Andreas Frieling, Hans Lennert, Karl Renkert, Hermann Wellers
Fachqualifikationen Elektrotechnik Geräte- und Systemtechnik Lernfelder 1 bis 4 1. Auflage
Bestellnummer 50009
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www.bildungsverlag1.de Bildungsverlag EINS GmbH Sieglarer Straße 2, 53842 Troisdorf ISBN 978-3-427-50009-4 © Copyright 2009: Bildungsverlag EINS GmbH, Troisdorf Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu § 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.
Inhalt
3
Inhalt
5
Energieversorgung für Geräte und Systeme realisieren und deren Sicherheit gewährleisten .............................................. 27
5.1
Ladegerät überprüfen ..........................................................................................
27
Messung mit Multimeter und Oszilloskop .............................................................................. Gleichrichter .......................................................................................................................... Transformator ........................................................................................................................ Betriebsverhalten des Transformators ................................................................................. Kurzschlussspannung .......................................................................................................... Wirkungsgrad ........................................................................................................................ Kleintransformatoren ............................................................................................................ Kurzschlussverhalten von Transformatoren ......................................................................... Sicherheitstransformatoren .................................................................................................. Netzanschlusstransformatoren ............................................................................................. Spartransformatoren ............................................................................................................. Bipolare Transistoren ............................................................................................................ Transistor als Schalter ..........................................................................................................
30 35 36 39 40 42 43 43 44 45 45 46 50
Kühlung des Gleichrichters .................................................................................
56
Gleichrichterschaltungen ...................................................................................................... Dreipuls-Mittelpunktschaltung .............................................................................................. Sechspuls-Brückenschaltung ............................................................................................... Kenndaten von Gleichrichterschaltungen ............................................................................ Schütze .................................................................................................................................. Relais ..................................................................................................................................... Mikroschalter ........................................................................................................................ Löschglieder für Schütze und Relais ..................................................................................... Dreiphasen-Wechselstrom (Drehstrom) ............................................................................... Leistungsmessung ................................................................................................................ Drehstromtransformatoren ...................................................................................................
59 59 60 63 65 67 69 70 71 72 73
5.3
Prüfung elektrischer Geräte ................................................................................
77
5.4
Wiederholungsprüfung einer Bohrmaschine ....................................................
80
Prüfung elektrischer Betriebsmittel ...................................................................................... Besichtigung, Erprobung ...................................................................................................... Schutzklassen ...................................................................................................................... Messen ................................................................................................................................. Messung des Schutzleiterwiderstandes ............................................................................... Messung des Isolationswiderstandes .................................................................................. Messung des Schutzleiterstromes ....................................................................................... Messung des Ersatzableitstromes ....................................................................................... Messung des Berührungsstromes ........................................................................................ Wiederholungsprüfung von elektrischen Geräten ................................................................ Schutz gegen elektrischen Schlag ........................................................................................
82 83 84 84 84 85 87 88 89 90 92
5.2
4
Inhalt SELV ..................................................................................................................................... PELV ..................................................................................................................................... Schutzisolierung ................................................................................................................... Schutztrennung .................................................................................................................... Hauptpotenzialausgleich ...................................................................................................... Zusätzlicher Potenzialausgleich ........................................................................................... Schutz im TT-System ........................................................................................................... Schutz im TN-System ........................................................................................................... Fehlerstrom-Schutzeinrichtung im TN-System .................................................................... IT-System .............................................................................................................................. Energieerzeugung ................................................................................................................ Dezentrale Energieversorgung .............................................................................................. Netzform ............................................................................................................................... Netzsysteme .........................................................................................................................
93 94 97 97 100 100 101 102 105 107 109 110 113 115
6
Elektronische Baugruppen herstellen und prüfen ....................... 119
6.1
Steuerplatine für Ladegerät entwickeln ............................................................ 119 Planung .................................................................................................................................. 119 Anforderungen an die Steuerplatine und die Peripherie ....................................................... 119 Vorüberlegungen zur Erweiterung der Ladegrätsteuerung ................................................... 119 Die Schaltungen .................................................................................................................... 120 Die Spannungsversorgungen ................................................................................................ 123 Dimensionierung der Schaltung ............................................................................................ 127
6.2
Der Mikrocontroller .............................................................................................. 130 Rechenwerk ........................................................................................................................... Datenspeicher ....................................................................................................................... Register ................................................................................................................................. Dynamische Schreib-/Lesespeicher .................................................................................... Timer/Counter........................................................................................................................ Interrupt-Controller ............................................................................................................... Multiplexer – Demultiplexer ..................................................................................................
