1 Elektrotechnik / Elektronik 2. 2 ET 2: Übersicht Semester  8. Wechselstrom (Teil 2)  9. Drehstrom  10. Transformatoren  Messung, Schaltplan,

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1 1 Elektrotechnik / Elektronik 2

2 2 ET 2: Übersicht Semester  8. Wechselstrom (Teil 2)  9. Drehstrom  10. Transformatoren  11.-13. Messung, Schaltplan, Unfallverhütung  POW: elektrische Anlage Flugzeug  Repetition für Vordiplom

3 3 ET 2: Übersicht Semester

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6 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 7 AC Parallelschaltung; Einleitung  Wie verhalten sich Spannungen und Ströme bei einer RLC-Parallelschaltung?  Wie sieht das Zeigerbild aus, wie die Berechnung?

8 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 9 AC Parallelschaltung; Übersicht  8.3.3 Repetition Serieschaltung RLC  8.3.4 Parallelschaltung RC  8.3.5 Parallelschaltung RLC

10 10 8.3.3 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 ?

11 11 8.3.3 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

12 12 8.3.3 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 |

13 13 8.3.4 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?

14 14 8.3.4 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 ?

15 15 8.3.4 Parallelschaltung RC  Jedes Element hat die gleiche Spannung U.  Ströme (und Leitwerte) müssen geometrisch addiert werden. IRIR I tot ICIC  U Z tot 

16 16 8.3.4 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

17 17 8.3.5 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 ?

18 18 8.3.5 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

19 19 8.3.5 Parallelschaltung RLC  Einfluss der Blindwiderstände X L, X C :

20 20 8.3.5 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 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 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 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.

24 24 8.4 AC Resonanz  8.4.1 Serie- bzw. Spannungsresonanz  Beispiel Saugkreis  8.4.3 Parallel- bzw. Stromresonanz  Beispiel Kompensation

25 25 8.4.1 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 ?

26 26 8.4.1 Serie-Resonanz Z tot minimal I maximal bei Speisung mit Spannungsquelle

27 27 8.4.1 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°

28 28 8.4.1 Beispiel Saugkreis  Der Saugkreis dient als Filter, das die störenden Ströme des Gleichrichters absaugt.

29 29 8.4.3 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 ?

30 30 8.4.3 Parallel-Resonanz Z tot maximal I minimal bei Speisung mit Spannungsquelle

31 31 8.4.2 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°

32 32 8.4.3 Beispiel Kompensation  Die Kompensation dient dazu, den Blindstrom auf den Leitungen zu verkleinern.  Dadurch kann mehr Wirkstrom übertragen werden. Das Netz wird billiger.

33 33 8.4.3 Beispiel Kompensation  Schrank mit Modulen

34 34 8.4 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 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 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 37 Leistung, Energie; Übersicht  8.5.1 Leistung von R  8.5.2 Leistung von L  8.5.3 Leistung von C  8.5.4 Leistung von Elektromotor (RL)  8.5.5 Leistungsdreieck  8.5.6 Leistungsfaktor  8.5.7 Energie

38 38 8.5.1 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 39 PRPR 2 P R SRSR 8.5.1 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

40 40 8.5.2 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

41 41 8.5.2 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

42 42 8.5.3 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

43 43 8.5.4 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 44 S RL 8.5.4 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

45 45 8.5.5 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?

46 46 8.5.5 Leistungen Elektromotor (RL) ULUL U ULUL URUR I I RMRM XMXM ZMZM MM MM MM

47 47 8.5.6 Leistungsfaktor  Definition Leistungsfaktor: cos  = P / S  Mass für den Wirkanteil der Leistung.  Welcher Wert von cos  ist das Ziel bei der Energieübertragung?

48 48 8.5.6 Leistungsfaktor  Anzeige an Blindleistungskompensations- Anlage

49 49 8.5.7 Energie Bedingung für Formel: P ist die mittlere Leistung während der Zeit t. Wirkenergie W W = P  t Blindenergie W B = Q  t

50 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 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.

52 52 9.1 Drehstrom-Erzeugung Drehstrom- Generator (Prinzip)

53 53 9.2 unverkettete Schaltung

54 54 9.2.1 Sternschaltung 1

55 55 9.2.1 Sternschaltung 2

56 56 9.2.1 Sternschaltung 3

57 57 9.2.1 Vierleiternetz

58 58 9.2.2 Dreieckschaltung 1

59 59 9.2.2 Dreieckschaltung 2

60 60 9.2.2 Dreieckschaltung 3

61 61 9.2.2 Dreieckschaltung 4

62 62 9.3 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

63 63 9.4 Drehfeld Drehstrom- Motor (Prinzip)

64 64 9.5 Vorteile Drehstrom  weniger Leitungsmaterial (3 statt 6 Leitungen)  2 verschiedene Spannungswerte  einfache Motoren  grosse Leistung übertragbar

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

66 66 10.1 Aufbau, Wirkungsweise

67 67 10.2 Bauformen

68 68 10.9 Arten, Verwendung

69 69 10.9.2 Kleintransformatoren

70 70 10.9.2 Kleintransformatoren

71 71 10.9.3.1 Spannungswandler

72 72 10.9.3.2 Stromwandler 1

73 73 10.9.3.2 Stromwandler 2 Durchsteck- Stromwandler Zangen- Stromwandler

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

75 75 13.1 Unfallursachen 1

76 76 13.1 Unfallursachen 2

77 77 13.1 Unfallursachen 3

78 78 13.4.2.1 Fehlerarten

79 79 13.4.2.1 Fehlerstrom

80 80 13.4.2.1 Fehlerspannung Berührungs- spannung Fehler- spannung

81 81 13.4.3.1 Schutzisolation

82 82 13.4.3.2 Schutzkleinspannung

83 83 13.4.3.3 Schutztrennung

84 84 13.4.4.1 Schutzleiter, Erdung

85 85 13.4.4.4 Stromüberwachung Überstrom-Schutz Fehlerstrom-Schutz

86 86 13.4.3.2 Fehlerstrom, FI Auslösung, falls Summenstrom ungleich 0, folglich Fehlerstrom

87 87 11.2.1 Messfehler

88 88 11.2.4.1 Dreheisenmesswerk

89 89 11.2.4.2 Drehspulmesswerk

90 90 11.2.4.3 el.-dyn. Messwerk

91 91 11.2.4.4 KO; Schema

92 92 11.2.4.4 KO; Bild

93 93 11.3.1 Strommessung

94 94 11.3.2 Spannungsmessung

95 95 11.3.3 U-Messbereich erweitern

96 96 11.3.3 I-Messbereich erweitern

97 97 11.3.4 Widerstandsmessung 1

98 98 11.3.4 Widerstandsmessung 2

99 99 11.3.5 Leistungsmessung 1

100 100 11.3.5 Leistungsmessung 2