Beispiel

Protokoll
Name: Max Mustermann
Seminargruppe: CSxy
Mitarbeiter: Erna Beispiel
Versuch: Leerlauf-Kennlinie eines Gleichstrommotors
Aufgabe: Nehmen Sie die Kennlinie eines Gleichstrommotors in einem Getriebe für die
Abhängigkeit Spannung – Stromstärke und Spannung – Drehzahl im Bereich 0V – 1,5V
bzw. 0V – 1,3V auf. Untersuchen Sie dabei zunächst die theoretischen Grundlagen in
einer Vorüberlegung und fertigen Sie eine Versuchsanordnung für das Experiment an.
Vorbereitung
technische Daten des Gleichstrommotors: 1.5V-4.5V; ohne Last bei 1.5V → 8400 Umdrehungen
pro Minute und 230mA Verbrauch. Erwartung mit Last in
Form von Getriebe bei 1.5V: 3 Umdrehungen pro
Sekunde (da das Getriebe eine Übersetzung von 1:45 hat)
Geräte: Gleichstrommotor mit Getriebe, Voltmeter, Amperemeter, Verbindungskabel, Stromquelle
Schaltplan anlegen und Messwerttabelle anfertigen
Versuchsanordnung
Durchführung
Als Erstes wurde der Stromkreis aufgebaut und überprüft, ob dieser fehlerfrei ist. Danach haben wir
an dem Labornetzteil die jeweiligen zu messenden Spannungen eingestellt und über das Voltmeter
getestet, ob diese korrekt eingestellt sind. Die Stromstärken wurden von dem in Reihe geschalteten
Amperemeter gemessen und abgelesen. Um die Drehzahlen zu zählen, wurde eine schwarze
Markierung auf einem Zahnrad angebracht und dann mit einer Stoppuhr jeweils die Zeit für 10
Umdrehungen bei der jeweiligen Spannung gemessen.
Messwerttabelle
Spannung U Stromstärke I
Zeit t
Umdrehungszahl n
Zeit für 10 Umdrehungen pro
Umdrehungen
Sekunde
U in V
I in mA
0
0
-
-
0,111
120
-
-
0,201
200
39
0,25641
0,302
98
27
0,37037
0,403
101,5
20,1
0,49751
0,504
104
15,9
0,62893
0,603
108,2
12,3
0,81301
0,7
112,5
10,1
0,99010
0,8
119,7
8,3
1,20482
0,903
127,5
7
1,42857
1,01
129,8
6,3
1,58730
1,103
132
5,7
1,75439
1,205
136
5
2,00000
1,302
142
4,2
2,38095
1,402
151
-
-
1,505
155
-
-
Auswertung
U-I-Kennlinie
Die U-I- Kennlinie des Gleichstrommotors zeigt einen von 0-0,2V einen stark monoton wachsenden
Anstieg bis zu einem Maximum von ca. 200 mA. Zwischen einer Spannung von 0,2V und 0,3V hat
der Motor seinen Anlass-Strom, weshalb der Graph von 200mA auf ca. 100mA fällt. Ab diesem
Punkt steigt der Graph stetig und erreicht bei der maximal zu messenden Spannung von 1,5V einen
Strom von 155mA.
U-I-Kennlinie
250
150
100
50
0
0, 0
11
1
0,
20
0, 1
30
2
0,
40
0, 3
50
4
0,
60
3
0,
7
0,
8
0,
90
3
1,
01
1,
10
3
1,
20
1, 5
30
2
1,
40
2
1,
50
5
I in mA
200
U in V
Spannungs-Drehzahl-Kennlinie (Umdrehungen pro Sekunde – V)
Die Umdrehungen pro Sekunde zeigen einen fast linearen, monoton steigenden Anstieg. Nachdem
der Motor angelaufen ist (bei ca 0,3V), erreicht er 0,37 Umdrehungen pro Sekunde. Bei einer
Spannung von ca. 0,7V leistet der Motor ca. 1 Umdrehung pro Sekunde und bei ca. 1,2V sind es
dann 2 Umdrehungen pro Sekunde.
Spannungs-Drehzahl-Kennlinie
2,5
Umdrehungen pro s
2
1,5
1
0,5
0
0
0,111 0,201 0,302 0,403 0,504 0,603 0,7
0,8 0,903 1,01 1,103 1,205 1,302
U in V
Fehlerbetrachtung
Bei den in der Messwerttabelle enthaltenen Messwerten ist zu beachten, dass es Gerätefehler sowie
auch menschliche Fehler (bezogen auf Drehzahlen und Zeit) gibt.
Bei den gemessenen Ampere-Werten kommt eine Ungenauigkeit des Messgerätes von ± 1,2% und
ein Schwankung der letzten angezeigten Zahl von ± 3 Digits.
Die Messwerte der Spannung variieren um ± 0,7% Genauigkeit und ± 2 Digits Schwankung. Diese
Schwankungen sind auf die Funktionsweise des Gleichstrommotors zurückzuführen, da die
Spannung am Läufer des Motors umgepolt werden muss.
Die gemessenen Zeiten sowie Drehzahlen variieren um den Faktor Mensch, sprich um die
Reaktionszeit beim Einschalten der Stoppuhr, sowie das Anhalten dieser und die Ungenauigkeit des
Zählens der 10 Umdrehungen bei hohen Spannungen ( ab 1,2V).
Zusammenfassung
Die von dem Motor erbrachten Leistungen kommen den Erwartungen nahe. Der Motor selbst (ohne
Last) hat bei einer Spannung von 1,5V 8400 Umdrehungen pro Minute, was 140 Umdrehungen pro
s bedeutet. Der in dem Versuch benutzte Motor ist in einem Getriebe mit einer Übersetzung von
1:45, d.h. er sollte ca. 3 Umdrehungen pro s erreichen, was er näherungsweise auch tut. Aus unseren
Ergebnissen kann man nun folgendes schließen: Eine steigende Spannung führt immer zu einer
steigenden Stromstärke (außer beim Anlaufen des Motors), welche fast linear verläuft, und zu einer
steigenden Drehzahl (außer beim Anlaufen des Motors), welche ebenfalls fast linear verläuft. Des
weiteren lässt sich erkennen, dass die Stromstärke vergleichsweise hoch ist, wenn der Motor noch
nicht angelaufen ist. Außerdem stieg die Stromstärke stark an, wenn man versuchte den Motor
( z.B. per Hand) abzubremsen und die Spannungen, bei denen der Motor ansprang (200-300V) bzw.
wieder aus ging (ca. 120V) waren sehr unterschiedlich. Im Verlauf des Experiments konnte man
zusätzlich feststellen, dass sich der Motor erwärmte und so bei gleicher Spannung eine höhere
Stromstärke als vorher gemessen wurde.

Download Report