6.3
134 135 135 139 139 141 142
Bedien- und Anzeigeeinheit montieren ............................................................. 147 Die Tastatur ........................................................................................................................... Kosten des Projektes ............................................................................................................ Lohnkosten ........................................................................................................................... Berechnung der Gesamtkosten ............................................................................................ Die Herstellung der Platine .................................................................................................... Stromwandler – Messumformer ........................................................................................... Temperatursensoren ............................................................................................................. Thermoelement ..................................................................................................................... Analog-Digital-Umformer (ADC) ........................................................................................... Digital-Analog-Umformer (DAC) ............................................................................................ Operationsverstärker ............................................................................................................ Der unbeschaltete Operationsverstärker ............................................................................. Grundschaltungen mit Operationsverstärkern ..................................................................... Impedanzwandler .................................................................................................................
153 155 157 157 158 165 169 171 173 175 180 182 183 184
Inhalt
5 Integrierer ............................................................................................................................. Operationsverstärker als Integrierer ...................................................................................... Differenzierer ........................................................................................................................ Summierverstärker ............................................................................................................... Strom-Spannungs-Umsetzer ................................................................................................ Spannungs-Strom-Umsetzer ................................................................................................ Regelungstechnik .................................................................................................................. Komponenten und Größen des Regelkreises ...................................................................... Zeitverhalten von Regelstrecken ........................................................................................... Regler ................................................................................................................................... Unstetige Regler (Zweipunktregler) ...................................................................................... Stetige Regler ........................................................................................................................ Proportional-Regler (P-Regler) ............................................................................................ Integral-Regler (I-Regler) ..................................................................................................... Differential-Regler (D-Regler) .............................................................................................. Kombination der verschiedenen Reglerarten ....................................................................... PI-Regler ............................................................................................................................... PD-Regler ............................................................................................................................. PID-Regler ............................................................................................................................ Regelkreis ............................................................................................................................. Regelung parametrieren .......................................................................................................
185 185 186 187 187 187 188 191 192 198 199 200 201 202 203 204 204 205 206 206 208
7
Baugruppen konfigurieren ............................................................. 214
7.1
Programmierung des Mikrocontrollers für das Ladegerät .............................. 214 Der Assembler-Befehlssatz .................................................................................................. Programmierung ................................................................................................................... Deklaration ............................................................................................................................ Initialisierung ......................................................................................................................... Der Quellcode ....................................................................................................................... Debugging ............................................................................................................................ Simulation/Debugging .......................................................................................................... In-System-Programmer ........................................................................................................ In-System-Programming ......................................................................................................
8
216 217 217 220 220 244 244 254 254
Geräte herstellen und prüfen ........................................................... 257
8.1
SPS-Simulator analysieren ................................................................................. 257
8.2
SPS-Simulator entwickeln und herstellen ......................................................... 262
8.3
Durchführung ....................................................................................................... 263 Spannungsversorgung ......................................................................................................... Sollwertgeber ........................................................................................................................ Technische Zeichnungen ...................................................................................................... Maßstäbe ..............................................................................................................................
