Klausur EA SS14 Final m L PDF
| Title | Klausur EA SS14 Final m L |
|---|---|
| Author | Zylinderkopf Schaden |
| Course | Elektrische Antriebstechnik |
| Institution | Technische Hochschule Köln |
| Pages | 18 |
| File Size | 717.2 KB |
| File Type | |
| Total Downloads | 66 |
| Total Views | 122 |
Summary
hrthsrthrdt...
Description
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik Prof. Dr.–Ing. Joachim Böcker
ElektrischeAntriebstechnik 12.09.2014 Name:
Matrikelnummer:
Vorname:
Studiengang:
□Fachprüfung □Leistungsnachweis
Aufgabe:
1
2
3
4
(Punkte)
(16)
(14)
(11)
(15)
Gesamt (56)
Note
Bearbeitungszeit:120Minuten ZugelasseneHilfsmittel:
eineselbsterstellte,handgeschriebeneFormelsammlung(1BlattDINA4,beidseitigbeschrieben, keineKopienoderAusdrucke)
einnichtprogrammierbarerTaschenrechnerohnegrafikfähigesDisplay
Zeichenmaterialien(Zirkel,Geodreieck,Lineal,Stifte…)
BittebeachtenSie:
BitteStudienausweismitLichtbildbereitlegen!
BittebeschriftenSiejedenKlausurbogenmirIhremNamenundIhrerMatrikelnummer.Benutzen SiefürjedeAufgabeeinenneuenKlausurbogen.VerwendenSiekeineBleistifteundkeineroten Stifte.
BeiZahlenrechnungensinddieMaßeinheiteninjedemSchrittmitzuführen.Nichtbeachtungführt zuPunktabzug.
AlleLösungswegesindnachvollziehbarzudokumentieren!DieAngabeeinesEndergebnissesohne erkennbarenLösungswegwirdnichtgewertet.
VielErfolg! 12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 1 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Aufgabe 1:
AntriebeinerLokomotive
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
(16Punkte)
EinevierachsigeElektrolokomotivewirdvonvierFahrmotorenangetrieben.JedeAchseist dabeimit einem Fahrmotor über ein Getriebe mechanisch gekoppelt. Folgende Daten der Lokomotive sind bekannt: vmaxinkm/h
160
iG
11,34
amaxinm/s²
0,9
Tabelle1.1:DatenderLokomotive
Getriebe
Fahrmotor
Abbildung1.1:AntriebsstrangderLokomotive
Weiterhin sind noch die Masse der Lokomotive (ohne Räder) 80.000kg, die Masse eines Rades 300kg sowie der Radradius 0,6m bekannt. Die eingesetzten Getriebe könnenalsverlustfreiangenommenwerden. 1.1
NennenSiezweiParameter,diesichbeiFahrzeugen aufdieWiderstandskraftauswirkenund diedurchkonstruktiveMaßnahmenbeeinflusstbzw.minimiertwerdenkönnen!
1.2
Die Lokomotive ist zunächst unbespannt unterwegs. Berechnen Sie die maximale Winkelgeschwindigkeit der Fahrmotoren sowie den translatorischen Anteil der kinetischen Energie , der bei maximaler Geschwindigkeit in der Lokomotive gespeichertist.
1.3
WiegroßistderBeitragderrotierendenRäderzurkinetischen Energie, beimaximaler Geschwindigkeit ?DiegeometrischeFormdesRadeskanndabeialsScheibe(Vollzylinder) betrachtetwerden.
1.4
NehmenSiean,dassderindenFahrmotorengespeicherte,rotatorischeAnteilderkinetischen Energie , genauso groß ist wie der der Räder , . Wie groß ist dann das Massenträgheitsmoment einesFahrmotors?
1.5
DieTrägheitenderLokomotiveund derRädersollenin ihrerWirkung aufdieFahrmotorenso umgerechnetwerden,dassdiesedurcheineinziges Massenträgheitsmomentersetztwerden, welchesmitderMotordrehzahlrotiert.WiegroßistdiesesErsatz‐Massenträgheitsmoment ′ für einen der vier Fahrmotoren? Nehmen Sie an, dass eine gleichmäßige Aufteilung dieses MassenträgheitsmomentsaufalleFahrmotorengegebenist.
