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Elektrische Maschinen Pulsweiten Modulation Gleichstromm Drehzahl Drehstrom- Nebenschlussmotor Tabellen
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Elektrische Maschinen Pulsweiten Modulation Gleichstromm Drehzahl Drehstrom- Nebenschlussmotor Tabellen
Guten Tag,
suchen Sie Lösungen, im Anhang Text und Links mit Tabellen.
Viel Erfolg
MfG Bruderer
Läufergespeister Drehstrom-Nebenschlußmotor Typ DNR(F)
Der läufergespeiste Drehstrom-Nebenschlussmotor ermöglicht auf einfache und wirtschaftliche Weise die stufen- und verlustlose Drehzahlregulierung. Er vereinigt in sich einen Elektromotor mit einem elektrischen Regelsystem und entspricht einer hochqualifizierten Maschine.
Ein robustes Motorensystem ohne Regelelektronik, welches selbst bei schwierigsten Betriebsbedingungen und starker Überlastung größte Betriebssicherheit gewährleistet.
Der FAURNDAU-Motor ist ein hervorragendes Antriebsmittel für Maschinen mit veränderlicher Drehzahl.
Alle FAURNDAU-Drehstrom-Nebenschlußmotoren sind in 4- oder 6-poliger Baureihe lieferbar.
Die besonderen Vorteile dieses Antriebssystems:
• Die stufenlose Drehzahlsteuerung erfolgt im Motor selbst ohne mechanische Zwischenglieder.
• Das Drehmoment bleibt im gesamten Verstellbereich annähernd konstant.
• Anzugsmoment bis zum 2,5fachen des Motorenbemessungsmomentes.
• Optimale Ausnutzung der elektrischen Energie durch einen hohen Wirkungsgrad.
• Ansteuerung über Schütze - direkt aus dem Drehstromnetz.
• Bürstenstandzeiten bis zu 15000 Betriebsstunden.
Baugrößen: DNR 0 - DNR 75-6
Leistungsbereiche: 2,0 - 125 kW
Drehzahlbereich: 0 - 2500 Upm
Schutzart: IP 21 S, IPR 44
Wärmeklasse: B oder B/F
Sonderausführungen mit Zusatzaggregaten (Drehzahlgeber, Filter, Überlastrelais) möglich.
http://www.faurndau.com/produkte_dreh_typ_lauf.html
3.8 Der Gleichstromnebenschlußmotor
Auszug ohne Bilder und Tabellen aus:
http://freeweb.dnet.it/motor/Kap3.htm
Als Beispeil für einen Gleichstrommotor soll hier der Gleichstromnebenschlußmotor angeführt und beschrieben werden. In Bild 3.9 sehen wir einen werksmäßig gefertigten Gleichstromnebenschluß-motor mit Trommelanker. Wir können dabei einige bereits genannte und besprochene Bauteile erkennen: Rechts unten im Bild befindet sich die Bürstenhalterung, die die Kohle- oder Graphitbürsten trägt, über die der Strom in den Anker fließt. Gleich dahinter ist der Stromwender mit seinen zahl-reichen Segmenten angeordnet. In der Mitte ist der Läufer abgebildet; es handelt sich hierbei um einen sog. Trommelanker, wie er in Kapitel 3.5.2.1 beschrieben wurde. Etwas links sehen wir den Klemmkasten mit dem Klemmbrett. Hier befinden sich die gesamten Anschlüsse für den Ständerstromkreis, Ankerstromkreis usw. Ganz links draußen erkennen wir den Lüfter. Er ist ist an der Welle befestigt und dreht sich zusammen mit den restlichen Ankerteilen um die Wellenachse. Er dient zur Kühlung des Motors, der bei seiner Arbeitsleistung auch Wärme abgibt. Am Ring an der Oberseite des Ständers kann der Motor aufgehoben und transportiert werden.
