2 - Hochschule Bochum

Praktikum EE2
Grundlagen der Elektrotechnik
Teil 2
Name:
Studienrichtung:
Versuch 6 Messen der magnetischen Flussdichte
Versuch 7 Transformator
Versuch 8 Helmholtzspulen
Versuch 9 Leistungsmessung
Testat :
Praktikum GEE
2
Grundlagen der Elektrotechnik für Elektrotechniker
Fachbereich Elektrotechnik
Magnetisches Feld, Leistungsmessung
Seite 1
6. Messen der magnetischen Flussdichte im
Eisenkreis
6.1 Versuchsbeschreibung
Positioniert man ein stromdurchflossenes Halbleiterplättchen mit der Dicke d so in
einem Magnetfeld, dass es senkrecht von den magnetischen Feldlinien durchsetzt
wird, so werden die bewegten Ladungsträger durch die Lorentz-Kraft von ihrer ursprünglichen Flussrichtung abgelenkt. Die positiven Ladungsträger werden nach der
Linken-Hand-Regel von ihrer Flussrichtung nach links abgelenkt. Die Elektronen
werden zur anderen Seite abgelenkt. Durch diese getrennten Ladungen entsteht die
Hallspannung UH.
Diese Spannung ist abhängig vom Halbleitermaterial (Hall-Konstante KH), der Dicke
des Plättchens d, der Stärke des magnetischen Feldes (Magnetische Flussdichte B)
und dem Steuerstrom IH durch die Hall-Sonde Ist.
6.2 Versuchsdurchführung
Verstellen Sie in den vorgegebenen Schritten den Strom durch die Spulen an der
Strombegrenzung des Netzgerätes und messen Sie die Flussdichte im Luftspalt des
Eisenkerns mit einem Teslameter.
Führen Sie diese Messungen für die Luftspalte
a) δ = 3mm
b) δ = 6mm
durch.
Achtung! Bei Gleichfeldmessungen muss vor dem Messen ein
Nullpunktabgleich am Teslameter durchgeführt werden!
Der Versuchsaufbau darf noch nicht eingeschaltet sein.
Den Betriebsartenschalter auf „Gleichfeld“ stellen. Sonde anschließen und Gerät
einschalten. Messbereich auf 20mT stellen. Am Stellknopf die Anzeige auf Null
stellen.
Das Umschalten in einen anderen Messbereich erfordert keinen neuen Abgleich.
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Magnetisches Feld, Leistungsmessung
Fachbereich Elektrotechnik
6. 3 Versuchsaufbau
Quelle
Strommesser
Sonde
Induktivität
Teslameter
Q
A
HS
L
Gleichstrom-Netzgerät
Digital-Multimeter
Hallsonde
2 Spulen mit Eisenkern N=900
Phywe-Teslameter
6.4 Versuchsauswertung
Zeichnen Sie die Funktionen B = f(I) für beide Luftspalte in ein gemeinsames
Diagramm
Aufgabe 6a
I/A
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
B / mT
Aufgabe 6b
I/A
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
B / mT
2
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Magnetisches Feld, Leistungsmessung
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7. Transformator
7.1 Versuchsbeschreibung
Gekoppelte magnetische Kreise werden in der Praxis unter anderem dazu
verwendet, Wechselspannungen in ihrer Amplitude zu verändern (Transformator),
elektrische Kreise galvanisch voneinander zu trennen (Übertrager) oder
Messinstrumente mit einer spezifischen messtechnischen Aufgabe zu verbinden
(Wandler).
Alle Anordnungen bestehen in der Regel aus zwei Spulen, die auf einen Kern
aufgebracht werden. Dieser Kern kann ein verzweigter oder unverzweigter
magnetischer Kreis mit oder ohne Luftspalt sein.
Die Spule, in die die ursprüngliche Funktion (Eingangssignal) eingespeist wird, heißt
Primärspule. Die durch den gekoppelten magnetischen Kreis veränderte Funktion
(Ausgangssignal) wird an der Sekundärspule abgegriffen.
