3. Aufgaben: Induktion

3. Aufgaben: Induktion
Elektrotechnik
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
1)
Welche Wirkung erfährt ein beweglicher, Strom führender Leiter im Magnetfeld?
Eine Ablenkung
2)
Von welchen Grössen hängt die Kraft ab, mit der ein Leiter im Magnetfeld abgelenkt wird?
Vom Leiterstrom, von der Flussdichte B und der wirksamen
Leiterlänge im Magnetfeld
3)
a) Zeichne das Magnetfeld des Dauermagneten und des stromdurchflossenen Leiters auf:
b) In welcher Zone entsteht eine Schwächung des resultierenden Magnetfeldes?
N
4)
S
+
Wie verhält sich eine stromdurchflossene Spule im Magnetfeld?
Auf die Spule wirkt ein Drehmoment (Motorenprinzip).
5)
In welchen Geräten wird die Wirkung auf eine Strom führende Spule in einem Magnetfeld genutzt?
Elektromotoren, Drehspulmesswerken, dynamischen Lautsprechern, Gleichstrommotor mit Stromwender
6)
Berechne die Anzahl Windungen des Elektromagneten:
Gegeben:
F = 40N; Fe = Elektroblech II (warmgewalzt)
lFe = 350mm; AFe = 10cm2
I = 10mA
+
F
B=
F
5
4 * 10 * A
=
40N
5
4 * 10 * 0.002m
H aus Magnetisierungskurve p114
2
» 0.223Vs / m 2
H» 40 A/m
Q = H * l Fe = 40 A / m * 0.35m = 14 A
N=
14 A
Q
=
= 1400Windungen
I
0.01A
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ã G. Lenherr
3. Aufgaben: Induktion
Elektrotechnik
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
7)
Nenne fünf Beispiele, wo die elektromagnetische Kraftwirkung ausgenützt wird:
Lastmagnete, Elektromagnete, Kupplungen, Bremsen,
Spannplatten, Schalter (Schütze, Relais), Schutzschalter
8)
Wählt man für einen Elektromagneten einen hart- oder weichmagnetischen Werkstoff?
Man wählt weichmagnetische Werkstoffe.
9)
Motorprinzip:
Ergänze die fehlende Grösse: Nord- und Südpol; Strom durch Spule oder Drehrichtung.
+
S
Gesucht: Nord- und Südpol
N
S
Gesucht: Stromrichtung
10)
+
N
Gesucht: Drehrichtung
N
+
S
Gesucht: Drehrichtung
a) Wie weit dreht die untenstehende Spule im Magnetfeld?
b) Warum dreht die Spule nicht immer weiter?
c) Durch welche Massnahmen kann man eine dauernde Drehbewegung erreichen?
a) nur um 90° (Vierteldrehung)
S
+
N
b) Es wirkt kein Drehmoment mehr
-> Kraft greift radial an
c) Durch Umpolen der Stromrichtung nach jeweils einer
Vierteldrehung.
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3. Aufgaben: Induktion I
Elektrotechnik
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
1)
Wie ändert sich die induzierte Spannung am Leiter, wenn man den Leiter horizontal von links
nach rechts bewegt?
S
2)
N
+
Da der Leiter keine Feldlinien
schneidet, wird in ihm keine
Spannung induziert.
Nenne fünf Anwendungsbeispiele für Elektromagnete:
Schütze, Relais, elektromagnetische Spannplatten, Lastmagnete,
elektromagnetische Bremsen, Leitungsschutzschalter
3)
Motor: Bestimme die verlangten Grössen:
N
S
+
+
o
o
S
N
Drehrichtung
4)
Stromrichtung
Polarität
Wodurch unterscheidet sich ein Relais von einem Schütz?
Ein Relais ist ein elektromagnetisch betätigter Schalter für
geringe Schaltleistungen.
5)
Zeichne nach der Regel von Lenz den induzierten Strom ein:
aufgezwungene
Bewegung
S
6)
aufgezwungene
Bewegung
N
N
S
Wie lautet die Lenz’sche Regel?
Der durch die Induktionsspannung hervorgerufene Strom ist so
gerichtet, dass sein Magnetfeld der Ursache entgegenwirkt.
7)
Von welchen Grössen hängt die Höhe der induzierten Spannung U0 in einem Leiter ab?
U0 = B * l * v * z
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l = wirksame Leiterlänge
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3. Aufgaben: Induktion I
Elektrotechnik
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8)
Bestimme, ob es sich um einen Motor oder Generator handelt:
Generator
S
N
+
S
+
N
Motor
9)
Generator: Bestimme die verlangten Grössen:
S
N
o
+
+
o
S
N
Drehrichtung
Polarität
Stromrichtung
10) An einem stabförmigen Dauermagneten von 20mm Durchmesser wird an einem Pol ein Fluss von
0.000126Vs gemessen. Wie gross ist die Flussdichte auf der Polfläche?
d 2 * p (0.02m ) 2 * p
-3
2
A=
B=
4
=
4
0.000126Vs
= 0.314 * 10
m
F
=
= 0.401T
A 0.314 * 10 - 3 m 2
11) Lenz’sche Regel: Bestimme die verlangten Grössen:
N
S
+
o
S
Bewegungsrichtung
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N
Polarität
Stromrichtung
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3. Aufgaben: Induktion II
Elektrotechnik
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
1)
Wodurch kann eine Induktionsspannung erzeugt werden?
