16.01.2015 Aufrufe

Versuch Gleichstrommaschine - Fachgebiet Leistungselektronik und ...

Versuch Gleichstrommaschine - Fachgebiet Leistungselektronik und ...

Versuch Gleichstrommaschine - Fachgebiet Leistungselektronik und ...

MEHR ANZEIGEN
WENIGER ANZEIGEN

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.

<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

Laborpraktikum<br />

<strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

Revision: 1.1<br />

Datum: 30-05-2005<br />

Revision: 1.1 Seite 1<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

Inhaltsverzeichnis:<br />

1 Einleitung ...........................................................................................................3<br />

2 Aufbau <strong>und</strong> Baugruppen ....................................................................................4<br />

3 Ausführungsformen von <strong>Gleichstrommaschine</strong>n...............................................5<br />

3.1 Fremderregte <strong>Gleichstrommaschine</strong> ...........................................................5<br />

3.2 Gleichstromnebenschlussmaschine ............................................................6<br />

3.3 Gleichstromreihenschlussmaschine ............................................................7<br />

4 Betriebsverhalten der <strong>Gleichstrommaschine</strong>.....................................................7<br />

4.4 Anlaufverhalten der fremderregten <strong>Gleichstrommaschine</strong> <strong>und</strong> der<br />

Gleichstromnebenschlussmaschine ......................................................................7<br />

4.5 Belastungsmaschine....................................................................................8<br />

5 <strong>Versuch</strong>svorbereitung........................................................................................9<br />

6 <strong>Versuch</strong>sdurchführung.....................................................................................11<br />

6.6 Motorbetrieb der Gleichstromnebenschlussmaschine ..............................11<br />

6.7 Motorbetrieb der Gleichstromreihenschlussmaschine..............................13<br />

7 Literatur ...........................................................................................................14<br />

Revision: 1.1 Seite 2<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

1 Einleitung<br />

Die Starkstromtechnik nahm mit der Energieerzeugung durch galvanische Elemente ihren<br />

Anfang. Da durch die galvanischen Elemente Gleichspannung bereitgestellt wird, entstand als<br />

erster elektromechanischer Energiewandler die <strong>Gleichstrommaschine</strong>. Bereits 1834 wurde<br />

durch Jakobi der erste Gleichstrommotor mit Kommutator (Stromwender) gebaut. Einen<br />

wesentlichen Beitrag für den Erfolg der <strong>Gleichstrommaschine</strong> leistete die Entdeckung des<br />

dynamoelektrischen Prinzips 1 durch Werner von Siemens im Jahre 1866.<br />

Mit der Einführung des Drehstroms ab 1889 verlor die <strong>Gleichstrommaschine</strong> an Bedeutung,<br />

konnte aber, begünstigt durch die Entwicklung der Stromrichtertechnik <strong>und</strong> die guten Regeleigenschaften,<br />

einen bedeutenden Marktanteil im Bereich der drehzahlgeregelten Antriebe<br />

behaupten. In jüngster Zeit erreichen umrichtergespeiste Drehstromantriebe ähnlich gute<br />

Regeleigenschaften, so dass Gleichstrommotoren immer mehr an Bedeutung verlieren,<br />

wenngleich diese immer noch wichtige Anwendungsfelder besetzen. An einer<br />

<strong>Gleichstrommaschine</strong> können wesentliche Wirkprinzipien <strong>und</strong> Eigenschaften elektrischer<br />

Maschinen erklärt werden, so dass sie in diesem Praktikum näher betrachtet werden sollen.<br />

Bei <strong>Gleichstrommaschine</strong>n werden verschiedene Ausführungsformen unterschieden. Im Rahmen<br />

dieses Praktikums soll das Betriebsverhalten einer Gleichstromnebenschluss- <strong>und</strong> einer<br />

Gleichstromreihenschlussmaschine untersucht werden. Das Betriebsverhalten von elektrischen<br />

Maschinen wird u.a. durch Belastungskennlinien charakterisiert. Solche<br />

Belastungskennlinien bilden das Drehmoment über der Drehzahl ab. Die Aufzeichnung von<br />

Belastungskennlinien ist ein Ziel dieses Praktikums.<br />

1 1866 erkannte Werner von Siemens, dass im Eisen des Erregerkreises eines Generators ein geringer<br />