1.6
Wie groß ist das Drehmoment , das ein Fahrmotor maximal abgeben kann? VernachlässigenSiebisaufdieBeschleunigungskräftealleweiterenWiderstandskräfte.
1.7
Bei einer Fahrt mit Zugbespannung bei einer Geschwindigkeit von 148 km/h muss jeder der vierFahrmotoren seinemaximaleLeistungvon 700kW aufbringen. Wie groß sind in diesemBetriebspunktdasMotordrehmoment unddieMotorwinkelgeschwindigkeit ?
1.8
BeiwelcherWinkelgeschwindigkeit gehen dieMotoren in den Flussschwächbereichüber und welches Drehmoment können Sie bei Maximalgeschwindigkeit abgeben? SkizzierenSiedenBetriebsbereicheinesFahrmotorsinAbbildung1.2.
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 2 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
T1 1050 Nm 900 Nm 750 Nm 600 Nm 450 Nm 300 Nm 150 Nm
1 100 1/s
300 1/s 500 1/s 700 1/s 900 1/s 1100 1/s Abbildung1.2:Drehzahl‐Drehmoment‐DiagrammfüreinenFahrmotor
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 3 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Aufgabe 2:
Gleichstrommaschine
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
(14Punkte)
EinefremderregteGleichstrommaschinehatfolgendeDaten. Ankernennspannung
220V
Bemessungsdrehmoment
64Nm
Ankerwicklungswiderstand
0,182Ω
Ankerinduktivität
0,12mH
Leerlaufdrehzahl
1650min‐1
2.1
WiegroßistderAnkerstrombeiBelastungmitBemessungsdrehmoment ?
2.2
WelcheDrehzahlstelltsichbeihalberAnkernennspannungundBelastungmitBemessungs‐ drehmoment ein?
2.3
Neben der fremderregten Gleichstrommaschine gibt es noch weitere Ausführungsformen dieses Maschinentyps. Nennen Sie zwei weitere Arten von Gleichstrommaschinen bzw. ihrer Schaltungsarten und geben Sie für jede Ausführungsart jeweils eine charakteristische Eigenschaftan.
Nun wird der Motor gemäß Abbildung 2.1 durch einen Transistorsteller aus einer Gleichspannungsquelle 250V gespeist. Der Transistorsteller wird als verlustfrei angenommen und alle ohmschen Widerstände werden vernachlässigt. Die Schaltfrequenz des Transistorstellersbeträgt10kHz.
T1
D1
iA
U Batt
T2
D2
uA
Abbildung2.1:GleichstrommaschinemitTransistor‐Steller
2.4
Erläutern Sie mit einer einfachen Skizze, in welchen Quadranten der Motor bezüglich des DrehmomentsundderDrehzahlbetriebenwerdenkann.
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 4 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
2.5
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
WelchesTastverhältnismussamTransistorstellereingestelltwerden,damitderMittelwert der Spannung der halben Ankernennspannung entspricht? Die Gleichstrommaschine wirdweiterhinmitBemessungsdrehmoment belastet. Ermitteln Sie mit Hilfedes mittleren Ankerstroms undderAnkerinduktivität denoberen undunterenMaximalwert und desAnkerstroms.
2.6
Zeichnen Sie den Verlauf des Ankerstroms sowie des Mittelwerts über zwei Schaltperioden in das Zeitdiagramm in Abbildung 2.2 ein. Ergänzen Sie zusätzlich noch den VerlaufderSchaltzuständederTransistorenT1undT2. s1 1 0
t
s2 1
t
0
iA 75 A 50 A 25 A
t TS
TS
Abbildung2.2:Zeitdiagramme
2.7
Die Gleichstrommaschine werde nun vom Transistorsteller mit Ankernennspannung versorgt. Auf welchen Wert muss der Erregerfluss ′ abgesenkt werden, damit sich bei Ankernennstromeine Drehzahlvon 1800
einstellt?WelchesLastdrehmoment
mussdabeianderMotorwellewirken,damitsich dergeforderteArbeitspunkt( ; 1800min )einstellt?
