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EST ELEKTRISCHE SYSTEMTECHNIK 20 ELEKTRISCHE MASCHINEN REPETITIONEN
5. September 2009 www.ibn.ch
Version 3
Kapitel 20
Elektrische Maschinen
REPETITIONEN
Verfasser: Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 8772 Nidfurn
055 - 654 12 87
Ausgabe: August 2009
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1 Gleichstrommotor
Ein Gleichstrommotor hat die Nennleistung kW,518 und eine Nenndrehzahl von 1
1020−
min Wie gross ist das Kippmoment, wenn 3=NK M/M angegeben ist?
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2 Kenndaten Drehstrommotor Bestimmen Sie aus dem vorhandenen Klemmenbrett a) Motorenleistung, b) Wirkleistung elektrisch, c) Blindleistung, d) Scheinleistung und e) Wirkungsgrad des
Motors. f) Zeichnen Sie das
Leistungsdreieck.
Typ
3 ~ Nr. 1961
Y400 V 12,9 A 5,5 kW cosϕ 0,75
1480 U/min 50 Hz Isol-Kl. B IP 44 t
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3 Kenndaten Drehstrommotor Bestimmen Sie aus dem vorhandenen Klemmenbrett a) Motorenleistung, b) Wirkleistung elektrisch, c) Blindleistung, d) Scheinleistung und e) Wirkungsgrad des
Motors. f) Zeichnen Sie das
Leistungsdreieck.
Typ
3 ~ Nr. 1959
400 V 18,9 A 7,5 kW cosϕ 0,77
969 U/min 50 Hz Isol-Kl. H IP 44 t
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4 Kenndaten Drehstrommotor Bestimmen Sie aus dem nachfolgenden Klemmenbrett a) Motorenleistung, b) Wirkleistung elektrisch, c) Blindleistung, d) Scheinleistung und e) Wirkungsgrad des
Motors. f) Zeichnen Sie das
Leistungsdreieck.
Typ
3 ~ Mot Nr. 1981
380 V 2 A 1 kW cosϕ 0,85
1450 U/min 50 Hz Isol-Kl. B IP 44 t
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5 Kenndaten Drehstrommotor Ein Motor mit nachfolgenden Daten ist an das Vx4003 -Netz angeschlossen:
V400∆ , 50 Hz. Wie gross ist die Nenndrehzahl und wie gross ist der ϕcos , wenn eine Kondensatorenbatterie von Fµ10 in Dreieck dazu geschaltet wird (Die Berechnung ist grafisch zu unterstützen)?
ϕcosη I
A9
8
7
6
5
L a s t
bgabeLeistungsa
2P4
14
24
34
44
5
51 , kW,03
n.min11000
900
η
n
I
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
A9
8
7
6
5
L a s t
bgabeLeistungsa
2P4
14
24
34
44
50
51 , kW,03
.min11000
900
cosϕ
Aus den Betriebskennlinien des Drehstrom-Asynchronmotors sind folgende Daten zu entnehmen: • Nennleistung • Nenndrehzahl • Schlupf mit Formel • Wirkungsgrad bei Nennlast • Leistungsfaktor bei
Nennbedingungen • Polpaarzahl mit Formel
Bild 7.4.1
cosϕ
sinϕ
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
1,00,90,80,70,60,50,40,30,20,10 P
Q
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6a Asynchronmotor Ein 6-poliger Drehstrom-Asynchronmotor mit einem Schlupf von %4 ist an ein 3x400/230V Netz mit 50 Hz angeschlossen. Berechnen Sie die Drehzahl des Läufers in 1
min− .