Magnetismus zurückbleibt. Dieser reicht aus, um eine, zunächst schwache, Spannung im rotierenden<br />

Anker zu induzieren. Der dadurch hervorgerufene Strom lässt sich nutzen, um das Erregerfeld<br />

fortschreitend bis zur Sättigung zu verstärken.<br />

Revision: 1.1 Seite 3<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

2 Aufbau <strong>und</strong> Baugruppen<br />

Hauptpol<br />

Erregerwicklung<br />

Ankerwicklung<br />

Kommutator<br />

Anker<br />

Ständer<br />

Abbildung 1: Baugruppen einer <strong>Gleichstrommaschine</strong><br />

Das Wirkprinzip der <strong>Gleichstrommaschine</strong> beruht auf der Lorenzkraft<br />

F = q( E+ v× B)<br />

(0.1)<br />

L<br />

Ist kein äußeres elektrisches Feld vorhanden <strong>und</strong> betrachtet man den Sonderfall eines Leiters<br />

der Länge l , der senkrecht zum äußeren Magnetfeld verläuft, so ergibt sich für die Kraft<br />

F<br />

= B⋅l⋅ I<br />

(0.2)<br />

Für die Erzeugung einer Kraft benötigt man ein Magnetfeld der Flussdichte B <strong>und</strong> darin<br />

drehbar angeordnete Leiter der Länge l , die einen Strom I führen.<br />

Die Erzeugung des Magnetfelds erfolgt durch die Erregerwicklung eines Elektromagneten, die<br />

sich auf dem Hauptpol des feststehenden Ständers aus geblechtem Eisen befindet. Der<br />

durch die Erregerwicklung hervorgerufene magnetische Fluss durchsetzt den Luftspalt <strong>und</strong><br />

den Anker. Auf dem Anker befinden sich Leiter, die von dem Ankerstrom I A<br />

durchflossen<br />

werden. Die Stromzufuhr muss dabei so erfolgen, dass alle Ankerleiter die sich im Bereich<br />

des gleichen magnetischen Poles befinden, gleichsinnig vom Ankerstrom durchflossen<br />

werden. Zur kontinuierlichen Drehmomenterzeugung ist es nötig, dass beim, durch die<br />

Drehung des Motors hervorgerufenen, Übergang der Ankerleiter von einem Polbereich auf<br />

den Nächsten, die Stromrichtung in den jeweiligen Ankerleitern umgekehrt werden muss. Die<br />

Revision: 1.1 Seite 4<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

Stromumkehr erreicht man durch den Kommutator (auch Stromwender oder Kollektor<br />

genannt). Für eine ausführliche Beschreibung sei auf Absatz 7 verwiesen.<br />

3 Ausführungsformen von <strong>Gleichstrommaschine</strong>n<br />

3.1 Fremderregte <strong>Gleichstrommaschine</strong><br />

Bei der fremderregten <strong>Gleichstrommaschine</strong> werden Erregerwicklung <strong>und</strong> Ankerwicklung<br />

unabhängig voneinander mit elektrischer Energie versorgt. Die Erregung kann auch durch<br />

Permanentmagnete erfolgen.<br />

i A<br />

R A<br />

L A<br />

u<br />

A<br />

u E<br />

i E<br />

R E<br />

L E<br />

u<br />

iA<br />

Erregerkreis<br />

Ankerkreis<br />

Abbildung 2: Elektrisches Ersatzschaltbild der fremderregten <strong>Gleichstrommaschine</strong><br />

