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Zusammenfassung - Grundlagen der Elektrotechnik - Prof. Palme

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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Elektrostatik<br />

Elektrische Ladungen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Ladungen, Kräfte, Fel<strong>der</strong><br />

• Ursprung Ä Atommodell Ladung quantisiert Ä Elementarladung<br />

• Kräfte zwischen Ladungen Ä Coulombsches Gesetz<br />

Elektrische Feldstärke<br />

• Ladungen sind die Quellen des E-Felds<br />

• Elektrisches Feld einer Punktladung<br />

Dielektrische Verschiebungsdichte<br />

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•Materialgleichung des E-Felds Ä Verschiebungsdichte<br />

• Berechung <strong>der</strong> Ladung innerhalb Hülle Ä Gaußscher Satz<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Elektrostatik<br />

10.10.2012<br />

4ÅÇÄ<br />

r<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 1<br />

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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Elektrostatik<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Energie, Potential, Spannung<br />

Elektrische Energie (Arbeit)<br />

• Energie im elektrischen Feld<br />

• Energie im Feld einer Punktladung<br />

Elektrisches Potential<br />

• Energie pro Ladung Ä Potential<br />

• Potential einer Punktladung<br />

Elektrische Spannung<br />

• Potentialdifferenz Ä Spannung<br />

• Spannung einer Punktladung<br />

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W<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Elektrostatik<br />

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10.10.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 2<br />

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wegunabhängig


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Elektrostatik<br />

Kapazität<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Kondensatoren<br />

• Ladung pro Spannung Ä Kapazität<br />

• Kondensatoren<br />

Energie<br />

• gespeicherte Ladung Ä Energie<br />

Kombination<br />

Platten-<br />

• Parallelschaltung Ä U i = const<br />

• Reihenschaltung Ä Q i = const<br />

CÉ<br />

CÉ Ç<br />

17.10.2012<br />

RaRi<br />

R Ü R<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 3<br />

Q<br />

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1 Q 1<br />

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2 C 2<br />

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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Elektrostatik<br />

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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Gleichstrom<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Gleichstrom<br />

Spannung • Ladungstrennung Ä Potentialdifferenz Ä QuellenspannungU<br />

Strom<br />

• Ladung pro Zeit Ä Stromstärke<br />

• Strom pro Fläche Ä Stromdichte<br />

Wi<strong>der</strong>stand und Leitwert<br />

• Spannung pro Strom Ä Wi<strong>der</strong>stand Ä spezifischer<br />

Ohmsches Gesetz<br />

• Strom pro Spannung Ä Leitwert<br />

• Temperaturabhängigkeit<br />

Ä Temperaturkoeffizient<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Gleichstrom<br />

I<br />

É<br />

SÉ<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 4<br />

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0 0<br />

19.10.2012


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechnungen<br />

Zählpfeilsysteme<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Kirchhoffsche Gesetze<br />

• in technischer Stromrichtung (von + nach - ) Ä Strom positiv<br />

• von hohem zu niedrigem Potential (von + nach - ) Ä Spannung positiv<br />

Zählpfeile a-priori frei wählbar Ä resultierende Vorzeichen beziehen sich darauf<br />

Kirchhoffsche Gesetze<br />

• Knotenpunktregel Ä Ströme<br />

1. Kirchhoffsches Gesetz<br />

• Maschenregel Ä Spannungen<br />

2. Kirchhoffsches Gesetz<br />

ç k I<br />

Knoten<br />

çUk Masche<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

É<br />

É<br />

0<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 5<br />

0<br />

24.10.2012<br />

Teilstrom addieren wenn Zählpfeil<br />

zum Knoten zeigt<br />

n Knoten Än– 1 unabhängige Glg.<br />

Teilspannung addieren wenn<br />

Zählpfeil entlang Maschenumlauf<br />

m Maschen, v Kanten<br />

Äv–(n – 1) unabhängige Glg.


