9 Einphasenwechselspannung
Werbung
TG 30 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN Inhaltsverzeichnis 9 Einphasenwechselspannung 9.1 Induktivität einer Drosselspule (Fluoreszenzleuchte) 9.2 Induktivität ohne Eisenkern an Wechselspannung 9.3 Induktivität mit Eisenkern an Wechselspannung 9.4 Kapazität an Wechselspannung 9.5 Serieschaltung Widerstand mit Kapazitiät 9.6 Parallelschaltung von Kapazität und Widerstand 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 1 9 9 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN EINPHASENWEHCELSTROM Einphasenwechselspannung 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT EINER DROSSELSPULE (FLUORESZENZLEUCHTE) Seite 1 9.1 Induktivität einer Drosselspule (Fluoreszenzleuchte) Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT EINER DROSSELSPULE (FLUORESZENZLEUCHTE) 1. Widerstandsmessung mit Ohmmeter Seite 2. Messungen bei Wechselspannung 230V, 50Hz R20 L Themen I W A R PL U V Bild 6.8.2 X R X Z X X X U X I X L X P Q PL * PFL+PL 2 XL L S cos t PFL C Bild 6.8.1 f * PFL+PL S 3. Messprotokoll R20 V UL V W PL W A I A Bild Datenangaben Drosselspule (siehe Rückseite) Berechnungen ZL R XL L UL IL PR I2 Z 2 R2 XL 2 f Bild Versuchsaufbau (siehe Rückseite) H Kontrolle L H Mit dem Induktivitätsmessgerät kann der berechnete Messwert kontrolliert werden. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 4 TG 30 9 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT EINER DROSSELSPULE (FLUORESZENZLEUCHTE) Seite 3 Wichtige Informationen, wie Formeln, Zusammenhänge und Berechnungen, zur Drosselspule. Zeigerdiagramme der Gesamtschaltung (U, I, Z, R, X, P, Q, S). 22. November 2009 www.ibn.ch Version 4 TG 30 9 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT EINER DROSSELSPULE (FLUORESZENZLEUCHTE) Zusatzinformationen zur Gasentladung Seite 4 Prinzip der Gasentladung In Leuchtstoffröhren wird ultraviolettes Licht, das durch Gasentladung in der mit Quecksilberdampf gefüllten Röhre erzeugt wird, in sichtbares Licht umgewandelt. Aufgrund des Stromflusses durch die Heizwendel beginnen diese zu glühen. Dadurch treten Elektronen aus der Heizwendel aus und reichern das Gas mit Ladungsträgern an. Ein kleiner Teil des Quecksilbers verdampft. Bei der Stoßionisation entsteht im Glasrohr wegen des vorhandenen Quecksilbers Licht, dass überwiegend im ultravioletten Bereich liegt. Der Leuchtstoff, mit dem das Glasrohr innen beschichtet ist, absorbiert die UVStrahlung und emittiert sie als sichtbares Licht. Der Leuchtstoff leuchtet, er fluoresziert. Bild Drosselspule Datenangaben der Drosselspule einer Fluoreszenz-Lampe Weil Leuchtstofflampen mit technischem Wechselstrom betrieben werden, verwendet man als strombegrenzendes Bauelement die Drosselspule. Sie erfüllt also zwei Funktionen, die Erzeugung der Zündspannung und die Begrenzung des Betriebsstromes beim Brennen. Wegen ihres induktiven Blindwiderstands XL bewirken Spulen eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung von -90 Grad. Der Strom eilt der Spannung um -90 Grad nach. Bild Versuchsaufbau Bestimmung der Induktivität einer Drosselspule einer Fluoreszenz-Lampe Beispiele für Leuchtstoffröhren 3 S 2 22. November 2009 1 www.ibn.ch Version 4 TG 30 9 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT OHNE EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG Seite 1 9.2 Induktivität ohne Eisenkern an Wechselspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 9.2.1 Auftrag Bestimmen Sie Induktivität der gegeben Spule. Zeichen Sie die Zeigerdarstellung von Spannung und Strom. Zeichnen Sie das Strom und Spannungsliniendiagramm bei f 1000 Hz . Der Frequenzgenerator soll von f 0 Hz bis 3000 Hz reguliert werden - dabei ist der Strom, die Frequenz und die Impedanz sowie die Induktivität in einer Tabelle festzuhalten. Die Spannung soll dabei so festgelegt werden, dass der Strom möglichst keine thermische Auswirkung auf den ohmschen Widerstand hat. 9.2.2 Bauteile 9.2.3 Schaltung L mit 500 Windungen ohne Eisenkern Frequenzgenerator G Frequenzgenerator U f [Hz] U 2V 3 Messgeräte (Voltmeter, Ampèremeter, Fequenz-Messgerät) Kathodenstrahl-Oszilloskop 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT OHNE EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG 9.2.4 Seite 2 Wertetabelle Berechnungen f Hz U V I mA 0 50 XC XC Z 3) 1) 2) Die Spannung wird bei jeder Frequenz auf einen passenden, geraden Wert eingestellt. Führen Sie mindestens eine Messung bei unterschiedlicher Spannung bei der gleichen Frequenz aus und reflektieren Sie das Ergebnis. 