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Description
Flashcards by Phil Fischer, updated more than 1 year ago
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Created by Phil Fischer
over 8 years ago
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| Question | Answer |
| Wieviel Phasen hat Drehstrom? | drei Phasen (d.h. drei stromführende Leiter) |
| Wie wird Drehstrom erzeugt? | Drei Spulen im Abstand von 120° werden rund um ein sich drehendes Magnetfeld angeordnet |
| Was entsteht durch die Erzeugung von Drehstrom? | Es entstehen drei 120° zueinander phasenverschobene sinusförmige Wechselspannungen |
| Wie verhält sich Amplitude und Frequenz bei den drei sinusförmigen Wechselspannungen | Die Amplitude und Frequenz der drei Phasen ist gleich |
| Welchen Betrag hat die Summe aller drei Wechselspannungen - unter Betrachtung des Diagramms - zu jeder Stelle | Die Summe der Wechselspannungen ist zu jedem Zeitpunkt null |
| Woraus besteht das Wechselstromnetz? | aus drei stromführenden Leitern (L1-L3) einem Neutralleiter (N) sowie einem Schutzleiter (PE) |
| Wie wird der Neutralleiter gebildet? | Im Kraftwerk werden die 3 stromerzeugenden Spulen des Generators mit jeweils einem Ende zusammengeschalten (Sternpunkt) |
| Wie verhalten sich die verschiedenen Spannungen zueinander | |
| Was ist die sog. Sternspannung | Die Spannung zwischen einem der Außenleiter und dem Neutralleiter |
| Was wird als Nenn- oder Leiterspannung bezeichnet | Die Spannungen zwischen zwei Außenleitern (entsprechen der Serienschaltung von zwei Sternspannungen) |
| Wieso ist der Vektor der sich durch vektorielle Addition im Zeigerdiagramm ergibt um den Faktor √3 größer? | jeweils 2 Sternspannungen ergeben die Schenkel und die Leiterspannung die Basis eines gleichschenkeligen Dreiecks (Winkel zwischen den Sternspannungen beträgt immer 120°) |
| Was erzeugt ein harmonischer Wechselstrom in einer Spule? | Ein Magnetfeld mit einem ebenso harmonischen Verlauf |
| Wie verhält sich die Flussdichte einer harmonisch angeregten Spule zum Spulenstrom? | Die Flussdichte ist dem Spulenstrom direkt Proportional |
| Warum ist keine H-Brücke oder ein Kommutator notwendig um die Magnetfeldrichtung umzukehren? | Da das Magnetfeld im Laufe einer Periode die Richtung ändert Es verschwindet bei den Nulldurchgängen des Stroms vollkommen |
| Wie wird ein Drehfeld unter der Verwendung von Dreiphasenwechselstrom erzeugt? | Drei Spulen werden 120° versetzt im Kreis angeordnet wiederum wird an diese eine um 120° versetzte Wechselspannung angelegt |
| Was passiert in den Spulen beim erzeugen eines Drehfelds? | In jeder einzelnen Spule bildet sich ein harmonisches Magnetfeld aus welches zu den anderen Spulen eine Phasendifferenz aufweist |
| Wozu dient die Phasendifferenz? | Die Phasendifferenz sorgt dafür das alle Spulen ihr Maximum zeitlich nacheinander erreichen |
| Was ist ein Summenflussdichtenvektor? | Die vektorielle Addition der drei Flussdichten aller drei Spulen zu jedem beliebigen Zeitpunkt |
| Welche Länge weißt der Summenflussdichtenvektor auf? | Eine konstante Länge |
| Wie bewegt sich die Spitze des Summenflussdichtenvektors? | Sie bewegt sich mit der Spitze genau entlang eines Kreises und hat die Frequenz des angelegten Drehstroms |
| Wie wird also ein Drehfeld erzeugt? | Die geometrische Anordnung der Spulen und der Drehstrom erzeugen ein magnetisches Drehfeld |
| Wie stellt sich die Vektoraddition der Flussdichten graphisch dar? | |