Die Nebenschluß-Erregerwicklung ist parallel zum Ankerstromkreis geschaltet und an eine feste, gleichbleibende Spannung angeschlossen. Der Erregerstrom hängt somit nicht von der Belastung ab und beträgt nur wenige Prozent des Ankerstroms. Nebenschlußwicklungen weisen eine hohe Windungszahl N auf; der Draht der Wicklungen sollte dabei stets einen kleinen Durchmesser haben.
Im Bereich der Industrieantriebe werden vor allem fremderregte Gleichstrom-nebenschlußmotoren angewandt, da die Drehzahl dieser Maschinen leicht zu regeln ist. Im Gegensatz zum selbsterregten Gleichstromnebenschlußmotor besitzt er einen vom Ankerstrom getrennten Stromkreis, der nur die Erregerwicklungen durchfließt (Fremderregung). Falls die Spannung dieses Stromkreises konstant ist, entspricht das Schaltbild des Gleichstromnebenschlußmotors dem des fremderregten Gleichstromnebenschlußmotors.
Bild 3.9 Ersatzschaltbild eines fremderregten Gleichstrommotors
Der Kreis mit dem Motorzeichen M stellt die eigentliche Leiterschleife dar, die im Magnetfluß F der Erregerspulen rotiert. Infolge dieser Drehbewegung, die mit der Winkelgeschwindigkeit  = 2p n erfolgt (n ist die Drehzahl des Ankers), wird in den Erregerspulen eine Urspannunginduziert, die dem Ankerstrom IA entgegenwirkt (Lenzsche Regel). Die Urspannung E hat dieselbe Richtung wie die Ankerspannung U: Sie geht von der Plusklemme A1 über den Kollektor in die Leiterschleifen des Ankers, welche den Widerstand RA aufweisen und von dort wiederum zurück über den Kollektor zur Minusklemme A2.
3.8.1 Herleitung des Drehmoments
Damit die Erregerwicklung zum Elektromagneten wird und den magnetischen
Fluß  erzeugt, muß eine Spannung UE angelegt werden. Sie bringt den notwendigen Strom IE zum Fließen, der durch die Wicklungen der Spule fließt, die ihm den ohmschen Widerstand RE entgegensetzt. Für den Erregerkreis gilt: UE = IE RE. Das 2. Kirchhoffsche Gesetz (Maschenregel) ergibt für den Ankerkreis U = E + IA RA.
Nach dem Induktionsgesetz ist die induzierte Spannung dem Fluß  und der Winkel-geschwindigkeit  proportional: E=c  ; wobei c die Maschinenkonstante ist. Sie wird von der Maschinenausführung bestimmt.
Die Welle des Motors führt eine Rotationsbewegung aus. Man kann deshalb an ihr eine mechanische Leistung PMECH =  M abnehmen. M ist dabei das vom Motor ent-wickelte Drehmoment.
Elektromotoren sind elektrisch-mechanische Energiewandler, folglich gibt es einen Zusammenhang zwischen ihren elektrischen Größen (IA) und ihren mechanischen Größen (M). Multipliziert man die Größe für die Spannung im Ankerkreis mit IA, erhält man eine Leistungsbilanz: U IA = E IA + I²A RA
U IA ist eine Summe, die sich aus zwei Teilen zusammensetzt: Der Leistungsanteil I²A RA wird allerdings nur in Joulsche Wärme umgesetzt; für die Erbringung einer mechanischen Leistung ist E IA verantwortlich. Diese mechanische Leistung setzt sich ihrerseits wieder aus zwei Komponenten zusammen: Zum einen aus der Leistung, die benötigt wird die Lager- und Lüfterreibung des Motors zu überwinden, zum anderen aus der eigentlichen Arbeitsleistung für den Betrieb der an den Motor gekoppelten Arbeitsmaschine. Es ergibt sich für die Leistungsbilanz:
E IA=PANTRIEB +PREIBUNG=  M+ MR.
