Камышинский технологический институт (филиал)
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LEKTION 5 THEMA: ELEKTROMOTOREN Aufgabe 1. Lesen Sie den Text „Elektromotoren. Grundlagen“. Versuchen Sie den Inhalt des Textes ohne Wörterbuch zu verstehen. Elektromotoren. Grundlagen Elektromotoren sind grundsätzlich wie Generatoren aufgebaut, nur sind die ablaufenden physikalischen Vorgänge gerade die Umkehrung bei den Generatoren besprochen. In Elektromotoren wird elektrische Energie zugeführt und in mechanische Arbeit umgewandelt. Beim Generation wird in der Drahtschleife infolge Drehung im magnetischen Feld eine Spannung induziert, die auch die Richtung des Stromes bestimmt. Der Strom der Drahtschleife entwickelt ein Drehmoment, das dem Antriebsmoment entgegenwirkt und von diesem überwunden wird (Lenzsche Regel). Wir erhalten den Motorzustand, wenn wir der Drahtschleife Strom von außen zuführen und das durch den Strom im magnetischen Feld entstehende Drehmoment zum Antrieb ausnutzen. Die Drehrichtung der Schleife im Motorbetrieb ist dann notwendigerweise die umgekehrte der Antriebsdrehrich-tung des Generatorzustandes. Dasselbe Ergebnis erhält man nach der Dreifingerregel für die rechte Hand, nach der der Daumen jetzt nach vorn (Ursache), der Zeigefinger (Vermittlung) wieder nach oben und der Mittelfinger (Wirkung) nach links zeigen. Führt man dem Anker über einen in zwei Lamellen unterteilten Kommutator Gleichstrom zu, so entsteht eine ununterbrochene Drehbewegung, weil der Strom und damit die Kraft jeweils ihre Richtung ändern, wenn die Schleife sich über die horizontale Lage weg dreht. Deshalb kann dem Anker über Schleifringe auch Wechselstrom zugeführt werden, wenn dieser bei horizontaler Lage der Schleife durch Null geht und wenn seine Periode gleich der Zeitspanne einer Umdrehung des Ankers ist. Aufgabe 2. Antworten Sie auf die Fragen zum Text:
Aufgabe 3. Nennen Sie die historischen Beispiele des Einsatzes von den Elektromotoren in der Technik. Aufgabe 4. Erzählen Sie den Text nach, gebrauchen Sie dabei die Antworten auf die Fragen aus der Übung 2. Aufgabe 5. Schreiben Sie aus dem Text 10-15 Fachwörter aus! Aufgabe 6. Lesen Sie folgende Information und bilden Sie den Plan zum Text: Gleichstrommotoren Die Kraft, die im Gleichstrommotor den Anker dreht, hängt von der Stärke des Feldes, von der Anzahl der Leitschleifen (Windungen) und von der angelegten Spannungab. Im Motorzustand wirkt die induzierte Ankerspannung der angelegten Netzspannung entgegen. Sie ist stets kleiner als die angelegte Netzspannung. Beim Einschalten des Motors darf, solange noch nicht die volle Drehzahl erreicht ist, auch nicht die volle Netzspannung unmittelbar an den Anker gelegt werden. Man legt daher Anlaßwiderstände vor den Anker, die stufenweise mit steigender Drehzahl wieder abgeschaltet werden. Entsprechend dem Aufbau und der Schaltung von Anker und Feldspulen unterscheidet man drei Arten von Motoren: 1. Nebenschlußmotor, in dem die Feldwicklung im Nebenschluß, d. h. parallel zum Anker liegt; 2. Reihenschlußmotor, bei dem Feldwicklung und Anker hintereinander geschaltet sind; 3. Doppelschlußmotor, der zwei Erregerwicklungen, eine in Nebenschluß und eine in Reihenschluß zum Anker besitzt. Aufgabe 7. Suchen Sie im Text die Sätze, wo: – es um die Wirkung der Stärke des Feldes an die Kraft, die im Gleichstrommotor den Anker dreht, geht; – es sich um die Entstehung der Anlasswiderstände handelt; – von den Hauptarten der Motoren die Rede ist; – um die Arbeitsprinzipe verschiedener Elektromotoren geht. Aufgabe 8. Sehen Sie bitte noch einmal den Text durch, arbeiten Sie paarweise, stellen Sie einander die Fragen zum Text und beantworten Sie sie. Aufgabe 9. Erzählen Sie über die Gleichstrommotoren. Gebrauchen Sie die Übungen 7, 8 dabei. Aufgabe 10. Schreiben Sie aus dem Text 10-15 Fachwörter aus! LEKTION 6 THEMA: Drehstrommotoren