| Was gibt die Polpaarzahl "p" an? | Die Anzahl der Paare von magnetischen Polen innerhalb von rotierenden elektrischen Maschinen |
| Was sagt die Polpaarzahl "p=2" aus? | Die Polpaare wechseln sich doppelt sooft ab (wicklungsbezogen) |
| Wie hängt die Drehfelddrehzahl mit der Anzahl der Polpaare zusammen? | bei "p = 2" dreht sich die Maschine nur mit der halben Netzfrequenz "f1" Die Drehfelddrehzahl ist nun nurmehr halb so groß |
| Wie kann die Drehzahl des Rotors verändert werden? | Da die Drehzahl des Rotors "n" ungefähr der Drehzahl des Drehfeldes "nd" entspricht kann durch Veränderung der Anzahl der Pole eine Drehzahländerung erfolgen |
| Wieso ist die Methode der "Änderung der Anzahl an Polpaaren" nur für einfache Anwendungen möglich? | Da die Drehzahl nur in ganzzahlige Vielfache verändert werden kann |
| Stellen Sie die Formel für die Drehfelddrehzahl auf | |
| Was sind sogenannte "Ständerschaltungen"? | Stern- oder Dreieckschaltungen In beiden Fällen wird die Spannung über einer Wicklung als "Strangspannung" und der Strom durch die Wicklung als "Strangstrom" bezeichnet. |
| Skizzieren Sie eine Sternschaltung | |
| Welches Verhalten zeigen Strom und Spannung in Sternschaltungen (Formel) | |
| Skizzieren Sie eine Dreieckschaltung | |
| Welches Verhalten zeigen Strom und Spannung in Dreieckschaltungen (Formel) | |
| Welche zusammenhänge gelten für gleiche Wicklungsimpedanz "Z" und Leiterspannung "UL" | |
| Welche Größen sind in Sternspannungen gleich groß? | In Sternspannungen sind Außenleiterströme und Strangströme gleich groß |
| Wie verhalten sich Strang- und Leiterspannungen in Sternschaltungen? | Die Leiterspannungen sind zueinander um den Verkettungsfaktor √3 größer als die Strangspannungen |
| Welche Größen sind in Dreieckschaltung gleich groß? | In der Dreieckschaltung sind Außenleiterspannung und Strangspannung gleich groß |
| Wie verhalten sich Leiter- und Strangströme in Dreieckschaltungen? | Die Leiterströme sind zueinander um den Verkettungsfaktor √3 größer als die Strangströme |
| Wie kann man den hohen Anlaufstrom reduzieren? | Üblicherweise werden Motoren hierfür beim Anlaufen in Sternschaltung betrieben |
| Wieso werden Sternschaltungen zum reduzieren des Anlaufstroms verwendet? | Da vom Motor nur ein Drittel des Stroms im Vergleich zur Dreieckschaltung aufgenommen wird |
| Wie wirkt sich das Verwenden einer Sternschaltung zur Verringerung des Anlaufstroms auf das Drehmoment und Leistung aus? | Die Leistung und somit das Drehmoment sind um ein Drittel geringer. |
| Worin werden Drehstrommaschinen unterteilt? | Synchronmaschinen Asynchronmaschinen |
| Was unterscheidet Synchron und Asynchronmaschinen generell? | Ob sich das Stator-Magnetfeld gleich schnell dreht wie das Drehfeld des Rotors (Synchron) oder nicht (Asynchron) |
| Was passiert am Stator bei einer Synchronmaschine? | Hier befinden sich die Drehstormwicklungen die ein magn. Feld erzeugen Die Drehzahl ist der Netzfrequenz proportional |
| Was passiert am Rotor in einer Synchronmaschine? | Der Rotor stellt einen magn. Dipol dar der dem Statordrehfeld synchron folgt. |
| Wie kann der Dipol des Rotors bei Synchronmotoren erzeugt werden? | Es gibt zwei Möglichkeiten: - Zylinderspule - Permanentmagnet (Stabmagnet) |
| Wie sind Zylinderspulen auf Rotoren in Synchronmotoren zur Erzeugung eines magnetischen Dipols aufgebaut? | Auf dem Rotor aufgewickelte Spule die über Schleifringe mit dem Gleichstrom gespeist wird |
