Funktion einer Elektrokochplatte prüfen
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Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen Funktion einer Elektrokochplatte prüfen Arbeitsauftrag Ihre Elektrofirma erhält von einer Kundin den Auftrag, die Leistungen eines Elektroherds zu überprüfen. Die Kundin hat den Eindruck, dass die Wassererwärmung zu lange dauert. Um diesen Auftrag zu bearbeiten ist es notwendig, dass Sie Informationen zu den Bestandteilen, den Schaltungen und den notwendigen Messungen im Elektroherd erhalten. Die nachfolgenden Aufgaben sollen sorgfältig bearbeitet werden, nehmen Sie Ihre Fachund Tabellenbücher sowie die enthaltenen Informationen zur Hilfe. 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 1 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 1. Kochplatten und Siebentaktschalter – technische Daten Abb. 1: Modell eines Siebentaktschalters Abb. 2: Modell einer Kochplatte Elektrische Kochplatten wurden früher fast ausschließlich mit Hilfe eines Siebentaktschalters angesteuert. Man erkennt die Siebentaktschaltung an den Schaltstellungen 0 – 3, die in 7 feste Stellungen unterteilt sind. Normalkochplatten haben drei Heizungen verbaut, die mit dem Siebentaktschalter so verschaltet sind, dass sich eben diese 7 Schaltstellungen ergeben. Bitte beachten Sie die unterschiedliche Nummerierung zwischen Siebentaktschalter und dem Anschluss der Kochplatte. Abb. 3: Anschluss der Kochplatte an den Siebentaktschalter 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 2 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 2. Kochplatten und Siebentaktschalter – Messungen Bei einer vorhandenen Einzel-Stand-Kochplatte soll durch Messungen und Berechnungen überprüft werden, wie sich die Leistungen im Vergleich zu den Werten der Heizwiderstände verändern. Abb. 4: Messaufbau Abb. 5: Schaltung der Heizwiderstände Aufgaben: 1. Messen Sie im spannungsfreien Zustand mit dem Widerstandsmessgerät die drei Einzelwiderstände der Kochplatte! Messung mit dem Widerstandsmessgerät 582661164ung Widerstand R1 R2 R3 Gemessener Widerstandswert/Ω 55 169 84 08.04.2017 Arbeitsblatt 3 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 2. Messen Sie im spannungsfreien Zustand mit dem Widerstandsmessgerät die Widerstände der Kochplatte in den verschiedenen Schalterstellungen! Tragen Sie die Werte in die Tabelle 1 ein! Achten Sie bei den Messungen auf den richtigen Anschluss der Verbindungsleitungen vom 7-Takt-Schalter zur Herdplatte! Messung mit dem Widerstandsmessgerät Schalterstellung Gemessener Widerstandswert/Ω 3 2½ 2 1½ 1 ½ 28 55 84 169 252 308 Anmerkung: Diese Beispielwerte gelten für eine Normalkochplatte (1500W/230V)! 3. Messen Sie an der Kochplatte unter Netzspannung (230V) mit dem Strom- und Spannungsmessgerät in den verschiedenen Schalterstellungen! Tragen Sie die Werte in die Tabelle ein! Vorsicht: Beachten Sie bitte die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen, Sie arbeiten an einer Spannung von 230V. Die Kochplatte wird außerdem während des Betriebs heiß! Messung mit Strom- und Spannungsmessgerät Schalterstellung 3 2½ 2 1½ 1 ½ Spannung/V 230 230 230 230 230 230 Strom/A 8,2 4,2 2,7 1,4 0,9 0,75 Abb. 6: Schaltung der Heizwiderstände in den 7 Schaltstufen 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 4 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 4. Zeichnen Sie für die Schalterstellungen (½ bis 3) die Ersatzschaltpläne in einer übersichtlicheren Darstellung und beschreiben Sie daneben in Worten, wie die Widerstände R1, R2 und R3 an L und N geschaltet sind! Schalterstellung: ½ Schaltplan Beschreibung R1, R2 und R3 sind in Reihe an die Betriebsspannung geschaltet. Schalterstellung: 1 Schaltplan Beschreibung R3 und R2 sind in Reihe an die Betriebsspannung gelegt. Schalterstellung: 1 ½ Schaltplan Beschreibung R2 liegt allein an der Betriebsspannung. 