277 279 286 287
6
Inhalt Linienarten ............................................................................................................................. Maßeintragung ...................................................................................................................... Flache, eckige Werkstücke ................................................................................................... Flache, abgerundete Werkstücke ......................................................................................... Darstellung in drei Ansichten ................................................................................................ Schnittdarstellung ................................................................................................................. Senken .................................................................................................................................. Gewinde ................................................................................................................................ Verbinden und Anschließen ................................................................................................. Schraubverbindungen .......................................................................................................... Schraubensicherungen ........................................................................................................ Klemmverbindungen ............................................................................................................. Einteilung der Klemmen ....................................................................................................... Wire-Wrap-Verbindung ......................................................................................................... Termi-Point-Verbindung ........................................................................................................ Löten ..................................................................................................................................... Sensoren .............................................................................................................................. Temperaturmessung ............................................................................................................. Thermoelemente ................................................................................................................... Messung mechanischer Größen .......................................................................................... Ohmscher Wegaufnehmer ................................................................................................... Induktive Wegaufnehmer ...................................................................................................... Kapazitive Wegaufnehmer ................................................................................................... Induktive Näherungssensoren .............................................................................................. Wahl des geeigneten Näherungssensors ............................................................................ Abstandssensor .................................................................................................................... Magnetfeldsensoren ............................................................................................................. Kapazitive Näherungssensoren ........................................................................................... Optische Wegaufnehmer ...................................................................................................... Dehnungsmessstreifen ......................................................................................................... Drucksensoren ...................................................................................................................... Tachogeneratoren ................................................................................................................. Digitale Drehzahlaufnehmer .................................................................................................. Drehgeber .............................................................................................................................. Elektromagnetische Verträglichkeit ...................................................................................... Galvanische Kopplung .......................................................................................................... Kapazitive Kopplung ............................................................................................................. Abschirmung ......................................................................................................................... Induktive Kopplung ............................................................................................................... Leitungsgebundene Störungen ............................................................................................ Abgestrahlte Störungen ........................................................................................................ Systematische EMV-Planung ............................................................................................... Energieumwandelnde Systeme ............................................................................................ Schutzarten .......................................................................................................................... Selbstanlaufende Einphasen-Wechselstrommotoren .......................................................... Kondensatormotor ................................................................................................................ Spaltpolmotor ........................................................................................................................ Gleichstrommotoren ............................................................................................................. Schrittmotor .......................................................................................................................... Wartung, Prüfung, Pflege ..................................................................................................... Servomotoren ....................................................................................................................... Servosystem ......................................................................................................................... Analogwertverarbeitung .......................................................................................................
287 287 288 288 289 292 294 294 297 297 297 299 300 302 302 302 304 304 305 306 306 307 308 308 309 311 312 313 314 315 317 318 318 319 321 323 324 324 325 326 328 328 335 337 339 341 342 343 247 349 350 351 358
Inhalt
9
7
Geräte und Systeme instand halten .............................................. 360 Inspektion ............................................................................................................................. Wartung ................................................................................................................................ Instandsetzung ..................................................................................................................... Kontinuierlicher Verbesserungsprozess ............................................................................... S5-Arbeitsplatzorganisation ................................................................................................. Qualitätsmanagement .......................................................................................................... Qualitätsplanung.................................................................................................................... Qualitätslenkung .................................................................................................................... Qualitätssicherung ................................................................................................................ Qualitätsverbesserung .......................................................................................................... Normen zum Qualitätsmanagement ..................................................................................... Qualitätsprüfung ................................................................................................................... Statische Prozesslenkung .................................................................................................... Fehlermanagement ............................................................................................................... Instandhaltungs-Dokumentation ..........................................................................................
9.1
362 363 363 368 369 369 370 371 371 372 372 372 374 375 376
Instandsetzungsauftrag ...................................................................................... 378 Fehlersuche ........................................................................................................................... Verfahren der Fehlersuche ................................................................................................... Pneumatik ............................................................................................................................. Hydraulik ...............................................................................................................................
384 385 386 388
10
Fertigungsanlagen einrichten ........................................................ 391
10.1
Positionierstation planen .................................................................................... 391 Programmdarstellung mit Variablen ..................................................................................... 403
10.2
Strukturierte Programmierung ........................................................................... 405
10.3
Positionierstation als Ablaufsteuerung ............................................................. 412 Speicherprogrammierbare Steuerungen ............................................................................... Aufbau der SPS .................................................................................................................... Programmierung einer SPS .................................................................................................. Einfache Steuerungsprogramme .......................................................................................... Arbeitsweise der SPS ............................................................................................................ Abarbeitung des Steuerungsprogramms ............................................................................. Bearbeitung binärer Verknüpfungen .................................................................................... Speicherfunktionen ............................................................................................................... Zeitfunktionen ....................................................................................................................... Zähler .................................................................................................................................... Sprachelemente, Datentypen und Variablen ........................................................................ Programmbearbeitung bei S7................................................................................................ Quellorientierte Programmierung ......................................................................................... Ablaufsprache ....................................................................................................................... Übergänge und Übergangsbedingungen ............................................................................. Anfangsschritt ....................................................................................................................... Befehle (Aktionen) ................................................................................................................. Befehlsdarstellung ................................................................................................................