| Was sind sogenannte "brushless dc motors" | dt."bürstenlose Gleichstrommotoren" sind im wesentlichen Synchronmotoren die mit einem Permanentmagneten als Rotor angetrieben werden. |
| Welche Spannung wird bei diesen "brushless dc motors" verwendet? | Die Statorwicklungen werden nun mit Rechteckspannungen gespeist und nichtmehr mit Wechselspannung |
| Wie entstehen diese Rechteckspannungen, kann doch nur eine Gleichspannung angelegt werden? | Mittels H-Brücke Die el. H-Brücke ersetzt so den mechanischen Kommutator (wartungsarm) |
| Was versteht man unter dem Begriff Polradwinkel? | Bei Synchronmotoren drehen sich Statorfeld und Rotor gleich schnell Unbelastet befinden sich die Pole des Läufers immer über oder unter den Polen des Drehfeldes Der Polradwinkel (Lastwinkel) ist Null |
| Was geschieht, wird der Motor an der Welle belastet? | So bleibt der der Läufer etwas hinter dem Drehfeld zurück |
| Welche Charakteristika weißt die Momentenkennlinie von Synchronmotoren auf? | Ist der Polradwinkel Null, so ist auch das Drehmoment Null Mit steigendem Polradwinkel steigt auch das Moment |
| Was ist das Kippmoment "Mk"? | Bei einem gewissen Polradwinkel ist das Moment am größten |
| Was passiert, wird der Polradwinkel trotz des bereits erreichten Kippmoments weiter erhöht? | Die Maschine "fällt außer Tritt" Die Maschine fährt dann asynchron weiter oder bleibt stehen Dieser Zustand MUSS vermieden werden! |
| Skizzieren Sie eine beispielhafte Momentenkennlinie für Synchronmaschinen | |
| Wie kann bei Synchronmaschinen die Drehzahl eingestellt werden? | durch Polumschaltung (Veränderung der Polpaaranzahl) durch Änderung der Betriebsfrequenz (Frequenzumrichter) |
| Wie können Synchronmaschinen als Generator eingesetzt werden? | Hierzu wird der Rotor mechanisch angetrieben und die Statorwicklungen produzieren Drehstrom |
| Wie kann der Leistungsfaktor und der für die Verbraucher notwendige Blindstrom erzeugt werden? | Wird das Magnetfeld des Rotors mit einer Spule erzeugt, so kann dessen Stärke im Betrieb verändert werden. |
| Was zeichnet Asynchronmotoren aus? | Sie sind sehr robust und einfach zu bauen zudem weißen sie einen hohen Wirkungsgrad auf |
| Asynchronmotoren gehören zu der Gruppe der Induktionsmotoren was bedeutet das? | Die beiden Drehmoment bildenden Größen sind Erregerfeld und Ankerstrom diese sind wie bei einem Transformator durch das Induktionsgesetz miteinander verkettet |
| Welche Asynchronmaschinen unterscheiden wir generell? | - Schleifringläufer - Kurzschlussläufer |
| Wie sind Asynchronmaschinen aufgebaut? | Stator (Ständer): dieser enthält die Spulen die das Drehfeld erzeugen Rotor (Läufer): kann auf zwei verschiedene Arten ausgeführt sein |
| Was ist der Schleifringläufer und wie funktioniert er? | Enthält der Rotor ebenfalls Spulen werden sie über Bürsten nach außen geführt. Durch Anschließen von externen Widerständen an der Rotorwicklung kann dann die Drehzahl kontinuierlich eingestellt werden |
| Was ist ein Kurzschlussläufer? | der Läufer besteht aus zylindrischen Metallstäben die an den Stirnseiten mit Metallringen geschlossen sind |
| Wie kann eine Drehzahländerung erfolgen? | Da die Rotorwicklung nicht zugänglich ist kann lediglich eine Polumschaltung oder durch Änderung der Frequenz der Betriebsspannung eingesetzt werden |
| Warum werden Kurzschlussläufern anstelle von Schleifringläufern häufiger eingesetzt? | Da Frequenzumrichter billig und leistungsstark geworden sind und die Frequenz der Betriebsspannung so komfortabler eingestellt werden kann |