Aufgabe 1. Lesen Sie die Texte Drehstrommotoren. Versuchen Sie den Inhalt aller Texte ohne Wörterbuch zu verstehen. Drehstrommotoren Entstehung des Drehfeldes Schickt man durch drei in Stern oder Dreieck geschaltete Feldspulen Drehstrom, so erzeugt jede Spule für sich ein magnetisches Wechselfeld. In der Gesamtwirkung ergeben aber drei Wechselfelder ein rotierendes Feld (Drehfeld), das praktisch konstant bleibt und mit konstanter Winkelgeschwindigkeit mit der Phasenfolge RST umläuft. Je drei Feldspulen bilden ein Polpaar. Ordnet man für jede der drei Phasen in entsprechendem Abstand am Umfang mehrere Feldspulen an, so kann damit eine Erhöhung der Polzahl erreicht werden. Werden am Klemmbrett zwei Anschlüsse miteinander vertauscht, so ändert sich die Drehrichtung des Feldes. Die Umlaufzahl des Drehfeldes errechnet sich aus der Beziehung n = 60f / p, worin f die Frequenz des Drehstroms und p die Polpaarzahl ist. Synchronmotoren Ist in einem Drehfeldständer ein permanenter Magnet drehbar angeordnet, so wird er vom umlaufenden Magnetfeld mit gleicher Drehzahl mitgenommen. Eine bessere Leistung kann erreicht werden, wenn der permanente Magnet (Dauermagnet) durch einen gleichstromgespeisten Elektromagneten ersetzt wird. Bei mehrpoligen Maschinen ist der Rotor also ein Polrad. Der Gleichstrom wird über zwei Schleifringe geführt. Im Gegensatz zur Gleichstrommaschine ist jetzt der Ständer der Anker. Synchronmotoren haben nur eine starre Drehzahl. Um Wirbelströme zu vermeiden, baut man alle unmittelbar von Spulen umgebenen Eisenteile des Motors aus dünnen, gegeneinander isolierten Blechen auf. Synchronkleinsmotoren besitzen als Polrad einen Dauermagneten, benötigen also keine Gleichstromerregung. Sie werden mit Wechselstrom betrieben und für kleine Drehmomente verwendet, wie sie Uhren, Plattenspieler, Zeitschalter u. dgl. erfordern. Die Kleinstmotoren haben ein stehendes Wechselfeld und laufen von selbst nicht an. Sie werden entweder angeworfen, oder es wird in ihnen durch eine Phasenverschiebung ein Drehfeld erzeugt. Asynchronmotoren Ersetzt man das Polrad durch einen Läufer mit einer dem Ständer gleichwertigen Dreiphasentwicklung, dann erhält man den sogenannten Induktionsmotor. Nach Einschalten des Ständerstroms bildet sich dort ein Drehfeld aus. Seine Kraftlinien schneiden die Läuferwicklung und induzieren in einen Strom, der nach der Lenzschen Regel die Bewegung des Drehfeldes zu hemmen sucht. Dabei wird der Läufer vom Drehfeld mitgenommen. Seine Drehzahl erreicht aber die des Drehfeldes nicht, da bei synchronen Lauf keine Feldlinien von der Ankerwicklung geschnitten werden und das auf dem Anker ausgeübte Drehmoment Null ist. Im stationären Zustande stellt sich daher eine solche Drehzahldifferenz ein, dass das den Anker antreibende Drehmoment gleich dem zu überwindenden Bremsmoment der Belastung und Lagerreibung ist. Der Schlupf beträgt zwischen Leerlauf und Vollast etwa 0,5 bis 6 % der Drehfelddrehzahl. Wegen dieser Schlüpfung, die einen nicht synchronen Lauf darstellt, werden Elektromotoren dieser Bauart Asynchronmotoren genannt. Prinzipiell genügt es, die Drehstromwicklung durch einen Käfig zu ersätzen. Jede Rotornut erhält einen Stab (Kupfer oder Aluminium). An beiden Stirnseiten werden die Stäbe durch Kurzschlußringe verbunden (Käfigläufer). Während man den Läufer mit einer vollständigen Dreiphasentwicklung, ähnlich wie bei der Gleichstrommaschinen, mit einem Anlasser in Betrieb setzt, ist das beim Käfigmotor nicht mehr möglich. Um die hohen Anlaufströme zu vermeiden, wird auf der Ständerseite ein Sterndreieckschalter eingesetzt. Drehstromkommutatoren Drehstromkommutatoren besitzen Gleichstromanker mit Kommutator, dem der Drehstrom über drei (oder sechs) Bürsten zugeführt wird. Ihre Drehzahl ist in weiten Grenzen (im allgemeinen im Verhältnis 1:3) durch Verstellen der Bürsten oder durch besondere