ich interessiere mich für die Steinmetzschaltung, mit der man ja einen Drehstrommotor einphasig versorgen kann. Ich würde das gerne mal mit LTspice hinbekommen.
Die drei Induktivitäten schalte ich hierbei als Dreieck und schalte einer parallel dazu eine Kapazität und über eine andere parallel die Netzspannung. Somit versuche ich die beiliegende Schaltung aus einem Buch nachzubauen und das zugehörige Zeigerdiagramm zu erzeugen. Leider bekomme ich die dort dargestellten Verschiebungen zwischen den Strömen und Spannungen nicht hin. Hat jemand brauchbare Werte für die Induktivitäten und die Kapazität, dass dies ungefähr dem Zeigerdiagramm entspricht? In der Literatur finde ich viel zur generellen Auslegung der Kapazität aber nicht im Zusammenhang mit den Induktivitäten.
Das liegt daran, dass ein Drehstromasynchronmotor nicht einfach als 3 Drosseln modelliert werden kann.
Das übliche Ersatzschaltbild ist das eines kurzgeschlossenen Transformators, wobei die im Betrieb entstehende Gegen-EMK in den sekundären Wicklungswiderstand absorbiert wird.
Ersetze die Spulen fürs erste durch 3 Widerstände dann siehst du die Verschiebung, und auch dass sie nicht ein schönes Dreieck ist wie gerne gezeigt ;)
Ich habe jetzt mal den Spulen ESRs spendiert. Leider immer noch keine 60° zwischen U_W und I_W und auch sonst kann ich keine der im Buch dargestellten Winkel wiedererkennen. Fehlt hier noch essentielles? In der Darstellung aus dem Buch taucht ja nicht mal der ESR auf. Ich würde gerne nur mal diese Zeigerzusammenhänge mit den Winkeln hinbekommen, ich habe nicht real vor, so eine Schaltung aufzubauen.
Ich habe jetzt mal den Spulen ESRs spendiert. Leider immer noch keine
60° zwischen U_W und I_W und auch sonst kann ich keine der im Buch
dargestellten Winkel wiedererkennen. Fehlt hier noch essentielles? In
der Darstellung aus dem Buch taucht ja nicht mal der ESR auf. Ich würde
gerne nur mal diese Zeigerzusammenhänge mit den Winkeln hinbekommen, ich
habe nicht real vor, so eine Schaltung aufzubauen.
Leider immer noch keine
60° zwischen U_W und I_W und auch sonst kann ich keine der im Buch
dargestellten Winkel wiedererkennen.
die 60° entstehen nicht durch die Schaltung, sondern aufgrund des Betriebszustandes das Motors. Der hat in dem Beispiel einen cos phi von 0,5.
Ein Strang im Ersatzschaltbild besteht also aus einer Parallelschaltung einer Induktivität und einem Widerstand mit einem cos phi von 0,5.
Der Widerstand im Ersatzschaltbild steht nicht nur für die Kupferverluste, sondern vor allem für die abgegebene Leistung des Motors.
Ich habe nun die Schaltung mit RL-Parallelsträngen aufgebaut und auch wieder mit Originalsymbolen, falls jemand die .asc-Datei öffnen mag.
Ich habe cos(Phi)=0,5 über den tan(phi)=R/X_L bestimmt und dabei 54,42 Ohm berechnet. Messe aber noch 90° zwischen U_W und I_W und nicht 60° :/ Dass bzw. ob man die Stränge koppeln muss, ist mir auch nicht ganz klar.
Er hat wohl ein E-Auto besessen:
Übersetzeung lt. Google:
"Charles Steinmetz posiert mit seiner Adoptivfamilie, den Haydens, und seinem Elektroautomobil der Marke Detroit. Steinmetz sitzt im Wagen. Vor dem Auto stehen – von links nach rechts – seine Enkelkinder Marjorie „Midge“ Hayden, William Hayden und Joe Hayden. Rechts im Bild ist der Vater der Kinder und Steinmetz’ Laborassistent, Joseph LeRoy Hayden, zu sehen. Das Elektroauto befindet sich heute im Besitz des Union College und ist seit 2008 im Edison Exploratorium in Schenectady, NY, ausgestellt."
korrekt. Danke für den Hinweis. Hatte nur Teile des Artikels "This Power Grid Pioneer’s EV Prediction Came 100 Years Too Soon >Charles Proteus Steinmetz envisioned 1 million EVs on U.S. roads by 1924" gelesen.
Da steht dann auch irgendwas von einem 2-Rotor-Motor für e-Autos und
"Undeterred, Steinmetz formed the Steinmetz Electric Motor Car Corp. in 1920 with the initial goal of bringing to market an electric truck for deliveries and light industrial use."
Egal.
Das Hauptthema jedoch ist, dass dieses unglückliche Beispiel aus dem Buch nur den speziellen Fall von pf=0.50 (=60°) erklärt. Somit ist das System schön symmetrisch, was aber im realen Leben nicht der Fall ist.