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 5 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen Schalterstellung: 2 Schaltplan Beschreibung R3 liegt allein an der Betriebsspannung. R 1 , R 2 Schalterstellung: 2 ½ Beschreibung u Schaltplan n R2 und R3 sind parallel an d die Betriebsspannung gelegt. R 3 s i n Beschreibung d Schalterstellung: 3 Schaltplan R1, R2 und R3 sind i parallel an die n Betriebsspannung geschaltet. R e i h In der Schalterstellung 1 ½ und 2 sind die uns bekannten Einzelwiderstände R 2 und R3 e wirksam. Wie setzt sich der Gesamtwiderstand RG in der Schalterstellung ½ zusammen? g e s c 5. Formulieren Sie einen Merksatz zum Gesamtwiderstand in Bezug auf die h Teilwiderstände in der Reihenschaltung! a l Die Summe der Teilwiderstände ergibt den Gesamtwiderstand R G! t e 582661164ung Arbeitsblatt 6 t 08.04.2017 . RG R1 R2 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen Reihenschaltung von Widerständen 1. Bauen Sie eine Reihenschaltung aus den drei bekannten Widerständen auf (am PC z.B. mit Multisim oder im Labor), versorgen Sie diese mit 230V und messen Sie die Teilspannungen U1 bis U3 sowie die Ströme I1 bis I3 durch die Widerstände. Anmerkung: Die Widerstandswerte unterscheiden sich von den realen Werten. Zur Vereinfachung benutzen Sie die angegebenen Werte. Abb. 7: Messschaltung UG U1 U2 U3 230V 43V 125V 62V IG I1 I2 I3 0,74A 0,74A 0,74A 0,74A Tabelle 1: Strom- und Spannungsmessung in der Reihenschaltung 2. Erstellen Sie eine Formel zur Berechnung des Gesamtspannung U G anhand der Messungen! U G U1 U 2 3. Formulieren Sie einen Merksatz zur Gesamtspannung und den Teilspannungen! Die Gesamtspannung UG ist die Summe der Teilspannungen U1 und U2. 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 7 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 4. Wie verhalten sich die Ströme durch die Widerstände im Vergleich zum Gesamtstrom? Stellen Sie eine Gleichung für den Strom in einer Reihenschaltung auf! I G I1 I 2 5. Wie kann aus dem Strom IG und der Gesamtspannung UG der Gesamtwiderstand RG ermittelt werden? RG UG IG 6. Errechnen Sie aus dem Strom IG und den Teilspannungen U1 bis U3 die Widerstände R1 bis R3! U1 IG U R2 2 IG U R3 3 IG R1 7. Welche Leistungsformel benötigen Sie, um mit Spannung und Strom die Leistung berechnen zu können? P U I 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 8 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 8. Übertragen Sie die Strom- und Spannungswerte aus der Tabelle 1, berechnen Sie die jeweilige Leistung und tragen Sie diese in die Tabelle ein! UG U1 U2 U3 230V 43V 125V 62V IG I1 I2 I3 0,74A 0,74A 0,74A 0,74A PG P1 P2 P3 170W 31W 93W 46W 9. Erstellen Sie eine Formel zur Berechnung der Gesamtleistung P G aus den Teilleistungen anhand der Berechnungen! PG P1 P2 P3 Zur Vertiefung der Reihenschaltung von ohmschen Widerständen werden Beispielaufgaben aus dem Mathematikbuch bearbeitet! Die Reihenschaltungen in den Schalterstellungen ½ und 1 wurden untersucht, in den Schalterstellungen 1 ½ und 2 sind jeweils nur die Einzelwiderstände R 2 oder R3 wirksam. 