Für die Maschengleichung des Ankerkreises ergibt sich<br />

diA<br />

uA = RAiA + LA + uiA<br />

(0.3)<br />

dt<br />

mit dem Ankerwiderstand R<br />

A<br />

, der Ankerinduktivität L<br />

A<br />

<strong>und</strong> der induzierten Gegenspannung<br />

u<br />

iA<br />

(auch Elektro-Motorische-Kraft, EMK genannt).<br />

Analog ergibt sich für den Erregerkreis<br />

di<br />

u R i L dt<br />

E<br />

E<br />

=<br />

E E<br />

+<br />

E<br />

(0.4)<br />

Der durch den Erregerkreis hervorgerufene verkettete Fluss<br />

Ψ<br />

E<br />

ergibt sich zu<br />

Ψ = (0.5)<br />

E<br />

Li<br />

E E<br />

mit Ψ<br />

E<br />

= NEΦ E<br />

<strong>und</strong> Gl. (0.4) folgt<br />

Revision: 1.1 Seite 5<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

dΦ<br />

u R i N dt<br />

E<br />

E<br />

=<br />

E E<br />

+<br />

E<br />

(0.6)<br />

mit der Windungszahl der Erregerwicklung N<br />

E<br />

.<br />

Für das Drehmoment einer fremderregten <strong>Gleichstrommaschine</strong> gilt<br />

mM = cMΦ EiA<br />

(0.7)<br />

mit der Maschinenkonstanten c . M<br />

Für die induzierte Gegenspannung gilt<br />

uiA = cM Φ<br />

Eω<br />

(0.8)<br />

mit der Winkelgeschwindigkeit ω . Die Winkelgeschwindigkeit ω in rad / s hängt mit der<br />

1<br />

Drehzahl in min − wie folgt zusammen:<br />

ω 60s<br />

n = (0.9)<br />

2π<br />

min<br />

Für die belastete <strong>Gleichstrommaschine</strong> ergibt sich die folgende dynamische Gleichung<br />

mit dem Massenträgheitsmoment J <strong>und</strong> dem Lastdrehmoment<br />

3.2 Gleichstromnebenschlussmaschine<br />

d ω 1 = ( m − M<br />

mL<br />

)<br />

(0.10)<br />

dt J<br />

Bei der Gleichstromnebenschlussmaschine sind Erregerwicklung <strong>und</strong> Ankerwicklung parallel<br />

geschaltet. Erregerspannung u<br />

E<br />

<strong>und</strong> Ankerspannung u<br />

A<br />

sind gleich.<br />

m<br />

L<br />

.<br />

i A<br />

u<br />

A<br />

= u<br />

E<br />

i E<br />

R E<br />

L E<br />

u iA<br />

Abbildung 3: Elektrisches Ersatzschaltbild der Gleichstromnebenschlussmaschine<br />

Betrachtet man den stationären Betrieb, entfallen die Ableitungen nach der Zeit, für die<br />

Gleichstromnebenschlussmaschine ergeben sich damit die folgenden Gleichungen<br />

Revision: 1.1 Seite 6<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

3.3 Gleichstromreihenschlussmaschine<br />

UA = RAIA + UiA<br />

(0.11)<br />

UE = UA = REIE<br />

(0.12)<br />

M<br />

M<br />

= cMΦ EIA<br />

(0.13)<br />

Gleichstromreihenschlussmaschinen sind durch eine Reihenschaltung von Anker- <strong>und</strong> Erregerwicklung<br />

gekennzeichnet. Beide Wicklungen werden vom gleichen Strom<br />

durchflossen, es gilt i A<br />

= i E<br />

.<br />

i<br />

A<br />

R A<br />

L A<br />

u<br />

A<br />

R E<br />

i E<br />

L E<br />

u iA<br />

R P<br />

Abbildung 4: Elektrisches Ersatzschaltbild der Gleichstromreihenschlussmaschine<br />

Durch den Widerstand R P<br />

kann ein Teil des Ankerstroms an der Erregerwicklung vorbei<br />

fließen. In diesem Fall gilt nicht i A<br />

= i E<br />

. Das Verhältnis von Erreger- zu Ankerstrom wird als<br />

Erregergrad bezeichnet.<br />

Für einen Erregergrad 1 ergibt sich für das Drehmoment<br />

M = c L N I<br />

(0.14)<br />

2<br />

M M E E A<br />

mit<br />

Φ = LI / N<br />

(0.15)<br />

E E E E<br />

4 Betriebsverhalten der <strong>Gleichstrommaschine</strong><br />

4.4 Anlaufverhalten der fremderregten <strong>Gleichstrommaschine</strong> <strong>und</strong> der<br />

Gleichstromnebenschlussmaschine<br />

Für den Ankerstrom einer fremderregten <strong>Gleichstrommaschine</strong> folgt aus Gl. (0.11)<br />

