2. E- Maschinen / Antriebe

2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
94
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Aufbau
• Erregerfeld
• elektrisch durch Spulen
• durch Permanentmagnete
• Anker (Leiterschleife)
• Stromwender (Kommutator, Kollektor)
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95
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Beispiel Generator
• Strom verändert sich in der Zeit
• Sinusförmiger Verlauf
• Positiv und negativ
• Kommutator zur „Gleichrichtung“
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Stromwendung
Wirksame Fläche
Stromverlauf
• Strom verändert sich in der Zeit
• Sinusförmiger Verlauf
• Positiv und negativ
• Kommutator zur „Gleichrichtung“
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Stromwendung
• Strom verändert sich in der Zeit
• Sinusförmiger Verlauf
• Positiv und negativ
• Kommutator zur „Gleichrichtung“
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ringwicklungsprinzip
• Strom verändert sich in der Zeit
• Sinusförmiger Verlauf
• Positiv und negativ
• Kommutator zur „Gleichrichtung“
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ringwicklung - mit Kommutator
• Strom verändert sich in der Zeit
• Sinusförmiger Verlauf
• Positiv und negativ
• Kommutator zur „Gleichrichtung“
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
100
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Leiter- und Feldanordnung
• Strom verändert sich in der Zeit
• Sinusförmiger Verlauf
• Positiv und negativ
• Kommutator zur „Gleichrichtung“
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101
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Anordnung der Ankerwicklung
• Anordnung der Spulenseiten
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102
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ankerwicklung als Schleifenwicklung
• Anordnung der Spulen
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103
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ankerwicklung als Wellenwicklung
• Anordnung der Spulen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
104
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Kommutierung
• 1. Phase
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105
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Kommutierung
• 2. Phase
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
106
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Kommutierung
• 3. Phase
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
107
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Kommutator und Ankerwicklung
• 3. Phase
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
108
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ankerrückwirkung
• Erregerlängs- und Ankerquerfeld
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109
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ankerrückwirkung
• Überlagerung von Quer- und Längsfeld
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110
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Wende- und Kompensationswicklung
• Prinzip
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111
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Wende- und Kompensationswicklung
• Anordnung der Wicklungen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
112
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Wende- und Kompensationswicklung
• Praktische Ausführung
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113
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Klemmenbezeichnung
• Typische Bezeichnung der Wicklungen nach DIN VDE 0530 Teil 8
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114
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Fremderregte Maschine
• Typische Bezeichnung der Wicklungen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
115
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Nebenschlussmaschine
• Typische Bezeichnung der Wicklungen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
116
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Haupt- und Reihenschlussmaschine
• Typische Bezeichnung der Wicklungen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
117
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Doppelschlussmaschine
• Typische Bezeichnung der Wicklungen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
118
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Ersatzschaltbild
• Ersatzschaltbild von Anker- und Erregerwicklung
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119
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Hauptgleichungen
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120
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Grundgleichungen stationär
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121
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Leistungsbilanz
• Grundgleichungen für den Motorbetrieb
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122
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Leistungsbilanz
• Grundgleichungen
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
123
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Drehzahl
• 1) Bürstenübergangsspannung vernachlässigt
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124
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Drehzahlsteuerung
• Ankerspannung
• Vorwiderstand
• Feldschwächung
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125
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // fremderregter Gleichstrommotor
• Drehzahlsteuerung
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126
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Reihen- und Hauptschlussmaschine
• Grundgleichungen zum Ersatzschaltbild
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127
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Reihen- und Hauptschlussmaschine
• Drehzahlsteuerung
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
128
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Doppelschlussmaschine
• Drehzahlsteuerung
ET3, Kovalev (THM StudiumPlus Wetzlar)
129
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Generator
• Verdrängt durch geregelte Gleichstromnetzgeräte (LE)
• Teilweise bei Leonardantrieben
• Verdrängt durch Drehstromlichtmaschine
• Historisch: dynamoelektrisches Prinzip von Siemens
(Nebenschlussgenerator)
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Scheibenläufer
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131
2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.1 Drehmoment einer Gleichstrommaschine
Der Rotor einer Gleichstrommaschine hat die Länge l = 0.5m und den Durchmesser d = 0.3 m. Er ist mit
insgesamt z = 300 Leitern bewickelt. Durch jeden
fließt der Strom I = 10A. Die Erregerpole des Stators
bewirken im Luftspalt ein homogenes Magnetfeld mit B = 0.9 T, in dem zwei Drittel aller Leiter des Rotors liegen.
