Arbeitsblätter und Aufgaben Fachbildung LF 5-12 - Beck-Shop

Arbeitsblätter und Aufgaben Fachbildung LF 5-12
Technische Kommunikation im Berufsfeld Elektrotechnik
Bearbeitet von
Ulrich Beer, Horst Gebert, Gregor Häberle, Hans Walter Jöckel, Thomas Käppel, Anton Kopf, Bernd
Schiemann, Jürgen Schwarz
1. Auflage 2011. Buch. 165 S.
ISBN 978 3 8085 3594 3
Format (B x L): 22 x 29,7 cm
Gewicht: 936 g
schnell und portofrei erhältlich bei
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EUROPA-FACHBUCHREIHE
für elektrotechnische und elektronische Berufe
Technische Kommunikation
Elektrotechnik
Arbeitsblätter und Aufgaben
Fachbildung – Lernfelder 5–12
4. neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulen
und in der Industrie
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG
Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 35911
Autoren:
Ulrich Beer
Horst Gebert
Gregor Häberle
Hanswalter Jöckel
Thomas Käppel
Anton Kopf
Bernd Schiemann
Jürgen Schwarz
Dipl.-Ing. (FH), Gewerbefachlehrer
Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat
Dr.-Ing.
Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat
Fachlehrer
Oberstudienrat
Dipl.-Ing., Studiendirektor
Dipl.-Ing., Studiendirektor
Kaufbeuren
Schwäbisch Hall
Tettnang
Friedrichshafen
Münchberg
Ulm
Stuttgart
Tettnang
Bildbearbeitung: YellowHand, Köngen – www.yellowhand.de
Leitung des Arbeitskreises und Lektorat: Jürgen Schwarz, Tettnang
Die amtlichen Rechtschreibregeln sind in dieser Auflage berücksichtigt.
Vorwort
Die „Arbeitsblätter und Aufgaben der technischen Kommunikation im Berufsfeld Elektrotechnik, Grundbildung sowie Fachbildung“ mit den Lernfeldern 5–12 sind Bestandteile eines offenen Lehrsystems und können beim personalen Unterricht sowie bei der Erarbeitung des Lehrstoffes durch den Schüler selbst oder
im Team durch verschiedene Medien, insbesondere den Informationsband „Technische Kommunikation im
Berufsfeld Elektrotechnik“ ergänzt werden.
Der Inhalt dieses Buches orientiert sich an den Lehrplänen für den Ausbildungsberuf Elektroniker in Industrie und Handwerk.
Neu: Arbeitsblätter zu
• Wechselstromsystem,
• Netzgerät mit geregelter Ausgangsspannung,
• Transistor als Schalter,
• Anschluss von Näherungsschaltern,
• KNX-Lichtsteuerung,
•
•
•
•
Pneumatik – SPS-gesteuert,
Drehzahlsteuerung von DC-Kleinmotoren,
Hauskommunikation mit Bussystem,
Induktions-Kochfeld.
Bei Leiterverbindungen wird weitgehend die in der Norm vorhandene Form 1 (ohne Punkt), in Anschlussdosen aber, aus methodischen Gründen, die ebenfalls nach der Norm zulässige Form 2 (mit Punkt) angewendet.
Die Objekte sind produktbezogen gekennzeichnet. Wegen der eindeutigen Identifizierbarkeit der Objekte
wird auf die Kennzeichnung durch das Vorzeichen „–“ verzichtet.
Zur Unterstützung des Lehrers bei der geforderten Vermittlung englischsprachiger Elemente sind die Überschriften der Arbeitsblätter und der Aufgaben zweisprachig.
Verlag und Autoren danken für die Verbesserungsvorschläge der Benutzer und bitten auch in Zukunft da­
rum.
Sommer 2011
Die Verfasser
4. Auflage 2011
Europa-Nr.: 35911
ISBN 978-3-8085-3594-3
Druck 5 4 3 2 1
Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind.
