18. Versorgung mit elektrischer Energie

1. 18. Versorgung mit elektrischer Energie 18.1 Der Transformator Führe den Schülerversuch zum Transformator durch! 1. Unbelasteter Transformator: U1 : U2 =N1 : N2 Spannungsverhältnis: Versorgung mit elektr. Energie

2. Herleitung des Übersetzungsverhältnisses Aus der zweiten Kirchhoffschen Regel folgt für den Primärkreis: die durch die Selbstinduktion bewirkte Spannung. U1 + UL1 = 0 UL1 = – U1 Wegen der hohen Induktivität fließt im Primärkreis nur ein sehr geringer um /2 verschobener Wechselstrom (Blindstrom). Wenn sich an II kein Verbraucher befindet, ist I2 = 0. In einer Windung der Primärspule wird eine Spannung von induziert. Versorgung mit elektr. Energie

3. Da der magnetische Fluss fast ausschließlich durch den Eisenkern geht, treten keine Verluste auf. Daher wird in einer Windung von II die Spannung induziert und daher in der ganzen Spule II: II: Daraus folgt für die Spannungsübersetzung: Versorgung mit elektr. Energie

4. 2. Belasteter Trafo Führe Schülerversuch 3 durch! Erkenntnis: Beim belasteten Trafo steigt die Stromstärke auch im Primärkreis. Je heller die Lämpchen in II leuchten, desto höher die Stromstärke in I. Stromübersetzung ? Versorgung mit elektr. Energie

5. Stromübersetzung ? Ansatz: Leistung im Primärkreis = Leistung im Sekundärkreis Es gilt annähernd: und daher: Die Ströme werden verkehrt proportional zur Windungszahl transformiert. Versorgung mit elektr. Energie

6. Anwendungen des Transformators: Versuch: Lange Leitung Die beiden Widerstände simulieren den Leitungswiderstand Ergebnis: Die Lampe leuchtet nicht. Der Hochspannungstrafo Ergebnis: Die Lampe leuchtet. Versorgung mit elektr. Energie

7. Berechne jeweils die Stromstärke, wenn die Leistung gleichbleibt! Versorgung mit elektr. Energie

8. Schweißtrafo Der Nagel glüht und schmilzt dann durch. Versorgung mit elektr. Energie

9. 18.2 Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) Überlegung: Verluste durch Spannungsabfall an beiden Leitungen. Könnte man eine Leitung einsparen? Versorgung mit elektr. Energie

10. Drehstromgenerator: 3 Statorwicklungen sind gegeneinander jeweils um 120° (= 2/3) versetzt. L1, L2, L3 ... Phasenleiter N ... Neutralleiter (Nullleiter) er wird meist geerdet. In allen 3 Wicklungen wird eine Wechselspannung induziert. Simulation Versorgung mit elektr. Energie

11. Drehstrom Drehstrom Drehstrom Versorgung mit elektr. Energie

12. Phasen Versorgung mit elektr. Energie

13. Phasen Versorgung mit elektr. Energie

14. Sternschaltung Versorgung mit elektr. Energie

15. Addiert man die 3 Spannungen (Simulation mit Excel), so sieht man: U1 + U2 + U3 = 0 Werden nun die 3 Phasen gleichmäßig belastet (gleiche Verbraucher), so haben wir in allen 3 Phasen gleiche Phasenwinkel zwischen Spannung und Stromstärke. und daher: Summe der Stromstärken: I1 + I2 + I3 = 0 Das heißt aber, dass die Stromstärke im Neutralleiter 0 ist. Daher kann die Rückleitung dünn gehalten werden. Bei den großen Überland-leitungen lässt man sie überhaupt weg. Versorgung mit elektr. Energie

16. Bemerkung: Bei Hausinstallationen ist es wichtig, alle drei Phasen möglichst gleichmäßig zu belasten. Bei Geräten mit großer Leistungsaufnahme werden alle drei Phasen verwendet. (z. B. E-Herd, Boiler, ....) In Österreich und im Großteil der EU-Länder haben wir zwischen Phase und Nullleiter eine Spannung von Ueff = 230 V. Versorgung mit elektr. Energie