Durch Änderung (Vergrössern oder Verkleinern) des
magnetischen Flusses in einer Spule.
2)
Von welchen Grössen hängt die Höhe der induzierten Spannung u 0 in einer Spule ab (Transformatorprinzip)?
Von der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses
und von der Windungszahl.
3)
Motor: Bestimme die verlangten Grössen:
S
N
+
o
o
+
N
S
Drehrichtung
4)
Stromrichtung
Polarität
Wie lautet die Lenz’sche Regel?
Der durch eine Induktionsspannung hervorgerufene Strom ist
so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Ursache entgegenwirkt.
5)
Erkläre, wie die Bremswirkung auf einen Leiter zustande kommt, wenn dieser in einem Magnetfeld bewegt wird?
Beim Bewegen des Leiters durch das Magnetfeld entsteht im
Leiter ein Stromfluss (Regel v. Lenz). Dieser Strom erzeugt ein
Magnetfeld um den Leiter. Es entsteht vor dem Leiter eine Feldverdichtung, die ein Abbremsen des Leiters zur Folge hat.
6)
Wie lautet das Induktionsgesetz (in Worten und mit Formel)?
Die in einer Spule induzierte Spannung ist umso grösser, je
grösser die Windungszahl, je grösser die Flussänderung und je
- N * DF
kürzer die Zeit ist, in der die Flussänderung erfolgt:
u0 =
Dt
7)
Warum kann man mit Gleichstrom keine Spannung induzieren?
Gleichstrom erzeugt keine Flussänderung (Feld immer konstant)
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3. Aufgaben: Induktion II
Elektrotechnik
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
8)
Bestimme, ob es sich um einen Motor oder Generator handelt:
Motor
N
S
+
S
N
+
Generator
9)
Wodurch können in einem Leiter Wirbelströme entstehen?
1) durch Bewegen eines Leiters gegenüber einem Magnetfeld
2) durch ein magn. Wechselfeld, in dem sich ein Leiter befindet
10) Welche Wirkung haben Wirbelströme?
1) Erwärmung des Leiters
2) Bremswirkung auf Leiter
11) Generator: Bestimme die verlangten Grössen:
S
S
+
+
o
o
N
N
Drehrichtung
Polarität
Stromrichtung
12) Durch welche Massnahmen werden Wirbelstromverluste verringert?
1) schlecht leitendes Material verwenden (z.B Legierung mit Si)
2) Unterteilung in einzelne, voneinander isolierte Bleche
3) Unterbrechung der Stromkreise durch Schlitze
13) Erkläre den Begriff Koerzitivfeldstärke HC:
Magnetische Feldstärke, die notwendig ist, um die Remanenz
(Restmagnetismus) zu beseitigen.
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3. Aufgaben: Induktion III
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1)
Wie verhält sich die Induktivität L zur Windungszahl N?
Die Induktivität L wächst im Quadrat zur Windungszahl N.
2)
a) Gegeben ist die untenstehende Schaltung. Was stellst du bezüglich den Lampen beim Ein- und
Ausschalten fest?
a)
Beim Einschalten leuchtet die Lampe
H1 später auf als H2.
Dafür löscht H1 beim Ausschalten
erst später.
b) Ergänze folgende Sätze:
Nach dem Einschalten ist die Selbstinduktionsspannung u0 so gerichtet, dass sie den
...........
Feldaufbau bzw. Stromanstieg
Nach dem Ausschalten ist die
den .. Feldabbau
Selbstinduktionsspannung u0 so gerichtet, dass sie
bzw. das Abklingen des Stromes .... verzögert.
Þ Selbstinduktion verzögert ......
3)
...... verzögert.
jede Stromänderung
....... !
Was hat die Induktivität für ein Formelzeichen und was für eine Masseinheit?
Induktivität L
[H = Henry]
Für Rechenzwecke setzt man für 1H = 1Ws ein!
4)
Wie ist die Induktivität 1H einer Spule definiert?
Wenn bei einer gleichförmigen Stromänderung von 1A/s
eine Spannung von 1V induziert wird, entspricht das einer
Induktivität von 1 H.
5)
Wie wird die Zeitkonstante t berechnet?
t=L/R
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[Ws / s
= s]
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3. Aufgaben: Induktion III
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
6)
7)
Zeichne den Strom- und Spannungsverlauf im Spulenstromkreis mit Widerstand bei verschiedenen Zuständen auf :
Schaltung:
1. Einschaltvorgang:
2. Eingeschalteter Zustand:
3. Ausschaltvorgang:
Eine Induktivität L von 4H wird über ein Seriewiderstand R mit 1kW an eine Spannungsquelle U
mit 10V angeschlossen.
a) Zeichne die Schaltung auf:
b) Wie lange dauert der Einschaltvorgang?
c) Was für ein Strom I stellt sich nach dem Einschaltvorgang ein?
d) Nach welcher Zeit hat der Strom 6.3mA erreicht?
a)
U = 10V
1kW
b)
tE = 5 * t = 5 *
c)
I=
d)
63% =
4H
C:\gle\sem3\et\ind\ueb\ind3_lös.doc
L
4H
=5*
= 20ms
1kW
R
U 10V
=
= 10mA
R 1kW
6.3mA
® t = t = 4ms
10mA
ã G. Lenherr