ϕcos
η I
A9
8
7
6
5
L a s t
bgabeLeistungsa
2P4
14
24
34
44
5
51 , kW,03
n.min11000
900
η
n
I
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
A9
8
7
6
5
L a s t
bgabeLeistungsa
2P4
14
24
34
44
50
51 , kW,03
.min11000
900
cosϕ
Aus den Betriebskennlinien des Drehstrom-Asynchronmotors sind folgende Daten zu entnehmen: • Nennleistung • Nenndrehzahl • Schlupf mit Formel • Wirkungsgrad bei Nennlast • Leistungsfaktor bei
Nennbedingungen • Polpaarzahl mit Formel
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6b Drehmoment-Drehzahlkennlinie
%M
aM
kM%M
aM
kM
1n
300
200
100c
dM
bM
b
a
100%50%
nMM
Die Kennlinie )(nfM = ist vom Motortyp und von der
Ausführung des Rotors abhängig. a Erforderliches Antriebsmoment einer unbelastet
anlaufenden Drehmaschine b Erforderliches Antriebsmoment eines anlaufenden
Kompressors
gM Gegenmoment der Maschine ][Nm
bM Beschleunigungsmoment ][Nm
dM Durchzug- oder Sattelmoment ][Nm
kM Höchstdrehmoment oder
Kippsmoment ][Nm
aM Anzugsmoment ][Nm
%M Drehmoment in % des Nenndrehmoments
][Nm
1n Drehfelddrehzahl bzw,
Leerlaufdrehzahl min]/1[
n Betriebsdrehzahl min]/1[
Asynchronmotoren sind Motoren mit Kurzschluss-läufern und werden übergiegend dort eingesetzt, wo sie nicht ständig mit derselben Drehzahl laufen müssen. Ein Asynchronmotor dreht nicht mit der Synchrondrehzahl. Der Unterschied wird wie folgt dargestellt:
−=
%1001 %
1
snn
n Nenndrehzahl ][min1−
1n Synchrondrehzahl ][min1−
%s Schlupf [%]
Sn Schlupfdrehzahl ][min1−
nnnS −= 1
%1001
1% ⋅
−=
n
nns
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7 Drehmoment-Drehzahlkennlinie
Dargestellt iszt die Kennlinie )(nfM = eines Kurzschlussläufermotors mit
dem Nennmoment NmM n 5= .
Wie gross ist die Leistungsabgabe des Motors bei 1
min1000− , 1
min2000−
und Nenndrehzahl?
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8 Riemenzugkraft Drehstrommotor Ein Drehstrom-Kurzschlussläufermotor hat das dargestellte Leistungsschild. Es treibt eine Maschiene über eine Riemenscheibe mit mm280 Durchmesser an.
Bestimmen Sie die Riemenzugkraft bei Nennleistung.
9550
nMP
⋅=
][kW
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9 Batteriespeicher der Zukunft ABB hat zusammen mit den Elektrizitätswerken des Kantons Zürich (EKZ) eine Batterie mit einer Leistung von 1 MW in Dietikon installiert. Damit ist sie die grösste und erste dieser Art in der Schweiz. Sie kann Energie bis
kWh500 speichern und ins Mittelspannungs-Verteilnetz einspeisen, respektive von dort beziehen.
Welche Zeit in h , .min und s kann die Batterie die maximale Leistung liefern?
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EST 20
101
Frage
Nennen Sie die wesentlichsten Teile zum Aufbau einer Gleichstrommaschine.
EST 20
102 Frage
Erklären Sie die Funktionsweise einer Gleichstrommaschine mit Hilfe einer einfachen Skizze (Drehbare Drahtschleife zwischen magnetpolen)!
EST 20
103 Frage
Die Rotorwicklung ist eine fortlaufende Drahtwicklung. Sie kann auf zwei verschiedene Arten ausgeführt werden. Nennen Sie die beiden Möglichkeiten.
EST 20
104
Frage
Welche Funktionen fallen dem Kollektor einer Gleichstrommaschine zu?
N
S
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EST 20
105
Frage
Erklären Sie die Entstehung der Gegen-EMK bei einem Gleichstrommotor.
EST 20
106
Frage
Schalten Sie in Gedanken einen Gleichstrom-motor ein, erlären und begründen Sie dabei den Ablauf bzw. die Wirkungsweise dieser Maschine.
EST 20
107
Frage
Warum sind Anlasswiderstände notwendig bzw. warum benötigt man für grössere Geichstrom-motoren Anlasser?
EST 20
108
Frage
Geht ein Motor defekt, bei dem beim Einschalten die Spannung an den Erregerspulen fehlt, hingegen Spannung am Rotor vorhanden ist?
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EST 20
109
Frage
Wie kann an Gleichstrommaschinen eine Drehrichtungsänderung erreicht werden?
EST 20
110
Frage
Nennen Sie die offizielle Bezeichnung der Anschlüsse einer Ankerwicklung sowie der Erregerwicklung einer fremderregten Maschine.
EST 20
111
Frage
Zeichnen Sie die Schemas für eine Hauptschluss sowie für eine im Nebenschluss geschaltete Gleichstrommaschine.
EST 20
112
Frage
Warum können die einphasigen Wechselstrommotoren der Haushaltgeräte praktisch wie Kollektormotoeren (also Gleichstrommotoren) aufgebaut werden)?
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EST 20
113
Frage
Können Gleichstrommotoren grundsätzlich auch als Generatoren verwendet werden?
EST 20
114
Frage
Wo werden heute noch in der Praxis Gleichstrommotoren verwendet?
EST 20
115
Frage
Erklären Sie den Aufbau einer Ward-Leonard-Anlage.
Leonardumformer
EST 20
116
Frage
Welcher Teil der Maschine wird als Anker bezeichnet?