In der Praxis ist die Antriebsleistung natürlich viel größer als die Leistung, die an die Reibung verlorengeht, sodaß PANTRIEB >>PREIBUNG und E IA =  M ist. Für E kann man c   einsetzen. Man erhält M = c  IA.
Die vorherigen Gleichungen beschreiben das stationäre Verhalten des Gleichstromnebenschlußmotors, welches sich in seiner stationären Kennlinie äußert. Wichtig, weil von praktischer Bedeutung, sind hier die Drehzahl-Drehmomenten- kennlinien und die Ankerstrom-Drehmomenten-Kennlinien (M = c  IA ).
3.8.2 Herleitung der Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie:
U = E + IA RA soll auf E aufgelöst und in (3.0) E = c  eingesetzt werden:
(3.1)  = U / (c  ) – (IA RA) / (c  )
M= c  IA soll auf IA aufgelöst werden:
(3.2)  = U / (c  ) – (RA / (c  )²) M
Die Drehzahl ist mit n =  / 2 festgelegt:
(3.3) n = U / (2 c  ) – (RA / (2 (c  )²) M) = n0 -  n.
Bild 3.10 a) Verlauf von n nach Gl.(3.3) b) Verlauf von I A nach Gl.(3.0)
Die Kurve verläuft sehr flach, der Fachmann würde sagen, sie ist "hart". Das heißt, daß der Drehzahlabfall bei Belastung mit dem Moment M an der Welle relativ klein ist. Dieses Verhalten nennt man "Nebenschlußverhalten". Es ist charakteristisch für die Gleichstromnebenschlußmotoren.
Falls M = 0, heißt die daraus folgende Größe n0Leerlaufdrehzahl.  n ist der Drehzahlabfall bei Belastung des Motors mit dem Moment M. Bild 3.10 zeigt den Verlauf von n (nach Gl. 3.3) und IA (nach Gl. 3.0).
3.9 Die Drehzahlstellung beim Gleichstromnebenschlußmotor
Mit Gleichstromnebenschlußmotoren werden Arbeitsmaschinen angetrieben, die einen hochpräzisen Antrieb haben müssen und deshalb eine exakte Drehzahlstellung benötigen. Diese Arbeitsmaschinen machen also einen Motor erforderlich, bei dem man problemlos jede beliebige Drehzahl einstellen kann. In folgender Gleichung kann man drei Größen erkennen, über die das möglich ist:
n = U / (2 c  ) – (RA / (2 (c  )²) M) = n0 -  n
a. Ankerspannung U (Spannungssteuerung)
b. Hauptfeldfluß  (Feldsteuerung)
c. Ankerwiderstand RA (Widerstandssteuerung)
3.9.1 Spannungssteuerung
Falls der Erregerstrom IE und der magnetische Fluß  konstant gehalten werden sollen, muß der Motor fremderregt werden. Da U eine regelbare Größe (Parameter) ist, ändert sich beim Verstellen der Spannung auch die Nenn- und Bemessungs- spannung UN. In Bild 3.11 entstehen parallel gegeneinander verschobene Geraden. Zu beachten ist, daß sich bei der Umkehrung des Vorzeichens der Spannung auch die Drehbewegung der Welle ändert.
Bild 3.11 Kennlinienparameter U
Durch Auflösen der Gleichung (3.0) auf IA erkennt man, daß der Strom allein von der Wellenbelastung (Lastmoment M) abhängt:
(3.4) IA = M / (c  ).
Der Strom ist also unabhängig von der angelegten Spannung. Normalerweise würde man bei einem Anstieg der Spannung an den Polen eines Elektrogerätes auch einen Anstieg des Stromes erwarten. Da bei einem Drehzahl anstieg (also einer Vergrößerung der Klemmenspannung U) die in den Ankerwicklungen induzierte (Gegen-) Urspannung UE ansteigt, bleibt die Differenz zwischen U und UE konstant (siehe Gleichung
IA = (U–E) / RA ).