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechnungen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Kombination von Wi<strong>der</strong>ständen, Teiler<br />

Kombination von Wi<strong>der</strong>ständen<br />

• Reihenschaltung Ä I k = const<br />

• Parallelschaltung Ä U k = const<br />

Spannungs- und Stromteiler<br />

• Spannungsteiler Ä U k ~ R k<br />

„Spannungen wie Wi<strong>der</strong>stände“<br />

• Stromteiler Ä I k ~ G k = 1/R k<br />

„Ströme wie Leitwerte“<br />

U<br />

R<br />

I<br />

G<br />

U<br />

É<br />

R<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

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1<br />

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Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 6<br />

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R<br />

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24.10.2012


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> Ç Stromkreisberechnungen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Strom- und Spannungsmessung<br />

Messung von Spannung und Strom<br />

• reale MessgerÄte Ä Innenwi<strong>der</strong>standR M,A (Amperemeter), R M,V (Voltmeter)<br />

• Messbereichserweiterungen<br />

– Stromerweiterung n : 1 Ä Parallelwi<strong>der</strong>stand (Shunt)<br />

– Spannungserweiterung n : 1ÄVorwi<strong>der</strong>stand<br />

• gleichzeitiges Messen von Strom und Spannung an Wi<strong>der</strong>stand R<br />

– Amperemeter zuerst (in Reihe mit R) Ä stromrichtig<br />

Strommessfehler ÅI = 0 , Spannungsmessfehler ÅU Å 0 für R M,A > R<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

RN, A RM,<br />

A<br />

É ( nÜ<br />

1)<br />

RN, V M,<br />

V<br />

É R ( nÜ<br />

31.10.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 7<br />

1)<br />

Ü1


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechnungen<br />

Zweipole<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Zweipoltheorie<br />

• Elektrische Komponenten (Bauteile) mit 2 Anschlüssen Ä Zweipol (Eintor)<br />

• Wi<strong>der</strong>stände, Kondensatoren, Spulen (R, C, L) Ä passive lineare Zweipole<br />

• Spannungsquellen, Stromquellen Ä aktive lineare Zweipole<br />

Charakterisierung<br />

• Belastungskennlinie mit Wi<strong>der</strong>stand R a Ä Strom-Spannungskennlinie I (U)<br />

• <strong>Zusammenfassung</strong> von aktiven und passiven Komponenten<br />

Ä Ersatzschaltbild (ESB): Spannungsquellen- und Stromquellen-ESB<br />

• ESBÄInnenwi<strong>der</strong>standR i und QuellenspannungU 0 bzw. QuellenstromI 0<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

07.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 8


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechnungen<br />

Ersatzschaltbil<strong>der</strong><br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Zweipol-Ersatzschaltbil<strong>der</strong><br />

• Leerlauf Ä I = 0, U = U L = U 0<br />

• Kurzschluss Ä U = 0, I = I K = I 0<br />

Strom-Spannungskennlinie<br />

I( U)<br />

I =<br />

K<br />

I 0<br />

I a<br />

0<br />

passiver<br />

Zweipol<br />

AP<br />

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aktiver<br />

Zweipol<br />

( Ri > 0)<br />

idealeSpannungs-<br />

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R i<br />

U 0 = U L<br />

idealeStrom-<br />

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RiÄñ )<br />

U<br />

07.11.2012<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

Spannungsquellen-ESB Stromquellen-ESB<br />

U 0<br />

R i<br />

U( I)<br />

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I<br />

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Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 9<br />

I a<br />

I<br />

U<br />

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U<br />

U<br />

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I<br />

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I( U)<br />

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a É U0<br />

É I0<br />

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I 0<br />

0 É É I0<br />

Ri<br />

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R<br />

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Ri<br />

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R é R<br />

i<br />

I<br />

R i<br />

Ri<br />

é R<br />

a<br />

U<br />

a


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechnungen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Zweipol-Zusammenschaltung<br />

Zusammenschaltung von aktiven linearen Zweipolen Ä Superposition<br />

• Reihenschaltung Ä Quellenspannungen addieren<br />

U<br />

ç<br />

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U<br />

0 0,<br />

k<br />

R<br />

i<br />

ç<br />

É k<br />

n = 2:<br />

• Parallelschaltung Ä Quellenströme addieren<br />

mit<br />

ç<br />

É k<br />

0 0,<br />

k<br />

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R<br />

i,k<br />

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R<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

i,<br />

k<br />

U É U é U<br />

14.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 10<br />

0<br />

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1<br />

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1 U<br />

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R<br />

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2<br />

R É R é R<br />

R<br />

i<br />

i<br />

R<br />

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R<br />

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R<br />

i,<br />

1<br />

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1<br />

R<br />

i,<br />

2<br />

é R<br />

i,<br />

2


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> Ç Stromkreisberechnungen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Zweipol-Innenwi<strong>der</strong>stand<br />

