Aufgaben Inhaltsverzeichnis

Generatoren

zuletzt bearbeitet am 4. 7. 2003

Berechnen Sie die Höhe der Restwelligkeit der gleichgerichteten Spannung bei einem Kfz-Generator wo der Scheitelwert der einzelnen Phasen der Drehspannung vor der Gleichrichtung genau 15V beträgt.

geg: Spannung eines Drehstromgenerators : Effektivwerte der einzelnen Strangspannungen U_Str = 36V.
ges: Wie groß sind die Augenblickswerte der anderen beiden Strangspannungen wenn die dritte gerade den Wert von 20V hat?

Nehmen sie Stellung zu folgender Aussage: "Ein Dauermagnet als Generatorläufer würde den Aufbau des Generators wesentlich vereinfachen."

Übertragen sie die allgemeine Formel U_ind= B * l * v * Z auf die speziellen Verhältnisse im Kfz-Generator.

Welche Stromart und welche Stromstärke fließt jeweils durch jede Ständerwicklung bzw. durch die Ankerwicklung?

Wie groß ist der Augenblickswert der Spannung bei einem Drehwinkel von 20° wenn der Generator eine normale Sinusspannung mit einem Effektivwert von 14V erzeugt?

Welche Entwicklungsschritte wurden vom Standarddrehstromgenerator zum Compactgenerator vollzogen und welche Vorteile ergaben sich dadurch?

Welche Beziehungen bestehen zwischen Leiter- u. Strangspannung?
Beweisen sie ihre Behauptung mit einer Beispielrechnung

Stellen sie das Prinzip der Drehstromerzeugung im Kfz-Generator dar.

Die nebenstehende Abbildung zeigt die Generatorkontrolle durch eine Leuchtdiode (L = Erregerwicklung).
Die Leuchtdiode hat ihren Arbeitspunkt bei 2,1V und 30mA.
Der Vorerregerstrom soll 200mA betragen.Batteriespannung 13V.
Berechnen Sie die Widerstände R1 und R2.

Die Spannung zwischen Sternpunkt und einer Phase betrage 8V. Wie groß ist dann die Spannung zwischen den beiden Phasen V und W?

Welcher Strom fliesst jeweils zu den Zeitpunkten t1, t2 bzw. t3, durch die Diode D3 und welcher Strom fließt dann durch den Verbraucher?

t1 t2 t3
I (D3)

I (R)

Wie ändern sich die Reglereigenschaften, wenn Sie am Transistorregler R3 gegen einen halb so starken Widerstand austauschen und den Rest der Schaltung so lassen wie er war?

Wie sind moderne Spannungsregler heutzutage aufgebaut (Innenleben)?

Erklären Sie die Anschlüsse an einem echten Kfz-Generatorrregler (Ersatzteil aus dem Lager)

Berechnen Sie ungefähr die Regelspannung, wenn die Daten des Reglers gegeben sind.

Bestimmen Sie die erforderlichen Bauteile, um einen Regler mit bestimmten Eigenschaften zu bauen.

In einen Pkw ist der Generator N1-14V 40/110A eingebaut. Die maximale Motordrehzahl beträgt 4800/min, die Leerlaufdrehzahl 800/min. Wie gross darf die gewichtete und summierte Gesamtleistung aller im Kfz vorhandenen elektrischen Verbraucher sein? Welchen Kabelquerschnitt müssen sie als Ladeleitung mindestens verlegen und wie lang darf diese Leitung dann höchstens sein? Bestimmen Sie die Drehzahl, an der der Generator bei Vollast mit dem besten Wirkungsgrad arbeitet.
Musterlösung für diese Aufgabe

Pathologisch!

In einem Pkw werden elektrische Verbraucher mit einer Durchschnittsleistung von 400W betrieben (Akku exclusive).
Der Fahrer hat jedoch eine merkwüdige Fahrweise:
Während 40% der Gesamtfahrzeit wird der Motor bei Volllast mit einer Durchschnittsdrehzahl von 2000/min geknüppelt, während in dem übrigen 60% -igen Fahrzeitanteil der Motor komplett abgeschaltet wird.
Der Fahrer behauptet, so könne man Kraftstoff sparen!?!?