418 418 419 420 422 421 423 427 429 432 433 434 439 440 441 441 443 443
8
Inhalt Ablaufkette bei S7 (GRAPH7) .............................................................................................. GRAFCET ............................................................................................................................. Projektierung von Steuerungen ............................................................................................ Zuverlässigkeit von Steuerungen ......................................................................................... Fehlerverteilung bei SPS-Anlagen ....................................................................................... Verfügbarkeit von Steuerungen ............................................................................................. Sicherheit von Steuerungen ................................................................................................. Elektromechanische und elektronische Steuerungen ......................................................... Steuer- und Meldestromkreise ............................................................................................. Steuertransformator .............................................................................................................. Not-Befehlseinrichtungen ..................................................................................................... Mechanische Sicherheitsvorkehrungen ............................................................................... Erdschlusssicherheit ............................................................................................................ Drahtbruchsicherheit ............................................................................................................ Zweihandverriegelungen ...................................................................................................... Sicherheits-Grenztaster ........................................................................................................
446 451 453 453 453 454 454 455 456 457 458 459 460 460 460 460
11
Prüfsysteme einrichten und anwenden ......................................... 461
11.1
Prüfsystem für Ladegerätplatine ........................................................................ 461 Planung des Prüfsystems ...................................................................................................... Optokoppler .......................................................................................................................... Anforderungen an die SPS ................................................................................................... Programmierung der SPS und Durchführung der Prüfung .................................................. Programmablaufplan der Simulation .................................................................................... Die Programmierung ............................................................................................................. Prüfen der Platine .................................................................................................................
461 464 467 467 471 471 488
12
Geräte und Systeme planen und realisieren ................................ 493
12.1
Der betriebliche Auftrag ...................................................................................... 493
12.2
Das Projekt ........................................................................................................... 494 Projektbegriff ........................................................................................................................ Die Aufgaben von Projektleiter und Projektteam ................................................................. Instrumente des Projektmanagements ................................................................................ Formulierung des Projektauftrags ......................................................................................... Planung der Projektorganisation ...........................................................................................
12.3
494 494 494 496 496
Projektplanung ..................................................................................................... 499 Teilprojekte bilden ................................................................................................................. Zusammenstellung von Arbeitspaketen ............................................................................... Definition von Projektphasen ................................................................................................ Erstellung eines Projektablaufplans ..................................................................................... Kostenschätzung .................................................................................................................. Projektdurchführung .............................................................................................................. Arbeit der Teams steuern .....................................................................................................
499 499 501 501 503 503 503
Inhalt
12.4
9 Qualität und Ergonomie .....................................................................................
503
QM als Führungsmethode .................................................................................................... 505 Controlling ............................................................................................................................. 508 Dokumentation ...................................................................................................................... 508
12.5
Projektabschluss ................................................................................................. 510 Abschlussbericht erstellen ................................................................................................... Präsentation der Projektergebnisse ..................................................................................... Team-Arbeitsbewertung und Team-Auflösung .....................................................................
510 510 513
13
Fertigungs- und Prüfsysteme instand halten ............................... 514
13.1
Instandhaltungsplanung für die Positionierstation .......................................... 514
13.2
Funktionseinheiten von Systemen ....................................................................................... Führungen ............................................................................................................................. Energieübertragungseinheiten ............................................................................................. Getriebe ................................................................................................................................ Wälzlager .............................................................................................................................. Gehäuse ............................................................................................................................... Kupplungen ........................................................................................................................... Schmierung und Kühlung ..................................................................................................... Kühlschmierstoffe .................................................................................................................. Entsorgung ........................................................................................................................... Pneumatik .............................................................................................................................. Hydraulik ................................................................................................................................ Instandhaltung und Qualitätssicherung ................................................................................
515 515 517 518 519 519 519 520 521 522 522 522 524
Arbeitssicherheit und Umweltschutz ................................................................