Diesem Buch wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Blätter und der VDE-Bestimmungen zugrunde gelegt.
Verbindlich sind jedoch nur die DIN-Blätter und VDE-Bestimmungen selbst.
Die DIN-Blätter können von der Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin, und Kamekestraße
2–8, 50672 Köln, bezogen werden.
Die VDE-Bestimmungen sind bei der VDE-Verlag GmbH, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin, erhältlich.
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich
geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten
http://www.europa-lehrmittel.de
Satz: YellowHand, Köngen
Umschlaggestaltung: Idüll, Ulrich Dietzel, Frankfurt/Main unter Verwendung eines Fotos der
Phoenix Contact GmbH & Co. KG
Druck: Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn
2
Inhaltsverzeichnis
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
6.14
6.15
6.16
6.17
6.18 7
Lernfeld 5:Elektroenergieversorgung und Sicherheit
von Betriebsmitteln gewährleisten
Projektbeschreibung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Sinuslinien und Zeiger  . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Phasenverschiebung Reihenschaltung RL  . . . . . . 7
Phasenverschiebung Parallelschaltung RC . . . . . . 8
Phasenverschiebung Reihenschaltung RLC  . . . . . . 9
Phasenverschiebung Parallelschaltung RLC  . . . . . 10
Symmetrisch belastetes Drehstromsystem  . . . . . 11
Unsymmetrisch belastetes Drehstromsystem  . . . . 12
Schutzmaßnahmen im TN-System  . . . . . . . . . . 13
Schutzmaßnahmen im TT-System  . . . . . . . . . . 14
Elektroinstallation mit Netzabkoppler  . . . . . . . . 15
Stromversorgung Hochhaus  . . . . . . . . . . . . . 16
Schutzpotenzialausgleich  . . . . . . . . . . . . . . . 17
Wechselspannung und Wechselstrom . . . . . . . . 18
Wechselspannung und Wechselstrom . . . . . . . . 19
Energieversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Lernfeld 6: Anlagen und Geräte analysieren und
prüfen
Projektbeschreibung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Strom- und Spannungsmessung bei Sternschaltung . 22
Strom- und Spannungsmessung bei
Dreiecksschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Leistungsmessung im Drehstromsystem  . . . . . . 24
Zählerschaltung mit Stromwandler  . . . . . . . . . . 25
Prüfung der Schutzmaßnahmen  . . . . . . . . . . . 26
Prüfung der RCD-Schutzeinrichtung  . . . . . . . . . 27
Übergabebericht und Prüfprotokoll  . . . . . . . . . . 28
Prüfprotokoll für instandgesetzte Geräte  . . . . . . . 29
Prüftafel für eine Elektrowerkstatt  . . . . . . . . . . 30
Betriebsmittelliste der Prüftafel für eine
Elektrowerkstatt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Wiederholungsprüfungen nach BGV A03 . . . . . . . 32
Wiederholungsprüfungen nach BGV A03 und
E-Check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Gleichrichterschaltungen für
Einphasenwechselspannung . . . . . . . . . . . . . 34
Einwegschaltung mit verschiedenen Lasten . . . . . 35
Gleichrichterschaltungen für
Dreiphasenwechselspannung . . . . . . . . . . . . . 36
Netzgerät mit geregelter Ausgangsspannung . . . . 37
Systemunabhängige Schutzmaßnahmen . . . . . . 38
Messungen nach DIN VDE 0701-0702  . . . . . . . . 39
Lernfeld 7: Steuerungen für Anlagen programmieren
und realisieren
Projektbeschreibung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1 Übersichtsschaltpläne von digitalen Messgeräten  . 41
7.2 Transistor als Schalter  . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
7.3 Emitterschaltung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.4 Dämmerungsschalter  . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.5 Helligkeits- und Bewegungsmessung  . . . . . . . . 45
7.6 Operationsverstärker als Invertierer  . . . . . . . . . 46
7.7 Operationsverstärker als Nichtinvertierer  . . . . . . 47
7.8 4-Bit-Asynchronzähler mit JK-MS-Flipflops  . . . . . 48
7.9 4-Bit-Schieberegister und Umlaufspeicher  . . . . . . 49
7.10 Optokoppler  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.11 Induktiver Näherungssensor  . . . . . . . . . . . . . 51