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 5 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Aufgabe 3:
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
Asynchronmaschine
(11Punkte)
GegebenisteineinSterngeschalteteAsynchronmaschinemitdenfolgendenDaten:
0,035
0,822
1
DesweiterenistdieStromortskurvederAsynchronmaschinebeiBetriebmitNennfrequenzgegeben. DieAchsensindim0,5cmRasterskaliert.
s=1
Re
UN s1
I1 s∞
I0 s0 Im
DiezuverwendendenMaßstäbesindwiefolgtfestgelegt:
Strommaßstab:
2
Leistungsmaßstab:
1320
Drehmomentmaßstab:
4,2
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 6 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
3.1
Konstruieren Sie zunächst mit Hilfe der gegebenen Daten den Stromzeiger (bitte keinen roten Stift verwenden) in die vorgezeichnete Stromortskurve. Welchen Wert hat der Nennstromund welcherPhasenverschiebungswinkel liegt im Nennpunkt vor? Wie groß ist dasNenndrehmoment ?ErmittelnSiedieseWertegraphisch.
3.2
ErmittelnSieausobigerStromortskurve die elektrischeNennleistung.BerechnenSiemit HilfediesesWertesdiemechanischeNennleistung.
3.3
MitwelcherDrehzahl rotiertdieAsynchronmaschineimBemessungspunkt?
3.4
WiegroßistdieFrequenz desspeisendenDrehstromnetzes?
3.5
Berechnen Sie den Wert der verketteten Spannung , mit der die Asynchronmaschine versorgtwird.
3.6
Die Asynchronmaschine durchläuft während ihres Hochlaufs auf Nenndrehzahl den sogenanntenKipppunkt.WiegroßistdieDrehzahl imKipppunkt?ErmittelnSiediesenWert graphisch.
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 7 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Aufgabe 4:
Synchronmaschine
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
(15Punkte)
IneinemKraftwerkwirdeinSynchrongeneratoreingesetzt.DieMaschineistinderSchaltungsgruppe Stern geschaltet und wird übererregt betrieben. Für die Berechnungen kann die Maschine als verlustlosangenommenwerden.FolgendeBetriebs‐undMaschinendatensindbekannt:
Kippdrehmoment
Polpaarzahl Netzfrequenz
28 MW
Netzspannung Wirkleistung(Verbraucherzählpfeilsystem) Blindleistung(Verbraucherzählpfeilsystem)
250 kNm 2 50 Hz
10 kV
7 MVA
Tabelle4.1:BekannteBetriebsdatendesSynchrongenerators
4.1
Durch welche Größen kann die Blindleistungsabgabe und die Wirkleistungsabgabe einer Synchronmaschine beeinflusst werden? Erläutern Sie den Wirkungszusammenhang in StichwortenoderinganzenSätzen(bittekeineFormelnangeben).
4.2
Berechnen Sie mit Hilfe der gegebenen Daten die Scheinleistung des Synchrongenerators. WiegroßistderStrangstrom undwelchenWerthatderPhasenverschiebungswinkel?
4.3
Wie groß ist das antreibende Drehmoment ? Ermitteln Sie den Lastwinkel . Beachten Sie, dassdieSynchronmaschinealsGeneratorarbeitetundübererregtbetriebenwird!
4.4
Berechnen Sie den Kurzschlussstrom . Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm der Synchron‐ maschine für den gegebenen Betriebspunkt. Beginnen Sie zunächst mit der Konstruktion der Spannungszeiger und ,auchwenndieLängevon nochnichtbekanntist.Konstruieren Sie im nächsten Schritt die Stromzeiger und und ergänzen Sie den Stromzeiger . WelcherWertergibtsichfür ?VerwendenSiediefolgendenMaßstäbe:1000V≙1cmund 500A≙1cm.
4.5
Berechnen Sie die Synchronreaktanz der Synchronmaschine. Wie groß ist die Polrad‐ spannung in dem betrachteten Betriebspunkt? Komplettieren Sie das Zeigerdiagramm aus Aufgabe(4.4)mitdenSpannungszeigern und∆ .
4.6
Die Wirkleistungsabgabe wird nun schrittweise auf null reduziert. Der Erregerstrom sowie die Drehzahl bleiben unverändert. Wie groß ist nun der Strangstrom ′ und welcher Phasenverschiebungswinkel′bestehtzwischenderStrangspannungunddemStrangstrom?