Bestimmung des Innenwi<strong>der</strong>stands R i linearer Zweipole<br />

• über Belastungskennlinie Ä messtechnisches Verfahren (ÉblackboxÑ)<br />

– an 2 Arbeitspunkten (AP) Ra variieren, I(U) messen: èU<br />

U1Ü<br />

U<br />

Ri É<br />

É<br />

AP1 Ä I1 (U1 ) , AP2 Ä I2 (U2 ) ÜèI<br />

I2Ü<br />

I1<br />

– zweckmäßig (sofern I K zulässig): U 1 = U L (Leerlauf), I 2 = I K (Kurzschluss)<br />

• über Netzwerkvereinfachung Ä rechnerisches Verfahren<br />

– alle (idealen) Spannungsquellen durch Kurzschluss ersetzen (R i = 0)<br />

– alle (idealen) Stromquellen durch Unterbrechung ersetzen (R i Å Ö)<br />

– verbleibendes Wi<strong>der</strong>standsnetzwerk schrittweise zusammenfassen<br />

unter Anwendung von Reihen- und Parallelschaltungsgleichung<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

14.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 11<br />

2


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechnungen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Energie, Leistung, Anpassung, Wirkungsgrad<br />

Energie und Leistung<br />

• Elektrische Energie<br />

• Elektrische Leistung<br />

Leistungsanpassung<br />

• Leistung<br />

• Anpassungsverhältnis<br />

• Wirkungsgrad<br />

W<br />

P<br />

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É<br />

W<br />

t<br />

( i, a)<br />

R R P PÉ<br />

R<br />

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P<br />

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i<br />

É<br />

É I<br />

É U I<br />

Ra<br />

R é R<br />

0 i a<br />

Rt<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Stromkreisberechungen<br />

2<br />

14.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 12<br />

2<br />

U<br />

É<br />

R<br />

t<br />

2<br />

2 U<br />

É I RÉ<br />

R<br />

Anpassung<br />

R a = R i<br />

î<br />

É<br />

1éî<br />

P<br />

U 0<br />

É<br />

R i<br />

P<br />

îÉ<br />

1<br />

ó<br />

É<br />

0,<br />

5<br />

max<br />

I<br />

É<br />

U a<br />

I a<br />

2<br />

U0<br />

4R<br />

i<br />

É<br />

R a<br />

P(R i,R a)<br />

2<br />

U0<br />

4R<br />

a


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

Elementarfel<strong>der</strong><br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Magnetisches Feld, Feldstärke<br />

• Ursprung Ä Atommodell Spin (Kern, Elektronen) Ä Elementarfel<strong>der</strong><br />

• Magnetische Dipole Ä Wechselwirkung<br />

Magnetische Feldstärke<br />

• Atomare Elementarfel<strong>der</strong> o<strong>der</strong> bewegte Ladung sind Ursache des H-Felds<br />

• Feldlinien geschlossene Kurven von N Ä S, H-Feld quellenfrei Ä Wirbelfeld<br />

• Magnetische Feldstärke<br />

I<br />

H(<br />

r ) É<br />

2ÅÄ<br />

r<br />

eines vom Strom I durch-<br />

einer Ringspule<br />

H(<br />

r ) É<br />

flossenen geraden Leiters mit N Windungen<br />

2ÅÄ<br />

r<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

21.11.2012<br />

NÄ<br />

I<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 13


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

Durchflutung<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Durchflutung<br />

• Summe aller Ströme die Fläche A durchtreten<br />

Ä Elektrische Durchflutung<br />

Ringspule mit N Windungen<br />

òÉ<br />

NÄ I<br />

• allgemeiner Zusammenhang zwischen Strom und magnetischem Feld<br />

Ä Durchflutungsgesetz Ä<br />

òÉ<br />

I<br />

ein<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

É<br />

Ä<br />

ÑH( r ) Ä dr<br />

A<br />

21.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 14


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Magnetische Flussdichte, Permeabilität, Fluss<br />

Magnetische Flussdichte<br />

•Materialgleichung des H-Felds Ä Magnetische Flussdichte<br />

Ä Permeabilität r mit<br />

magnetische Feldkonstante<br />

Permeabilitätszahl ô É 1éö<br />

Suszeptibilität<br />

Magnetischer Fluss<br />

ôÉô 0ô<br />

• Gesamtfluss innerhalb Fläche A<br />

Ä Magnetischer Fluss<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

r<br />

õ<br />

É<br />

ô<br />

0<br />

É 4ÅÄ<br />

10<br />

Ä Ä<br />

BÉô<br />

H<br />

21.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 15<br />

Ü7<br />

Vs<br />

Am<br />

ÑBÄ A<br />

Ä Ä d B A<br />

Ä Ä õÉ<br />

Ä<br />

A<br />

B homogen<br />

ö


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Magnetfel<strong>der</strong> in Materie<br />