3000 1) 2) 3) Berechnung aus der Kreisfrequenz Berechnung aus U und I Berechnung mit dem Pythagoras 9.2.5 Berechnungen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 4 TG 30 9 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT OHNE EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG 9.2.6 Seite 3 Grafik zu Wertetabelle X L und Z L in Funktion der Frquenz 9.2.7 Merksätze, Zeigerdiagramm und Reflexion 22. November 2009 www.ibn.ch Version 4 TG 30 9 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT OHNE EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG 9.2.8 Liniendiagramme (U und I bei f 50 Hz und U f 500 Hz ) 07. Juni 2017 Seite Mit einem KathodenstrahlOszilloskop sind die zu zeichnenden Liniendiagramme zu kontrollieren. www.ibn.ch Version 5 4 TG 30 9 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT MIT EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG Seite 1 9.3 Induktivität mit Eisenkern an Wechselspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 9.3.1 Auftrag Bestimmen Sie Induktivität der gegeben Spule mit Eisenkern dabei ist der Widestand der Kupferspule RCu mit Ohmmeter zu kontrollieren. Zeichen Sie die Zeigerdarstellung von Spannung und Strom bei 50 Hz und das Strom und Spannungsliniendiagramm bei 50Hz und 300 Hz. Der Frequenzgenerator soll von f 0 Hz bis 3000 Hz reguliert werden - dabei ist der Strom, die Frequenz und die Impedanz sowie die Induktivität in einer Tabelle festzuhalten. Die Spannung soll dabei so festgelegt werden, dass der Strom möglichst keine thermische Auswirkung auf den ohmschen Widerstand hat. 9.3.2 Bauteile 9.3.3 L mit 500 Windungen mit Eisenkern Tonfrequenzgenerator, Voltmeter, Amperemeter, Frequenzmessgerät, Handheld-Oszylloskop G Schaltung U f [Hz] U 2V Fequenzgenerator 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT MIT EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG 9.3.4 Seite 2 Wertetabelle Berechnungen f Hz U V I mA 0 50 XC XC Z 3) 1) 2) Die Spannung wird bei jeder Frequenz auf einen passenden, geraden Wert eingestellt. Führen Sie mindestens eine Messung bei unterschiedlicher Spannung bei der gleichen Frequenz aus und reflektieren Sie das Ergebnis. 3000 1) 2) 3) Berechnung aus der Kreisfrequenz Berechnung aus U und I Berechnung mit dem Pythagoras 9.3.5 HandheldOszylloskop Berechnungen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT MIT EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG 9.3.6 Seite 3 Grafik zu Tabelle X L und Z L in Funktion der Frquenz 9.3.7 Merksätze, Zeigerdiagramm und Reflexion 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG INDUKTIVITÄT MIT EISENKERN AN WECHSELSPANNUNG 9.3.8 Liniendiagramme (Zeiger U und I f 50 Hz und Liniendiagramm U und I bei f 50 Hz ; f 300 Hz ) 07. Juni 2017 Seite Mit einem KathodenstrahlOszilloskop oder dem Handheld-Oszilloskop sind die zu zeichnenden Liniendiagramme zu kontrollieren. www.ibn.ch Version 5 4 TG 30 9 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG KAPAZITÄT AN WECHSELSPANNUNG Seite 1 9.4 Kapazität an Wechselspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 9.4.1 Auftrag Das Frequenzverhalten eines Kondensators soll messtechnisch untersucht werden. Die Zeigerdarstellung von Spannung und Strom ist zu erstellen. Zeichnen Sie das Spannungsliniendiagramm und die Stromdiagramme bei 50 Hz und bei 300 Hz auf . Für den Frequenzbereich 50 bis 3000 Hz ist XC = f(f) aufzuzeichnen. XC soll durch Messung von U und I bei verschiedenen Frequenzen bestimmt werden. 