17. Dreiecksschaltung Versorgung mit elektr. Energie

18. U1 .... Potential am Phasenleiter 1 U2 .... Potential am Phasenleiter 2 U3 .... Potential am Phasenleiter 3 Die Potentialdifferenz zwischen Phasenleiter 1 und Phasenleiter 2 beträgt : ( = 400 V) Zwischen 2 Phasen des Drehstroms herrscht eine Spannung von 400 V. Versorgung mit elektr. Energie

19. Sternschaltung Dreiecksschaltung 400V 230V 400V 230V 400V 230V Versorgung mit elektr. Energie

20. Bei Verwendung von 400 V ( -fache Spannung) ergibt sich am selben Verbraucher wegen P = U²/R die 3 - fache Leistung. Vorteile des Dreiphasenwechselstromes: • Einsparung der Rückleitung über das Hochspannungsnetz (nicht im Ortsnetz) 2. Es stehen zwei verschiedene Spannungen, eine mit viel höherer Leistung zur Verfügung. 3. Der Drehstrom eignet sich für den Betrieb einfacher Elektromotoren. Versorgung mit elektr. Energie

21. 18.3 Drehstrommotoren 18.3.1 Synchronmotor Versuch: Prinzip des Synchronmotors: Ergebnis: Die Magnetnadel dreht sich synchron mit. Statt des rotierenden Hufeisenmagneten verwenden wir ein magnetisches Drehfeld, das mit Drehstrom gespeist wird. Versorgung mit elektr. Energie

22. Versorgung mit elektr. Energie

23. Statt des rotierenden Hufeisenmagneten verwenden wir ein magnetisches Drehfeld, das mit Drehstrom gespeist wird. Entstehen des magnetischen Drehfelds. Das resultierende Magnetfeld rotiert.  Magnetisches Drehfeld. Versorgung mit elektr. Energie

24. Der Synchronmotor ist ein Motor mit konstanter Drehzahl. Der Rotor muss über Schleifringe mit Gleichstrom gespeist werden. Um auf die richtige Drehzahl zu kommen, muss er angeworfen werden. (mit Anlaufmotor oder entsprechender Schaltung). Bei Überlastung gerät er außer Tritt. Seine Drehzahl errechnet sich aus: ns ... Drehzahl Synchronmotor f ... Frequenz des Drehstroms p ... Anzahl der Polpaare Versorgung mit elektr. Energie

25. 18.3.2 Der Asynchronmotor Versuch: Ergebnis: Der Alu-Ring dreht sich mit einem gewissen Schlupf mit. Verwendung eines magnetischen Drehfeldes: Im Alu-Ring entstehen Wirbelströme, die nach der Lenzschen Regel so gerichtet sind, dass sich der Ring mitdreht. Die Wirbelströme bleiben nur solange bestehen, als ein Schlupf zwischen Drehfeld und Ring existiert. (=kleiner Drehzahlunterschied) Bei Belastung des Motors geht seine Drehzahl zurück.  Es entsteht ein stärkerer Induktionsstrom.  Dieser bewirkt ein stärkeres Drehmoment  Die Drehzahl steigt wieder. Versorgung mit elektr. Energie

26. Technische Ausführung: Käfiganker. (vgl. B. S. 90. Abb. 90.4) • Vorteile: robust. Keine leitende Verbindung zu rotierenden Teilen. • Schlupf: n ... Drehzahl des Motors (Läufers) ns ... Drehzahl des Drehfeldes Versorgung mit elektr. Energie

27. 18.4 Stromversorgung. 1. Wie erfolgt der Stromtransport vom Kraftwerk zum Verbraucher? (verschiedene Spannungsebenen) 2. Welches ist die vordringliche Aufgabe eines EVUs. Wie wird diese Aufgabe bewältigt. 3. Belastungsdiagramm 4. Welche Kraftwerkstypen werden wofür eingesetzt? 5. Versorgung Österreichs mit Strom, Art der Strombeschaffung (Kraftwerkstyp, Import, Export,...) Ermittle aus dem Buch und verschiedenen Unterlagen: Versorgung mit elektr. Energie

28. Ende Vom Kraftwerk zum Verbraucher Versorgung mit elektr. Energie