Leseprobe - Christiani
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24 Grundqualifikationen Spannungsquelle (Symbol) Elektrische Spannung ist das Ausgleichsbestreben getrennter Ladungen. Dabei wird wieder Energie frei. Ein Teil des „Spannungszustandes“ wurde dabei abgebaut. Allgemein: G – + • Ladungstrennung → elektrische Spannung Ladungsausgleich → elektrischer Strom Pluspol ++++++ Technische Größen des Stromkreises Spannungspfeil Batterie Spannungsquelle: Vom Pluspol zum Minuspol Verbrauchsmittel: Pfeil weist in Richtung des Stromflusses + U G – – + U U – I R Nach der Projektbesprechung → 15 fragt die Auszubildende ihren Meister, was denn eigentlich unter dem Begriff elektrischer Widerstand oder kurz Widerstand zu verstehen ist. – – – – – – Minuspol – Bild 1 Ladungstrennung bei einer Batterie Zugkraft F F Höhe h FG h´ F Speicherung von Energie m Der Meister nimmt ein Multimeter und stellt es auf den Widerstandsmessbereich ein. Dieser Bereich ist mit Ω gekennzeichnet. FG Gewichtskraft FG Bild 3 Multimeter im Widerstandsmessbereich +++ +++ + Q ++ ++ ++ ++ Ort 1 + Q ++ ++ ++ Ort 1 +++ +++ Ladungstrennung ––– – Q –– –– –– –– Ort 2 ––– +Q=–Q –– –– – Q –– –– –– –– Ort 2 –– –– Speicherung von Energie +++ + Q ++ ++ ++ ++ Ort 1 Widerstandsmessungen werden nur im spannungsfreien Zustand durchgeführt! ++ Ladungsausgleich ––– Vier Widestandsmessungen werden unter Aufsicht des Ausbilders durchgeführt (Bild 4) – Q –– –– –– –– Ort 2 – – –– gespeicherte Energie wird umgewandelt; z.B. in Wärme Bild 2 Ladungstrennung und Ladungsausgleich Elektrischer Widerstand (Symbol) Grob vergleichbar ist der Vorgang mit dem Anheben und Absenken einer Masse m (Bild 2). Linke Abbildung: Masse m steht auf der Unterlage (Ausgleichszustand). Dezimale Teile und Vielfache von Einheiten 1 mA = 0,001 A = 10 –3 A 1 μA = 0,000 001 A = 10 –6 A 1 kΩ = 1 000 Ω = 103 Ω 1 MΩ = 1 000 000 Ω = 106 Ω Mittlere Abbildung: Masse m wurde durch Zugkraft F auf die Höhe h angehoben. Die dabei aufgewendete Energie ist in der Masse gespeichert („Spannungszustand“). Rechte Abbildung: Seil wird losgelassen, Masse m wird um die Höhe h abgesenkt. Bild 4 Messungen mit dem Multimeter 83 Magnetisches Feld Die beiden magnetischen Widerstände werden berechnet. lFe Rm Fe = __________ μ0 · μr · AFe 0,6 m Rm Fe = ______________________________ Vs 1,256 · 10 − 6 ____ · 3000 · 4 · 10 − 4 m2 Am A ___ 5 Rm Fe = 4 · 10 Vs l L Rm L = ______ μ0 · A L 1 · 10 − 3 m Rm L = __________________________ Vs · 4,4 · 10 − 4 m2 − 1,256 · 10 6 ____ Am A Rm L = 1,81 · 106 ___ Vs Berechnung des magnetischen Gesamtwiderstandes: Rm g = Rm Fe + Rm L A + 1,81 · 106 ___ A Rm g = 4 · 105 ___ Vs Vs A Rm g = 2,21 · 104 ___ Vs Der magnetische Fluss Φ (die Summe der Feldlinien) ist in Eisen und Luftspalt gleich groß. Θ = ____ I·N Φ = ____ Rm g Rm g 1 A · 1000 = 4,52 · 10 − 4 Vs Φ = ___________ A 2,21 · 106 ___ Vs Kraft im Magnetfeld Im Magnetfeld wirken Kräfte. Gleichnamige Magnetpole stoßen sich ab, ungleichnamige Magnetpole ziehen sich an. Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter Für die Kraftrichtung gilt eine Linke-Hand-Regel (Bild 105). Stromrichtung im Leiter Richtung des Magnetfeldes Ein stromdurchflossener Leiter umgibt sich mit einem konzentrischen Magnetfeld (Seite 75). Wenn ein solcher Leiter in ein Magnetfeld gebracht wird, kommt es zu einer Kraftwirkung. Der Leiter wird in Richtung der Feldschwächung abgedrängt (Bild 106). Feldlinien haben das Bestreben, sich zu verkürzen. Auf den Leiter in Bild 106 wird also eine Kraft nach links ausgeübt. Bewegungsrichtung Bild 105 Linke-Hand-Regel N N N Kraft auf stromdurchflossenen Leiter F=B⋅I⋅l F I Kraftwirkung auf Leiter in N Vs magnetische Flussdichte in ___ m2 Stromstärke im Leiter in A l Leiterlänge im Magnetfeld in m B Φ1 Φ1 I Magnetfeld des Leiters Φ2 F I I Φ2 S Dauermagnet S S Φ1 + Φ 2 Bild 106 Kraftwirkung im Magnetfeld, Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter 133 Steuerungsaufbau Relais Die Relais zählen zu den elektromagnetischen Schaltgeräten. Ihre Schaltleistung ist allerdings geringer als die von Schützen. Schutzbeschaltung von Magnetspulen Schutz vor hohen Induktionsspannungen, Verringerung der Kontaktbelastung. Nachteilig ist die Beeinflussung des Zeitverhaltens durch die Schutzbeschaltung (verzögerter Abfall). Monostabile Relais Nach Abschalten des Spulenstromes fallen die Kontakte durch Federkraft in ihre Ruhelage zurück. Freilaufdiode RC-Glied L+ AC DC DC Bistabile Relais K1 Behalten ihren Schaltzustand nach einem Steuerimpuls durch Remanenz des Eisenkerns bei. • Relais mit einer Spule Umschaltung mit Impulsen entgegengesetzter Polarität. • Relais mit zwei Spulen Eine Spule dient dem Setzen (Einschalten), die andere Spule dem Rücksetzen (Ausschalten). Varistor AC DC C K1 F1 K1 U F1 R L– – nur einsetzbar in Gleichstromkreisen – einsetzbar bei DC und AC – einsatzbar bei DC und AC – Abschaltspannung 0,7 V bei Si-Dioden – hohe Stromspitzen – große Überspannung – hoher Platzbedarf – hoher Platzbedarf – preisgünstig – platzsparend +24 V Verpolschutz Ein K1 Befehlsgeräte Remanenz Wichtige Befehlsgeräte in der Steuerungstechnik sind Drucktaster und Steuerungsschalter. Aus Freilaufdioden Drucktaster dienen der gezielten Befehlsgabe. Sie werden von Hand, also willentlich betätigt. 0V Sie müssen leicht und gefahrlos erreichbar sein und Festlegungen bezüglich Farbe, Symbolen und Anordnung genügen. P1 -K1 Restmagnetismus bistabil zwei stabile Zustände (EIN/AUS) Bild 9 Bistabiles Relais, Schaltung 11 -S1 Wechselstrombetätigtes Relais 12 Das Eisen des magnetischen Kreises ist zwecks Verminderung der Wirbelstromverluste aus Elektroblech gefertigt. Wirbelstrom 13 -S2 13 → 226 Q1 14 14 Reed-Relais @ Interessante Links Kontaktzungen sind paarweise in Glassröhr- Löschglieder chen (Vakuum oder Edelgas) eingeschmolzen. Das Glasröhrchen ist von einer zylinderförmigen Magnetspule umschlossen. Die Spule magnetisiert die Kontaktfedern, die sich gegenseitig anziehen und den Kontakt damit betätigen. -Q1 • moeller.net Bild 11 Drucktaster in einer Schaltung Vorsicht! Glasröhrchen Kontaktfedern Spule Bild 10 Reed-Relais, Prinzip • weg.net Die Farbe Rot darf nur dann für Stopp-/AusFunktionen verwendet werden, wenn in unmittelbarer Nähe kein Bedienteil zum Ausschalten oder Stillsetzen im Notfall installiert ist (z. B. Hauptschalter mit den Farben Rot-Gelb). Die Druckknöpfe können auch Symbole tragen (0 – I – II). Elektroblech Eisenkern besteht aus geschichteten Blechstreifen mit isolierender Zwischenlage. Dadurch werden die Wirbelstromverluste verringert. 243 Digitalmultimeter 7 Multimeter Im Allgemeinen werden Digitalmultimeter verwendet. Diese können Spannungen, Stromstärken, Widerstände, Frequenzen und Kapazitäten messen. Die Messwerte werden auf einem LCD-Display angezeigt, sodass ein Ablesefehler nicht auftreten kann. Viele Digitalmultimeter haben zusätzlich noch eine Balkenanzeige im Display, wodurch die Beurteilung schwankender Messwerte erleichtert wird. Vorteile digitaler Multimeter • Wenig störanfällig, da keine mechanischen oder bewegten Teile • Fehlerfreie Ablesung • Relativ hohe Genauigkeit bei geringem technischen Aufwand • Speicherung der Messergebisse Messungen mit Digitalmultimetern werden (mit Ausnahme der Frequenzmessung) auf die Spannungsmessung zurückgeführt. Die analoge Messgröße Spannung wird für die digitale Anzeige in eine binäre Signalfolge umgewandelt. Bild 1 Messung mit dem Digitalmultimeter Signalgröße digitale Signalgröße Im Allgemeinen verfügen Multimeter über Auto-Range. Messbereiche müssen dann nicht gewählt werden. 0101 A2 A1 Vorsicht! Niemals die angegebenen zulässigen Grenzwerte überschreiten. analoge Messgröße analog g 0101 Dekodierung Anzeige MG1 MG2 MG3 Messgröße digital Bild 3 Quantisierung der Signalgröße Bild 2 Prinzip der digitalen Messung Die analoge Messgröße wird in eine endliche Anzahl von Teilen (Quanten) eingeteilt. Das analoge Signal wird quantifiziert (Bild 3). Zwei Messgrößen, die zwischen MG1 und MG2 liegen, führen zur Anzeige der gleichen Signalgröße A1. Das deutet auf einen erheblichen Fehler hin. Aber nur dann, wenn die einzelnen „Stufen“ sehr breit sind. In der Praxis ist dies allerdings nicht der Fall. Wird z. B. der Messbereich 1 Volt in 1000 Stufen aufgeteilt, dann ist jede Stufe nur noch 1 ⋅ 10 –3 V = 1 mV breit. Niemals eine unbenutzte Klemme des Multimeters berühren. Stets den höchsten Messbereich wählen, wenn der Wert der Messgröße nicht zuvor genau bekannt ist. Vor Umschalten der Messart die Messleitungen vom Messkreis abklemmen.