| Erklären Sie das Funktionsprinzip des Asynchronmotors | 1.) Das Drehfeld des Stators induziert in den Stäben des Rotors eine Spannung (Trafo) 2.) Die induzierte Spannung bewirkt einen Stromfluss in den Rotor-Stäben 3.) Das durch den Läuferstrom induzierte Magnetfeld ist dem Magnetfeld der Statorwicklungen entgegengesetzt, dadurch kommt eine Drehbewegung zustande |
| Stärke des Drehfeldes | der Blindwiderstand (XL = w*L) der Motorinduktivität nimmt mit der Frequenz zu |
| Induzierte Rotorspannung | Um eine Spannung (U2) zu induzieren müssen die magn. Feldlinien geschnitten werden (mag. Fluss in der Leiterschleife muss sich ändern) |
| Wann würde kein Drehmoment erzeugt werden? | Wenn sich der Rotor mit der selben Geschwindigkeit wie das Drehfeld bewegt wirk keine Spannung induziert und kein Drehmoment erzeugt |
| Welche Aussage bezüglich der Relativgeschwindigkeit "v" des Drehzahlunterschiedes von Drehfelddrehzahl und Läuferdrehzahl trifft zu? | "v" ist der Drehfelddrehzahl "ng" und der Läuferdrehzahl "n" proportional Der Drehzahlunterschied wird als Schlupfdrehzahl "ns" bezeichnet |
| Stellen Sie die Formel für "ns" auf | |
| Was ist der Schlupf? | Der Schlupf ist das Verhältnis aus Schlupfdrehzahl und Drehfelddrehzahl |
| Wie lautet die Formel für den Schlupf? | |
| Welche Werte kann der Schlupf annehmen? | zwischen 1 und 0 wobei: 1=Stillstand 0=Leerlauf |
| Kann man die Rotordrehzahl "n" aus dem Schlupf berechnen? und wenn ja welche weiteren Parameter müssen noch angegeben werden? | Ja, insofern Drehfelddrehzahl und Schlupf bekannt sind kann die Gleichung folgend umgestellt werden |
| Wie verhält sich die im Frequenz (f2) der im Läufer induzierten Spannung bzw. des resultierenden Stroms | Sie ist stets geringer als die Netzfrequenz (f1) |
| Wie wird nun bei Asynchronmaschinen ein Drehmoment erzeugt? | Die auf den Rotorstab wirkende Lorenzkraft ist proportional zu der Rotorstromstärke der Statorflussdichte und der Länge des Rotorstabes |
| Wovon hängt das erzeugte Drehmoment also ab? | von der Hebellänge (Radius des Rotors "r") und der Anzahl der Stäbe |
| Was passiert bei gegebenen geometrischen Verhältnissen in denen nurmehr die Statorflussdichte und die Läuferstromstärke von Bedeutung sind? | |
| Wieso ist die induzierte Spannung bzw. der resultierende Strom im Rotor proportional zur Statorflussdichte? | Aufgrund des Induktionsgesetzes daher zeigt der Motormoment eine quadratische Annäherung der Statorflussdichte und damit vom Quotienten aus der Statorspannung und der Netzfrequenz |
| Wie würde der Sachverhalt der die Proportionalität der Statorflussdichte zum resultierenden Strom bzw. der Spannung im Rotor mathematisch aussehen? | |
| Was geschieht wenn bei der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie der Schlupf (s<0) beträgt | Durch die treibende Last kann die Motordrehzahl "n" größer werden als die Statordrehzahl "nd" der Schlupf wird negativ und die Funktionsweise entspricht einem Generator, der Motor gibt einen Bremsmoment ab und speist elektrische Energie ins Netz |
| Was geschieht wenn bei der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie der Schlupf (s=0) beträgt | Der Rotor dreht sich gleich Schnell wie das Drehfeld, weshalb keine Spannung bzw. Strom im Rotor induziert wird, das Motordrehmoment "n" wird Null Dies entspricht dem "Leerlauf" |
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