Hier wird aus dem umgebauten Wagen ein fahrender Musterzug. Nimm dir deine Reglerwerte aus Lernangebot 9, das Typenschild deines Motors und das Tabellenbuch dazu.
Schritt 3 von 5. Du ordnest die Inbetriebnahme, sicherst den Arbeitsplatz, schließt den Motor an, bewertest die Isolationsmessung, prüfst Drehrichtung und Geber, stellst die Parameterliste auf, planst die EMV und übergibst den Musterzug.
Danach: Rechenwege und Lösungen zu Teil 6
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: In Betrieb genommen ist ein Antrieb erst, wenn ein anderer ihn mit deinen Unterlagen wieder in Betrieb nehmen kann.
Am Ende hast du: den Inbetriebnahmeplan des Musterzugs, die Parameterliste mit Begründung, das EMV-Konzept als Zeichnung und das Übergabeprotokoll für Meilenstein M4.
Karte „Die alte Bahn auf einen Blick“: Strecke, Höhenprofil, Zug und Antriebsstrang mit allen Kennzeichen auf einer Seite. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher, Abnahme und Lernbegleitung“. Leg sie neben jede Aufgabe dieses Teils.
Typenschild und Klemmenkasten des Fahrmotors
Das Typenschild zeigt Kandidat A, die ASM. Habt ihr in Meilenstein M2 die PMSM gewählt, arbeitet ihr mit ihren Katalogwerten genauso.
Wo die Störungen eines Umrichterantriebs hinlaufen
Erst du, dann die anderen
Der Musterzug steht nach dem Umbau in der Werkstatt, alles ist angeschlossen. Womit würdest du die Inbetriebnahme beginnen, und was muss erledigt sein, bevor sich zum ersten Mal ein Rad dreht?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Erst alles prüfen, was ohne Spannung geht. Sichtprüfung, Anschlüsse, Isolationsmessung, Schutzleiter: kein Risiko für Mensch und Umrichter. Der Preis: Die ersten Nächte vergehen, ohne dass sich etwas dreht, und Fehler im Umrichter selbst zeigen sich erst später.
- Erst den Zug aufbocken und die Motoren frei drehen lassen. Auf der Hebeanlage lassen sich Drehrichtung, Geber und die drehende Motordaten-Identifikation ohne Zugkraft prüfen. Der Preis: Die Hebeanlage ist belegt, und das Verhalten unter Last bleibt unbekannt.
- Erst ein Wagen, dann der zweite. Ein Fehler bleibt auf einen Wagen begrenzt, der zweite fährt geschleppt mit. Der Preis: doppelte Arbeit, und ein geschleppter Motor dreht mit; bei einer PMSM erzeugt er dabei Spannung.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Musterzug, Umrichter, Prüfung · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Musterzug, Umrichter, Prüfung
- Traktionsumrichter TB1, TB2 (je Motor)
- Eingang 750 V DC (500 bis 1.000 V); Ausgang 3 AC 0 bis 560 V, 0 bis 200 Hz; Dauerstrom 180 A, kurzzeitig 320 A für 30 s; Pulsfrequenz 4 kHz; Bremssteller integriert, Bremswiderstand extern 2,9 Ω; Drehgebereingang HTL, 1.024 Striche; IP65; Flüssigkeitskühlung
- Zwischenkreis (Unterrichtswert)
- Kondensator 4 mF; fest eingebauter Entladewiderstand 22 kΩ; Warnschild „Entladezeit 5 min“
- Spannungsgrenzen
- Stromschiene dauernd 500 V bis 900 V, kurzzeitig 1.000 V; ab 900 V schaltet der Bremssteller auf den Bremswiderstand; über 1.000 V schaltet der Umrichter ab
- PMSM, Kandidat B (Unterrichtswert)
- Polradspannung 400 V verkettet, Effektivwert, bei 2.630 min⁻¹, proportional zur Drehzahl
- Isolationsmessung (Unterrichtswerte nach Herstellervorgabe)
- Prüfspannung 1.000 V DC zwischen den verbundenen Wicklungsanschlüssen und dem Gehäuse; Werte nach 1 min und nach 10 min; Mindestwert 10 MΩ, bezogen auf 40 °C Wicklungstemperatur; Polarisationsindex mindestens 2; der Isolationswiderstand halbiert sich je 10 K Temperaturanstieg
