lea2 msp
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Kartei Details
| Karten | 177 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Elektrotechnik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 06.07.2021 / 07.07.2021 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20210706_lea2_msp
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Vorteile von selbstgeführten SR und DFM?
- hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Stromrichters
- Stromrichter, die sich wie eine Spannungs- oder Stromquelle verhalten
- sinusförmige Ströme (mit Filtern auch Spannungen) auf der Lastseite
- die Möglichkeit, auch auf der Netzseite sinusförmige Ströme zu beziehen
- preisgünstige Maschinen mit hoher Leistungsdichte
Zeichne die 4 Betriebsquadranten mit den Achsen y=M und x=\(\omega\).
Skript S. 19
Gib die Winkelgschwindigkeit \(\omega\) mit \(J \quad \& \quad M\) an.
\(\omega = {1 \over J}\int M_{el}-M_v - M_L\)
Wie sieht der Übergang von Haft auf Gleitreibung aus (\(M, \omega\))-Ebene? Welche Probleme kann Haftreibung verursachen?
Skript S. 20, Bild 2.4
Wie ist das Verhältnis von Lüfterverlusten zur Drehzahl?
Drehmoment M = \(k\omega ^2\)
Verluste Pv = \(k\omega ^3\)
Verluste dominieren gegenüber Reibungsverusten bei hoher Drehzahl.
Aus welchen Gründen kann ein Getreibe Oszillation bei der Regelung generieren?
Haftreibung und Spiel.
GM: Zeichne die Ersatzschaltung für Erreger- und Rotorkreis und die magnetisch Flussdichte im Luftspalt verursacht durch die Erregung.
Skript S. 23
GM: gib die Gleichung für die induzierte Spannung e an ausgedrückt mit dem magn. Fluss.
\(e = \Psi \cdot \omega_{me} = C_E \cdot i_E \cdot \omega_{me}\)
\(C_E\)= Konstante
GM: Mit wievielen Differentialgleichungen lässt sich die GM beschreiben?
3 -> Skrip S. 24
GM: Erkläre die Felschwächung. Zeichne entsprechende Kurven auf. Für welche Arbeitsbereiche der GM gelten diese Kurven?
Skript S. 26, Bild 3.3
Nur stationärer Betrieb.
GM: Wie hoch sollte die maximale Spannung des SR für den Rotor ausgelegt werden (stationärer Bereich)?
\(U_{str} \approx 1.15* U_a\) -> damit Reserve bleibt für dynamische Vorgänge
DFM: Welches sind die begrenzenden Grössen für die Leistung?
- Sättigung Eisen
- Thermische Belastung der Wicklungen
- Wärmeabfuhr
DFM: Zeichne der Verlauf (nichtideal) von Strom und Flussdichte einer Phase über den Unfang einer Maschein (\(2 \cdot \pi\)).
Skript S. 30 Bild 4.2
DFM: Drücke die Flussdichte mit mithilfe der Felstärke aus. Gib sämtliche Einheiten an.
\(B = \mu_0 \cdot H\)
\(B = {Vs \over m^2} (Tesla)\\ \mu_0 = {Vs \over Am} \\ H = {A \over m}\)
DFM: Zeichne den idealen Verlauf der 3 Ströme über den Umfang der Maschine mit angedeuteter Wicklung. Zeichne in dieselbe Ebene die resultierende Flussdichte der Phase U über dem Lufftspalt.
Skript S. 31, Bild 4.3
DFM: Zeichne die 2 orthogonalen ortsfesten Komponenten der Flussdicht (2 "Schnitze" in Koordinatnesystem).
Skript S. 31, Bild 4.5
DFM: Wie lautet der Zusammenhang zwischen Poolpaarzahl p und \(\omega_{me}, M_{me},P_{el} = P_{me}\)-> Velustlos
\(\omega_{me} = {\omega_{el} \over p} \\M_{me} = pM_{el} \\P_{el} = M_{el} \omega_{el} = P_{me} = M_{me} \omega_{me}\)
DFM: Wie ist der Zusammenhang zwischen Nennleistung und Wirkungsgrad einer Maschine? Wo ist ungefähr der höchste Wirkungsgrad einer Maschine in Bezug auf die Nennleistung?
Wirkungsgrad steigt mit der Leistung.