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 8 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
Lösung Aufgabe1) 1.1) 1.2)
AntriebeinerLokomotive
WirksameQuerschnittflächedesFahrzeugs ,Luftwiderstandsbeiwert ,Rollwiderstands‐ beiwert ,LeermassedesFahrzeugs [1Punkt] MaximaleWinkelgeschwindigkeitdesMotorsundkinetischeEnergiebeimaximaler Geschwindigkeit: ∙ ∙
,
∙ ∙
∙ 8 ∙ 300kg 80.000kg ∙ 44,44 81,366MJ ∙
11,34 ∙
,
840,0
1.3)
[2Punkte]
RotatorischeEnergie,dieindenRädernbeiMaximalgeschwindigkeitgespeichertist:
1.4)
,
70,074
2 ∙ 300kg ∙ 0,6m 74,074 1,185MJ 4 ∙ , 8 [2Punkte]
MassenträgheitsmomentdesMotors:
, ,
4 ∙ ω 8 ∙
2 4
∙∙, ,
0,84kgm
[3Punkte]
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 9 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
1.5)
WirksamesMassenträgheitsmomentproFahrmotor:
1.6)
8 ∙ ∙ ∙ ∙ 29232kgm
1.8)
∙,
56,83kgm
MaximalesMotordrehmoment:
[2Punkte]
1.7)
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
∙ ∙
.∙∙, ∙, ∙,
AlternativeLösung:
980,95Nm
980,97Nm
[1Punkt] MaximaleLeistung,GrenzdatenfürBetriebsbereichdesMotors:
→
∙, ∙, ,
,
900,9Nm
∙ 0,6m ∙ 11,34 777
[1Punkt] BetriebsbereicheinesFahrmotors:
833,33Nm
, 713,59
12.09.2014
(abhierÜbergangFlussschwächung)
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 10 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
T1 1050 Nm T1max = 981 Nm
Pmax
900 Nm T1grenz = 833,3 Nm 750 Nm 600 Nm 450 Nm 300 Nm 150 Nm
100 1/s
300 1/s
1N = 713,6 1/s 500 1/s 700 1/s
1max = 840 1/s 900 1/s
1100 1/s
[4Punkte]
12.09.2014
ElektrischeAntriebstechnik
Seite 11 von 8
Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Aufgabe2)
Prof. Dr.–Ing. J. Böcker
Gleichstrommaschine
2.1)
Ankernennstrom:
220V 1,273Vs 1650 1 2 60
64Nm 50,27A 1,273Vs
[2Punkte] 2.2)
DrehzahlbeihalberAnkernennspannung:
[1Punkt]
∙ →
,∙, ,
79,22 → 756
2.3)
WeitereArtenvonGleichstrommaschinen:
...
Similar Free PDFs
Klausur EA SS14 Final m L
- 18 Pages
CAE Klausur SS14
- 5 Pages
Unit 3-Grid and Cloud - m m l l l
- 17 Pages
Klausur Gd M WS 2020
- 5 Pages
E-Channels TEST BANK - m;m;l
- 86 Pages
Instit+synthèse+M-L+Elumens
- 116 Pages
Trabajo final estadistica L
- 21 Pages
IBWL Final - für die klausur
- 2 Pages
F03 Final Exam-M
- 2 Pages
M-450 final paper
- 10 Pages
E X A M P L E
- 19 Pages
Popular Institutions
- Tinajero National High School - Annex
- Politeknik Caltex Riau
- Yokohama City University
- SGT University
- University of Al-Qadisiyah
- Divine Word College of Vigan
- Techniek College Rotterdam
- Universidade de Santiago
- Universiti Teknologi MARA Cawangan Johor Kampus Pasir Gudang
- Poltekkes Kemenkes Yogyakarta
- Baguio City National High School
- Colegio san marcos
- preparatoria uno
- Centro de Bachillerato Tecnológico Industrial y de Servicios No. 107
- Dalian Maritime University
- Quang Trung Secondary School
- Colegio Tecnológico en Informática
- Corporación Regional de Educación Superior
- Grupo CEDVA
- Dar Al Uloom University
- Centro de Estudios Preuniversitarios de la Universidad Nacional de Ingeniería
- 上智大学
- Aakash International School, Nuna Majara
- San Felipe Neri Catholic School
- Kang Chiao International School - New Taipei City
- Misamis Occidental National High School
- Institución Educativa Escuela Normal Juan Ladrilleros
- Kolehiyo ng Pantukan
- Batanes State College
- Instituto Continental
- Sekolah Menengah Kejuruan Kesehatan Kaltara (Tarakan)
- Colegio de La Inmaculada Concepcion - Cebu