1. Wie groß ist die Kraft F auf einen Rotorleiter?
2. Berechnen Sie das Drehmoment M!
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.2 Drehmoment einer Gleichstrommaschine
Die Flußdichte im Luftspalt eines Gleichstrommotors mit
Polschuhen beträgt B = 1.1 T, die wirksame Leiterlänge
l = 40 cm, Abstand der Ankerleiter vom Wellenmittelpunkt r
= 10 cm, Zahl aller wirksamen Ankerleiter N =120.
• Wie groß muß der Ankerstrom I sein, damit das Moment
des Motors M = 40Nm beträgt?
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.3 Drehmoment und Spannung in einer
Gleichstrommaschine
Eine zweipolige Gleichstrommaschine hat einen
Luftspalt von lL = 2mm und eine Erregerwicklung mit N = 650 Windungen auf jedem Pol. Die Polfläche im
Luftspalt ist AP = 0.2m2. Der Erregerstrom beträgt IE = 1.9A. Der Rotor hat den Durchmesser d = 0.2m und
die Länge l = 0.3m. Der Strom in jedem Leiter der
Rotorwicklung ist IA = 10A.
1. Berechnen Sie die Luftspaltinduktion B, wobei der
magnetische Spannungsabfall im Eisen vernachlässigt
werden soll.
2. Welches Drehmoment M erzeugt jeder Leiter der
Rotorwicklung?
3. Berechnen Sie die Spannung, die in einem Rotorleiter
induziert wird, wenn die Drehzahl n = 100min−1 ist.
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.4 Gleichstromgenerator
Ein Gleichstromgenerator (50 kW,460V) hat einen inneren Spannungsabfall von 3% (von
UAN) bei Nennlast.
• Wie groß sind der Ankerwiderstand RA und die Nennverluste PCuN der Ankerwicklung?
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.5 Gleichstromgenerator
Ein Gleichstromgenerator (120 kW, 500V, 240A) liefert eine
Leerlaufspannung UA0 von 506.5V.
• Bestimmen Sie den Ankerwiderstand RA.
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.6 Gleichstromotor
Ein permanenterregter Gleichstrommotor hat folgende Daten: 220V, 10 kW, RA = 0.6Ω,
Wirkungsgrad ηM = 0.8.
•
Wie groß muss ein Vorwiderstand RV sein, damit der Anlaufstrom nicht das 1.5fache
des Nennstromes übersteigt?
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.7 Gleichstromotor
Ein fremderregter Gleichstrommotor hat folgende Daten:
UAN = 220V, IAN = 400A, nN = 1500min−1, RA = 20mΩ, UEN = 220V, IEN = 4A
Die Nenndrehzahl bei Nennerregung wird im Leerlauf bei einer Ankerspannung UA0 = 212.8V erreicht.
Bestimmen Sie bei Nennerregung und Nenndrehzahl unter Vernachlässigung der
Bürstenübergangsverluste und Erwärmung
1. die im Anker induzierte Spannung Uq,
2. den Leerlaufstrom IA0,
3. die Eisen- und Reibungsverluste PF+R,
4. die Stromwärmeverluste PCu bei Nennbetrieb,
5. die Nennleistung Pm,
6. das Nenndrehmoment MN,
7. den Gesamtwirkungsgrad ηN,
8. den Anlaufstrom IAnl ,
9. das Anlaufmoment MAnl .
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2. E- Maschinen / Antriebe
Gleichstrommaschine // Übungen
Ü2.8 Gleichstromotor
Daten: 220V; 460A; 1500min−1;
Erregerleistung: 800W; Ankerwiderstand: RA = 23,9mΩ
Zur Ermittlung der Eisen- und Reibungsverluste der Maschine unter Nennbedingungen
wurde ein Leerlaufversuch mit Nenndrehzahl gemacht. Dabei wurde die
Ankerkreisspannung solange gesteigert, bis die Nenndrehzahl errreicht war. Das war bei
einer Spannung von 219V der Fall, der Leerlaufstrom betrug 27,9A.
Berechnen Sie für den Nennbetrieb der Maschine unter Vernachlässigung des
Bürstenspannungsabfalls:
1. die Eisen- und Reibungsverlustleistung,
2. die Stromwärmeverlustleistung im Ankerkreis,
3. die mechanische Leistung (Wellenleistung),
4. den Wirkungsgrad,
5. das Drehmoment.
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