Der maximale Wirkungsgrad einer Maschine liegt typischerweise im Bereich von 75% der Nennleistung.
Allgemein: Was ist der Spannungsstellbereich?
Der Bereich einer Maschinenkennlinie wo die induzierte Spannung linear mit der Drezahl ansteigt.
DFM: Welcher Energieklasse müsen ASM mit einer Leistung von 0.75 bis 1000 kW ab 2021 entrpechen?
0.75 bis 1000 kW = IE3
0.12 bis 0.75 kW = IE2
ASM: Welche Grössen (physikaisch, elektrisch) tragen zur Drehmomentbildung bei?
- Rotordruchmesser (quadratisch)
- Rotorlänge
- Flussdichte im Luftspalt
- \(\omega_R = \omega_s - \omega_{me}\) (trägt linear zum Drehmoment bei)
gemäss Gleichung 4.17, Skript S. 38
ASM: Gleichung für den Schlupf s?
\(s = {\omega_s -p \omega_{me} \over \omega_s} = {\omega_{R} \over \omega_s}\)
ASM: Zeichne das Transformator Ersatzschaltbild mit schlupfabhängigem Rotorwiderstand und schlupfabhängiger Rotorspannung.
Skript S. 40, Bild 4.10
ASM im stationären Bereich: Gib die Rotorleistung in Abhängigkeit von eingespeister Leistung und Lufstpaltenleistung an.
\(P_r = P_\delta + P_R\)
\(P_R\) = eingespeiste Leistung
\(P_{\delta} \) = Lusftspaltenleistung
ASM im stationären Bereich: gibt die Leistung in Abhängigkeit von \(I_R\) \(R_R\) und s an.
\(3 \cdot R'_R \cdot |I'_R|^2\cdot ({1-s \over s}) = 3 \cdot R_{me} \cdot |I'_R|^2\)
Gelichung 4.24
ASM im stationären Bereich: Zeichne qualitativ die Drehmomentkurve und den Statorstrom in Abhängigkeit des Schlupfes.
Skript S. 42 Bild 4.11
ASM im stationären Bereich: Wie setzen sich \(L_s, L_R\) zusammen?
\(L_S = L_h + L_{\sigma S} \\L_R= L_h + L_{\sigma R'}\)
ASM im stationären Bereich: Welche 3 Erstzschaltung gibt es neben der Transformator-Ersatzschaltung?
a) Streureaktanzen auf Stator- und Rotorseite verteilt,
b) Streureaktanz auf Statorseite reduziert (Index S),
c) Streureaktanz auf Rotorseite reduziert (Index R)
ASM im stationären Bereich: Zähle 4 Nichtidealitäten auf die zu Abweichungen zwischen Simulation und Realen Bedingugen führen können. Erläutere mit 2-3 Sätzen jede.
Hauptinduktivität: Magnetisierungsstrom nimmt im Bereich der Sättigung (Nennspannung) nichtlinear zu. Die Induktivität nimmt mit anbehmender Spannun (< Nennspannung zu).
Statorkreis: hohe Frequenzanteile führen zu einem scheinbaren ansteigen von \(R_s\)
Rotorkries: Durch die markant grösseren Leiterabmessungen ist der Einfluss der Stromverdrängung vor allem bei Käfigläufer Maschinen wesentlich grösser, beträgt doch die ‘Eindringtiefe’ des Stromes bei 50 Hz nur noch etwa 9 mm in Kupfer und 12 mm in Aluminium! Der Rotorwiderstand R R steigt für höhere Frequenzen stark an und die Streuinduktivität \(L_{\sigma R}\) sinkt wiederum leicht ab.
Temperaturabhängigkeit: Eine Statorwicklung erreicht schnell einmal 85°C, eine Rotorwicklung mehr als 150°C. Der Widerstand der Statorwicklung steigt typischerweise um über 25% und derjenige der Rotorwicklung um mehr als 50% an.
Raumzeigerdarstellung: Zähle die 3 wichtigsten Koordinatensystem auf mit der jeweiligen Anwendung (ASM, SM, Rotorfest, Statorfest etc.)
