1308006DE - Antriebstechnik & Elektrische Maschinen

ANTRIEBSTECHNIK & ELEKTRISCHE MASCHINEN

ELEKTROTECHNIK MASCHINEN PRÜFEN LASTEN SIMULIEREN KRAFTWERKE REGELN

MODERNE ANTRIEBSTECHNIK

Elektrische Maschinen und Antriebe sind überall im Alltag gegenwärtig – ob im Staubsauger, in der Bohrmaschine, als Antrieb eines Fließbandes oder im Auto.

Zwar sind die grundlegenden Prinzipien von elektrischen Maschinen seit über 150 Jahren bekannt, doch durch Weiterentwicklungen wie Industrie 4.0 wurden in den letzten Jahrzehnten technologische Fortschritte auf diesem Fachgebiet erreicht. Die erforderlichen Kenntnisse von Fachkräften werden immer umfangreicher.

Das neue Maschinenprüfsystem vereint nicht nur die Prüfung von Motoren und Generatoren, sondern auch die Lastsimulation von Maschinen im Direktanlauf im Netz oder für Drehzahl geregelte Antriebe.

Maschinen prüfen

Motorprüfung

Generatorprüfung Lastsimulation

Anlaufen von Asynchronmaschinen im Netz

Betrieb von Drehzahl bei variablen Antrieben

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Generratorregelung

Generator im Insel Betrieb

Generator im Netz Betrieb Mechanik prüfen

statische Analyse

dynamische Analyse Die Auszubildenden erlernen neben dem Aufbau auch das Verhalten und die Wirkungsweise von verschiedenen Maschinentypen – von bewährten bis hin zu modernsten, hocheffizienten Maschinen - kennen. Auch sind sie in der Lage, das Verhalten in verschiedenen Lastsituationen zu analysieren, die Kennwerte zu berechnen und maschinentypische Kennlinien aufzunehmen. Die Auswirkungen in elektrischen Netzen und dafür notwendige modernste Schaltgeräte werden darüber hinaus angeeignet.

MASCHINENPRÜFSYSTEM

Mit dem innovativen LEYBOLD-Maschinenprüfsystem können elektrische Maschinen aus den Bereichen Gleichstrom, Wechselstrom und Drehstrom der 300 W-Klasse analysiert werden, die alle industriell designt und didaktisch aufbereitet sind. Die Prüflinge können schnell und einfach ausgetauscht werden. Dabei werden die Sicherheitsanforderungen der Maschinenrichtlinien erfüllt.

LERNFELDER / LERNZIELE Aufbau und Wirkungsweise von Maschinen Verhalten von Maschinen als Motor Verhalten von Maschinen als Generator Möglichkeiten der Drehzahlstellung Wirkungsgrad Kennlinien von Motoren Lastsimulation Möglichkeiten der Drehzahlstellung

und der Lasteinstellung Anlassen und Bremsen Kennlinien von Generatoren Leerlauf und Kurzschlussversuch

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MASCHINEN TEST CASSY

- automatisierte Erkennung der Maschine

Diese Gerätekombination ermöglicht über sein Funktionsspektrum eine freie Darstellung von:

- Überwachung des gesamten Prüfaufbaus

- Maschinenkennlinien n/T oder T/n - Diagramme über Zeit (wie Anlaufen von Maschinen) - X-Y-Diagramme (Hysterese von Transformatoren) Das CASSY kann sowohl als Rahmensystem TPS als auch als Tischgerät genutzt werden.

Schritt für Schritt werden die Auszubildenden durch die Menüpunkte geführt - beginnend mit der Auswahl der Maschine über den Anschluss der Maschine und dem Verbinden mit dem Messsystem bis zum Start der Messung. Alle Messergebnisse können auf dem Display dargestellt werden. Die Funktion der WLAN-Verbindung ermöglicht es, die Messungen und die Messergebnisse auch auf andere Medien, wie Tablet oder Smartphone, zu übertragen und mitzuverfolgen.

