1 Elektrotechnik / Elektronik 2

2 ET 2: Übersicht Semester  8. Wechselstrom (Teil 2)  9. Drehstrom  10. Transformatoren  Messung, Schaltplan, Unfallverhütung  POW: elektrische Anlage Flugzeug  Repetition für Vordiplom

3 ET 2: Übersicht Semester

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6 ET 2: Lernziele Semester Ich kann  das Verhalten von R, L, C bei AC und beim Schalten bestimmen;  die elektrischen Grössen bei Drehstrom und am Trafo berechnen;  eine AC-Messung vorbereiten, durchführen und auswerten.

7 AC Parallelschaltung; Einleitung  Wie verhalten sich Spannungen und Ströme bei einer RLC-Parallelschaltung?  Wie sieht das Zeigerbild aus, wie die Berechnung?

8 AC Parallelschaltung; Lernziele Ich kann  eine RLC-Parallelschaltung beschreiben - mit den Funktionen u(t), i(t) - mit den Zeigern U, I und Z tot  eine RLC-Serieschaltung berechnen.

9 AC Parallelschaltung; Übersicht  Repetition Serieschaltung RLC  Parallelschaltung RC  Parallelschaltung RLC

Serieschaltung RLC  Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich? U, I?  Wie sehen die Zeiger qualitativ aus: U R, I R, U L, I L, U C, I C, U tot ? R, X L, X C, Z tot ?

Serieschaltung RLC  Jedes Element hat den gleichen Strom I.  Spannungen und Widerstände müssen geometrisch addiert werden. R Z tot XCXC  XLXL URUR U tot UCUC  ULUL I

Serieschaltung RLC  Einfluss der Blindwiderstände X L, X C : X L > | X C |X L = | X C |X L < | X C | X L - | X C |

Parallelschaltung DC  Wie gehe ich bei Gleichstrom vor?  Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich? U, I?  Wie berechne ich den Gesamtstrom I tot?  Wie berechne ich den Gesamtwiderstand R tot?  Wie berechne ich den Gesamtleitwert G tot?

Parallelschaltung RC a) Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich? U, I? b) Wie sehen die Funktionen qualitativ aus: u R (t), i R (t), u C (t), i C (t), i tot (t)? c) Wie sehen die Zeiger qualitativ aus: U R, I R, U C, I C, I tot ? Wie finde ich , Z tot ?

Parallelschaltung RC  Jedes Element hat die gleiche Spannung U.  Ströme (und Leitwerte) müssen geometrisch addiert werden. IRIR I tot ICIC  U Z tot 

Parallelschaltung RC  Beispiel:  gegeben: RC-Parallelschaltung U = 30 V; f = 50 Hz; R = 3  ; C = 800  F.  gesucht: a) Werte X C, I R, I C, I tot, , Z tot b) Zeigerdiagramm Spannung, Ströme c) Zeigerdiagramm Widerstände

Parallelschaltung RLC a) Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich? U, I? b) Wie sehen die Funktionen qualitativ aus: u R (t), i R (t), u L (t), i L (t), u C (t), i C (t), i tot (t)? c) Wie sehen die Zeiger qualitativ aus: U R, I R, U L, I L, U C, I C, I tot ? Wie finde ich , Z tot ?

Parallelschaltung RLC  Jedes Element hat die gleiche Spannung U.  Ströme (und Leitwerte) müssen geometrisch addiert werden. IRIR I tot ICIC  ILIL U 1/R 1/Z tot 1/X C -  1/X L  Z tot

Parallelschaltung RLC  Einfluss der Blindwiderstände X L, X C :

Parallelschaltung RLC  Beispiel:  gegeben: RLC-Parallelschaltung U = 30 V; f = 50 Hz; R = 3  ; L = 20 mH; C = 800  F.  gesucht: a) Werte X L, X C, I R, I L, I C, I tot, , Z tot b) Zeigerdiagramm Spannung, Ströme c) Zeigerdiagramm Widerstände

21 AC Parallelschaltung; Hausaufgaben  Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich?  Wie addieren Sie Ströme (und Leitwerte)?  Ergänzen Sie Ihre Zusammenfassung.  Lösen Sie die Hausaufgaben: Serie 13 bei 131 nur 2 Teilaufgaben

22 AC Resonanz; Einleitung  RLC-Serieschaltung: Bei welchen Frequenzen ist der Gesamtwiderstand Ztot maximal, minimal?  RLC-Parallelschaltung: Bei welchen Frequenzen ist der Gesamtwiderstand Ztot maximal, minimal?