- Musterzug
- Wagen 2 ist gegenüber Wagen 1 um 180° gedreht gekuppelt; Motor, Getriebe und Drehgeber sitzen in beiden Wagen gleich
- Werkstatt
- Hebeanlage für einen leeren Zug; Wartungsfenster 1:00 bis 4:30 Uhr; Probefahrten nachts im gesperrten Betriebsgleis, volle Beladung mit Ballast
- Lastenheft aus Meilenstein M1
- Höchstgeschwindigkeit 50 km/h, Fahrzeit A nach B voll 97,3 s, Momentgrenze 740 Nm je Motor, Anfahren und Bremsen 0,8 m/s², Ruck höchstens 0,8 m/s³, Haltegenauigkeit ± 0,25 m
Alle Werte zur alten Bahn sind Unterrichtswerte. Zahlen zum Flughafen sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Inbetriebnahme- und Übergabeunterlagen Musterzug (Meilenstein M4)
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Inbetriebnahmeplan mit Reihenfolge, Haltepunkten, Verantwortlichen, Messmitteln und Sicherheitsmaßnahmen
- der Arbeitsanweisung zu den fünf Sicherheitsregeln an Stromschiene, Zwischenkreis und Motor
- den Protokollen von Anschluss, Isolationsmessung, Drehrichtung, Geber und Motordaten-Identifikation
- der Parameterliste mit Wert, Einheit, Quelle und Begründung
- dem EMV-Konzept als Zeichnung mit Normbezug
- dem Programm der Probefahrten und dem Übergabeprotokoll mit offenen Punkten und Unterschriften
Zur Dokumentation
Jeder Messwert steht mit Einheit, Messgerät, Datum und Kürzel da, jeder Grenzwert mit Quelle. Die Parameterliste ist so geführt, dass die Elektrowerkstatt einen getauschten Umrichter ohne Rückfrage wieder einstellen kann; Werte, die bei der Optimierung am Zug verändert wurden, sind mit altem und neuem Wert und Grund vermerkt.
Zu Meilenstein M4 legt ihr die Unterlagen der Leitung Bahnbetrieb vor und übergebt den Musterzug an die Elektrowerkstatt. Vorher nimmt ein anderes Team sie ab, die Projektleitung zeichnet ab.
10.1Lege die Reihenfolge der Inbetriebnahme des Musterzugs fest
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 4 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.1
Die Schritte, ungeordnet:
- Probefahrten im Betriebsgleis, erst leer, dann mit Ballast
- Sichtprüfung und Prüfung der Anschlüsse nach Plan
- Isolationsmessung an Motoren und Leitungen
- Parameter nach Parameterliste laden
- Drehrichtung und Drehgeber im Langsamfahrbetrieb prüfen
- Motordaten-Identifikation, stehend und drehend
- Regler mit Trendaufzeichnung optimieren
- Übergabe an die Elektrowerkstatt
- Zwischenkreis zum ersten Mal laden, Umrichter ohne Pulsfreigabe prüfen
Lege die Reihenfolge der Inbetriebnahme des Musterzugs fest:
- Ordne die neun Schritte in eine sinnvolle Reihenfolge.
- Kennzeichne die Schritte, die ihr auf der Hebeanlage erledigt.
- Begründe, weshalb die Isolationsmessung vor dem ersten Zuschalten der Stromschiene liegt.
- Lege nach jedem Schritt einen Haltepunkt fest: Was muss bestanden sein, bevor ihr weitermacht?
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Inbetriebnahme · Prüfungen · Prüfprotokoll · Dokumentation
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
10.2Sichere den Arbeitsplatz am Musterzug nach den fünf Sicherheitsregeln
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 4 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.2
Sichere den Arbeitsplatz am Musterzug nach den fünf Sicherheitsregeln:
- Wende jede der fünf Sicherheitsregeln nach DIN VDE 0105-100 auf die Stromschiene, den Zwischenkreis von TB1 und den Fahrmotor an.