PRODUKT HIGHLIGHTS  automatisierte Maschinenerkennung  zeitsynchrone Messung von Drehmoment, Dreh zahl, Spannung, Strom, Phasen, Winkel & Frequenz  Darstellung der Messung als Diagramm oder Tabelle  Grundanalysen bereits am Steuergerät ohne Software möglich (z. B. Angleichsgerade & Parabel)  alle Messwerte der Maschine werden nach Normmethode (EN DIN 60034-2-1) durchgeführt

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Das neue System bietet:

Das Maschinen Test CASSY ist ein Analysegerät kombiniert mit einem Mess- und Regelgerät sowie einem integriertem Steuergerät für das elektrische Dynamometer.

- Überwachung von Motortemperatur des zu prüfen den Motors und des elektrischen Dynamometers.

- Anpassung aller maximalen Prüfwerte an die Maschinendaten Das Maschinen Test CASSY kann auch als manuelles, eigenständiges Messgerät ohne PC oder Software genutzt werden. Die volle Funktionalität des Maschinen Test CASSY wird durch die Kombination aus den interaktiven und digitalen Versuchsanleitungen Lab Docs sowie der Software CASSY Lab 2 für Antriebe und Energiesysteme erreicht.

Zusätzlich stehen auch Treiber für LabView™ und MATLAB® kostenlos zur Verfügung.

773 2000

Maschinenprüfsystem 0,3

773 1900

Maschinen Test CASSY 0,3

773 110

Maschinen Grundbank 90 cm

773 108

Kupplungs- und Wellenabdeckung 0,3 transparent

ELEKTRISCHES DYNAMOMETER

Das elektrische Dynamometer ist eine pendelnd gelagerte Asynchron-Servo-Maschine zur Messung der elektrischen und der mechanischen Energie. Diese wird direkt durch einen integrierten Inkrementaldrehgeber zur Drehzahlerfassung und einer Drehmomentmesseinheit zur Erfassung des Drehmomentes ermittelt. Aus didaktischen Gründen und zum besseren Verständnis für die Auszubildende wird das Drehmoment über ein sichtbar angebrachtes Edelstahl-Biegesystem mit Dehnungsmessstreifen erfasst. Zum Nullpunkt-Abgleich des Drehmoments ist eine einfach zu bedienende Justiereinheit vorhanden.

PRODUKT HIGHLIGHTS  didaktische Drehmomentsmessung mit NullAbgleich & Kalibration durch externes Gewicht  schnelle Drehmoments- & Drehzahlmessungen ermöglichen die Analyse vom Anlaufverhalten der Elektrischen Maschinen  Sicherheitsschleife zur Abschaltung im Fehlerfall durch Schnellbremsung  Potenzialausgleich durch 6 mm-Federkontakten zwischen Dynamometer & Steuergerät 773 1990

Potenzialausgleichsanschluss

Elektrisches Dynamometer 0,3

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ELEKTRISCHE MASCHINEN FÜR MASCHINENPRÜFSYSTEM

VERBUNDMASCHINE

Gleichstrom-Verbundmaschine für Motor- und Generatorbetrieb

UNIVERSALMOTOR

KONDENSATORMOTOR R

Universalmotor als Reihenschlussmaschine

Einphasen-Wechselstrommotor

Betrieb an Wechsel- oder Gleichspannung

inklusive Anlaufrelais, Anlauf- und Betriebskondensator

einsetzbar als Neben-, Reihen- oder Doppelschlussmaschine Reihenschlusswicklung mit Anzapfung zur Kompoundierung und Neben schlusswicklung