528
Arbeitssicherheit .................................................................................................................... Arbeitsschutz ......................................................................................................................... Gefährdungsbeurteilung ........................................................................................................ Umweltschutz ........................................................................................................................ Umweltmanagement .............................................................................................................. Gefahrstoffe ........................................................................................................................... Tätigkeiten mit Gefahrstoffen ................................................................................................ Brandschutz ........................................................................................................................... Erste Hilfe beim Arbeitsunfall ................................................................................................
528 528 528 528 529 529 529 532 532
Geräte herstellen und prüfen
334
Information Störempfindlichkeit verschiedener Signalübertragungsarten Übertragungsart
empfohlener Einsatz
Analogsignal
Nur in störarmer Umgebung und bei hohem Signalpegel und/oder geringen Anforderungen an die Signalqualität. Jede Störspannung verfälscht das Messergebnis.
unsymmetrische Übertragung (z. B. RS-232)
Nur in störarmer Umgebung. Schon kleine Potenzialunterschiede zwischen Empfänger und Sender können zu Übertragungsfehlern führen. Vornehmlich benutzt als Diagnose- oder Inbetriebnahmeschnittstelle.
symmetrische Übertragung (z. B. RS-485)
Geeignet für Industrieumgebung: Potenzialunterschiede bis zu einigen 10 Volt werden unterdrückt. Höhere Gleichtaktstörspannungen führen zu Übertragungsfehlern oder zum Defekt.
potenzialgetrennt
Geeignet für Industrieumgebung. Potenzialunterschiede zwischen Sender und Empfänger wirken sich nicht auf die Signalübertragung aus.
frequenzmoduliert
Geeignet für stark gestörte Industrieumgebung. Störungen wirken sich nur aus, wenn das Übertragungssignal total deformiert wird.
Vermaschtes Erdungsnetz
Alle Komponenten der Anlage müssen niederohmig geerdet werden (sowohl für niedrige als auch für hohe Frequenzen). Deshalb muss ein Erdungsnetz aufgebaut werden, das auch für hohe Frequenzen ein einheitliches Bezugspotenzial zur Verfügung stellt. Für die meisten elektromagnetischen Störmechanismen stellt der Schutzleiter eine sehr hohe HF-Impedanz dar. Erdleitungen sind nur dann nützlich, wenn sie vermascht werden.
Elektromagnetische Verträglichkeit, Energieumwandelnde Systeme
335
Information Die Polarität des Magnetfeldes ändert sich periodisch.
Energieumwandelnde Systeme Bewegungsenergie kann mithilfe des magnetischen Feldes (Änderung des magnetischen Flusses) in elektrische Energie umgewandelt werden. Dieses Prinzip wird bei Generatoren technisch genutzt. Generatoren wandeln Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Sie spielen bei der großtechnischen Spannungserzeugung eine wesentliche Rolle.
Eine Leiterschleife wird von einem sinusförmigen Wechselstrom durchflossen. Der Strom ruft einen sich sinusförmig ändernden magnetischen Fluss hervor. Strom und Magnetfluss sind in Phase. Die magnetische Polarität ist abhängig von der Stromrichtung. Ändert sich die Stromrichtung, ändert sich die magnetische Polarität. Ein Wechselstrom ruft einen magnetischen Wechselfluss hervor.
Energieumwandlung beim Generator Magnetisches Wechselfeld
Elektromotoren sind wesentlicher Bestandteil der elektrischen Antriebstechnik. Sie werden für ein breites Leistungsspektrum von einigen Milliwatt bis zu mehreren hundert Kilowatt angeboten. Nicht nur in der Antriebstechnik, sondern beispielsweise auch in der Steuerungs- und Regelungstechnik (z. B. Stellantriebe) werden Elektromotoren eingesetzt.
Energieumwandlung beim Motor
Drei in Stern geschaltete Spulen werden um 120o versetzt angeordnet und an das Drehstromnetz angeschlossen. In der Mitte wird eine drehbar gelagerte Magnetnadel aufgestellt. Magnetisches Drehfeld (Prinzip)
Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um, die an der Welle abgenommen werden kann. Die Energieumwandlung beruht auf der technischen Anwendung des Elektromagnetismus. Dabei werden die Magnetfelder im Allgemeinen durch Spulen erzeugt, deren magnetische Wirkung durch Eisen verstärkt werden kann. Bei Anschluss an Gleichspannung wird ein konstantes Magnetfeld hervorgerufen, was dem Magnetfeld eines Dauermagneten entspricht. Bei Anschluss der Spule an Wechselspannung wird durch den Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld hervorgerufen.