Es ist der kleinstmögliche erforderliche Generator zu bestimmen unter folgenden weiteren Bedingungen:
1. maximale Kurbelwellendrehzahl = 5300/min.
2. Der Akkuwirkungsgrad beträgt 60%

und nun viel Spaß!
Lösungshinweise zu dieser Aufgabe

Ein Pkw (BJ 2002, Ottomotor, n_leer=780/min, n_max=6300/min),
ist neben der vorgeschriebenen Beleuchtung und erforderlichen Motorausrüstung mit folgenden zusätzlichen elektrischen Aggregaten ausgerüstet:
Akku (12V 66Ah 387A), Radio, Nebelscheinwerfer, Scheibenwischer, Heckscheibenheizung.

1. Bestimmen Sie den kleinsten Generator, der das Bordnetz mit ausreichend Energie versorgen kann.

2. Ermitteln Sie den erforderlichen Querschnitt der 4,6m langen Ladeleitung.

3. Nachdem das Fahrzeug mit eingeschalteter Beleuchtung lange geparkt hatte, gelang es dem Fahrer um 13.35Uhr mit der 83% entladenen Batterie noch zu starten. Die anschließende Fahrt fand im zähflüssigen Verkehr bei einer durchschnittlichen Motordrehzahl von 1250/min statt.
Welche Fahrzeit wurde benötigt, um den Akku voll zu laden?

In einen NKW ist der Generator N1-28V 20/65A eingebaut. Die maximale Motordrehzahl beträgt 2800/min, die Leerlaufdrehzahl 580/min. Wie gross darf die gewichtete und summierte Gesamtleistung aller im Kfz vorhandenen elektrischen Verbraucher sein? Welchen Kabelquerschnitt müssen sie als Ladeleitung mindestens verlegen und wie lang darf diese Leitung dann höchstens sein? Bestimmen Sie die Generatordrehzahl, wo der Generator bei Vollast mit dem besten Wirkungsgrad arbeitet.

In einen PKW ist der Generator N1-14V 29/95A eingebaut. Die maximale Motordrehzahl beträgt 5600/min, die Leerlaufdrehzahl 880/min. Wie groß darf die gewichtete und summierte Gesamtleistung aller im Kfz vorhandenen elektrischen Verbraucher sein? Welchen Kabelquerschnitt müssen sie als Ladeleitung mindestens verlegen bei einer Länge von 2,8m. Bestimmen Sie die Motordrehzahl, wo der Generator mit dem besten Wirkungsgrad arbeitet. Wie gross ist an diesem Bestpunkt der Wirkungsgrad?

geg.: n_KW = 1850/min, i= 0,28, p = 7.
Stellen Sie das Signal an Kl. "W" dar (3 Perioden)

Stellen Sie sich ein Kfz-Elektrik Labor vor, wo das Bordnetz prinzipiell aufgebaut werden soll.

Alle erforderlichen Komponenten sind fein säuberlich nebeneinander auf einer Steckwand montiert.

Ihre Aufgabe ist die Verdrahtung des Gesamtsystems.

Anschlüsse: Geräteart Erklärungen
1 u.2 Messgerät für die Bordnetzspannung
3 u.4 Messgerät für die Lade- / Entladestrom Mit wieviel Ampere wird der Akku gerade geladen / entladen?
5 u.6 Messgerät für die Generatorstrom Was liefert der Generator gerade?
7 u.8 Messgerät für den Erregerstrom Wieviel Strom fliesst gerade durch die Ankerwicklung?
9, 10 u.11 Drehstromanschlüsse der Ständerwicklung Über diese Anschlüsse liefer der Generator zunächst Drehstrom. siehe: Drehstromerzeugung
23 u.24 Anschlüsse der Erregerwicklung Die mit der Ankerwelle sich drehende Spule wird über Kohlebürsten und Schleifringe mit Strom versorgt und erzeugt ein rotierendes Magnetfeld.
12, 13 u.14 Drehstromeingänge des Gleichrichters siehe: Drehstromerzeugung
25, 26 u.27 Gleichstromausgänge des Gleichrichters Die traditionellen Kfz-Generatoren haben 3 Gleichstromausgänge die an je 3 Dioden angeschlossen sind. Moderne Generatoren arbeiten ohne die Erregerdioden Drehstromgleichrichtung
16, 17 u.18 Spannungsregler Zwischen den Klemmen D+ und D- wird die augenblickliche Generatorspannung gemessen. Wenn die Regelspannung überschritten wird wird der Erregerstrom abgeschaltet. Spannungsregelung
19 u.28 Generatorkontrolllampe Sie muss leuchten bei Züngung EIN und verlöschen sobald der Generator selbsterregt arbeitet. Wenn sie leuchtet zeigt sie zeigt an dass der Vorregerstromkreis in Ordnung ist wenn sie im Fahrbetrieb nicht leuchtet dass der Generator Spannung erzeugt.
Das bedeutet aber nicht dass nun auch der Akku geladen wird. Diese Lampe ist keine Ladekontrolle!!
20 u.29 Zündschalter Der Zündstartschalter ist hier extrem vereinfacht dargestellt. Hier kommt es nur darauf an dass beim Einschalten der Zündung Die Klemmenleiste "15" mit Batterie+ verbunden wird so dass alle Fahrtverbraucher mit Spannung versorgt werden können.
21 u.32 Starterbatterie = Batterie = Akku Der lange dünne Querstrich am Akku symbolisiert den Pluspol (Klemme "30") der kurze dicke den Minuspol (Klemme "31")
22 u.33 Verbraucher im Bordnetz Der Einfachheit halber ist hier nur ein Widerstand stellvertretend für alle Bordnetzverbraucher gezeichnet : Elektromotore, Lampen, Heizungen, Magnetventile, Steuergeräte, Kommunikations- u. Navigationsinstrumente,... .

