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. 7
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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