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EST 20
117
Frage
Welche Aufgabe hat die Erregerwicklung einer elektrischen Maschine?
EST 20
118
Frage
Welche Vorteile haben Gleichstrommotoren?
EST 20
119
Frage
Erklären Sie die Begriffe Schleifringe und Stromwender!
Schleifringe Stromwender
Zeichnerische Darstellung
12
Kohlenbürste
Schleifring
1
22
Kohlenbürste
KollektorKommutator
EST 20
120
Frage
Φn
S
N1
2
11
Eine Leiterschleife dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit in einem homogenen Magnetfeld. Welche Spannungsart wird mit Schleifringen bzw. mit einem Stromwender abgegriffen?
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EST 20
121
Frage
Weisen Sie die Begriffe korrekt zu!
1. Ständer mit Jochring und ausgeprägten Polen
2. Erregerwicklung (Hauptwicklung)
3. Läufer (Anker) mit Wicklung 4. Stromwender (Kollektor,
Kommutator) 5. Bürstenhalter mit
Kohlenbürsten 6. Wendepole mit
Wendepolwicklung
Bild 20.09.01
EST 20
122
Frage
Ein Gleichstrommotor mit einem Ankerwiderstand von Ω2 hängt an einem Netzgerät (Spannung:
V50 , Strombegrenzung A40 ). Warum wird im unbelasteten Zustand ein Strom von ca. A,250 und nicht A25 gemessen?
EST 20
123
Frage
Welche Gefahr besteht beim unbelasteten Gleichstrom-Reihenschlussmotor?
EST 20
124
Frage
Erklären Sie den Aufbau eines Universalmotors!
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EST 20
125
Frage
Erklären Sie den prinzipiellen Aufbau eines Drehstrom-Asynchron-Motors!
EST 20
126
Frage
Erklären Sie die Funktion eines Drehstrom-Asynchron-Motors mit Kurzschlussläufer!
EST 20
127
Frage
Welche Vor- und Nachteile haben Schleifringläufer-Motoren im Vergleich zu Drehstrom-Asynchron-Motoren mit Kurzschlussläufer?
EST 20
128
Frage
Welche beiden Läuferarten werden für Drehstrom-Asynchronmotoren verwendet?
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EST 20
129
Frage
Welche Vorteile hat der Kurzschlussläufermotor gegenüber dem Schleifringläufermotor nicht?
Weniger Blindleistungsaufnahme
Weniger Wärmeverluste
Günstigere Anlaufbedingungen
Verwendung in explosionsgefährdeten Räumen
Einfachere Wartung
EST 20
130
Frage
Welche Vorteile hat der Schleifringläufermotor gegenüber dem Kurzschlussläufermotor nicht?
Störungsfreier Betrieb
Verwndbarkeit als Drehtransformator
Verwendbarkeit als Frequenzumformer
Drehzahlsteuerung durch Schlupfänderung
Günstigere Anlaufbedingungen
EST 20
131
Frage
Wie kann Dreiphasenwechselstrom erzeugt werden?
EST 20
132
Frage
Wie nennt man die Spannung zwischen zwei Aussenleitern?
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EST 20
133
Frage
Wie nennt man die Spannung zwischen einem Aussenleiter und dem Neutralleiter?
EST 20
134
Frage
Welche beiden Schaltungen sind bei Drehstromverbrauchern möglich?
EST 20
135
Frage
In welchem Verhältnis steht die Strangspannung zur Leiterspannung bei Sternschaltung?
EST 20
136
Frage
Vergleichen Sie die Leiterspannung und die Strangspannung bei Dreieckschaltung.
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EST 20
137
Frage
Welche Aufgabe hat der Neutralleiter eines Drehstromnetzes bei ungleichmässiger Belastung?
EST 20
138
Frage
Erklären Sie den Begriff Verkettung!
EST 20
139
Frage
Was versteht man unter einem Vierleiter-Drehstrom-Netz?
EST 20
140
Frage
Erklären Sie die Begriffe Leiterspannung und Strangspannung!
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EST 20
141 Frage
Unter welcher Bedingung kann bei der Stern-schaltung auf den Anschluss des Neutralleiters am Verbraucher verzichtet werden?
EST 20
142
Frage
Warum sind Niederspannungsnetze meist als Vierleiternetze ausgeführt?
EST 20
143
Frage
Welche Energieumwandlungen findet in einem Elektromotor statt?
EST 20
144
Frage
Wie berechnet man den Wirkungsgrad η eines
Elektromotors?
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EST 20
145
Frage
Welchem Aufbau gleichen die Gleichstrommotoren?
EST 20
146
Frage
Aus welchen Hauptteilen bestehen DC-Motoren? Machen Sie eine Skizze!