23 AC Resonanz; Lernziele Ich kann  erklären, was Resonanz ist und wann sie auftritt;  eine Schaltung bei Resonanz berechnen und das Zeigerdiagramm zeichnen;  die 2 Anwendungen Saugkreis und Kompensation beschreiben.

AC Resonanz  Serie- bzw. Spannungsresonanz  Beispiel Saugkreis  Parallel- bzw. Stromresonanz  Beispiel Kompensation

Serie-Resonanz a) Wie gross ist der Gesamt-Scheinwiderstand Z tot ? Bei welchen Frequenzen ist er maximal, minimal? b) Bei welcher Frequenz werden die Blindwiderstände X L und X C gleich gross? c) Wie sehen dann die Zeiger qualitativ aus: R, X L, X C, Z tot,  ? U R, I R, U L, I L, U C, I C, U tot ?

Serie-Resonanz Z tot minimal I maximal bei Speisung mit Spannungsquelle

Serie-Resonanz  Z tot =  Resonanz: Z tot = R;  = 0°; X L = X C.  U L = U C ; U tot = U R. URUR U tot UCUC  = 0° ULUL I R Z tot XCXC XLXL  = 0°

Beispiel Saugkreis  Der Saugkreis dient als Filter, das die störenden Ströme des Gleichrichters absaugt.

Parallel-Resonanz a) Wie gross ist der Gesamt-Scheinwiderstand Z tot ? Bei welchen Frequenzen ist er maximal, minimal? b) Bei welcher Frequenz werden die Blindleitwerte 1/X L und 1/X C gleich gross? c) Wie sehen dann die Zeiger qualitativ aus: 1/R, 1/X L, 1/X C, Z tot,  ? U R, I R, U L, I L, U C, I C, U tot ?

Parallel-Resonanz Z tot maximal I minimal bei Speisung mit Spannungsquelle

Parallel-Resonanz  Z tot =  Resonanz: Z tot = R;  = 0°; 1/X L = 1/X C.  I L = I C ; I tot = I R. IRIR I tot ILIL  = 0° ICIC U 1/R 1/Z tot 1/X L 1/X C  = 0°

Beispiel Kompensation  Die Kompensation dient dazu, den Blindstrom auf den Leitungen zu verkleinern.  Dadurch kann mehr Wirkstrom übertragen werden. Das Netz wird billiger.

Beispiel Kompensation  Schrank mit Modulen

Resonanz; Hausaufgaben  Wann tritt Resonanz auf?  Bei welcher Resonanz wird der Gesamt- Scheinwiderstand minimal, maximal?  Ergänzen Sie Ihre Zusammenfassung.  Lösen Sie die Hausaufgaben: - Beispiele fertig - eigenes Beispiel Kompensation erfinden

35 Leistung, Energie: Einleitung  Wie sieht die momentane Leistung p(t) aus?  Wie gross ist ihr Mittelwert P?  Wie berechne ich die Leistung bei AC?  Wie berechne ich die Energie bei AC?

36 Leistung, Energie: Lernziele Ich kann  Leistung und Energie einer Schaltung bei AC berechnen;  die 3 Leistungsteile am Beispiel Elektromotor erklären;  den Begriff Leistungsfaktor erklären.

37 Leistung, Energie; Übersicht  Leistung von R  Leistung von L  Leistung von C  Leistung von Elektromotor (RL)  Leistungsdreieck  Leistungsfaktor  Energie

Leistung von R a) Wie berechne ich die momentane Leistung p R (t) aus u R (t), i R (t)? b) Wie sehen u R (t), i R (t), p R (t) aus? c) Welche Kennwerte eignen sich, um die Leistung zu beschreiben? d) Wie gross sind sie? URUR IRIR

39 PRPR 2 P R SRSR Leistung von R Amplitude von p R (t): Scheinleistung S R = U R  I R Mittelwert von p R (t): übertragene Leistung; Wirkleistung P R = S R  cos  R

Leistung von L a) Wie berechne ich die momentane Leistung p L (t) aus u L (t), i L (t)? b) Wie sehen u L (t), i L (t), p L (t) aus? c) Welche Kennwerte eignen sich, um die Leistung zu beschreiben? d) Wie gross sind sie? ULUL ILIL

Leistung von L PLPL SLSL Amplitude von p L (t): Scheinleistung S L = U L  I L Mittelwert von p L (t): übertragene Leistung; Wirkleistung P L = 0 pendelnde Leistung (Magnetfeld); Blindleistung Q L = S L  sin  L > 0 SLSL