9.4.2 Bauteile 9.4.3 Kapazität 40F Frequenzgenerator Voltmeter Amperemeter U 1V G 07. Juni 2017 Schaltung U f [Hz] www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG KAPAZITÄT AN WECHSELSPANNUNG Seite 9.4.4 Messschaltung mit Messgeräten 9.4.5 Wertetabelle Berechnungen f Hz U V I mA 0 50 XC XC Z 3) 1) 2) 2 Die Spannung wird bei jeder Frequenz auf einen passenden, geraden Wert eingestellt. Führen Sie mindestens eine Messung bei unterschiedlicher Spannung bei der gleichen Frequenz aus und reflektieren Sie das Ergebnis. 3000 4) 5) 6) Berechnung aus der Kreisfrequenz Berechnung aus U und I Berechnung mit dem Pythagoras 9.4.6 Berechnungen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG KAPAZITÄT AN WECHSELSPANNUNG 9.4.7 Seite 3 Grafik zu Tabelle X C bzw. Z in Funktion der Frquenz 9.4.8 Merksätze, Reflexion und Zeigerdiagramm 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG KAPAZITÄT AN WECHSELSPANNUNG 9.4.9 Seite 4 Liniendiagramme (U und I bei f 50 Hz , U und I bei f 100 Hz ) 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG SERIESCHALTUNG OHMSCHER WIDERSTAND MIT KAPAZITÄT Seite 1 9.5 Serieschaltung Widerstand mit Kapazitiät Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 9.5.1 Auftrag Bestimmen Sie die nachfolgenden elektrischen Grössen mit Hilfe von Berechnunge, Messungen und grafischen Darstellungen: a) Gafische Darstellung der Impedanz in Abhängigkeit der Frequenz. b) Spannung UR , UC R und XC als Zeigerdiagramm bei 50 Hz. c) Spannung und strom als Liniendiagramm bei 50 Hz. 9.5.2 Bauteile Kapazität C=1 F Widerstand R=100 Frequenzgenerator Voltmeter Amperemeter 9.5.3 G Schaltung U f U= 3 V 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG SERIESCHALTUNG OHMSCHER WIDERSTAND MIT KAPAZITÄT Seite 9.5.4 Messschaltung mit Messgeräten 9.5.5 Tabelle Berechnungen f Hz U V I mA 0 50 XC XC Z 3) 1) 2) 2 Die Spannung wird bei jeder Frequenz auf einen passenden, geraden Wert eingestellt. Führen Sie mindestens eine Messung bei unterschiedlicher Spannung bei der gleichen Frequenz aus und reflektieren Sie das Ergebnis. 3000 7) 8) 9) Berechnung aus der Kreisfrequenz Berechnung aus U und I Berechnung mit dem Pythagoras 9.5.6 Berechnungen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG SERIESCHALTUNG OHMSCHER WIDERSTAND MIT KAPAZITÄT 9.5.7 Seite 3 Grafik zu Tabelle X C und Z in Funktion der Frquenz 9.5.8 Merksätze, Reflexion und Zeigerdiagramm 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG SERIESCHALTUNG OHMSCHER WIDERSTAND MIT KAPAZITÄT 9.5.9 Seite 4 Grafiken (I, U, UR , UC bei f 50 Hz ) 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG PARALLELSCHALTUNG VON KAPAZITÄT UND OHMSCHEM WIDERSTAND Seite 1 9.6 Parallelschaltung von Kapazität und Widerstand Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 9.6.1 Auftrag, Versuchsbeschreibung Zeichnen Sie bei einer Fequenz von 50 Hz und aus der gegebenen Schaltung: a) das Zeigerdiagramm von I C , I R , I und U b) das Liniendiagramm von I C , I R , I und U 9.6.2 Bauteile 9.6.3 Schaltung I R 1,2k C 1F Zeigerdiagramm G Frequenzgenerator Voltmeter Amperemeter U f (Massstab: __________) U=3,0 V 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG PARALLELSCHALTUNG VON KAPAZITÄT UND OHMSCHEM WIDERSTAND 9.6.4 Messschaltung mit Messgeräten 9.6.5 Tabelle f Hz U V IR mA IC mA I mA Seite XC 2 Z 0 50 100 300 600 1200 1800 2400 3000 Die Spannung wird bei jeder Frequenz auf einen passenden, geraden Wert eingestellt! 9.6.6 Berechnungen, Formelsammlung 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG PARALLELSCHALTUNG VON KAPAZITÄT UND OHMSCHEM WIDERSTAND 9.6.7 Seite 3 Grafik zu Tabelle X C bzw. Z in Funktion der Frquenz 9.6.8 Merksätze, Reflexion und Zeigerdiagramm 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 9 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN EINPHASENWECHSELSPANNUNG PARALLELSCHALTUNG VON KAPAZITÄT MIT OHMSCHEM WIDERSTAND Grafiken ( I C , I R , I und U bei Seite 4 9.6.9 07. Juni 2017 f 50 Hz ) www.ibn.ch Version 5 TG 30 24 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN KOMMUNIKATIONSTECHNIK SWISS-NET ISDN 07. Juni 2017 Seite 1 www.ibn.ch Version 5