EST 20
147
Frage
Welche Vorteile hat ein Gleichstrommotor mit Hauptschlusserregung?
A1
A2
M
=
+ -
Bild 23.6.1
Reihenschluss Seriemotor
Universalmotor
nU
M~
M
n
IA ~ M2
M
IA
EST 20
148
Frage
Welche Verhalten zeigt ein Gleichstrommotor mit Nebenschluss?
A1
A2
M
=
+ -
Bild 23.6.2
Nebenschluss
M
n
UA=konst
M
IA
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EST 20
149
Frage
Durch was wird das Drehmoment in Gleichstrommotoren erzeugt?
EST 20
150
Frage
Wie kann die Drehrichtung in einem Gleichstrommotor geändert werden?
EST 20
151
Frage
Was sind die Vorteile von Gleichstrommotoren? -
EST 20
152
Frage
Wie begrenzt man den Anlaufstrom von Gleichstrommotoren?
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EST 20
153
Frage
Welche Regel muss man anwenden, damit man die Magnetfeldrichung im stromdurchflossenen Leiter im Magnatfeld bestimmen kann?
EST 20
154
Frage
Zeichnen Sie die Feldlinien um zwei parallele stromdurchflossenen Leiter ein, wenn der Strom: a) in beiden Leitern vom Betrachter wegfliesst. b) in den Leitern Hin- und Zurückfliesst.
EST 20
155
Frage
Nenen Sie zwei Anwendungen von Gleichstrom-Motoren!
EST 20
156
Frage
Nennen Sie zwei Nachteile von Gleichstrom-Motoren!
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EST 20
157
Frage
Nennen Sie zwei Vorteile von Gleichstrom-Motoren!
EST 20
158
Frage
Mit welcher Frequenz werden die Gleichstrommotoren betrieben?
EST 20
159
Frage
Nennen Sie eine moderne Steuerungsart von Gleichstrommotoren!
EST 20
160
Frage
Für was hat ein Gleichstrommotor Kohlenbürsten? Was passiert, wenn der Anker umgepolt wird?
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EST 20
161
Frage
Seit wann gibt es Gleichstrommotoren?
EST 20
162
Frage
Zähle zwei Schaltungsmöglichkeiten von Gleichstrommotoren auf?
EST 20
163
Frage
Wie kehrt man bei Gleichstrommotoren die Drehrichtung um?
EST 20
164
Frage
Warum benötigt man für grosse Gleichstrommotoren Anlasser?
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Version 3
EST 20
165
Frage
Wie wirkt sich die Änderung der Ankerspannung auf die Drehzahl von DC-Motoren aus? Womit kann die Ankerspannung von Gleichstrommotoren verändert werden?
EST 20
166
Frage
Wie wirkt sich die Änderung des Erregerstromes auf die Drehzahl von DC-Motoren aus?
EST 20
167
Frage
Welche Vorteile haben Gleichstrommotoren, deren Drehzahl mit gesteuerten Gleichrichtern eingestellt werden?
EST 20
168
Frage
Wie erhöht man die Ankerdrehzahl beim fremderregten DC-Motor über die Bemessungsdrehzahl?
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EST 20
169
Frage
In welche Richtung verschiebt sich im Gleichstrommotor die neutrale Zone bei Belastung?
EST 20
170
Frage
Welche DC-Motoren sind fremderregte Motoren?
EST 20
171
Frage
Was ist beim DC-Motor, vom Aufbau her, der Unterschied bei einem Reihenschlussmotor und einem Nebenschlussmotor?
EST 20
172
Frage
Was ist bei grösseren Gleichstrommotoren, bezüglich dem Anlassen, zu beachten?
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EST 20
173
Frage
Wie kann man die Motordrehzahl beim Gleichstrommotor bis zur Bemessungsdrehzahl und wie über die Bemessungsdrehzahl erhöht werden?
EST 20
174
Frage
Welche zwei Wicklungsarten befinden sich in den Nuten des Stators eines Gleichstrom-Motors (DC-Motor)?
EST 20
175
Frage
Welche von den nachfolgenden DC-Motoren hat das grösste Anzugsmoment? a) Fremderregter Motor b) Reihenschluss-Motor c) Nebenschlussmotor d) Doppelschlussmotor
EST 20
176
(ET02-A)
Frage
Nennen Sie verschiedene Verluste, die im Elektromotor entstehen!
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EST 20
177
Frage
Was bedeutet „Smart Meter“?
EST 20
178
Frage
Was bedeutet „Smart Grid“?
EST 20
179
Frage
Was bedeutet „Smart“?
EST 20
180
Frage
Kann mit einem „Smart Meter“ oder mit dem „Smart Grid“ Strom gespart werden?