Warum wird ein Trafo geblecht und nicht aus einem Stück?
Minimiert Wirbelstromverluste
Wie sind die verschiedenen Spannungsebenen gekoppelt?
400KV / 230KV / 110KV / 10KV / 400V
Nennen Sie die unterschiedlichen Arten von magnetischen Feldern?
Gleichfeld: Amp. und Richtung verändern sich nicht
Wechselfeld: Amp und Richtung verändern sich
Pulsierendes Feld: Nur Amplituden veränderung
Drehfeld: Achse rotiert gegenbüber Bezugskoordinaten und Richtung bleibt gleich
Durchflutungsgesetzt
Ein stromdurchflossender gerader Leiter erzeugt ein Magnetfeld, dessen Feldlinen konzentrische Kreise sind.
B = mü * H
B = mür mü0 * H
Induktionsgesetz
Ein veränderliches Magnetfeld induziert in einen geschlossenen Leiter einen Strom, welches dem entgegengesetzt ist.
Wichtige Ströfälle
Behebung von Störfällen
Klemmenkurzschluss —> 70% der SChäden aus mechanischen Gründen
1-,2-,3- poliger Kurzschluss —> 30% der Schäden aus el. Gründen
Kurzunterbrechung
Kurzschlussabschaltung
Transformatorschaltungen
Konfuguration / Schaltgruppe / Eigenschaft
Stern / Yy0 / hohe Nennspannung
Dreieck / Yd5 / hoher Nennstrom
Zickzack / Yz5 / Verteilungstrafo
Supraleiter (Material)
Flüssiges Stickstoff
Flüssiges Helium
Yttrium- Barium-Kupferoxid
Kritische größen
Kritische Temp.
Kritische Flussdichte
Kritische Stromdichte
Vorteile
ca. halbes Bauvolumen
ca. halbe Verluste
besser Teillast-Wirkungsgrad
Betriebsarten
Leerlauf: —> Up=Un in Phase und Betrag
Generatorbetrieb: Turbine führt Welle —> erhötes Antriebmoment —> Polrad und Netzsp. um Alpha verschoben —> Up eilt U1 vorraus
Motorbetrieb: Maschine wird belastet —> Polrad und Netzsp. um Alpha verschoben —> Up eilt U1 nach
Phasenschieber: Nur Bildleistung
—-> Übererregt: Maschiene gibt Blindleistung ab —> wirkt kapazitiv Up>Us
—> Untererregt: Maschiene nimmt Q auf —> wirkt induktiv Up<Us
Zusammenfassung Trafo
Alles Quatsch
Übersetzungsverhältnis muss gleich sein
ober und unterseitige Nennspannung müssen übereinstimmen
Die relative Nenn und Kurzschlusspannung sollten gleich sein
Verhältnis Nennleistung 3:1
Schaltgruppen müssen passen
Aufbau und Wirkungsweise?
Ausführungsformen Rotor
Variante A: Schleifringläufer
Variante B: Käfigläufer
Wirkungsweise?
Stator erzeugt Drehfeld —> Drehfeld durchsetzt den Rotor und es kommt zur Spannungsinduktion —> Rotor kurzgeschlossen, es fließt ein Strom —> Rotor erzeugt ein Magnetfeld —> Aufgrund Statorfeld wirkt eine Kraft auf den Rotor —> Läuft die Maschine mit synckoner Drehzahl, gibt es keine Spannungsinduktion mehr —> Maschine wird gebremst —> es stellt sich eine Drehzahl ein
ESB
Formel und Energie?
Frequenz / Drehzahl
Aufbau: Stator / Rotor
Betriebszustände
Leerlauf: Polrad und Netzspannung haben gleichen Betrag und Phase
Phasenschieber: Polrad und Netzspannung gleichen Betrag aber ungleiches Phase; nur Q
Generator: Polrad eilkt Netzspannung vorraus; Energie ans Netz
Motor: Polrad eilt Netzspannung nach; nimmt Energie aus dem Netz
Wicklungsfaktoren (Nennen / kurz erklären)
1: Gruppenfaktor (bei mehreren Nuten pro Wicklung)
2: Sehnungsfaktor (bei verkürzter Spulenbreite)
3: Schrägungsfaktor (bei Schrägung; z.B. Käfigläufern ASM)
Carterfaktor (Erklären)
Der Carterfaktor beschreibt das Verhältnis zwischen geometrischer und ideller Luftspaltweite
Drehmomentlinie und Arten?
