punkte)
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