Ermitteln Sie die Wirkungsgradkennlinie für diesen Generator.

Bei welcher Drehzahl ist der Wirkungsgrad maximal?

geg: Motordrehzahl = 1300/min, Durchmesser der Riemenscheibe auf der Kurbelwelle d1 = 200mm, i = 0,28, I = 65A bei U = 14,2V, eta = 47%.

ges : Zugkraft im Keilriemen.

Aufgabe Nr. 1
d
Aus dem Diagramm lässt sich ermitteln, dass ...

A : Die Restwelligkeit mehr als 3V beträgt.

B : es sich bei diesem Signal um eine reine Wechselspannung handelt.

C : die Periodendauer dieses Signals etwa 20ms beträgt.

D : die Frequenz 600 Hz beträgt.

Aufgabe Nr. 2
d
Warum wird bei Drehstromgeneratoren in der Regel eine Vorerregung benötigt?

A : Damit die Ständerwicklung früher erregt wird.

B : Damit der Generator nicht überlastet wird.

C : Damit die Ständerwicklung später erregt wird.

D : Damit die Schwellenspannung der Dioden schon bei niedriger Generatordrehzahl erreicht wird.

Aufgabe Nr. 3
a
Als Wirkungsgrad bezeichnet man das Verhältnis von ...

A : abgeführter Leistung / zugeführter Leistung.

B : zugeführter Leistung / abgeführter Leistung.

C : Drehmoment / Drehzahl.

D : Raddrehzahl / Steckachsendrehzahl.

Aufgabe Nr. 4
d
Die Ständerwicklung bei einem Drehstromgenerator hat ...

A : Klauenpolhälften.

B : drei Einzelwicklungen.

C : zwei Einzelwicklungen.

D : eine Erregerwicklung.

Aufgabe Nr. 5
c
Drehstromgeneratoren erzeugen.

A : einphasigen Wechselstrom.

B : dreiphasigen Gleichstrom.

C : dreiphasigen Wechselstrom.

D : einphasige Gleichspannung.

Aufgabe Nr. 6
a
EMK ist die Abkürzung für ...

A : Elektromotorische Kraft.

B : Elektro-Mechanik.

C : Elektromechanische Kraftantriebe.

D : Elektromagnetische Koerzitivkraft.

Aufgabe Nr. 7
c
Die Maßeinheit für Frequenzen (Schwingungen je Zeiteinheit)

A : Siemens.

B : Pascal.

C : Hertz.

D : REM.

Aufgabe Nr. 8
a
Um Überspannungen zu vermeiden, müssen selbsterregte Generatoren ...

A : einen Regler haben.

B : einen Überspannungsschutz haben.

C : einen Leistungsmesser vorgeschaltet haben.

D : fremderregte Diodenanschlüsse besitzen.

Aufgabe Nr. 9
c
Dioden von Lichtmaschinen müssen gekühlt werden.

A : Die Dioden kühlen den Luftstrom des Lüfterrads ab.

B : Die Diodenplatte wird an die Wasserkühlung angeschlossen.