Revision: 1.1 Seite 7<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

I = ( U − U ) R<br />

(0.16)<br />

A A iA A<br />

Hierbei kann die Induktivität L A<br />

im Ankerkreis vernachlässigt werden. Aus Gl. (0.8) folgt,<br />

das die induzierte Gegenspannung im Stillstand ( ω = 0 ) 0 ist. Der Ankerstrom wird nur<br />

durch den Ankerwiderstand begrenzt. Die Ankerwicklungen werden niederohmig ausgeführt,<br />

um die Stromwärmeverluste im Betrieb möglichst gering zu halten. Damit kann sich beim<br />

Einschalten ein sehr großer Ankerstrom ergeben. Um das zu vermeiden gibt es zwei<br />

Möglichkeiten:<br />

1. Die Spannung U<br />

A<br />

wird schrittweise von 0 bis zum gewünschten Endwert erhöht.<br />

2. Während des Anlaufs wird ein zusätzlicher Widerstand (Anlaufwidertand) in den<br />

Ankerkreis geschaltet.<br />

4.5 Belastungsmaschine<br />

Zur Aufnahme von Belastungskennlinien ist es notwendig, den Motor mit veränderlichen<br />

Lastdrehmomenten zu belasten. In diesem Praktikum erfolgt die Belastung durch einen<br />

fremderregten Gleichstromgenerator, der von dem jeweils betrachteten Gleichstrommotor<br />

angetrieben wird. Die im Generator induzierte Spannung u iA<br />

ruft einen Strom i A<br />

hervor, der<br />

durch den Belastungswiderstand R<br />

B<br />

begrenzt wird. Die erzeugte Leistung wird im<br />

Belastungswiderstand R in Wärme umgesetzt.<br />

B<br />

i<br />

A<br />

R A<br />

L A<br />

u<br />

A<br />

R<br />

B<br />

u<br />

E<br />

i E<br />

R E<br />

L E<br />

u<br />

iA<br />

Abbildung 5: Elektrisches Ersatzschaltbild des fremderregten Gleichtromgenerators<br />

Revision: 1.1 Seite 8<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

5 <strong>Versuch</strong>svorbereitung<br />

1. Welche Möglichkeiten existieren, um eine fremderregte <strong>Gleichstrommaschine</strong> vom<br />

Stillstand bis zu einer gewünschten Drehzahl zu beschleunigen, ohne den Ankernennstrom<br />

zu überschreiten Geben Sie die entsprechenden Schaltungen an.<br />

2. Lösen Sie folgende Aufgabe:<br />

Ein Gleichstrom-Nebenschlussmotor mit 240V Nennspannung habe einen<br />

Ankerwiderstand von 0, 2Ω . Im Nennpunkt des Motors betrage der<br />

Ankerstrom 50A . Nun werde bei still stehendem Rotor über den<br />

Motorklemmen Nennspannung angelegt. Wie groß ist der sich einstellende<br />

Ankerstrom des Motors (Anlaufstrom) Drücken Sie den Anlaufstrom in<br />

Prozent des Nennstromes aus. Berechnen Sie den (Vor-) Widerstand, der in<br />

Reihe zum Ankerkreis geschaltet werden muss, um den Anlaufstrom auf 150%<br />

des Nennstroms zu begrenzen. Gehen Sie von Gl. 0.16 aus.<br />

3. Leiten Sie die Gleichungen für die Belastungskennlinien n= f( M M<br />

), IA<br />

= f( MM)<br />

für<br />

den fremderregten Gleichstrommotor her. Zeichnen Sie die entsprechenden Kennlinien<br />

n= f( M M<br />

), IA<br />

= f( MM)<br />

in qualitativer Form für<br />

U<br />

a.<br />

A AN<br />

= U , R = RA<br />

, Φ<br />

E<br />

=Φ<br />

EN<br />

b. UA<br />

= 0,5UAN<br />

, R = RA<br />

, Φ<br />

E<br />

=Φ<br />

EN<br />

U<br />

c.<br />

A AN<br />

= U , R = 2R<br />

A<br />

, Φ<br />

E<br />

=Φ<br />

EN<br />

d. UA = UAN<br />

, R = RA<br />

, Φ<br />

E<br />

= 0,5Φ<br />

EN<br />

4. Leiten Sie die Gleichungen für die Belastungskennlinien n= f( M M<br />

), IA<br />

= f( MM)<br />

für<br />

den Gleichstromreihenschlussmotor her. Zeichnen Sie die entsprechenden Kennlinien<br />