Reihenschlussmotor
Nebenschlussmotor
Doppelschlussmotor
Fremderregter Motor
Drehmoment bei unterschiedlichen Rotorarten
Transformator + ESB
Wofür wird die Zickzack-Schaltung benutzt?
Reduzierung von Oberschwingungen
Erhöhung der Kurzschlussfestigkeit
bessere Spannungsverteilung bei unsymetrischen Lasten
Sankey-Diagramm (Motorbetrieb)
mag. Eigenschaften von Materialien und Hysterese?
Aufbau
Kühlschema
indirekt Luft oder H2
Direkt H2
Wasser
Drehmoment von Vollpolläufer und Schenkelpolläufter?
Momentenkennlinie (Motorbetrieb/Gen)
Park’sches Modell
Verwirbelung der Stäbe
Leistungsgleichung
ESB im Leerlauf
Kloss’sche Formel
Momentenkennlinie (Klosssche Kennlinie)
Wie kann das Anlaufmoment und Kippmoment einer Käfigläufer ASM beeinflusst werden
Durch die Wahl eines geeigneten Rotorkäfigmaterials.
Durch die Wahl geeigneter Stromverdrängungsrotorgeometrien.
In welchem Verhältnis stehen das entwickelte Moment der ASM und die Statorspeisespannung?
quadratsich
Erläutern Sie den Begriff Anker.
Der Anker kann ein feststehender Teil einer Synchronmaschine sein.
Der Anker trägt eine Wicklung in sich.
Als Anker wird der Rotor der Gleichstromaschine bezeichnet.
Der Anker kann ein drehender Teil einer drehenden E-Maschine sein.
Der Anker ist ein Teil der Maschine, in den hinein induziert wird.
Erläutern Sie den Begriff Rotor.
Der Rotor kann eine Wicklung in sich tragen.
Erläutern Sie den Begriff Stator
Der Stator ist ein feststehender Teil einer drehenden E-Maschine.
Der Stator trägt eine Wicklung in sich.
Kennzeichnen Sie eine qualitative B-H-Kennlinie für ein typisches Maschinenblech und tragen Sie in dieses Diagramm die B-H-Kennlinie im Vakuum/Luft.
Die rote Kurve ist die B-H-Kennlinie eines Elektroblechs.
Die grüne Kurve ist die Luftgerade.
Was besagt der Carterfaktor?
Mit dem Carterfaktor wird der Luftspalt einer Maschine mit Nutung auf eine Maschine ohne Nutung umgerechnet.
Erläutern Sie das Durchflutungsgesetz (DFG) verbal.
Das DFG beschreibt den Zusammenhang zwischen einem stromdurchflossenen Leiter und der dadurch entstehenden Ausbildung des Magnetfeldes.
Erläutern Sie das elektrische Feld verbal.
Elektrisches Feld beschreibt die Kraft, die Ladungsträger aufeinander ausüben.
Welches Feld ist für den Energietransport innerhalb elektrischer Maschinen maßgeblich verantwortlich?
Magnetsiches Fed
Erläutern Sie den physikalischen Begriff Feld
Ein Feld weist im Raum einem jeden Punkt eine physikalsiche Eigenschaft und die Größe der Eigenschaft zu
Ein Feld dessen Amplitude und Richtung sich gegenüber dem ruhenden
Bezugskoordinatensystem nicht verändern wird als ein... bezeichnet.
Gleichfeld
Ein Feld dessen Amplitude und Richtung sich verändern, die Achse jedoch eingefroren ist, wird als ... bezeichnet.
Wechselfeld
Welche Aussagen über ein symmetrisches Drehfeld sind richtig?
Die Achse rotiert gegenüber einem Bezugskoordinatensystem, die Amplitude wird beibehalten
Wie kann ein sinusförmiges Wechselfeld mit der Frequenz f zerlegt werden?
In zwei Drehfelder mit der Kreisfrequenzw= 2 pi f
Wie können Endeffekte in elektrischen Maschinen modelliert werden?