- Berechne, wie lange der Zwischenkreis nach dem Freischalten braucht, bis er von 900 V auf 60 V entladen ist.
- Berechne die Spannung, die eine PMSM erzeugt, wenn der Zug mit 10 km/h abgeschleppt wird.
- Begründe, weshalb das Warnschild am Umrichter das Feststellen der Spannungsfreiheit nicht ersetzt.
| Sicherheitsregel | Stromschiene | Zwischenkreis TB1 | Fahrmotor |
|---|---|---|---|
| 1 Freischalten | |||
| 2 Gegen Wiedereinschalten sichern | |||
| 3 Spannungsfreiheit feststellen | |||
| 4 Erden und kurzschließen | |||
| 5 Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Sicherheitsregeln · Freischalten · Entladevorgang · Arbeiten unter Spannung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
10.3Werte das Typenschild aus und schließe den Fahrmotor am Umrichter an
Jetzt bist du dran · Allein · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.3
Werte das Typenschild aus und schließe den Fahrmotor am Umrichter an:
- Entscheide mit den Daten des Umrichters, ob der Motor im Stern oder im Dreieck angeschlossen wird.
- Skizziere die Brücken im Klemmenkasten.
- Berechne die Strangspannung im Bemessungspunkt.
- Beschreibe, was geschieht, wenn der Motor versehentlich im Dreieck angeschlossen und mit den Daten für Stern betrieben wird.
- Nenne die Schutzklasse des Motors und was für seinen Schutzleiter gilt, wenn der Ableitstrom über 3,5 mA liegt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leistungsschild · Sternschaltung · Dreieckschaltung · Dreiphasenmotor · Schutzklassen · Schutzleiter
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
10.4Werte die Isolationsmessung an den Fahrmotoren des Musterzugs aus
Jetzt bist du dran · Allein · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.4
| Motor | Wicklungstemperatur | R nach 1 min | R nach 10 min |
|---|---|---|---|
| MA1 | 10 °C | 1,2 GΩ | 3,1 GΩ |
| MA2 | 10 °C | 48 MΩ | 55 MΩ |
Gemessen nach einer feuchten Nacht in der Werkstatt mit 1.000 V DC zwischen den verbundenen Anschlüssen U1, V1, W1 und dem Gehäuse, Motorleitungen am Umrichter abgeklemmt (Unterrichtswerte).
Werte die Isolationsmessung an den Fahrmotoren des Musterzugs aus:
- Rechne die Messwerte nach 1 min auf 40 °C um.
- Berechne den Polarisationsindex beider Motoren.
- Bewerte, ob die Motoren in Betrieb genommen werden dürfen.
- Begründe, weshalb die Motorleitungen für die Messung am Umrichter abgeklemmt werden.
- Entscheide, was mit einem Motor geschieht, der die Grenzwerte nicht einhält.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Isolationswiderstand · Isolationswiderstand, Messung · Isolationsmessung · Wicklung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
10.5Plane die Prüfung von Drehrichtung und Drehgeber und die Motordaten-Identifikation
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.5
Plane die Prüfung von Drehrichtung und Drehgeber und die Motordaten-Identifikation:
- Beschreibe, in welche Richtung sich MA1 bei Rechtsdrehfeld an U1, V1, W1 dreht, mit Blick auf das Wellenende der A-Seite.
- Erkläre, weshalb MA2 für dieselbe Fahrtrichtung andersherum drehen muss als MA1, und wie ihr das festlegt.
- Beschreibe, woran ihr im Langsamfahrbetrieb erkennt, dass die Spuren A und B des Drehgebers vertauscht sind.
- Erkläre, was geschähe, wenn ihr mit vertauschten Spuren den Drehzahlregelkreis schließt.
- Unterscheide die stehende und die drehende Motordaten-Identifikation und ordne zu, was jede ermittelt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Drehrichtungsumkehr · Drehfeldmotor · Dreiphasenmotor
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
10.6Stelle die Parameterliste für den Traktionsumrichter TB1 auf
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.6
Stelle die Parameterliste für den Traktionsumrichter TB1 auf:
- Trage für jeden Parameter den Wert mit Einheit ein.