KÄFIGLÄUFERMOTOR 400/690

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KÄFIGLÄUFERMOTOR D

KÄFIGLÄUFERMOTOR GW

Drehstrom-Asynchronmotor

Drehstrom-Asynchronmotor

Drehstrom-Asynchronmotor

400/690 V ∆/Y

Dahlanderschaltung

2 getrennte Wicklungen

773 186

Verbundmaschine

773 2104

Käfigläufermotor 230/400

773 200

Universalmotor

773 236

Synchronmaschine SP

773 204

Kondensatormotor R

773 237

Synchronmaschine VP

773 212

Käfigläufermotor 400/690

773 340

773 224

Käfigläufermotor D

Synchronmaschine Permanent Erregt EPM

773 226

Käfigläufermotor GW

773 2201

Käfigläufermotor Basic 230/400

773 228

Multifunktionsmaschine

773 2203

Käfigläufermotor Basic 400/690

773 233

Schleifringläufermotor

773 2108

Käfigläufermotor 230/400

IM ÜBERBLICK

MULTIFUNKTIONSMASCHINE

Drehstrom-Multifunktionsmaschine mit Schleifringläufer einsetzbar als Asynchron- oder als Synchronmaschine

SCHLEIFRINGLÄUFERMOTOR

KÄFIGLÄUFERMOTOR 230/400

Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer

Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer 230/400 V ∆/Y

Sichtbarkeit der Schleifringe

für Motor- und Generatorbetrieb

SYNCHRONMASCHINE SP

SYNCHRONMASCHINE VP

Drehstrom-Synchronmaschine

Drehstrom-Synchronmaschine

Schenkelpolläufer und Dämpferkäfig

Vollpolläufer und Dämpferkäfig

Sichtbarkeit der Schleifringe

Sichtbarkeit der Schleifringe

KÄFIGLÄUFERMOTOR BASIC 230/400/0,3 Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer obenliegenden Anschlüsse im Orginal-Anschlusskasten ohne didaktisches Klemmbrett

KÄFIGLÄUFERMOTOR BASIC 400/690/0,3 Industrie-Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer obenliegenden Anschlüsse im Orginal-Anschlusskasten

SYNCHRONMASCHINE PERMANENT ERREGT E

Drehstrom-Synchronmaschine mit eingebetteten Permanentmagneten im Läufer Sichtbarkeit der Magnete

KÄFIGLÄUFERMOTOR 230/400/0,3 IE3 Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer 230/400 V ∆/Y hocheffizienz IE3

ohne didaktisches Klemmbrett

Alle aufgeführten Elektrischen Maschinen sind 0,3 kW-Klasse und sind auch in der Leistungsklasse 1,0 kW erhältlich.

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ÜBERBLICK DER ZERLEGBAREN MASCHINEN

Der Einblick in Aufbau und Funktionsweise der elektrischen Maschinen bildet die Grundidee für unsere Wechselrotoren.

Erst durch den Zusammenbau der Rotor- und Statorbaugruppe entsteht eine betriebsbereite elektrische Maschine. Das Statorgehäuse ist auf einem Aluminiumsockel montiert und somit kompatibel zu unseren 300 W-Klassen der Industriemaschinen.

PRODUKT HIGHLIGHTS  kompatibel zur 300 W-Klasse  6 unterschiedliche Rotorarten  2 unterschiedliche Statorarten

Die sichere Verbindung von Stator und Rotor übernehmen Sterngriff–Zugbolzen, die einen schnellen Wechsel des Rotors erlauben. Die Rotoren sind mit B-Lagerschild, Lüfterrad, Abdeckhaube und evtl. Schleifringen, Bürsten, etc. ausgestattet.

Der zusammengebaute Prüfling kann nun elektrisch angeschlossen und mit dem Maschinenprüfsystem analysiert werden. So lassen sich die Kennlinien auf die Eigenschaften des jeweiligen Rotors zurückführen.

Durch einen individuellen Austausch der Rotoren ist auch der direkte Vergleich unterschiedlicher Bauarten sehr gut durchführbar.

Besonders eindrucksvoll lässt sich das Sparpotenzial von Effizienzmaschinen nachweisen und in Relation zum zusätzlichen Mehraufwand durch den Kupferkäfig des Effizienzläufers bringen.