n= f( M M<br />

), IA<br />

= f( MM)<br />

in qualitativer Form für<br />

U<br />

a.<br />

A AN<br />

= U , R = RA<br />

, IE = I<br />

A<br />

b. UA<br />

= 0,5UAN<br />

, R = RA<br />

, IE = I<br />

A<br />

U<br />

c.<br />

A AN<br />

= U , R = 2R<br />

A<br />

, IE = I<br />

A<br />

U<br />

d.<br />

A AN<br />

= U , R = RA<br />

, I<br />

E<br />

= 0,5I<br />

A<br />

Revision: 1.1 Seite 9<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

5. Wie kann bei der Gleichstromnebenschluss- <strong>und</strong> der Gleichstromreihenschlussmaschine<br />

das Erregerfeld geschwächt werden Geben Sie die entsprechenden<br />

Schaltungen an.<br />

6. In der <strong>Versuch</strong>sdurchführung wird ein fremderregter Gleichstromgenerator als Belastungseinrichtung<br />

verwendet. Wie kann die aufgenommene mechanische Leistung<br />

dieses Generators verändert werden<br />

Revision: 1.1 Seite 10<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

6 <strong>Versuch</strong>sdurchführung<br />

Die jeweiligen Schaltbilder der <strong>Versuch</strong>sanlage sind der Anlage zu entnehmen.<br />

6.6 Motorbetrieb der Gleichstromnebenschlussmaschine<br />

Ermitteln Sie die Belastungskennlinien n= f( M M<br />

); IA<br />

= f( MM)<br />

für<br />

1. R<br />

V<br />

= 0Ω,<br />

U<br />

AM<br />

= 220V <strong>und</strong> verschiedene Erregerströme<br />

I = 1,1A , I = 0,8A , I = 0,65A<br />

EM<br />

EM<br />

EM<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVG<br />

für den Erregerstrom des Generators<br />

einen Wert von I<br />

EG<br />

= 0,6A ein.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVM<br />

den gewünschten Wert für den<br />

Erregerstrom des Motors ein.<br />

- Stellen Sie über das Bedientpult die gewünschte Ankerspannung des Motors<br />

ein.<br />

- Stellen Sie über den Belastungswiderstand R<br />

B<br />

für den Ankerstrom des Motors<br />

nacheinander die im Auswertungsbogen (Excel-Tabelle) gegebenen<br />

Stromwerte ein <strong>und</strong> lesen Sie jeweils Drehzahl des Motors, Messbereich <strong>und</strong><br />

Messwert der Drehmomentmesswelle ab.<br />

2. I<br />

EM<br />

= 1,1A , U<br />

AM<br />

= 220V <strong>und</strong> verschiedene Ankerkreiswiderstände<br />

R = 0Ω, R = 2,0Ω , R = 4,1 Ω<br />

V<br />

V<br />

V<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVG<br />

für den Erregerstrom des Generators<br />

einen Wert von I<br />

EG<br />

= 0,6A ein.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R<br />

EVM<br />

für den Erregerstrom des Motors einen<br />

Wert von I<br />

EM<br />

= 1,1A .<br />

- Stellen Sie über das Bedientpult die gewünschte Ankerspannung des Motors<br />

ein.<br />

- Stellen Sie über den Belastungswiderstand R<br />

B<br />

für den Ankerstrom des Motors<br />

nacheinander die im Auswertungsbogen (Excel-Tabelle) gegebenen<br />

Stromwerte ein <strong>und</strong> lesen Sie jeweils Drehzahl des Motors, Messbereich <strong>und</strong><br />