Bei diesem Elektromotor kann man also eine erstaunliche Eigenschaft feststellen: Falls die Belastung des Motors zunimmt, entnimmt er den zur Bewältigung der Last notwendigen Strom eigenständig dem Netz oder dem Speisgerät. Bei einem Verbren-nungsmotor hingegen muß man bei steigender Belastung (z.B. Kraftfahrzeug an Straßensteigung) das Gaspedal entsprechend durchtreten.
Die Drehzahlstellung eines Gleichstrommotors erfolgt heute fast ausschließlich über thyristorgesteuerte Gleichrichter (siehe Kapitel 1.4), die eine einfache Änderung der Gleichspannung zulassen.
3.9.2 Feldsteuerung
Bild 3.12 Kennlinienparameter 
Wenn man den Fluß  verändert, so beeinflußt man dadurch sowohl die Leerlaufdrehzahl als auch den Drehzahlabfall (siehe Gleichung (3.3)). Verringert man bei gleichem Moment M den Wert von  , so steigt der Strom an (siehe Gleichung (3.4)). Man kann sich das auch anschaulich erklären, wenn man sich die Entsteh-ung des Drehmomentes M vor Augen hält: dazu ist nämlich eine Kraftwirkung zwischen dem Hauptfeld (Flußdichte B) und dem vom Strom IA durchflossenen Ankerwicklungen (Fluß  ) nötig. Wird eine der beiden Größen kleiner, muß folglich die andere ansteigen und umgekehrt, um das gleiche Moment M aufzubringen. In der Praxis wird dabei die Erregerspannug UE durch Thyristorgleichrichter (siehe Kapitel 1.4) verstellt, um die beschriebene Wirkung zu erlangen.
3.9.3 Widerstandssteuerung:
Spannung und Fluß sind hierbei konstant. Verändert wird der wirkende Ankerwi-derstand RA Da dieser Widerstand nicht unterschritten werden kann, wird er durch Einschalten zusätzlicher Widerstände Rv (siehe Bild 3.13 a) ). in den Ankerkreis vergrößert (aus Gleichung (3.3) erhält man die Kennlinien für den Ankerwiderstand, die in Bild b) dargestellt ist).
Bild 3.13 a) Ankerkreis b) Kennlinien für den Ankerwiderstand
Die Drehzahl fällt mit steigendem Widerstand RV ab. Der Strom IA wird nicht verändert; die Leerlaufdrehzahl bleibt gleich.
Diese Methode der Drehzahlstellung wird heutzutage kaum mehr verwendet, da sie sehr verlustreich ist. Man findet sie noch ab und zu bei kleineren Antrieben.
3.10 Anlassen und Bremsen
Anlassen und Bremsen eines Motors sind dynamische Vorgänge. Sobald der Motor eine konstante Drehzahl erreicht hat, nennt man dein Verhalten stationär.
3.10.1 Anlassen
Gehen wir von einem stillstehenden Motor aus, an dessen Anker man die Spannung U anlegt (z.B. Nennspannung der Maschine): weil  = 0, wird nach Gleichung E = c   auch keine Gegenspannung E in den Erregerspulen induziert, d.h. E = 0. Der Einschaltstrom beträgt also nach der Gleichung IAein = U / RA. Da nun im Moment des Einschaltvorgangs die Urspannung E = 0 ist, kann der Strom das Achtfache seines "Normalwertes" ( = stationären Wertes) annehmen. Bei kleinen Gleichstrommaschinen kann ein solcher Stromanstieg hingenommen werden. Bei Motoren mit mehreren kW Leistung muß man hingegen Hilfsmittel zur Begrenzung des Stroms im Ankerkreis einfügen. Dies kann auf zweierlei Art geschehen:
Wenn man die Spannung nicht mit ihrem vollen Nennwert an den Läuferkreis anlegt, beginnt sich der Anker langsam zu drehen. Auch bei dieser langsamen Rotationsbewegung wird bereits eine Gegenspannung in den Erregerwicklungen induziert, sodaß man nun die Spannung U weiter steigern kann. Diese Spannungssteigerung nennt man "Hochfahren" eines Elektromotors. Sie erfolgt über einen Thyristorgleichrichter und wird solange fortgesetzt, bis die Betriebsdrehzahl des Motors erreicht ist.