C : Die Wärme wird durch Metallbleche abgeleitet, die im Luftstrom gekühlt werden.

D : Die Dioden müssen nicht gekühlt werden.

Aufgabe Nr. 10
a
Die drei Ständerwicklungen sind mit einem Ende im Sternpunkt des Generators zusammengeschaltet. Diese Schaltungsart bezeichnet man als ...

A : Sternschaltung.

B : Dreieckschaltung.

C : Sparpunktschaltung.

D : Sternpunkt-Wechselspannungsverkettung.

Aufgabe Nr. 11
b
Gleichstromlichtmaschinen haben auf dem Anker ...

A : Schleifringe.

B : einen Kollektor.

C : einen festen Weicheisenblock.

D : die Dauermagnetpole Nord und Süd.

Aufgabe Nr. 12
c
Stromquellen in einem Fahrzeug sind ...

A : Anlasser und Lichtmaschine.

B : Generator und Lüftermotoren.

C : Generator und Batterie.

D : Batterie und schnelllaufende Elektroantriebe.

Aufgabe Nr. 13
d
Das Erregermagnetfeld in Drehstromgeneratoren ist ein ...

A : reines Dauermagnetfeld.

B : reines Elektromagnetfeld.

C : Weicheisen-Ankerfeld.

D : Dauer- und Elektromagnetfeld die sich überlagern.

Aufgabe Nr. 14
b
Die Generatorkontrolllampe zeigt einen Lichtschein, wenn

A : der Generator den Akku lädt.

B : die Generatorspannung wesentlich kleiner ist als die Akkuspannung.

C : nur ein Verbraucher eingeschaltet ist (z.B. die Zündspule).

D : unabhängig vom Ladungspotential.

Quickstart Seite:
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Anschlüsse:	Geräteart	Erklärungen
1 u.2	Messgerät für die Bordnetzspannung
3 u.4	Messgerät für die Lade- / Entladestrom	Mit wieviel Ampere wird der Akku gerade geladen / entladen?
5 u.6	Messgerät für die Generatorstrom	Was liefert der Generator gerade?
7 u.8	Messgerät für den Erregerstrom	Wieviel Strom fliesst gerade durch die Ankerwicklung?
9, 10 u.11	Drehstromanschlüsse der Ständerwicklung	Über diese Anschlüsse liefer der Generator zunächst Drehstrom. siehe: Drehstromerzeugung
23 u.24	Anschlüsse der Erregerwicklung	Die mit der Ankerwelle sich drehende Spule wird über Kohlebürsten und Schleifringe mit Strom versorgt und erzeugt ein rotierendes Magnetfeld.
12, 13 u.14	Drehstromeingänge des Gleichrichters	siehe: Drehstromerzeugung
25, 26 u.27	Gleichstromausgänge des Gleichrichters	Die traditionellen Kfz-Generatoren haben 3 Gleichstromausgänge die an je 3 Dioden angeschlossen sind. Moderne Generatoren arbeiten ohne die Erregerdioden Drehstromgleichrichtung
16, 17 u.18	Spannungsregler	Zwischen den Klemmen D+ und D- wird die augenblickliche Generatorspannung gemessen. Wenn die Regelspannung überschritten wird wird der Erregerstrom abgeschaltet. Spannungsregelung
19 u.28	Generatorkontrolllampe	Sie muss leuchten bei Züngung EIN und verlöschen sobald der Generator selbsterregt arbeitet. Wenn sie leuchtet zeigt sie zeigt an dass der Vorregerstromkreis in Ordnung ist wenn sie im Fahrbetrieb nicht leuchtet dass der Generator Spannung erzeugt. Das bedeutet aber nicht dass nun auch der Akku geladen wird. Diese Lampe ist keine Ladekontrolle!!
20 u.29	Zündschalter	Der Zündstartschalter ist hier extrem vereinfacht dargestellt. Hier kommt es nur darauf an dass beim Einschalten der Zündung Die Klemmenleiste "15" mit Batterie+ verbunden wird so dass alle Fahrtverbraucher mit Spannung versorgt werden können.
21 u.32	Starterbatterie = Batterie = Akku	Der lange dünne Querstrich am Akku symbolisiert den Pluspol (Klemme "30") der kurze dicke den Minuspol (Klemme "31")
22 u.33	Verbraucher im Bordnetz	Der Einfachheit halber ist hier nur ein Widerstand stellvertretend für alle Bordnetzverbraucher gezeichnet : Elektromotore, Lampen, Heizungen, Magnetventile, Steuergeräte, Kommunikations- u. Navigationsinstrumente,... .