Die reale Länge der Maschine wird um den doppelten Luftspalt vergrößert
Was besagt die Kennziffer eines Transformators bei der Schaltgruppenangabe aus?
Phasenverschiebung zwischen OS und US Seite in 30° Schritten
Sie sehen die Zeichen Yd5 auf einem Transformator. Welche Aussage ist richtig?
0S ist in Dreieck geschalten;
US ist in Stern geschalten;
Phasenverschiebung zwischen OS und US beträgt 150 Grad
Die grüne Kurve ist ein hartmagneistcher Werkstoff.
Die rote Kurve ist ein weichmagneistcher Werkstoff.
Die rote Kurve passt zu einem Elektroblech.
Die grüne Kurve passt zu einem Permanentmagneten.
Die grüne Kurve bringt viele Hystereseverluste in einem Wechselfeld mit sich.
Die rote Kurve bringt wenige Hystereseverluste in einem Wechselfeld mit sich.
Erläutern Sie das Induktionsgesetz (IG) verbal.
Das IG beschreibt die elektrische Spannung in einem Leiter, die mit einem magnetischen Feld verkettet ist und Änderungen ausgesetzt wird
Wie lautet das Induktionsgesetz?
Uind — d…/dt
Wie kennzeichnet sich eine Käfigläufer Asynchronmaschine?
Sie besizt keine Rotorseitige Speisung
Der Rotor ist über Kuzschlussringe kurzgeschlossen
Die Rotorspannung kann nicht direkt beeinflusst werden
Im Ersatzschaltbild ist die Rotorseite kurzgeschlossen
Weshalb wird der Rotor oft in geschrägter Form ausgeführt?
Die Oberwellen lassen sich durch eine Schrägung beeinflussen, was die Verluste verringert
Erklären Sie die kloss'sche Formel.
Mithilfe der Kloss'schen Formel kann bei Kenntnis von drei Werten zweier Betriebspunkte (Moment und Schlupf) die dazu komplementäre Größe (Schlupf oder Moment) berechnet werden.
Welche Aussagen sind richtig?
Für Schlupfwerte größer als eins arbeitet die Maschine als Bremse.
Der stabile Bereich einer ASM im Motorbetrieb ist definiert zwischen den Schlupfwerten von O und dem Kippschlupf.
Erläutern Sie den Begriff Koerzitiv-Feldstärke.
Koerzitiv-Feldstärke beschreibt die Höhe der notwendigen Feldstärke, die für die Entmagnetisierung eines Ferromagnetikums benötigt wird.
Punkte 1 bis 4 markieren markante Betriebspunkte von hartmagnetischen Werkstoffen. Beantworten Sie die dazu gestellten Fragen.
Punkt 1 markiert die Remanenzflussdichte Br.
Erläutern Sie den Begriff magnetischer Fluss.
Magnetischer Fluss ist das Intergal der magentischen Flussdichte und der Fläche, in der die Flussdichte enthalten ist.
Magnetischer Fluss kann in vielen Fällen als Produkt aus Flussdichte und Fläche (durch die der Fluss senkrecht hindurchtritt) vereinfacht dargestellt werden.
Erläutern Sie das magnetische Feld verbal.
Das magnetsiche Feld beschreibt die Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter, der einer magnetischen Flussdichte ausgesetzt ist
Geben Sie das Material-Gesetz fürs magnetische Feld in isotropen Ferromagnetika an.
B=u*H
u=B/H
Bringen Sie die Punkte zur Entstehung eines Moments in einer ASM in die richtige Reihenfolge!
Stator erzeugt ein Drehfeld mit w = 2rıf (zeitlich und räumlich veränderlich)
Drehfeld durchsetzt den Rotor > Spannungsinduktion im Rotor
Elektrisch leitfähige Wicklung im Rotor > Stromfluss in der Rotorwicklung
Rotor erzeugt magnetisches Feld (Ankerrückwirkung)
Aufgrund des Statorfelds wirkt eine Kraft auf den Rotor
Maschine entwickelt ein Drehmoment und dreht sich
Weshalb kann es elektrische Maschinen mit der Polpaarzahl = 5 geben, aber nicht mit fünf Polen?
Weil es keine magnetsichen Monopole gibt.