Materie im magnetischen Feld<br />

• kleinere Flussdichte als im Vakuum<br />

Ä diamagnetisch ôrú 1 öú<br />

0 Beispiele: H2O, Cu, N2 • geringfügig höhere Flussdichte als im Vakuum<br />

Ä paramagnetisch ôrù 1 öù<br />

0 Beispiele: Al, Pt, Luft, O2 • viel höhere Flussdichte als im Vakuum<br />

Ä ferromagnetisch Beispiele: Fe, Ni, Co<br />

ô r<br />

ùù 1 öùù<br />

Flussdichte B(H) hängt typischerweise von Vorgeschichte abÄHysterese<br />

Ä RemanenzBR = B(H=0) , KoerzitivfeldstärkeHK = H(B=0)<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

0<br />

21.11.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 16


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

Magnetische Kräfte<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Magnetische Kräfte<br />

• Stromführen<strong>der</strong> Leiter im Magnetfeld<br />

•Bewegte Ladung im magnetischen Feld<br />

Ä Lorentzkraft<br />

• Kraft zwischen stromführenden Leitern<br />

• Drehmoment auf Spule im Magnetfeld<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

Ä<br />

M<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 17<br />

Ä<br />

F<br />

Ä<br />

F<br />

F<br />

Ä<br />

É IÄ<br />

( lû B)<br />

Ä<br />

FÉ IÄ<br />

ÄB<br />

sinî<br />

Ä<br />

l<br />

Ä Ä<br />

É QÄ<br />

( vû<br />

B)<br />

FÉ QÄ<br />

vÄ<br />

B sinî<br />

Ä<br />

12<br />

vektoriell<br />

keine Kraft auf ruhende Ladung o<strong>der</strong> Bewegung in Feldrichtung<br />

Strom<br />

¢<br />

°<br />

†<br />

gleichlaufend£<br />

Anziehung<br />

gegenläufig£<br />

Abstoßung<br />

I1I2<br />

Éô l<br />

2Åa<br />

skalar<br />

Leiterlänge<br />

Abstand a<br />

Ä Ä<br />

É NÄ<br />

IÄ<br />

( Aû<br />

B)<br />

MÉ<br />

NÄ<br />

IÄ<br />

AÄ<br />

B sinü<br />

B Ä<br />

Winkel ü zwischen A und<br />

Ä<br />

l<br />

05.12.2012


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Magnetischer Kreis<br />

Magnetischer Kreis<br />

• Ohmsches Gesetz des magnetischen Kreises<br />

Ä Magnetischer Wi<strong>der</strong>stand<br />

• Magnetisches Ersatzschaltbild (ESB)<br />

elektrischer Kreis Einheit magnetischer Kreis Einheit<br />

Spannung U V Durchflutung • A<br />

Strom I A Fluss Vs<br />

Wi<strong>der</strong>stand R ß Wi<strong>der</strong>stand R m A / Vs<br />

Leitwert G S Leitwert ® Vs / A<br />

• Luftspalt<br />

• Kräfte an Grenzflächen<br />

ò É ( R , é R ) ÄõÉ<br />

(<br />

lE é<br />

lL<br />

m E m,<br />

L<br />

) Äõ<br />

ôô<br />

A ô A<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

F<br />

2<br />

B<br />

É<br />

2ô<br />

0<br />

A<br />

r<br />

0<br />

ò§ R m,<br />

LÄõ<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 18<br />

0<br />

õ<br />

pro Luftspalt<br />

òÉ Rm<br />

ò<br />

R m,E<br />

Äõ<br />

R m,L<br />

R m<br />

l l H<br />

É É<br />

ôA<br />

A B<br />

für L ô ùù 1<br />

r<br />

l<br />

l<br />

E<br />

05.12.2012


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

Induktion<br />

• Bewegter Leiter im Magnetfeld<br />

• Induktionsgesetz<br />

Zählpfeilsysteme:<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Induktion<br />

dõ<br />

UÉ N É U<br />

dt<br />

EMK<br />

• Induktionsspannung ist so gerichtet, dass <strong>der</strong> resultierende Strom<br />

<strong>der</strong> Ursache ihrer Entstehung entgegenwirkt Ä Lenzsche Regel<br />