774 7721

Kurzschlussrotor 0,3

774 7722

Schleifringrotor 0,3

774 7723

Schenkelpolrotor 0,3

774 7724

Vollpolrotor 0,3

774 7725

Reluktanzrotor 0,3

774 7726

Gleichstromstator NS 0,3

774 7728

Gleichstromrotor 0,3

774 7729

Kurzschlussrotor hoher Effizienz 0,3

E2.1.3.4 8

Kurzschlussrotor 0,3

Schleifringrotor 0,3

Schenkelpolrotor 0,3

Vollpolrotor 0,3

Reluktanzrotor 0,3

Gleichstromstator NS 0,3

Gleichstromrotor 0,3

Kurzschlussrotor hoher Effizienz 0,3

Maschinen mit Wechselrotoren

EINFACH IN DER BEDIENUNG

Maschinen Test CASSY mit einfacher Bedienung

Der Lernende kann in wenigen Schritten eine Kennlinie, z. B. einer Asynchronmaschine, aufnehmen.

Schritt 1: Auswahl der Maschine

Die Selektion der Maschine wird menügeführt und über die Kenndaten des Typenschilds ausgewählt. Neuere Maschinen werden nach Anschluss vom Maschinen Test CASSY direkt erkannt.

Schritt 2: Anschluss der Maschine

Das Menü enthält eine Anschlussskizze für den normgerechten Anschluss der Maschine.

Schritt 3: Start der Maschine

Die Maschine lässt sich nur starten, wenn im Aufbau alle Sicherheitsfunktionen erfüllt wurden.

Schritt 4: Freigabe, Synchronisation & Start der Messung

Nach Inbetriebnahme der Maschine wird das Maschinen Test CASSY freigegeben und der Prüfling synchronisiert. Nachfolgend kann die Messung gestartet werden.

Maschinen Test CASSY

CASSY Lab 2

Diagramm in interaktiven Anleitung

Kennlinie eines Käfigläufers mit Drehmoment und Maschinenstrom

Kennlinien einer Drehzahl über einen Drehmoment

Kennlinie eines Käfigläufers in einem interaktiven Dokument

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MOTOREN PRÜFEN MIT DREHZAHLREGELUNG

Kennlinie eines Reihenschlussmotors (Linkslauf)

Prüfen von elektrischen Maschinen als Motor Für die Auswahl der elektrischen Maschinen ist es wichtig, die Kennlinien eines Motors zu kennen. Aus den Messwerten und den Kenndaten eines Motors können anschließend das Drehmoment oder der Wirkungsgrad berechnet werden.

Für solche Analysen stehen 2 Methoden zur Verfügung: drehzahlgeregelte Kennlinien-Aufnahme drehmomentgeregelte Kennlinien-Aufnahme

Motoren prüfen mit einer geregelten Drehzahl Das ist die Methode zur Aufnahme von Kennlinien über den gesamten Drehzahlbereich. Die folgenden Motoren sind für diese Messung geeignet: 3-Phasen-Asynchronmotor Kondensatormotor Gleichstrommotor Alle Kennlinien können für beide Drehrichtungen über die nötigen Quadranten einschließlich der Bereiche der Generatoren aufgenommen werden.

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Messung und Regelung sind zwei getrennte Prozesse, die nur über die Startund Stoppbedingungen miteinander verbunden Einstellmenü: Maschinen prüfen sind. Somit können die Kennlinien in der Standardeinstellung mit 250 Messpunkten aufgenommen werden. Für höherwertige Anwendungen kann diese noch bis auf 4.000 Messungen pro Kennlinie ausgeweitet werden.

Alle Messbereichseinstellungen werden durch die Wahl der Maschine getroffen und sind automatisch voreingestellt. Der Anschluss der elektrischen Messkanäle ist in der Anschlussskizze dargestellt. Dieses Verfahren ermöglicht ein schnelleres Umschalten zwischen den Betriebsarten, z. B. Maschinen prüfen und Lastsimulation. Alle Messbereiche stellen sich automatisch um, nur die versuchsspezifischen Einstellungen und Größen müssen neu gewählt werden.