Regeltransformatoren regelbar. Je nach der Schaltung der Ankerund Statorwicklung unterscheidet man Drehstromkommutatormotoren mit Reihen- und solche mit Nebenschluß-verhalten. Die ersten haben ein hohes Anzugsmoment. Da ihre Drehzahl bei fester Bürstenstellung mit abnehmender Belastung steigt, dürfen sie nicht im Leerlauf betrieben werden. Bei den Nebenschlußmotoren dagegen ist die Drehzahl bei fester Bürstenstellung nahezu unabhängig von der Last. Einphasenmotoren Man versteht unter Einphasenmotoren Einphasenkommutatormotoren und Einphasenindiktionsmotoren. Einphasenreichenschlußmotor (Hauptschlußmo-tor). Werden bei einem Gleichstrommotor beide Zuleitungen vertauscht, so ändert sich seine Drehrichtung nicht, da Erregung und Läufer gleichzeitig die Pole wechseln. Es ließe sich also jeder Gleichstrommotor auch mit Wechsel-strom betrieben. Man macht jedoch davon nur beim Hauptschlußmotor Gebrauch. Dabei ist darauf zu achten, dass für Betrieb mit Wechselstrom auch die Erregerpole aus Blechen ausgebaut sein müssen. Der Hauptschlußmotor hat ein starkes Anlaufmoment, während seine Drehzahl mit steigender Belastung abnimmt. Er eignet sich gut für Hebezeuge und elektrische Bahnen. Wie der Gleichstromhauptschlußmotor kann er in unbelastetem Zustand durchgehen. Kleinstmotoren, die bei gleicher Bauweise mit Gleich- oder Wechsel-strom beschickt werden können, heißen Allstrom- oder Universalmotoren. Sie finden in Staubsaugern, Ventilatoren u. a. Verwendung. Repulsionsmotor Im Repulsionsmotor wird nur der Erregerwicklung (Ständer) Wechselstrom zugeführt. Der Anker (Läufer) ist wie beim Gleichstrommotor mit einem Kollektor ausgerüstet, dessen sich gegenüberstehende Bürsten kurzgeschlossen sind. Das in der Erregerwicklung entstehende Wechselfeld induziert in der Läuferwicklungen Spannungen, die denen in den Ständerwicklungen jeweils entgegengesetzt sind. Stehen die Bürsten in einer Ebene senkrecht zur Feldrichtung (neutrale Zone), so heben sich diese Spannungen in den beiden Hälften des Läufers auf: es fließt kein Läuferstrom. Dreht man aber die Bürsten aus der neutralen Zone heraus, so fließt im Läufer ein Strom, der mit derselben Frequenz wie das erregende Feld seine Richtung ändert. Das entstehende Drehmoment ist der Verstellrichtung der Bürsten entgegengesetzt gerichtet. Läuferstrom, Drehmoment und Drehzahl nehmen zu, je weiter die Bürsten aus der neutralen Zone verschoben werden. Dieser Motor kann also leicht angelassen und geregelt werden. Repulsionsmotoren haben ein großes Anzugsmoment. Ihre Drehzahl schwankt stark mit der Belastung. Sie dürfen nicht unbelastet laufen. Kleinstmotoren mit einer Leistung von etwa hundertdreißig Watt werden beispielsweise als Nähmaschinenmotoren eingesetzt. Kondensatormotor Bei den Kondensatormotoren erzeugt man ein Drehfeld durch eine Hilfswicklung (Hilfsphase), in der der Strom gegenüber der Hauptwicklung um etwa 90 phasenverschoben ist. Die Phasenverschiebung wird durch einen in Reihe zur Hilfswicklung geschalteten Kondensator hergestellt. Sie werden ebenfalls nur für kleine Leistungen gebaut. Man unterscheidet: Motor mit Anlaufkondensator. Die mit einem Kondensator in Reihe geschaltete Hilfsphase wird nach dem Einlaufen in die synchrone Drehzahl durch einen Fliehkraftregler abgeschaltet. Das Anlaufmoment ist zweieinhalbmal so groß wie das Nennmoment. Motor mit Doppelkondensator. Bei Inbetriebsetzung des Motors spricht der Anlaßschalter infolge des hohen Kurzschlußstroms der Hauptphase an und führt der Hilfsphase über den Anlaßkondensator Spannung zu. In dem sich jetzt aufbauenden Drehfeld läuft der Motor an. Ist Synchronlauf erreicht, so wird der Anlaßkondensator infolge Stromverminderung in der Hauptphase abgeschaltet, der Betriebskondensator mit kleinerer Kapazität bleibt jedoch eingeschaltet. Das Anlaufmoment beträgt das etwa 1,5 fache des Nennmomentes. Der Betriebskondensator verbessert den Leistungsfaktor des Motors bis auf 0,95. Motor mit Betriebskondensator. Dieser Motor arbeitet beim Anlauf und im Betrieb mit Kondensator und Hilfsphase. Das Anlaufmoment erreicht hierbei jedoch nur etwa 1/3 des Nennwertes. Aufgabe 2. Antworten Sie auf die Fragen zum Text:
Aufgabe 3. Lesen Sie noch einmal die Information über die Drehestrommotoren und bilden Sie den Plan zur oben genannten Information. Aufgabe 4. Suchen Sie im Text die Sätze, wo: – es um rotierendes Feld geht; – es sich um den Arbeitsprinzip der Synchronmotoren (Asynchronmotoren) handelt; – vom Aufbau des Drehstromkommutators die Rede ist; – es um Sinn der Einphasenmotoren geht; – es um die Konfiguration des Repulsionsmotors geht; – es sich um die Motorarten handelt. Aufgabe 5. Sehen Sie bitte noch einmal alle Texte durch, arbeiten Sie paarweise, stellen Sie einander die Fragen zur Information über die Drehestrommotoren und beantworten Sie sie. Aufgabe 6. Bilden Sie Fachwörterbuch zum Text „Drehestrommoto-ren“! Aufgabe 7. Nennen Sie die historischen Beispiele des Einsatzes von den Drehestrommotoren in Wissenschaft und Technik. Aufgabe 8. Bilden Sie Mind-Map zum Thema „Drehestrommotoren“! Aufgabe 9. Erzählen Sie Ihrem Wunsch nach über einem der Drehestrommotoren, gebrauchen Sie dabei den Plan aus den Übungen 2, 3. Aufgabe 10. Schreiben Sie Kurzreferat zum Thema „Drehestrommoto-ren“! LEKTION 7 THEMA: Kondensator Aufgabe 1. Lesen Sie den Text „Kondensator“. Versuchen Sie den Inhalt des Textes ohne Wörterbuch zu verstehen. Kondensator. Bauelementbemessung Die Realisierung eines bestimmten Kapazitätswerts durch das Bauelement Kondensator wurde bereits für den Fall des Plattenkondensators an Beispielen gezeigt. Häufig werden aber in elektrischen Schaltungen sehr große C-Werte verlangt, die mit einem Plattenkondensator nicht erreicht werden können, da dessen Längsausdehnung zu große Werte erreichen würde. Abhilfe bringt hier die Idee des Wickelkondensators. Zwei sehr lange, schmale Metallfolien werden zwischen Isolierpapier gebettet und anschließend spiralig aufgewickelt. Die Isolierung der Folien kann auch chemisch erzeugt werden (Elektrolytkonden-sator); sie wird dann besonders dünn. Das Ergebnis sind sehr große C-Werte auf kleinem Raum. Wird das Isolierpapier durch Plastfolien ersetzt, so ergeben sich weitere Ausführungsformen. Man setzt z. B. bei dem Styrofiexkondensator Polystyrol ein, was dem Kondensator sehr hochwertige Eigenschaften verleiht. Man kann den Metallbelag auch auf den Isolierstoffaufdampfen. Die Schicht wird so dünn gemacht, dass Durchschläge bei zu hoher Spannung örtlich den Metallbelag verdampfen und dadurch den Fehler kompensieren (MP-Kon-densatoren). Bei kleineren Kapazitätswerten kann auch auf das Wickelprinzip verzichtet werden. Man nutzt in diesem Fall die Isolationseigenschaften extrem dünner Oxidschichten (ähnlich wie beim Elektrolytkondensator) oder von Halbleitergrenz-schichten (Sperrschicht-und Dünnschichtkondensatoren). Statt sehr dünner Schich-ten kann aber auch ein keramischer Werkstoff mit extrem großer Dielektri-zitätskonstante (εr = 5000) zum Einsatz kommen (Epsilankondensatoren). Für viele Schaltungen der Hochfrequenztechnik werden stetig veränderliche Kondensatoren benötigt. Am häufigsten wird die wirksame Plattenfläche durch Verdrehen halbkreisähnlicher Platten bei gleichbleibendem Plattenabstand verändert (Drehkondensator). Aufgabe 2. Antworten Sie auf die Fragen zum Text:
Aufgabe 3. Nennen Sie die historischen Beispiele des Einsatzes von den Kondensatoren in Wissenschaft und Technik. Aufgabe 4. Erzählen Sie den Text nach, gebrauchen Sie dabei die Antworten auf die Fragen aus der Übung 2. Aufgabe 5. Schreiben Sie aus dem Text 10-15 Fachwörter aus! Aufgabe 6. Lesen Sie folgende Information und bilden Sie den Plan zum Text: |
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