Aufgaben Inhaltsverzeichnis

Generatoren

Berechnen Sie die Höhe der Restwelligkeit der gleichgerichteten Spannung bei einem Kfz-Generator wo der Scheitelwert der einzelnen Phasen der Drehspannung vor der Gleichrichtung genau 15V beträgt.

geg: Spannung eines Drehstromgenerators : Effektivwerte der einzelnen Strangspannungen UStr = 36V. ges: Wie groß sind die Augenblickswerte der anderen beiden Strangspannungen wenn die dritte gerade den Wert von 20V hat?

Nehmen sie Stellung zu folgender Aussage: "Ein Dauermagnet als Generatorläufer würde den Aufbau des Generators wesentlich vereinfachen."

Übertragen sie die allgemeine Formel Uind= B * l * v * Z auf die speziellen Verhältnisse im Kfz-Generator.

Welche Stromart und welche Stromstärke fließt jeweils durch jede Ständerwicklung bzw. durch die Ankerwicklung?

Wie groß ist der Augenblickswert der Spannung bei einem Drehwinkel von 20° wenn der Generator eine normale Sinusspannung mit einem Effektivwert von 14V erzeugt?

Welche Entwicklungsschritte wurden vom Standarddrehstromgenerator zum Compactgenerator vollzogen und welche Vorteile ergaben sich dadurch?

Welche Beziehungen bestehen zwischen Leiter- u. Strangspannung? Beweisen sie ihre Behauptung mit einer Beispielrechnung

Stellen sie das Prinzip der Drehstromerzeugung im Kfz-Generator dar.

Die nebenstehende Abbildung zeigt die Generatorkontrolle durch eine Leuchtdiode (L = Erregerwicklung). Die Leuchtdiode hat ihren Arbeitspunkt bei 2,1V und 30mA.Der Vorerregerstrom soll 200mA betragen.Batteriespannung 13V. Berechnen Sie die Widerstände R1 und R2.

Die Spannung zwischen Sternpunkt und einer Phase betrage 8V. Wie groß ist dann die Spannung zwischen den beiden Phasen V und W?

Welcher Strom fliesst jeweils zu den Zeitpunkten t1, t2 bzw. t3, durch die Diode D3 und welcher Strom fließt dann durch den Verbraucher?

Wie ändern sich die Reglereigenschaften, wenn Sie am Transistorregler R3 gegen einen halb so starken Widerstand austauschen und den Rest der Schaltung so lassen wie er war?

Wie sind moderne Spannungsregler heutzutage aufgebaut (Innenleben)?

Erklären Sie die Anschlüsse an einem echten Kfz-Generatorrregler (Ersatzteil aus dem Lager)

Berechnen Sie ungefähr die Regelspannung, wenn die Daten des Reglers gegeben sind.

Bestimmen Sie die erforderlichen Bauteile, um einen Regler mit bestimmten Eigenschaften zu bauen.

Pathologisch!

geg.: nKW = 1850/min, i= 0,28, p = 7. Stellen Sie das Signal an Kl. "W" dar (3 Perioden)

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geg: Spannung eines Drehstromgenerators : Effektivwerte der einzelnen Strangspannungen U_Str = 36V.
ges: Wie groß sind die Augenblickswerte der anderen beiden Strangspannungen wenn die dritte gerade den Wert von 20V hat?

Übertragen sie die allgemeine Formel U_ind= B * l * v * Z auf die speziellen Verhältnisse im Kfz-Generator.

Welche Beziehungen bestehen zwischen Leiter- u. Strangspannung?
Beweisen sie ihre Behauptung mit einer Beispielrechnung

Die nebenstehende Abbildung zeigt die Generatorkontrolle durch eine Leuchtdiode (L = Erregerwicklung).
Die Leuchtdiode hat ihren Arbeitspunkt bei 2,1V und 30mA.
Der Vorerregerstrom soll 200mA betragen.Batteriespannung 13V.
Berechnen Sie die Widerstände R1 und R2.

geg.: n_KW = 1850/min, i= 0,28, p = 7.
Stellen Sie das Signal an Kl. "W" dar (3 Perioden)