• Wirkung des eigenen Magnetfelds auf stromdurchflossenen Leiter (Spule)<br />

Ä Selbstinduktion Ä Induktivität<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

U<br />

Ä Ä<br />

É ( vû<br />

B)<br />

Ä l Ä<br />

É vÄ<br />

BsinüÄ<br />

l<br />

cosî<br />

05.12.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 19<br />

U<br />

dõ<br />

UÉ ÜN<br />

É U<br />

dt<br />

Spule als Generator Spule als passiver Zweipol<br />

Ringspule mit N Windungen (Leiterschleife: N = 1)<br />

ind


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

Induktivität<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Induktivitäten<br />

• Fluss pro Durchflutung Ä Induktivität<br />

• Induzierte Spannung<br />

Energie<br />

• aufgebauter Fluss Ä Energie<br />

Kombination<br />

• Reihenschaltung Ä i i = const<br />

• Parallelschaltung Ä u i = const<br />

W<br />

L<br />

É<br />

ges<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Magnetismus<br />

u<br />

di<br />

É L<br />

dt<br />

1<br />

1<br />

2<br />

05.12.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 20<br />

L<br />

LI<br />

É<br />

2<br />

Éç É<br />

n<br />

i 1<br />

L<br />

É<br />

Éç É<br />

n<br />

Lges i 1Li<br />

N<br />

R<br />

i<br />

1<br />

2<br />

m<br />

1<br />

2<br />

É<br />

N<br />

HBV<br />

2<br />

ô<br />

l<br />

É<br />

r<br />

E<br />

ô<br />

1<br />

2<br />

n = 2:<br />

n = 2:<br />

0<br />

A<br />

V<br />

ôrô<br />

É<br />

0<br />

N<br />

B<br />

L ges<br />

L ges<br />

2<br />

2<br />

É<br />

õ<br />

ò<br />

L<br />

1 2 L é<br />

L1<br />

L2<br />

É<br />

L é L<br />

1<br />

2


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Sinusförmige Spannungen und Ströme<br />

Kenngrößen: Definitionen<br />

• zeitlicher Verlauf Ä Momentanwerte<br />

• Amplitude Û,<br />

Î<br />

• Periodendauer T<br />

• Kreisfrequenz © É 2Åf<br />

Frequenz<br />

• Nullphasenwinkel Ö u , Ö i<br />

Phasenverschiebung<br />

u( t)<br />

É Uˆ<br />

sin( © téÖ<br />

u )<br />

i( t)<br />

É Iˆ<br />

sin( © téÖ<br />

i )<br />

Ü1<br />

É T<br />

Kenngrößen: Mittelwerte<br />

• arithmetischer Mittelwert Effektivwert Gleichrichtwert<br />

a<br />

t<br />

1 0<br />

éT<br />

É Ña(<br />

t)<br />

dt<br />

T<br />

t<br />

0<br />

¢ 0<br />

É°<br />

† a<br />

für AC<br />

für DC<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

a<br />

eff<br />

É<br />

T<br />

Ñ<br />

f<br />

t0éT<br />

1 2<br />

t<br />

0<br />

a<br />

( t)<br />

dt<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 21<br />

Ö<br />

a<br />

É<br />

Ö<br />

uÜÖ i<br />

t<br />

éT<br />

1 2<br />

a(<br />

t)<br />

dt<br />

Aˆ<br />

T<br />

0<br />

É Ñ É<br />

Å<br />

t<br />

0<br />

12.12.2012


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

Komplexe Drehzeiger<br />

Spannung, Strom<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Komplexe Wi<strong>der</strong>stände<br />