Jedes Koordinatensystem kann Grunsätzlich für alle Maschinen verwendet werden (je nach Regelung). Haupsächlich gilt jedoch:
Statorfeste \(\alpha \beta\)-System: alle Maschinen, auch Clark-Transformation
Rotorfeste dq- System: SM oder ASM (Rotorfluss-Orientierung), auch Park-Transformation
Drehfeldfeste (flussfeste) xy-System: ASM
Allgemein: Wie berechnet sich die Flussverkettung \(\Psi\)mithilfe der Flussdichte?
Die Integration der Flussdichte B(t) über die Luftspaltfläche A (Umfang mal Statorlänge) ergibt den Luftspaltfluss \(\psi\) (t) = \(\int B(t)dA\) und zusammen mit der Windungszahl die Flussverkettung \(\Psi\)(t). Diese wird wieder als Zeiger \(\underline{\Psi}(t)\) dargestellt, obwohl sie dies genaugenommen nicht ist.
Raumzeigersdarstellung: Gib die Transformation 3Ph -> \(\alpha \beta\)-Transformation mit Stranggrössen sowie verketteten Grössen an.
\(\)Zeiger sind bereits mit 2/3 skalliert!
Mit Phasengrössen:
\(x_{\alpha} = {1 \over 3}(2x_U-x_V-x_w); \quad x_{\beta} = {1 \over \sqrt{3}} ( x_V-x_W) \\ \underline{x_{\alpha \beta}} = x_{\alpha} + j x_{\beta} \\ \)
\(\)Mit verketteten Grössen:
\(x_{\alpha} = {1 \over 3}(x_{UV}-x_{WU}); \quad x_{\beta} = {1 \over \sqrt{3}}x_{VW}\)
Raumzeiger: Gib Transformation \(\alpha \beta\)->3Ph an.
\(\)Voraussetzung: alle Phasengrössen ergeben zusammen 0 (keine Gleichtaktgrössen)
\(x_U = x_{\alpha} \quad x_V = {1 \over 2}(\sqrt{3} x_{\beta} - x_{\alpha}) \quad x_W = {1 \over 2} (- \sqrt{3} x_{\beta}-x_{\alpha})\)
Raumzeiger: Zeichne in der komplexen Ebene einen Flusszeiger \(\underline{\Psi_{}\alpha \beta}\) und transfromiere ihn in ein um \(\gamma\) verdrehtes xy System (optisch und mathematisch).
Skript S. 51, Bild 4.17
ASM in Raumzeigerdarstellung: Welche Voraussetzungen gelten um die ASM mit Raumzeigergleichungen beschreiben zu können?
- a)Die magnetischen Eigenschaften, und damit die Ersatzelemente der Maschine, sindzeitlich konstant und linear. Insbesondere tritt keine Sättigung auf.
- b)Der Strombelag, und in der Folge die magnetische Flussdichte, sind über dem Luftspalt-Umfang sinusförmig, d.h. es tritt nur deren Grundschwingung auf.
- c)Alle Ersatzelemente sind Temperatur unabhängig.
- d)Die Eisenverluste sind vernachlässigbar klein; im Modell sind sie Null gesetzt.
- e)Die Summe der Wicklungsströme ist null, d.h. es tritt keine Null- oder Gleichtaktkom-
- ponente in den Strömen und im magnetischen Feld auf.
ASM in Raumzeigerdarstellung: Zeichne die Ersatzschaltung der ASM inkl. Stator- und Rotorfluss. Gib ebenfalls die Gleichungen für den Rotor- sowie Statorfluss an.
Skript S. 53 Bild 4.19
ASM in Raumzeigerdarstellung: Wie verhält sich der Flusszeiger im stationären Betrieb?
Länge und Winkelgeschwindigkeit konstant.
ASM in Raumzeigerdarstellung: Drücke die Statorspannung im stationären Betrieb aus (\(\alpha \beta\))
\(\) stationär:
\(\underline {u_S} = R_s i_S + j \omega L_S \underline{i}_S\)
dynamisch:
\(\underline {u_S} = R_s i_S + {d \underline{\Psi_S} \over dt}\)
ASM in Raumzeigerdarstellung: In welcher Gleichung tritt die durch \(\omega_{me} >0\) inudzierte Spannung auf?
Rotorspannung \(\underline{u}_R\)
ASM in Raumzeigerdarstellung: Welche Grössen tragen zum Drehmoment \(M_{me}\)bei?
\(M_{me} = {3p \over 2}Im(\underline{\Psi}_S*\underline{i}_S)\)