Messwert der Drehmomentmesswelle ab.<br />

(Hinweis: Die Veränderung des Vorwiderstands<br />

Betreuer.)<br />

R V<br />

erfolgt durch den<br />

Revision: 1.1 Seite 11<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

3. R<br />

V<br />

= 0Ω, I<br />

EM<br />

= 1,1A <strong>und</strong> verschiedene Ankerspannungen<br />

U<br />

AM<br />

= 220V , U<br />

AM<br />

= 110V<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVG<br />

für den Erregerstrom des Generators<br />

einen Wert von I<br />

EG<br />

= 0,6A ein.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R<br />

EVM<br />

für den Erregerstrom des Motors einen<br />

Wert von I<br />

EM<br />

= 1,1A .<br />

- Stellen Sie über das Bedientpult die gewünschte Ankerspannung des Motors<br />

ein.<br />

- Stellen Sie über den Belastungswiderstand R<br />

B<br />

für den Ankerstrom des Motors<br />

nacheinander die im Auswertungsbogen (Excel-Tabelle) gegebenen<br />

Stromwerte ein <strong>und</strong> lesen Sie jeweils Drehzahl des Motors, Messbereich <strong>und</strong><br />

Messwert der Drehmomentmesswelle ab.<br />

Diskutieren Sie die Ergebnisse im Vergleich zu den theoretischen Vorüberlegungen in der<br />

<strong>Versuch</strong>svorbereitung Pkt. 5.1. Beachten Sie bei den zu zeichnenden Kennlinien die jeweils<br />

zur Deckung der Lüfter- <strong>und</strong> anderer mechanischer Verlustdrehmomente erforderlichen<br />

„Leerlauf“-Ströme I<br />

AM<br />

= f( n, IEM<br />

), sowie das bei I AG<br />

an der Drehmomentmesswelle messbare<br />

Lüfterdrehmoment des angeflanschten Gleichstromgenerators. Die entsprechenden<br />

Größen sind bei der <strong>Versuch</strong>sdurchführung zu den Punkten 6.6.1 bis 6.6.3 zu bestimmen.<br />

Beim Anlauf der Maschine ist darauf zu achten, dass der Ankernennstrom sowie die maximale<br />

Drehzahl nicht überschritten werden. Die Belastung wird über den Feldstellwiderstand<br />

des angeflanschten Gleichstromgenerators bzw. über den Belastungswiderstand R B<br />

geändert.<br />

Revision: 1.1 Seite 12<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

6.7 Motorbetrieb der Gleichstromreihenschlussmaschine<br />

Ermitteln Sie die Belastungskennlinien n= f( M L<br />

), I<br />

A<br />

= f( ML)<br />

für<br />

1. R<br />

V<br />

= 0Ω, I<br />

EM<br />

= I<br />

AM<br />

<strong>und</strong> verschiedene Ankerspannungen<br />

U<br />

AM<br />

= 100V , U<br />

AM<br />

= 75V<br />

- Stellen Sie für den Belastungswiderstand R B<br />

die im Auswertungsbogen<br />

(Excel-Tabelle) gegebene Stufe ein.<br />

- Stellen Sie für den Vorwiderstand R V<br />

die im Auswertungsbogen (Excel-<br />

Tabelle) gegebene Stufe ein.<br />

- Stellen Sie über das Bedienpult die gewünschte Ankerspannung des Motors<br />

ein.<br />

Achtung: Achten Sie beim Einstellen der Ankerspannung darauf, dass<br />

sich keine unzulässig hohen Drehzahlen einstellen <strong>und</strong> die<br />

Ankerspannung des Generators keine unzulässig hohen Werte<br />

( > 250V ) annimmt. Ggf. ist der Erregerstrom des Generators über<br />

den Widerstand R<br />

EVG<br />

entsprechend anzupassen.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVG<br />

für den Ankerstrom des Motors<br />

nacheinander die im Auswertungsbogen (Excel-Tabelle) gegebenen<br />

Stromwerte ein <strong>und</strong> lesen Sie jeweils Drehzahl des Motors, Messbereich <strong>und</strong><br />