7.12 Anschluss von Näherungsschaltern  . . . . . . . . . 52
7.13 SPS-Wendeschützschaltung  . . . . . . . . . . . . . .
7.14 Steuerung eines Industrietors mit
Kompaktsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.15 ASI-Feldbus  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.16 SPS-Zeitfunktion, Zähler  . . . . . . . . . . . . . . . .
7.17 Gebäudesystemtechnik KNX, Dimmen  . . . . . . . .
7.18 Gebäudesystemtechnik KNX, Stromlaufplan  . . . .
7.19 Gebäudesystemtechnik KNX, Jalousiesteuerung  . .
7.20 Gebäudesystemtechnik KNX, Lichtsteuerung . . . .
7.21 Pneumatik, Hydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.22 Pneumatik, SPS-gesteuert . . . . . . . . . . . . . . .
7.23 Sensorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.24 Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.25 Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14
8.15
8.16
8.17
8.18
8.19
8.20
8.21
8.22
8.23
8.24
8.25
8.26
8.27
8.28
8.29 8.30
8.31
8.32
8.33
8.34
8.35
8.36
8.37
8.38
8.39
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
Lernfeld 8: Antriebssysteme auswählen und
integrieren
Projektbeschreibung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Motorschutzschalter  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Stern-Dreieck-Schalter  . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Stern-Dreieck-Schützschaltung  . . . . . . . . . . . . 69
Läufer-Selbstanlasser  . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Ständer-Selbstanlasser  . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Motor mit Dahlanderwicklung 1  . . . . . . . . . . . 72
Motor mit Dahlanderwicklung 2  . . . . . . . . . . . 73
Einphasenmotoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Kondensatormotor  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Spaltpolmotor  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
DC-Reihenschlussmotor mit Anlasser  . . . . . . . . 77
Vierpolige, ungekreuzte Schleifenwicklung  . . . . . 78
DC-Nebenschlussmotoren  . . . . . . . . . . . . . . . 79
DC-Motor, fremderregt, mit Wendepolen  . . . . . . 80
DC-Reihenschlussmotor mit Wendepol- und
Kompensationswicklung  . . . . . . . . . . . . . . . 81
DC-Doppelschlussmotor mit Stromrichter und
Wendepolen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Thyristorschaltungen  . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Vollgesteuerte Sternschaltung M3C
(Dreipuls-Mittelpunktschaltung)  . . . . . . . . . . . 84
Vollgesteuerte Brückenschaltungen  . . . . . . . . . 85
Halbgesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung B6H  . 86
Halbgesteuerte Zweipuls-Brückenschaltung B2H . . 87
Heizungssteuerung mit elektronischen
Lastrelais (ELR)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Frequenzumrichter  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
EMV-gerechter Anschluss eines Frequenzumrichters  90
Wendeschaltung ohne Hilfskontakte  . . . . . . . . . 91
Kontaktlose Steuerung mit RS-Flipflop  . . . . . . . . 92
Bremsschaltung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Funktionsplan, GRAFCET  . . . . . . . . . . . . . . . 94
Bremsmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Drehzahlsteuerung beim Universalmotor  . . . . . . 96
Drehzahlsteuerung bei DC-Kleinmotoren  . . . . . . 97
Drehzahlregelung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Servomotor  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Schrittmotor  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
NOT-AUS-Einrichtung  . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Differenzstromgeräte  . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Stern-Dreieck-Schützschaltung  . . . . . . . . . . . 103
Motoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Motoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3
8.40 Schaltungen mit elektronischen Bauelementen  . . 106
8.41 Schaltungen mit elektronischen Bauelementen  . . 107
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
9.11
9.12
9.13
9.14
9.15
10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
10.10
10.11
10.12
10.13
10.14
10.15
10.16
10.17
10.18
10.19
10.20
10.21
10.22
10.23
10.24
10.25
10.26
10.27
10.28
10.29
10.30
10.31
Lernfeld 9: Kommunikationssysteme in Wohn- und