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 9 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen Parallelschaltung von Widerständen Es soll nun die Parallelschaltung in der Schaltstufe 3 untersucht werden. 1. Berechnen Sie aus den Widerstandswerten R1 bis R3 die Leitwerte G1 bis G3 und den Gesamtleitwert GG und tragen Sie die Werte in die Tabelle ein! (R1 = 57Ω, R2 = 169Ω, R3 = 83Ω) GG G1 G2 G3 0,032S 0,0175S 0,0059S 0,012S 2. Erstellen Sie eine Formel zur Berechnung des Gesamtleitwertes G G anhand der vorherigen Berechnungen! GG G1 G2 G3 3. Formulieren Sie einen Merksatz zum Verhalten des Gesamtleitwertes und der Teilleitwerte in der Parallelschaltung! Die Gesamtleitwert GG ist die Summe der Teilleitwerte! 4. Ersetzen Sie die Leitwerte mit dem Kehrwert der Widerstände und erstellen Sie eine Formel für 1/RG! 1 1 1 1 RG R1 R2 R3 5. Formulieren Sie einen Merksatz zum Teilwiderstände in der Parallelschaltung! Gesamtwiderstand in Bezug auf die Der Kehrwert des Gesamtwiderstandes ergibt sich aus der Summe der Kehrwerte der einzelnen Teilwiderstände! 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 10 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 6. In der Schalterstellung 2 ½ sind nur zwei Widerstände parallel geschaltet. Finden Sie mit Hilfe des Fachkunde- bzw. Tabellenbuches eine Formel für den Gesamtwiderstand RG bei der Parallelschaltung von 2 Widerständen! RG R1 R2 R1 R2 7. Bauen Sie eine Parallelschaltung aus den drei bekannten Widerständen im Labor auf (oder am PC mit EWB, Multisim etc.), legen Sie diese an eine Spannung von U = 230V und messen Sie die Spannungen U1 bis U3 sowie die Teilströme I1 bis I3 durch die Widerstände. Anmerkung: Die Widerstandswerte unterscheiden sich von den realen Werten. Zur Vereinfachung benutzen Sie die angegebenen Werte! Abb. 8: Messschaltung UG U1 U2 U3 230 V 230 V 230 V 230 V IG I1 I2 I3 8,16A 4A 1,36A 2,8A Tabelle 2: Strom- und Spannungsmessung in der Parallelschaltung 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 11 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 8. Erstellen Sie eine Gleichung zur Bestimmung der Spannung UG anhand der Spannungsmessungen! UG U1 U 2 U3 9. Formulieren Sie einen Merksatz zur Gesamtspannung und den Teilspannungen! Die Spannung U in der Parallelschaltung ist überall gleich! 10. Wie verhalten sich die Teilströme durch die Widerstände im Vergleich zum Gesamtstrom? Formulieren Sie auch einen Merksatz zum Gesamtstrom und den Teilströmen! Die Summe der Teilströme ergibt den Gesamtstrom! 11. Stellen Sie eine Gleichung für den Strom in einer Parallelschaltung auf! IG I1 I 2 I3 12. Wie kann aus dem Gesamtstrom IG und der Spannung UG der Gesamtwiderstand RG ermittelt werden? UG RG IG 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 12 Fach: Elektrotechnik Name: Datum: Funktion einer Elektrokochplatte prüfen 13. Errechnen Sie aus den Teilströmen I1 bis I3 und der Spannung UG die Widerstände R1 bis R3! UG I1 U R2 G I2 UG R3 I3 R1 14. Bestimmen Sie die Leistungen der Widerstände unter der Verwendung von der Spannung und dem Widerstand! Welche Formel verwenden Sie hierfür? U2 P R 15. Berechnen Sie für die Schaltstufe 3 die jeweilige Leistung eines Heizwiderstandes und tragen Sie diese in die Tabelle ein! PG P1 P2 P3 1878W 928W 313W 637W 16. Erstellen Sie eine Formel zur Bestimmung der Gesamtleistung PG anhand der vorherigen Berechnungen! PG P1 P2 P3 Zur Vertiefung der Parallelschaltung von ohmschen Widerständen werden Beispielaufgaben aus dem Mathematikbuch bearbeitet! 582661164ung 08.04.2017 Arbeitsblatt 13