Bei Einschalten der Netzspannung beginnt die Magnetnadel zu zittern. Wird sie in der eingezeichneten Richtung angestoßen, rotiert sie mit hoher Drehfrequenz. Drehstrom erzeugt in drei Spulen, die räumlich um 120o versetzt angeordnet sind, ein magnetisches Drehfeld.
Geräte herstellen und prüfen
338
Information Erste Kennziffer der Schutzart (Berührungs- und Fremdkörperschutz) Kennziffer 0
Berührungsschutz
Fremdkörperschutz
kein Schutz
Kein Personenschutz gegen zufälliges Berühren unter Spannung stehender Teile oder sich bewegender Teile Kein Betriebsmittelschutz gegen Eindringen von festen Fremdkörpern
1
Berührungsschutz gegen Zugang mit Handrücken ≥ 50 mm Ø
Schutz gegen Fremdkörper ≥ 50 mm Ø
2
Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Finger ≥ 2,5 mm Ø und ≥ 100 mm Länge
Schutz gegen Fremdkörper ≥ 12,5 mm Ø
3
Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Werkzeug ≥ 2,5 mm Ø
Schutz gegen Fremdkörper ≥ 2,5 mm Ø
4
Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Draht ≥ 1 mm Ø
Schutz gegen Fremdkörper ≥ 1 mm Ø
5
Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Draht ≥ 1 mm Ø
staubgeschützt
6
Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Draht ≥ 1 mm Ø
staubdicht
Zweite Kennziffer der Schutzart (Wasserschutz) Kennziffer
Schutzumfang
Erläuterung
0
kein Schutz
Kein Schutz gegen das Eindringen von Wasser
1
Schutz gegen Tropfwasser
Keine schädliche Wirkung von senkrecht fallendem Tropfwasser
(senkrecht fallend)
2
Schutz gegen Tropfwasser (schräg fallend)
Keine schädliche Wirkung von Tropfwasser, das in einem Winkel von 15o zur Senkrechten einfällt
3
Schutz gegen Sprühwasser
Keine schädliche Wirkung von Wasser, das in einem beliebigen Winkel bis 60o zur Senkrechten einfällt
4
Schutz gegen Spritzwasser
Keine schädliche Wirkung von Wasser, das aus allen Richtungen gegen das Betriebsmittel spritzt
Schutzarten
339
Information Kennziffer
Schutzumfang
Erläuterung
5
Schutz gegen Strahlwasser
Keine schädliche Wirkung von Wasser, das aus einer Düse spritzt und gegen das Betriebsmittel gerichtet ist
6
Schutz gegen schwere See
Bei vorübergehender Überflutung treten keine schädlichen Mengen Wasser in das Betriebsmittel ein (Überflutungsschutz)
oder starken Wasserstrahl
7
Schutz beim Eintauchen
Bei kurzzeitigem Eintauchen des Betriebsmittels in Wasser unter festem Druck treten keine Schäden auf
8
Schutz beim Untertauchen
Bei längerem Eintauchen unter festem Druck treten keine schädlichen Mengen Wasser in das Betriebsmittel ein
Zusatzbuchstaben Einsatzfähigkeit Ergänzender Buchstabe
Einsatzfähig als
H
Hochspannungsbetriebsmittel
M
auf Wasserschutz geprüftes Betriebsmittel, bei dem die beweglichen Teile während der Prüfung in Betrieb waren
S
W
auf Wasserschutz geprüftes Betriebsmittel, bei dem die beweglichen Teile während der Prüfung im Stillstand waren Betriebsmittel bei festgelegten Wetterbedingungen und mit Ausstattung zusätzlich schützender Maßnahmen oder Verfahren
Selbstanlaufende Einphasen-Wechselstrommotoren Selbstanlaufende Einphasen-Wechselstrommotoren benötigen mindestens zwei Spulensysteme (Arbeitswicklung und Hilfswicklung), deren Spulenachsen räumlich gegeneinander versetzt sind. Die Spulen werden von phasenverschobenen Strömen durchflossen. Bei dem dargestellten Motor sind Arbeits- und Hilfswicklung um 90o gegeneinander versetzt angeordnet. In Reihe mit der Hilfswicklung liegt ein Kondensator, der eine Phasenverschiebung zwischen den Strömen IA und IH bewirkt. Einphasen-Wechselstrommotor
Geräte herstellen und prüfen
340
Information Arbeits- und Hilfsstrom, Phasenverschiebung
α = 90o
Arbeits- und Hilfsfluss
Der Fluss ΦA hat seinen positiven Scheitelwert erreicht. ΦH ist null.