Zweckbauten planen und realisieren
Projektbeschreibung  . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Türsprechanlage  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Türsprechanlage für Einfamilienhaus  . . . . . . . 110
Türsprechanlage für mehrere Wohnungen  . . . . . 111
Hauskommunikation mit Bussystem  . . . . . . . . 112
Raumschutzanlage 1  . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Raumschutzanlage 2  . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Digitales Fernsehen mit terrestrischen Antennen,
DVB-T  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Satelliten-Empfangsanlagen  . . . . . . . . . . . . 116
Breitbandkommunikations-Anlage  . . . . . . . . . 117
Analoge Telefonanschlusstechnik  . . . . . . . . . . 118
ISDN-Anschlusstechnik  . . . . . . . . . . . . . . . 119
T-DSL mit ISDN-Anschluss  . . . . . . . . . . . . . 120
Signalschaltungen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Kommunikationsanlagen  . . . . . . . . . . . . . . 122
Kommunikationsanlagen  . . . . . . . . . . . . . . 123
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
Kompensation  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Ersatzstromversorgungsanlage  . . . . . . . . . . . 159
Fotovoltaik 1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Fotovoltaik 2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Sicherheitsstromversorgung  . . . . . . . . . . . . 162
Stromversorgung einer Operationsleuchte  . . . . 163
12
Lernfeld 12:Energie- und gebäudetechnische Anlagen
planen und realisieren
Projektbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
12.1 Aufgaben zum Projekt Schreinerei . . . . . . . . . 164
Lernfeld 10:Elektrische Anlagen der Haustechnik in
Betrieb nehmen und instand halten  . 124
Wechselstromsteller mit Triac  . . . . . . . . . . . . 125
Wechselstromsteller mit P-Gate-Thyristoren  . . . . 126
Dimmer und Leistungszusatz  . . . . . . . . . . . . 127
Schaltungen mit Dimmern  . . . . . . . . . . . . . 128
Tastdimmer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Funk-Dimmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Beleuchtungsanlage über Schütz geschaltet  . . . . 131
Leuchtstofflampenschaltungen mit VVGs . . . . . . 132
Leuchtstofflampenschaltungen mit EVGs  . . . . . 133
Dimmergesteuerte Leuchtstofflampe mit VVG  . . . 134
Dimmergesteuerte Leuchtstofflampen mit EVGs  . 135
Kochplatte mit Siebentaktschalter  . . . . . . . . . 136
Elektroherd  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Glaskeramik-Kochfeld  . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Induktions-Kochfeld  . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Mikrowellenherd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Bügelmaschine  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Kühlschrank  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Gefrierschrank mit Schnellgefriereinrichtung  . . . 143
Wärmepumpe und Durchlauferhitzer . . . . . . . . 144
Temperaturregelung  . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Elektrospeicherheizung, Geräteschaltung  . . . . . 146
Elektrospeicherheizung, Installation  . . . . . . . . 147
Überspannungsschutz  . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Blitzschutzanlage  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Blitzschutzzonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Gewerbe-Spülmaschine . . . . . . . . . . . . . . . 151
Raumklimagerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Kühllastberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Elektrospeicherheizung  . . . . . . . . . . . . . . . 154
Markisensteuerung für einen Wintergarten  . . . . 155
11
Lernfeld 11:Energietechnische Anlagen errichten, in
Betrieb nehmen und instand setzen  . 156
11.1 Drehstromtransformatoren  . . . . . . . . . . . . . 157
4
Elektroenergieversorgung und Sicherheit von Betriebsmitteln gewährleisten
(guaranteeing the electrical power supply and safety of equipment)
LERNFELD
Projektbeschreibung
In einem Elektrofachbetrieb für Energie-, Gebäude- und Automatisierungstechnik werden Sie in der Abteilung Elektroinstallation eingesetzt. Sie erhalten den Auftrag, die Elektroenergieversorgung für
Betriebsmittel und Anlagen zu planen und durchzuführen.