Erläutern Sie den Begriff Remanenzflussdichte
Remanenzflussdichte ist die Restmagnetiesierung eines ferromagnetischen Materials nach Wegnahme eines externen magnetsichen Feldes.
Ab welchem Wert der Flussdichte fängt der Sättigungsbereich eines typischen Elektroblechs an?
1,5-1,8T
Warum ist die Induktivitätsminderung durch die Stromverdrängung im Kurzsschlussläufer bei einer ASM im Anlauf unerwünscht?
Weil die Rotor-Induktivität im Anlauf/ Kurzschluss strombegrenzenzend wirkt.
Erklären Sie die totale Streuziffer einer Asynchronmaschine.
Die totale Streuziffer lässt eine Aussage über das Verhältnis aus Streu- und Hauptinduktivitäten einer ASM treffen.
Nennen Sie drei typische Verschaltungsarten eines Drehstrom-Transformators.
Zick-Zack-Schaltung
Dreieck-Schaltung
Stern-Schaltung
Y-Schaltung
Nennen Sie die wichtigsten elektrischen Verlustarten einer typischen elektrischen Maschine.
Kupferverluste
Eisenverluste
Ummagnetisierungsverluste
Hystereseverluste
Welche Verluste entstehen bei einer ASM im motorischen Betrieb im Stator
Stromwärmeverluste
Zusatzverluste
Erläutern Sie den Begriff Wirkungsgrad.
Wirkungsgrad ist das Verhältnis aus der entnommenen und zugeführten Leistung eines Systems
Zeichnen Sie das einsträngige T-Ersatzschaltbild einer realen Asynchronmaschine (ASM)
mit einem Schleifring-Rotor mit rotorseitig vorgeschalteten Anlaufwiderständen mit Berücksichtigung
sämtlicher Ihnen bekannter Verluste und kennzeichnen Sie die einzelnen
Elemente. Zeichnen Sie zudem Strom- und Spannungspfeile ein.
Zeichnen Sie das einsträngige Ersatzschaltbild eines fremderregten Synchrongenerators
mit Berücksichtigung sämtlicher Ihnen bekannter Verluste und kennzeichnen Sie die
einzelnen Elemente. Zeichnen Sie zudem Strom- und Spannungspfeile ein.
Geben Sie die vier wesentlichen Schritte bei der Aufstellung eines Differenzialgleichungs-
systems für eine elektrische Maschine mittels Euler-Lagrange-Formalismus an.
Nennen Sie alle Ihnen bekannten Wicklungsfaktoren einer elektrischen Maschine und
beschreiben Sie, was diese Faktoren ausdrücken.
Wie groß ist die Frequenz der Rotorströme in einer zweipoligen ASM, die an ein 50Hz-
Netz angeschlossen ist und mit = 2940 min−1 dreht?
Zeichnen Sie qualitativ die Drehmoment-Schlupf-Kennlinie einer Käfigläufer-ASM mit
Einzelstabrotor und mit Doppelstabrotor in ein Diagramm und kennzeichnen Sie darin
den stabilen Arbeitsbereich sowie die wichtigsten Betriebspunkte.
Wie lässt sich der Schlupf bei einer Schleifring-ASM vergrößern und was bedeutet dies
für die Verlustleistung der Maschine?
Erklären Sie den Begriff Hystereseverluste einer elektrischen Maschine. Zeichnen Sie ein
qualitatives BH-Diagramm mit der Hysteresekurve eines ferromagnetischen Materials.
Schraffieren Sie die Fläche im BH-Diagramm, die den Hystereseverlusten äquivalent
ist. Zeichnen Sie ebenfalls qualitativ die Neukurve in das BH-Diagramm ein.
Definieren Sie Kloß’sche Formel! Gesucht ist ein Formelausdruck
Erklären Sie den Begriff Streuziffer und geben Sie einen Formelausdruck an.
Erläutern Sie, für was der Carter’sche Faktor bei der Betrachtung rotierender elektrische
Maschine dient. Geben Sie einen Formelausdruck an.
Beschreiben Sie die leistungsbestimmenden Faktoren einer rotierenden elektrischen Ma-
schine. Erklären Sie, wodurch jeder dieser Faktoren limitiert ist. (Hinweis: die Scheinleistung
ist äquivalent dem Produkt aus magnetischen und mechanischen Größen.
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