α = 135o Bei den folgenden Überlegungen wird eine Phasenverschiebung von 90o angenommen.
Der Fluss ΦA ist positiv, der Fluss ΦH negativ.
Die Ströme erzeugen in den Wicklungen des Motors phasengleiche magnetische Flüsse. Die Phasenverschiebung zwischen dem Arbeitsfluss ΦA und dem Hilfsfluss ΦH beträgt also ebenfalls 90o. α=0 Der Magnetfluss in der Arbeitswicklung ist null. Der Magnetfluss in der Hilfswicklung hat seinen positiven Höchstwert erreicht.
α = 180o Der Fluss ΦH hat seinen negativen Scheitelwert erreicht, ΦA = 0.
α = 45o Die Magnetflüsse ΦA und ΦH sind beide gleich groß und positiv.
Man erkennt, dass der Zeiger des resultierenden magnetischen Flusses Φ im Gegenuhrzeigersinn rotiert. Die obigen Abbildungen verdeutlichen dies für eine halbe Umdrehung (α = 0 – 180o).
Einphasenmotoren
341
Information Kondensatormotor Zum Betrieb des Kondensatormotors reicht der Hauptstrang (die Hauptwicklung) U1, U2 aus. Er ist in zwei Drittel der Ständernuten untergebracht. Das verbleibende Drittel der Ständernuten wird von dem Hilfsstrang (der Hilfswicklung) Z1, Z2 belegt.
Die Kondensatorkapazität muss so bemessen sein, dass sich der Hilfsstrang (Hilfswicklung) im Betriebszustand nicht unzulässig erwärmt. Als Näherungswert gilt, dass der Betriebskondensator je Kilowatt Motor-Bemessungsleistung die Blindleistung 1 kvar aufnehmen soll. Betriebs- und Anlaufkondensator
Kondensatormotor, Schaltung und Zeigerbild
Leistungsschild eines Kondensatormotors
Da das Anzugsmoment mit zunehmender Kondensatorkapazität größer wird, kann man während des Motoranlaufs einen Anlaufkondensator CA parallel zum Betriebskondensator schalten. Nach erfolgtem Anlauf wird der Anlaufkondensator durch einen Fliehkraftschalter abgeschaltet. Dieses Abschalten ist notwendig, weil sich sonst die Hilfswicklung unzulässig erwärmen würde. Der Anlaufkondensator soll je kW Bemessungsleistung etwa eine Blindleistung von 4 kvar aufnehmen. Drehmoment mit/ohne Anlaufkondensator
Durch die Kondensatorangabe auf dem Leistungsschild kann der Kondensatormotor leicht von anderen Motoren unterschieden werden. Arbeits- und Hilfswicklung erzeugen gemeinsam ein magnetisches Drehfeld. Das Drehfeld ruft in der Läuferwicklung Ströme hervor, deren Magnetfeld zusammen mit dem Drehfeld ein Drehmoment bewirkt. Die Phasenverschiebung zwischen IA und IH beträgt annähernd 90o (Bild 2). Bleibt der Betriebskondensator CB während des Motorbetriebs eingeschaltet, entsteht ein stärkeres und gleichmäßigeres Drehfeld, als wenn CB nach Anlauf des Motors, z. B. durch einen Fliehkraftschalter, abgeschaltet würde. Mit Betriebskondensator läuft der Motor ruhiger, hat einen besseren Leistungsfaktor und höhere Leistung.
Drehrichtungsumkehr Zur Drehrichtungsänderung wird die Stromrichtung im Hilfsstrang (Z1, Z2) geändert.