Maschinen Test CASSY

CASSY Lab 2

Diagramm in interaktiver Anleitung

Kennlinie eines Käfigläufers (linkslauf)

Käfigläufer Kennlinie n/T

Auszug aus Experiment DC–RS-Motor

MOTOREN PRÜFEN MIT DREHMOMENTREGELUNG

Motoren prüfen mit einem geregelten Drehmoment Die Drehmomentregelung ist die Methode zur Analyse des Arbeitsbereiches und Prüfung eines Motors. Hier können sehr genau die Kennwerte eines Motors ermittelt und mit dem Typenschild verglichen werden.

Die folgenden Motoren Synchronmotor Permanent Erregter Synchronmotor

Weitere Eigenschaften bis hin zum Wirkungsgrad kann der Auszubildende/Student aus diesen Werten berechnen.

Für die Analyse von Antrieben werden in der Konfiguration die berechneten Werte für mechanische Leistung, Scheinleistung, elektrische Leistung, Blindleistung, Erregerleistung, Schlupf- und Wirkungsgrad freigegeben.

Diese Messungen benötigen keine externe Software.

können nur mit dieser Messmethode geprüft werden: ermitteln der Nennwerte aller Motoren Prüfung nach Normmethode Folgenden Prüfmethoden stehen zur Verfügung: manuelle Messungen automatische Messungen statische Messung In der Grundkonfiguration werden folgende Werte für eine Asynchronmaschine aufgenommen: Drehzahl nM, Drehmoment TM Spannung UM, Strom IM, Phasenverschiebung ϕM Frequenz fM

Tabelle einer Messung eines Synchronmotors

Der integrierte WLAN-Anschluss ermöglicht dem Lernenden, die Messungen plattformunabhängig in jedem beliebigen Browser durchzuführen.

Maschinen Test CASSY

CASSY Lab 2

Aufbaubild in interaktiver Anleitung

Tabelle mit Messwerten

Messung eines Reihenschlussmotors

Aufbaubild aus einer Versuchsanleitung

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GENERATOREN PRÜFEN & REGELN

Generatorprüfung

Generatorregelung

Die Generatorenprüfung unterscheidet sich stark von der Motorenprüfung. Bei der Motorenprüfung ist das Dynamometer eine Last. Hingegen wird dieses bei der Generatorenprüfung zu einem drehzahlgeregelten Antrieb.

Die Generatorenregelung befasst sich mit dem Betrieb eines Generators. Dieser kann alleine ein Inselnetz versorgen oder an einem Netz betrieben werden.

Diese Prüfung ist für Synchron- und Gleichstromgeneratoren geeignet.

Folgende Themen können in der Betriebsart „Generatorprüfung“ behandelt werden: Inselbetrieb Spannung/Drehzahl Spannung/Erregerstrom Spannung/Last RLC Netzbetrieb Blindleistung/Erregerstrom V-Kurven Statorstrom/Erregerstrom

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Folgende Themen können in der Betriebsart „Generatorregelung“ behandelt werden: Inselbetrieb Drehzahlregler Spannungsregler statisches und dynamisches Lastverhalten Netzstabilität des Inselnetzes Netzbetrieb Parallelschalten von Generatoren Leistungsstatik Blindleistungsstatik statisches und dynamisches Lastverhalten

Maschinen Test CASSY

CASSY Lab 2

Diagramm in interaktiven Anleitung

Lastverhalten im Inselbetrieb

Leistungsstatik im Netzbetrieb

V-Kurven eines Generators

LASTSIMULATION

Für die Lastsimulation gibt es zwei Szenarien: den Anlauf einer Maschine mit einem Motor, der direkt aus dem Netz gespeist wird oder den Betrieb eines Drehzahl geregeltem oder gesteuerten Antriebes.