7.2 Versuchsdurchführung
An einem Aufbautransformator sollen für Leerlauf, Kurzschluss und Belastung
Spannungen und Ströme auf der Primär- und Sekundärseite gemessen werden. Im
Belastungsfall sind die Leistungen und der Wirkungsgrad zu errechnen.
7.2.1 Leerlauf
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 1 auf und stellen Sie auf der Primärseite
eine Spannung von 30V ein. Messen Sie mit einem Spannungsmesser an den
einzelnen Abgriffen der Sekundärspule die jeweiligen Spannungen.
7.2.2 Kurzschluss
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 2 auf und stellen Sie auf der Primärseite
einen Strom von 100mA ein. Messen Sie mit einem Strommesser an den
einzelnen Abgriffen der Sekundärspule die jeweiligen Ströme.
Bei jeder Änderung der Windungszahlen muss der Primärstrom erneut
eingestellt werden.
7.2.3 Belastung
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 3 auf und stellen Sie auf der Primärseite
eine Spannung von 30V ein. Messen Sie auf der Primär- und Sekundärseite
Strom und Spannung.
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Magnetisches Feld, Leistungsmessung
Fachbereich Elektrotechnik
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7.3 Versuchsaufbau
I
I
I
A
A
UQ
~
V
V
L1
UQ
A
~
L1
L2
Bild 1
UQ
~
A
V
L1
L2
Bild 2
Quelle
Strommesser
Spannungsmesser
Induktivität
Induktivität
Belastungswiderstand
Q
A
V
L1
L2
V
L2
Bild 3
Regel-Trenntrafo
Digital-Multimeter
Digital-Multimeter
Phywe Spule N = 900
Phywe Spule mit Anzapfungen
Leistungswiderstand 47Ω
7.4 Versuchsauswertung
7.2.1 Leerlauf
N2
U2 / V
7.2.2 Kurzschluss
ü
(N1/N2)
ü
(U1/U2)
N2
I2 / A
ü
(N1/N2)
ü
(I2 / I1)
7.2.3 Belastung
N2
U1 / V
I1 / mA
U2 / V
I2 / A
P1 / W
P2 / W
η
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8. Helmholtzspulen
8.1 Gleichsinnige Schaltung
8.1.1 Versuchsbeschreibung
Für zwei gleichsinnig geschaltete Helmholtzspulen soll mit einer Hallsonde die
magnetische Flussdichte B entlang der Spulenachsen gemessen werden. Durch die
gleichsinnige Schaltung addieren sich die Magnetfelder und in der geometrischen
Mitte ist das Maximum zu messen.
8.1.2 Versuchsdurchführung
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 1 auf. Richten Sie die Hallsonde auf die
Mittelachse der Helmholtzspulen aus. Stellen Sie am Regeltrenntransformator einen
Spulenstrom I = 3A ein. Bewegen Sie die Hallsonde in den angegebenen Abständen
entlang des Maßstabes (Koordinate X) und messen Sie die Flussdichte.
8.1.3 Versuchsaufbau
Bild 1
Quelle
Strommesser
Teslameter
Messobjekt
Q
A
Netgerät
Digital-Multimeter
Teslameter
Helmholtzspulen
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8.1.4 Versuchsauswertung
Zeichnen Sie ein Diagramm mit der Kennlinie B = f (x).
X / cm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
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B / mT
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8.2 Gegensinnige Schaltung
8.2.1 Versuchsbeschreibung
Für zwei gegensinnig geschaltete Helmholtzspulen soll mit einer Hallsonde die
magnetische Flussdichte B entlang der Spulenachsen gemessen werden. Bei der
gegensinnigen Schaltung wirken die Magnetfelder gegeneinander und in der
geometrischen Mitte ist das Minimum zu messen.
