Tests am Asynchronmotor: Das Kreisdiagramm

Praxis 17: Tests am Asynchronmotor – Kreisdiagramm

Einführung

Diese Übung beinhaltet die indirekte Bestimmung der Merkmale eines Drehstrom-Asynchronmotors bei einer wesentlich geringeren Leistung als der Nennleistung. Dies erfolgt mithilfe einer grafischen Darstellung, die als Kreisdiagramm bekannt ist.

Grundlagen der Übung

Für die Bestimmung des Kreisdiagramms ist es notwendig, einen Leerlaufversuch und einen Kurzschlussversuch durchzuführen. Zudem ist die Kenntnis des Statorwiderstands pro Phase (R₁) erforderlich, um die mechanischen Verluste von den Eisenverlusten zu trennen.

Um den Leerlaufversuch durchzuführen, wird der Motor an die Nennspannung angeschlossen und frei drehen gelassen (im Leerlauf). Gleichzeitig werden die Stromstärke (I₀) und die Leistung (P₀) bestimmt.

Mithilfe dieser Daten kann der Leistungsfaktor im Leerlauf durch folgende Beziehung ermittelt werden:
cos φ₀ = P₀ / (√3 · U · I₀)

Da die abgegebene mechanische Leistung im Leerlauf null ist, setzen sich die aufgenommenen Verluste wie folgt zusammen:
P₀ = P_Fe + P_m + 3 · R₁ · I₀²

Dabei gilt:

• P_Fe = Eisenverluste
• P_m = mechanische und Ventilationsverluste
• 3 · R₁ · I₀² = Kupferverluste im Stator im Leerlauf

Da die Verluste im Rotor-Kupfer vernachlässigbar sind, ist der Strom (I₂) lediglich notwendig, damit der Motor ein Drehmoment zur Überwindung der mechanischen und Ventilationsverluste entwickelt.

Unter der Annahme, dass der Statorwiderstand pro Phase bekannt ist (der in einer Vorstufe bestimmt werden kann), lassen sich die kombinierten mechanischen und Eisenverluste wie folgt ableiten:
P_Fe + P_m = P₀ - 3 · R₁ · I₀²

Für die Kurzschlussprüfung wird der Rotor blockiert, sodass er in Ruhe bleibt. Es wird eine reduzierte Spannung U_cc angelegt, bis durch die Statorwicklung ein Strom fließt, der dem Nennstrom I₁ entspricht. Die dabei gemessene Leistung ist die Kurzschlussleistung P_cc. Die Grafiken dienen dazu, I_cc und den entsprechenden Kurzschlussstrom bei Nennspannung zu bestimmen.

Der Kurzschluss-Leistungsfaktor wird durch folgende Formel bestimmt:
cos φ_cc = P_cc / (√3 · U · I_cc)
wobei U die Nennspannung des Netzes und I_cc den Kurzschlussstrom darstellt. Zudem kann aus der Kurzschlussleistung der Kurzschlusswiderstand ermittelt werden:
R_cc = P_cc / (3 · I_cc²)

Nach Erhalt aller erforderlichen Werte kann mit der Konstruktion des Kreisdiagramms begonnen werden.

Erforderliche Ausrüstung

• Eine DC-Spannungsquelle
• Ein Gleichstrom-Voltmeter und ein Gleichstrom-Amperemeter
• Eine steuerbare Drehstrom-Spannungsquelle
• Ein Drehstrom-Asynchronmotor
• Ein Wechselstrom-Voltmeter und ein Wechselstrom-Amperemeter
• Zwei Leistungsmesser (Wattmeter)