Lastsimulation im „Anlaufmodus“

Das Starten einer Maschine direkt aus dem Netz wird von der Kennlinie der Antriebsmaschine, vom Trägheitsmoment der Maschine und von der Maschinenkennlinie bestimmt.

Lastsimulation im Betriebsmodus

Der Betriebsmodus ist für drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte Antriebe bestimmt. Hier arbeitet ein Drehmomentregler, der in Abhängigkeit der gewählten Funktion das Drehmoment einstellt.

Lastsimulation in Abhängigkeit von der Zeit

Folgende Funktionen stehen für Anlauf und Betrieb zur Auswahl: konstantes Drehmoment T= konst Lasthebemaschinen, Walzwerke, Kolbenverdichter linear zur Drehzahl T ~ n Extruder quadratisch zur Drehzahl T ~ n2 Pumpen, Gebläse, Lüfter Schwungrad T ~ α Schleifsteine, Bandanlagen mit Schüttgut Summe aller Maschinenfunktionen (reale Maschine) Für den Betrieb gibt es zusätzlich noch:

Ein Drehmoment-Funktionsgenerator enthält folgende Grundfunktionen: Sinus-, Rechteck-, Dreieck und Freie Funktion mit einer Frequenz von 10 mHz bis 2 Hz und ± 3 Nm.

antiproportional zur Drehzahl: T ~ 1/n Dreh- und Fräsmaschinen, Wickelmaschinen

Maschinen Test CASSY

CASSY Lab 2

Diagramm in interaktiven Anleitung

Kennlinie T~ 1/n

Anlaufkennlinien für T~n2

Anlaufen eines Motors unter Last

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SPEZIFISCHE AUSWERTUNGEN MIT CASSY LAB 2 FÜR ANTRIEBE & ENERGIESYSTEME Die Software CASSY Lab 2 bietet eine Vielzahl von Werkzeugen zur Auswertung und Darstellung von Messwerten in der Antriebs- und Energietechnik. So lassen sich anhand des Formelgenerators beispielsweise abgeleitete Werte berechnen. Auch einzelne Messwerte können angezeigt werden, ohne den Gesamtüberblick zu verlieren.

Eine Auswertung der Ergebnisse kann sowohl als „Rechnergestützte Möglichkeit“ als auch als „Grafisch mathematische Möglichkeit“ erfolgen.

Rechnergestützte Möglichkeiten Parameter Formel zeitliche Ableitung zeitliches Integral Fourier Transformation Clarke Mittelwert Histogramm

Grafisch mathematische Möglichkeiten Mittelwert einzeichnen Peak-Schwerpunkt berechnen Anpassung durchführen Ausgleichsgerade Ursprungsgerade Parabel Hyperbel 1/x freie Anpassung

Hysterese eines Transformators mit Integral der Fläche

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FFT von einem Transformatorstrom im Leerlauf

PRODUKT HIGHLIGHTS  Formel-Editor  freie Darstellung der Messungen  Modellbildung

Stromvektor berechnet durch die Clarke-Transformation

Histogramm-Messung Trägheitsmoment einer Maschine

Motorschutzschalter 1-1,6

Polumschalter-Dahlander

Sanftstarter 0,3/1,0

Motorschutzschalter 0,6-1

ZUBEHÖR

Stern-Dreieck-Starter

Ohmsche Last 0,3

Relais-Platte

Läuferanlasser 0,3

Industrie-Frequenzumrichter

Manuelle Synchronisiereinrichtung 727 115

Relais-Platte

731 50

Stern-Dreieck-Starter

731 51

Sanftstarter 0,3/1,0

731 55

Polumschalter, Dahlander

732 13

Motorschutzschalter 0,6-1

732 14

Motorschutzschalter 1-1,6

732 29

Läuferanlasser 0,3

732 40

Ohmsche Last 0,3

745 05

Manuelle Synchronisiereinrichtung

773 5313

Industrie-Frequenzumrichter 15

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