8.2.2 Versuchsdurchführung
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 2 auf. Richten Sie die Testspule auf die
Mittelachse der Helmholtzspulen aus. Stellen Sie am Regeltrenntransformator einen
Spulenstrom I = 3A ein. Bewegen Sie die Hallsonde in den angegebenen Abständen
entlang des Maßstabes (Koordinate X) und messen Sie die Flussdichte.
8.2.3 Versuchsaufbau
Bild 2
Quelle
Strommesser
Teslameter
Messobjekt
Q
A
Netzgerät
Multimeter
Teslameter
Helmholtzspule
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8.2.4 Versuchsauswertung
Zeichnen Sie ein Diagramm mit der Kennlinie B = f (x).
X / cm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
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B / mT
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9. Leistungsmessung
9.1 Belastung mit einem ohmschen Widerstand
9.1.1 Versuchsbeschreibung
Die Leistung im Wechselstromkreis ergibt sich aus dem Produkt der beiden
Zeitfunktionen von Spannung und Strom. Besteht der Lastzweipol aus einem
ohmschen Widerstand, so pendelt der Augenblickswert der Leistung nur im positiven
Bereich. In der Last wird eine reine Wirkleistung umgesetzt.
9.1.2 Versuchsdurchführung
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 3 auf. Verstellen Sie am Regel-TrennTransformator die Spannung zwischen 10 – 60 V.
Messen Sie die Spannung U, den Strom I und die Wirkleistung P.
9.1.3 Versuchsaufbau
A
Q
~
W
UQ
V
Bild 3
Quelle
Spannungsmesser
Strommesser
Leistungsmesser
Verbraucher
Q
V
A
W
R
Regel - Trenn - Transformator
Digital-Multimeter
Zangen-Amperemeter
Metrix PX 110
Schiebewiderstand 33Ω
R = 33Ω
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Magnetisches Feld, Leistungsmessung
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9.1.4 Versuchsauswertung
- Zeichnen Sie die Kennlinie P = f (U).
- Vergleichen Sie die vom Leistungsmesser angezeigten Leistung mit der aus
Strom - und Spannungsmessung errechneten Leistung.
- Erklären Sie den Unterschied.
Leistungsmessung am ohmschen Verbraucher
U/V
I/A
P/W
U•I
Erklärung des Unterschiedes zwischen gemessener und gerechneter Leistung:
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Magnetisches Feld, Leistungsmessung
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9.2 Belastung mit einem Scheinwiderstand
9.2.1 Versuchsbeschreibung
Besteht der Lastzweipol aus einer Kombination von Wirk- und Blindwiderständen
(Scheinwiderstand), so entsteht neben der Wirkleistung P zugleich eine Blindleistung
Q. Beide Leistungskomponenten werden unter dem Begriff der Scheinleistung S
zusammengefasst.
9.2.2 Versuchsdurchführung
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 4 auf. Verstellen Sie am Regel-TrennTransformator die Spannung zwischen 10 – 60 V.
Messen Sie die Spannung U, den Strom I, die Scheinleistung S, die Wirkleistung P,
die Blindleistung Q und den Leistungsfaktor cosφ.
Mit Taste DISPLAY am Leistungsmessgerät können Sie zwischen den Anzeigen
umschalten
A
Q
~
W
R = 33Ω
UQ
V
L ≈ 300mH
Bild 4
Quelle
Belastung
Spannungsmesser
Strommesser
Leistungsmesser
Q
R, L
V
A
W
Regel-Trenntrafo
Schiebewiderstand 33Ω
Induktivität
Digital-Multimeter
Zangen-Amperemeter
Metrix PX 110
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Magnetisches Feld, Leistungsmessung
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9.2.3 Versuchsauswertung
- Errechnen Sie die Werte für den Scheinwiderstand Z, den Wirkwiderstand R und
den Blindwiderstand XL.
- Zeichnen Sie das maßstäbliche Zeigerbild der Widerstände und Leistungen
bei U = 50 V.
U/V
I/A
P/W
S / VA
Q / var
cosϕ
Z/Ω
R/Ω
XL / Ω

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