Ohmsches Gesetz Ä Impedanz Ä Admittanz<br />

Z<br />

É<br />

U<br />

I<br />

É<br />

U<br />

I<br />

j(<br />

ÖuÜÖ<br />

i )<br />

e É Z e<br />

Bauelemente R, L, C<br />

Wi<strong>der</strong>stand<br />

Z R É<br />

R<br />

U<br />

I<br />

Wi<strong>der</strong>stand R, Blindwert X<br />

Leitwert G, Blindleitwert B<br />

Y R<br />

1<br />

É<br />

R<br />

É U e<br />

j<br />

É I e<br />

jÖ<br />

jÖ<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

Ö<br />

i<br />

u<br />

Induktivität<br />

Kapazität<br />

12.12.2012<br />

j©<br />

t<br />

u( t)<br />

É Im{ U e } É Uˆ<br />

sin( © téÖ<br />

j©<br />

t<br />

i( t)<br />

É Im{ I e } É Iˆ<br />

sin( © téÖ<br />

)<br />

ZÉ Ré<br />

j X<br />

ZÉ Z É R é<br />

L<br />

É G<br />

UˆÉ 2U<br />

IˆÉ 2I<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 22<br />

Y<br />

2 2<br />

X<br />

Z É j© LÉ<br />

j X<br />

1<br />

ZC É É j X<br />

j©<br />

C<br />

L<br />

C<br />

é<br />

Y<br />

Y<br />

Y<br />

jB<br />

L<br />

C<br />

É<br />

É<br />

É<br />

Y<br />

É<br />

Z<br />

Ü1<br />

É<br />

i<br />

É<br />

u<br />

G<br />

)<br />

Z<br />

Z<br />

2<br />

*<br />

2<br />

É<br />

é B<br />

1<br />

e<br />

Z<br />

2<br />

ÜjÖ<br />

1<br />

É<br />

Z<br />

1 1<br />

jBL ÉÜ<br />

j ÉÜ<br />

j<br />

© L X<br />

1<br />

jBC É j©<br />

CÉ<br />

Üj<br />

X<br />

L<br />

C


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

I<br />

R<br />

U R<br />

U<br />

L<br />

U L<br />

• Spannungen,<br />

Ströme<br />

• Impedanzen,<br />

Admittanzen<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Komplexe Zeigerdiagramme<br />

C<br />

U C<br />

Drehzeiger,<br />

Effektivwerte<br />

Festzeiger<br />

Reihenschaltung Parallelschaltung<br />

Im{ U(t)}<br />

U L<br />

U L é U C<br />

0<br />

U C<br />

X L<br />

X é X<br />

L ´ C<br />

Im{ Z}<br />

0<br />

X C<br />

Ö > 0<br />

induktiv<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

U<br />

Z<br />

I<br />

U R<br />

Ö > 0<br />

induktiv<br />

R<br />

©t<br />

Re{ U(t)}<br />

Re{ Z}<br />

Im{ U(t)}<br />

Ö < 0<br />

kapazitiv<br />

19.12.2012<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 23<br />

I C<br />

0<br />

I L<br />

Im{ Y}<br />

B C<br />

BC¨é BL<br />

0<br />

B L<br />

I<br />

Y<br />

I R<br />

G<br />

U<br />

©t<br />

Re{ U(t)}<br />

ÖY > 0<br />

Ö = - Ö < 0 kapazitiv<br />

Y<br />

U<br />

I<br />

R<br />

I R<br />

Re{ Y}<br />

I L<br />

L C<br />

I C


<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

Komplexe Leistung<br />

Ä Scheinleistung<br />

• Wirkleistung<br />

• Blindleistung<br />

S<br />

Reihenschaltung<br />

É<br />

<strong>Zusammenfassung</strong>: Leistungen<br />

S<br />

S<br />

É<br />

P<br />

É U I<br />

éQ<br />

É U I<br />

• Leistungsfaktor ÆÉ É cosÖ<br />

Blindfaktor<br />

P<br />

2<br />

2<br />

j(<br />

Ö<br />

ÜÖ<br />

)<br />

u i É U I e É S e<br />

2<br />

U<br />

É<br />

Z<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> – Wechselstrom<br />

*<br />

2<br />

Wintersemester 2012 / 13<br />

<strong>Prof</strong>. <strong>Palme</strong> 24<br />

É I<br />

jÖ<br />

2<br />

Z<br />

É P É S ÜQ<br />

É S cosÖ<br />

2<br />

QÉ<br />

QÉ<br />

S Ü P É S sinÖ<br />

Q<br />

L<br />

É U<br />

P<br />

S<br />

L<br />

I<br />

2<br />

UL<br />

É<br />

© L<br />

É<br />

2<br />

2<br />

I<br />

2<br />

© L<br />

P<br />

Im{ S}<br />

Q L<br />

QLØé QC<br />

0<br />

Q C<br />

É U<br />

R<br />

I<br />

2<br />

R<br />

U<br />

É<br />

R<br />

É I<br />

2<br />

R<br />

2 I<br />

QC É UC<br />

IÉ<br />

ÜUC©<br />

CÉ<br />

Ü<br />

© C<br />

S<br />

Q<br />

üÉ É sinÖ<br />

S<br />

Ö > 0<br />

induktiv<br />

P<br />

2<br />

Re{ S}<br />

19.12.2012

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