Früher wurde häufig ein sogenannter Widerstandsanlasser zum Hochfahren eines Elektromotors benutzt. Dabei hat man im Einschaltmoment Widerstände in den Ankerkreis zugeschaltet. Mit Erhöhung der Drehzahl hat man diese Widerstände wieder stufenweise abgeschaltet.
3.10.2 Bremsen
Beim Bremsen des Gleichstrommotors haben wir ähnliche Verhältnisse wie beim Anlassen. Schaltet man nämlich die Ankerspannung U abrupt ab, so steigt der Strom in den Ankerwicklungen stark an: IAaus = - E / RA. Dies ist durch die sich drehende Leiterschleife im Erregerfeld zu erklären, in welche eine Spannung -E induziert wird. Da die kompensierende Wirkung der Ankerspannung U fehlt, steigt der Strom also an, das heißt, die Spannung U muß vor dem Abschalten schrittweise herabgesetzt werden. Dies kann durch gesteuerte Gleichrichter oder mit Ankerwiderständen erfolgen. Die Spannungssteuerung wird hier allerdings bei weitem bevorzugt, da sie es ermöglicht, die Bewegungsenergie ins Netz, aus welchem der Motor versorgt wird, zurückzu-speisen (Nutzbremse).
Drehstromnebenschlussmotor
Der Drehstromnebenschlussmotor ist ein Drehstrom-Kollektormotor. Der Name Nebenschlussmotor ist auf sein Betriebsverhalten zurück zu führen und hat nichts mit seiner Schaltung zu tun. Wie bei der Gleichstrommaschine in Nebenschlussschaltung bleibt seine Drehzahl bei unterschiedlichen Belastungen annähernd konstant.
Der Stator entspricht dem einer normalen Drehstrom-Asynchronmaschine. Im Läufer sind zwei Wicklungen vorhanden:
• eine Wicklung, die wie eine Schleifringläuferwicklung an Schleifringe angeschlossen ist. Diese wird an Netzspannung angeschlossen.
• eine weitere Wicklung, die wie eine Gleichstrom-Ankerwicklung an einen Kollektor angeschlossen ist. Diese Wicklung erhält durch Transformatorwirkung eine Spannung mit Netzfrequenz.
Die Bürstensätze auf dem Kollektor lassen sich gegeneinander verstellen und bewirken eine Drehzahlveränderung durch eine Schlupfspannung.
Der Motor wurde in Zeiten, als drehzahlveränderliche Antriebe mit Elektronik noch sehr teuer waren, als drehzahlveränderlicher Antrieb häufig in der Textil- und Papierindustrie eingesetzt.
Die Motoren haben einen sehr hohen Leistungsfaktor, sind aber wegen des enormen Bauaufwands teuer und haben einen schlechten Wirkungsgrad
http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsfaktor
http://de.wikipedia.org/wiki/Wirkungsgrad
http://elektromotoren.de/Lexikon.html
http://www.aosmithmotors.com/pdf/brochures/bulletin3100/ACDC.PDF
http://www.reliance.com/prodserv/motgen/b9652new/b9652.htm
http://www.ssddrives.de/Dokumentation-AC-DC/Handbuecher_pdf/DC/590D/HA389247_ge.pdf
http://www.ssddrives.de/Dokumentation-AC-DC/Handbuecher_pdf/DC/590D/HA389247_ge.pdf
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22 Aug 2006
11:14:14 |
Bruderer |
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