- Nenne die Quelle: Typenschild, Lastenheft, eigene Rechnung oder Umrichterdaten.
- Begründe jeden Wert in einem Satz.
- Lege die Abschaltschwelle für Überdrehzahl fest und begründe deinen Abstand zur Höchstdrehzahl.
- Kennzeichne die Werte, die bei der Optimierung am Zug noch verändert werden dürfen.
| Parameter | Wert mit Einheit | Quelle | Begründung |
|---|---|---|---|
| Motordaten vom Typenschild | |||
| Drehgeber: Strichzahl, Signalart, Vorzeichen | |||
| Höchstdrehzahl und Abschaltung bei Überdrehzahl | |||
| Momentgrenze motorisch und generatorisch | |||
| Stromgrenze | |||
| Hochlaufgeber: Beschleunigung, Verzögerung, Verrundung | |||
| Stromregler: Verstärkung, Nachstellzeit | |||
| Drehzahlregler: Verstärkung, Nachstellzeit, Glättungen | |||
| Bremssteller: Einschaltschwelle, Bremswiderstand | |||
| Spannungsgrenzen Zwischenkreis | |||
| Pulsfrequenz | |||
| Drehrichtung TB1 und TB2 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Inbetriebnahme · Frequenzumrichter · Drehzahlregelung · Dokumentation
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
10.7Entwirf das EMV-Konzept für den Fahrantrieb des Musterzugs
Jetzt bist du dran · Im Team · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.7
Entwirf das EMV-Konzept für den Fahrantrieb des Musterzugs:
- Ordne jedem der fünf Störwege im Bild mindestens eine Maßnahme zu.
- Lege fest, wie Motorleitung und Geberleitung geführt und ihre Schirme aufgelegt werden.
- Entscheide, ob ihr ein Filter am Eingang, am Ausgang oder an beiden Seiten des Umrichters vorseht, und begründe es mit Zugsicherung und Flughafenfunk.
- Begründe, auf welcher Seite des Motors das stromisolierte Lager sitzt und was die Lager des Getriebes schützt.
- Skizziere dein Konzept und nenne die Normen, auf die es sich stützt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: EMV · Elektromagnetische Verträglichkeit · Entstörbausteine · Netzentstörfilter
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
10.8Nehmt den Musterzug in Betrieb und übergebt ihn zu Meilenstein M4
Jetzt bist du dran · Im Team · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 10.8
Nehmt den Musterzug in Betrieb und übergebt ihn zu Meilenstein M4:
- Stellt den Inbetriebnahmeplan mit Verantwortlichen, Messmitteln, Haltepunkten und Sicherheitsmaßnahmen auf.
- Legt das Programm der Probefahrten fest, leer und mit Ballast, mit den Größen, die ihr aufzeichnet.
- Legt fest, woran die Leitung Bahnbetrieb erkennt, dass der Zug ruckfrei fährt und genau hält.
- Entwerft das Übergabeprotokoll mit Unterschriftsfeldern für Auftraggeber und Elektrowerkstatt.
- Benennt die Punkte, die bei der Übergabe noch offen sind, mit Verantwortlichem und Termin.
| Prüfpunkt | Sollwert mit Quelle | Messwert | bestanden? | Kürzel |
|---|---|---|---|---|
| Isolationswiderstand MA1, MA2 | ||||
| Drehrichtung und Geber TB1, TB2 | ||||
| Fahrzeit A nach B, voll | ||||
| Haltegenauigkeit an der Bahnsteigtür | ||||
| Ruck beim Anfahren und Bremsen | ||||
| Zwischenkreisspannung beim Bremsen | ||||
| Notbremsung mechanisch | ||||
| Temperaturen nach zehn Umläufen |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Prüfprotokoll · Inbetriebnahme · Dokumentation
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Bei der ersten Probefahrt mit Ballast ruckelt der Musterzug beim Anfahren, spürbar in den ersten zwei Sekunden. Danach fährt er ruhig.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Analysiere mögliche Ursachen in Parametern, Mechanik und Signalen.
- Entscheide, welche Trendaufzeichnung du zuerst auswertest.
- Begründe die Änderung an deiner Parameterliste.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.