In einer Produktionsanlage wird eine Synchronmaschine mit einem durch das öffentliche Netz gespeiste Wechselrichter drehzahlvariabel betrieben. Zeichnen Sie eine schematische Darstellung des Antriebssystems und beschreiben Sie die Funktion der Komponenten.
Wechselstromnetz stellt dreiphasigen Wechselstrom mit 50Hz zur Verfügung.
Der Wechselrichter wandelt Strom mit fester Frequenz in Strom mit beliebiger Frequenz um.
Die Synchronmaschine wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um.
Last, die von der Synchronmaschine angetrieben wird
Regler regelt den Wechselrichter
Vergleichen Sie elektrische Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Nennen Sie zwei Vor- und zwei Nachteile.
Vorteile:
höherer Wirkungsgrad
wartungsärmer
Nachteile:
Rohstoffbedarf (seltene Erden)
Tankgeschwindigkeit
Definieren Sie das Induktionsgesetz mathematisch und erläutern Sie es.
Die induzierte Spannung entspricht der negativen zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses.
Definieren Sie die Lorenzkraft mathematisch und erläutern Sie es.
Auf eine Ladung 𝑄, die sich mit der Geschwindigkeit in einem Magnetfeld bewegt, wirkt die Kraft (Lorentzkraft).
Welches Feld sorgt in einer elektrischen Maschine für die Energiewandlung?
das magnetische Drehfeld
Wann wird eine Synchronmaschine als übererregt und wann als untererregt bezeichnet? Zeichnen Sie ein Zeigerdiagramm mit Polradspannung Up und Statorspannung Us eines übererregten Betriebs.
untererregt: IUsI>IUpI
übererregt: IUpI>IUsI
Welche Annahme wird häufig bezüglich der relativen Permeabilität von Eisen getroffen? Wann ist diese nicht mehr gültig?
Eine häufige Annahme bezüglich der relativen Permeabilität von Eisen ist, dass sie sehr hoch ist oder sogar gegen unendlich geht, wenn Eisen nicht gesättigt ist.
Allerdings ist diese Annahme nicht mehr gültig, wenn das Eisen gesättigt ist.
Beschreiben Sie das Grundlegende Charakteristikum einer Gleichstrom-Nebenschlussmaschine.
Rotor und Stator befinden sich in Parallelschaltung.
Nennen und beschreiben Sie zwei Arten von Rotoren bei Asynchronmaschinen. Nenne Sie je einen Vor- und einen Nachteil.
Käfigläufer:
Vorteil: einfache Konstruktion
Nachteil: eingeschränkter Betriebsbereich
Schleifringläufer:
Vorteil: flexibler Betriebsbereich
Nachteil: höherer Wartungsaufwand
Betrachten Sie den in Abb. 1 gegebenen Aufbau. Skizzieren Sie schematisch den Verlauf der an den Klemmen messbaren Spannung über der Zeit u(t) mit der Annahme konstanter Rotationsgeschwindigkeit und homogener Flussdichte. Nehmen Sie weiterhin an, dass untenstehend der Anfangszustand dargestellt ist.
Diagramm:
Definieren Sie das Durchflutungsgesetz mathematisch und erläutern Sie es.
Das Ringintegral über die magnetische Feldstärke ist gleich der Summe der eingeschlossenen Ströme.
Beschreiben Sie die Entstehung des magnetischen Drehfeldes im Luftspalt einer elektrischen Maschine am dreiphasigen Netz
Je eine Phase des Netzes erzeugt mit einem Strang der Maschine ein näherungsweise sinusförmiges pulsierendes Feld im Luftspalt. Da diese räumlich und zeitlich um 120° versetzt sind ergibt sich ein näherungsweise sinusförmiges Drehfeld.
Erläutern Sie, was man unter Harmonischen versteht. Was ist diesbezüglich im Zusammenhang mit Drehfeldern in elektrischen Maschinen gewünscht?
Eine Harmonische beschreibt die Frequenz einer Schwingung als ganzzahliges Verhältnis einer Grundschwingung.
Bei Drehfeldern in elektrischen Maschinen ist im Allgemeinen gewünscht, dass die erste Harmonische dominiert.
Zeichnen Sie die d- und q-Achse des Schenkelpolläufers in Abb. 1 ein.
Wann wird eine Synchronmaschine als übererregt und wann als untererregt bezeichnet?
Zeichnen Sie ein Zeigerdiagramm mit der Polradspannung Up, der Statorspannung Us und dem Polradwinkel ϑ eines übererregten generatorischen Betriebs.
Erläutern Sie, warum Statoren elektrischer Maschinen üblicherweise geblecht ausgeführt werden. Wieso können Rotoren von Synchronmaschinen nicht geblecht ausgeführt werden?
Statoren geblecht und isoliert - Verluste durch Verwirbelungen von Strömen zu reduzieren
Rotor aus dem Vollen - sind im stationären Betrieb keinen sich ändernden magn. Feldern zu erwarten und entwickeln daher auch keine Wirbelströme
Skizzieren Sie die Kloss’sche Kennlinie einer Asynchronmaschine im motorischen Betrieb. Markieren Sie den Kipppunkt und den Stillstandspunkt. Wie groß ist der Stillstandsschlupf?
Nennen Sie zwei Arten von Rotoren bei Asynchronmaschinen.
Käfigläufer
Schleifringläufer
Betrachten Sie den in Abb. 2 gegebenen Aufbau. Skizzieren Sie schematisch den Verlauf des Drehmoments M um die Mittelachse über den Winkel θ, wenn ein konstanter Strom I > 0 A fließt. Nehmen Sie weiterhin an, dass untenstehend der Anfangszustand dargestellt ist.
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