Leistung von C SCSC SCSC PCPC Amplitude von p C (t): Scheinleistung S C = U C  I C Mittelwert von p C (t): übertragene Leistung; Wirkleistung P C = 0 pendelnde Leistung (el. Feld); Blindleistung Q C = S C  sin  C < 0

Leistung von Elektromotor (RL) a) Wie berechne ich die momentane Leistung p M (t) aus u M (t), i M (t)? b) Wie sehen u M (t), i M (t), p M (t) aus? c) Welche Kennwerte eignen sich, um die Leistung zu beschreiben? d) Wie gross sind sie? UMUM IMIM

44 S RL Leistung von Elektromotor (RL) P RL Amplitude von p RL (t): Scheinleistung S RL = U RL  I RL Mittelwert von p RL (t): übertragene Leistung; Wirkleistung P RL = S RL  cos  RL pendelnde Leistung (Magnetfeld); Blindleistung Q RL = S RL  sin  RL > 0

Zeiger der Leistung ULUL  Wir kennen jetzt 3 Leistungsarten: Wirkleistung P, Blindleistung Q, Scheinleistung S.  Wie werden sie als Zeiger dargestellt?  Wie sehen die Zeiger der Leistung von R, L, C aus?  Wie sehen die Zeiger der Leistung des Elektromotors (RL) aus?

Leistungen Elektromotor (RL) ULUL U ULUL URUR I I RMRM XMXM ZMZM MM MM MM

Leistungsfaktor  Definition Leistungsfaktor: cos  = P / S  Mass für den Wirkanteil der Leistung.  Welcher Wert von cos  ist das Ziel bei der Energieübertragung?

Leistungsfaktor  Anzeige an Blindleistungskompensations- Anlage

Energie Bedingung für Formel: P ist die mittlere Leistung während der Zeit t. Wirkenergie W W = P  t Blindenergie W B = Q  t

50 Leistung, Energie; Hausaufgaben  Welche Anteile hat die Leistung bei AC?  Was ist der Leistungsfaktor?  Ergänzen Sie Ihre Zusammenfassung.  Lösen Sie die Hausaufgaben: Serie 14

51 Drehstrom: Lernziele Ich kann  das Prinzip von Drehstrom- Generator und - Motor erklären;  die Drehstromschaltungen Stern und Dreieck skizzieren und berechnen;  3 Vorteile des Drehstroms nennen.

Drehstrom-Erzeugung Drehstrom- Generator (Prinzip)

unverkettete Schaltung

Sternschaltung 1

Sternschaltung 2

Sternschaltung 3

Vierleiternetz

Dreieckschaltung 1

Dreieckschaltung 2

Dreieckschaltung 3

Dreieckschaltung 4

Leistung bei Drehstrom P = 3  P St =  3  U  I  cos  Q = 3  Q St =  3  U  I  sin  S = 3  S St =  3  U  I

Drehfeld Drehstrom- Motor (Prinzip)

Vorteile Drehstrom  weniger Leitungsmaterial (3 statt 6 Leitungen)  2 verschiedene Spannungswerte  einfache Motoren  grosse Leistung übertragbar

65 Transformator: Lernziele Ich kann  den Aufbau eines Trafos beschreiben und seine Wirkungsweise erklären;  seine Ersatzschaltung zeichnen, Primär- und Sekundärgrössen berechnen;  3 Anwendungen nennen.

Aufbau, Wirkungsweise

Bauformen

Arten, Verwendung

Kleintransformatoren

Kleintransformatoren

Spannungswandler

Stromwandler 1

Stromwandler 2 Durchsteck- Stromwandler Zangen- Stromwandler

74 Messtechnik: Lernziele Ich kann  elektrische Unfälle verhüten.  ein Universal-Messgerät beschreiben und einsetzen;  ein einfaches Schema verstehen.

Unfallursachen 1

Unfallursachen 2

Unfallursachen 3

Fehlerarten

Fehlerstrom

Fehlerspannung Berührungs- spannung Fehler- spannung

Schutzisolation

Schutzkleinspannung

Schutztrennung

Schutzleiter, Erdung

Stromüberwachung Überstrom-Schutz Fehlerstrom-Schutz

Fehlerstrom, FI Auslösung, falls Summenstrom ungleich 0, folglich Fehlerstrom

Messfehler

Dreheisenmesswerk

Drehspulmesswerk

el.-dyn. Messwerk

KO; Schema

KO; Bild

Strommessung

Spannungsmessung

U-Messbereich erweitern

I-Messbereich erweitern

Widerstandsmessung 1

Widerstandsmessung 2

Leistungsmessung 1

Leistungsmessung 2