Messe aber noch 90° zwischen U_W und I_W und nicht 60° :/
Dass bzw. ob man die Stränge koppeln muss, ist mir auch nicht ganz klar.
unabhängig von allem anderen musst du die Simulation für einen längeren Zeitraum machen, bis der eingeschwungene Zustand erreicht ist, d.h. bis der Strom symmetrisch zur Nulllinie ist.
Die Induktivität im Ersatzschaltbild ist nicht die tatsächliche Induktivität der Wicklung, sondern ein rechnerischer Wert, der sich aus dem Betriebszustand der rotierenden Maschine ergibt.
fang mit dem Strang U an, der hängt direkt an der Quelle und ist unabhängig vom Rest.
für einen angenommen Strom von 0,5A komme ich auf 920Ohm und 1,7H.
Der Kondensator hat keinen Einfluss auf die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in den einzelnen Strängen, sondern nur auf die Amplitude und die Phasenlage der Spannungen untereinander. Also das, was 120° sein sollten, sind es nicht.
Oder soll ich den Strom durch die gemeinsame Parallelschaltung nehmen und der Spannung gegenüberstellen? Mir ist das ESB pro Strang nicht ganz klar, ein Elektromotor stellt doch eigentlich eine ohmsch-induktive Last dar und damit wäre es doch eigentlich eine Reihenschaltung.
Mir ist das ESB pro Strang nicht ganz
klar, ein Elektromotor stellt doch eigentlich eine ohmsch-induktive Last
dar und damit wäre es doch eigentlich eine Reihenschaltung.
Kommt eben drauf an wie genau man simulieren will. Nimm doch zunächst mal Induktivitäten mit ESR.
Die Induktivität im Ersatzschaltbild ist nicht die tatsächliche
Induktivität der Wicklung, sondern ein rechnerischer Wert, der sich aus
dem Betriebszustand der rotierenden Maschine ergibt.
Oder soll ich den Strom durch die gemeinsame Parallelschaltung nehmen
und der Spannung gegenüberstellen? Mir ist das ESB pro Strang nicht ganz
klar, ein Elektromotor stellt doch eigentlich eine ohmsch-induktive Last
dar und damit wäre es doch eigentlich eine Reihenschaltung.
Du kannst auch eine Reihenschaltung machen, sind dann aber andere Werte. Die Schaltungen sind aber natürlich nur für sinusförmige Größen mit 50Hz gleichwertig.
Oder du baust in die gemeinsame Leitung der Parallelschaltung noch einen 1mohm Widerstand ein und misst den Stom in diesem. Oder du nimmst die Summe der beiden Ströme.
Und wie gesagt, das ganze sind nur rechnerische Größen für einen bestimmten Betriebszustand des Motors. Mit den realen Elektriscjen Werten hat das nichts zu tun.
Eine übererregte Synchronmaschine kann sogar wie ein Kondensator wirken.
Danke für die Hinweise. Ich habe jetzt die Stränge mit L = 100 mH und
R = 18,14 Ohm in Reihe ausgelegt. So habe ich schonmal meine Phasenverschiebung von 60° zwischen UW und IW :-)
Wie berechne ich nun die Auslegung des Kondensators, dass ich die Zeigerdarstellung aus dem Buch erhalte (siehe erstes Post)? Dort zusehen ist, dass die Strangspannungen um 120° phasenverschoben sind. Ist das überhaupt theoretisch möglich?
dort steht auch etwas zur Berechnung des Kondensators.
deine Werte sind für einen Motor mit Steinmetzschaltung unrealistisch. Einen cos phi von 0,5 hat ein Motor bei etwa 1/4 der Nennleistung. Deine Werte entsprechen einem zu großen Motor und ergeben vermutlich einen riesigen Kondensator.
Ich habe mal ein paar Werte probiert und bei C=150 uF ziemlich gute Ergebnisse erhalten. Durch Die Rechnung von Giovanni, wo 152 uF herauskommen, weiß ich nun, dass es tatsächlich auch so stimmt und ich kann es nachvollziehen und 152 uF passt noch etwas besser.
Das Ergebnis verblüfft mich...ich habe ein richtiges Drehfeld durch die Schaltung, hätte ich so nicht gedacht. Auch wenn es nur theoretisch ist. Anbei ein Screenshot von dem theoretischen Modell, vllt. hilft es ja jemand anderem mal.
Bei pf=0.5 wäre die Leistung ~2kW - wobei dies natürlich ein Teillastpunkt einer realen ASM wäre. Damit passt auch die Bauernregel mit ~70µF/kW ganz gut.
Auch die WIKI Formel liefert einen ähnlichen Wert.
Wenn man einen Betriebspunkt mit pf=0.50 und einen passenden Kondensator hat, dann ist die Verschiebung wirklich 120°.
Nur die reale Auslegung ist meist etwas anders, und damit gibt es diesen Zustand eher nicht.
Nebeneffekt: im 1~ Betrieb wirkt der Kondensator auch als Kompensation und reduziert die Blindleistung.
Steinmetz-Zeiger.png
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