Messwert der Drehmomentmesswelle ab.<br />

I<br />

2.<br />

EM AM<br />

= I , U = 100V <strong>und</strong> verschiedene Ankerkreiswiderstände<br />

AM<br />

R<br />

V<br />

= 0Ω, R<br />

V<br />

= 2, 2Ω , R<br />

V<br />

= 7,2 Ω<br />

- Stellen Sie für den Belastungswiderstand R B<br />

die im Auswertungsbogen<br />

(Excel-Tabelle) gegebene Stufe ein.<br />

- Stellen Sie für den Vorwiderstand R V<br />

die im Auswertungsbogen (Excel-<br />

Tabelle) gegebene Stufe ein.<br />

- Stellen Sie über das Bedienpult die gewünschte Ankerspannung des Motors<br />

ein.<br />

Achtung: Achten Sie beim Einstellen der Ankerspannung darauf, dass<br />

sich keine unzulässig hohen Drehzahlen einstellen <strong>und</strong> die<br />

Ankerspannung des Generators keine unzulässig hohen Werte<br />

( > 250V ) annimmt. Ggf. ist der Erregerstrom des Generators über<br />

den Widerstand R<br />

EVG<br />

entsprechend anzupassen.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVG<br />

für den Ankerstrom des Motors<br />

nacheinander die im Auswertungsbogen (Excel-Tabelle) gegebenen<br />

Stromwerte ein <strong>und</strong> lesen Sie jeweils Drehzahl des Motors, Messbereich <strong>und</strong><br />

Messwert der Drehmomentmesswelle ab.<br />

3. R<br />

V<br />

= 0Ω,<br />

U = 100V <strong>und</strong> verschiedene Erregerströme<br />

AM<br />

Revision: 1.1 Seite 13<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

I<br />

EM<br />

= I<br />

AM<br />

, I<br />

EM<br />

= 0,8I<br />

AM<br />

, IEM<br />

= 0,6I<br />

AM<br />

- Stellen Sie für den Belastungswiderstand R B<br />

die im Auswertungsbogen<br />

(Excel-Tabelle) gegebene Stufe ein.<br />

- Stellen Sie für den Vorwiderstand R V<br />

die im Auswertungsbogen (Excel-<br />

Tabelle) gegebene Stufe ein.<br />

- Stellen Sie über das Bedienpult die gewünschte Ankerspannung des Motors<br />

ein.<br />

Achtung: Achten Sie beim Einstellen der Ankerspannung darauf, dass<br />

sich keine unzulässig hohen Drehzahlen einstellen <strong>und</strong> die<br />

Ankerspannung des Generators keine unzulässig hohen Werte<br />

( > 250V ) annimmt. Ggf. ist der Erregerstrom des Generators über<br />

den Widerstand R<br />

EVG<br />

entsprechend anzupassen.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R P<br />

den gewünschten Erregerstrom des<br />

Motors ein.<br />

Hinweis: Die Bestimmung des Erregerstroms erfolgt indirekt mit Hilfe des<br />

Stromes I<br />

P<br />

. Es gilt I<br />

EM<br />

= IAM − IP<br />

.<br />

- Stellen Sie über den Widerstand R EVG<br />

für den Ankerstrom des Motors<br />

nacheinander die im Auswertungsbogen (Excel-Tabelle) gegebenen<br />

Stromwerte ein <strong>und</strong> lesen Sie jeweils Drehzahl des Motors, Messbereich <strong>und</strong><br />

Messwert der Drehmomentmesswelle ab.<br />

Diskutieren Sie die Ergebnisse im Vergleich zu den theoretischen Vorüberlegungen in der<br />

<strong>Versuch</strong>svorbereitung Pkt. 5.4.<br />

Beachten Sie beim Anlassen der Maschine, dass der Ankernennstrom sowie die maximale<br />

Drehzahl nicht überschritten werden. Die Belastung wird über den Feldstellwiderstand des<br />

angeflanschten Gleichstromgenerators bzw. über den Belastungswiderstand geändert.<br />

7 Literatur<br />

[1] Müller, G. - Elektrische Maschinen - Gr<strong>und</strong>lagen, Aufbau <strong>und</strong> Wirkungsweise, 5. Auflage,<br />

Verlag Technik Berlin 1982<br />

[2] Riefenstahl, U. – Elektrische Antriebstechnik, Verlag B.G. Teubner Stuttgart 2000<br />

Revision: 1.1 Seite 14<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

Revision: 1.1 Seite 15<br />

Datum: 08-05-2006 von 16


<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Leistungselektronik</strong> <strong>und</strong> Elektrische Antriebstechnik<br />

Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker<br />

LABORPRAKTIKUM - <strong>Versuch</strong> <strong>Gleichstrommaschine</strong> (GM)<br />

Revision: 1.1 Seite 16<br />

Datum: 08-05-2006 von 16

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!