Dazu müssen Sie Anlagen unter Berücksichtigung von Netzsystemen und fachlichen Vorschriften dimensionieren. Bei der Errichtung,
Inbetriebnahme und Instandhaltung der Elektroenergieversorgung
müssen die einschlägigen Regeln zum Schutz gegen elektrischen
Schlag, zum Arbeitsschutz und zur Unfallverhütung eingehalten
werden.
Hauptleitung
Hausanschlusskasten
Stromanschluss
s 3CHUTZPOTENZIALAUSGLEICHIM(AUSANSCHLUSSRAUM(Bild 1),
Wasser
Isolierstück
Heizungsanlage
Haupterdungsschiene
W
s 3CHUTZ DURCH !BSCHALTUNG MITTELS ÄBERSTROM3CHUTZEINRICH
tungen (Bild 2),
s 3CHUTZDURCH!BSCHALTUNGMITTELS2#$(Bild 3),
zum Antennenerder
Gas
Für die zu errichtenden Anlagen sind folgende Rahmenbedingungen
vorgegeben:
Abwasser
Fundamenterder
Bild 1: Schutzpotenzialausgleich
s BIOLOGISCHE %LEKTROINSTALLATION UND DER %INBAU VON .ETZABKOPP
lern in bestimmten Räumen,
RB
s %INBAUVON3TROMKREISVERTEILERN(Bild 4).
Verteilungsnetz
3/PEN _ 50 Hz 400 V
L1
L2
L3
PEN
Hausanschlusskasten
RB
Fundamenterder
RA
L1
L2
L3
N
PE
M
3_
Bild 4: Stromkreisverteiler
U
V
W
N
U
V
W
N
Æ 10 mm2
M
PE
M
nicht immer zulässig
5.1 Sinuslinien und Zeiger
Bild 2: Schutz durch Abschaltung mittels ÜberstromSchutzeinrichtungen im TN-System
L1
L2
L3
PEN
5.2 Phasenverschiebung Reihenschaltung RL
5.3 Phasenverschiebung Parallelschaltung RC
Wh
5.4 Phasenverschiebung Reihenschaltung RLC
5.5 Phasenverschiebung Parallelschaltung RLC
RA
RB
Hausanschluss
F1
¡>
5.6 Symmetrisch belastetes Drehstromsystem
5.7 Unsymmetrisch belastetes Drehstromsystem
Lernfeld 5
5.8 Schutzmaßnahmen im TN-System
S1
5.9 Schutzmaßnahmen im TT-System
5.10 Elektroinstallation mit Netzabkoppler
5.11 Stromversorgung Hochhaus
L1
L2
L3
N
PE
5.12 Schutzpotenzialausgleich
5.13 Wechselspannung und Wechselstrom
5.14 Wechselspannung und Wechselstrom
M
5.15 Energieversorgung
Bild 3: Schutz durch Abschaltung mittels RCD im TN-System
5
5.1 Sinuslinien und Zeiger
(sine waves and phasors)
LERNFELD
a) Vervollständigen Sie die Sinuslinie mithilfe des rotierenden Zeigers unter Verwendung des
zwölfgeteilten Kreises. Nummerieren Sie im Linienbild die Punkte und tragen Sie alle waagerechten Projektionslinien ein.
b) Konstruieren Sie zum Zeiger i die Sinuslinie wie bei a), jedoch ohne Nummerierung der
Punkte und ohne Projektionslinien. Konstruieren Sie dann zum Zeiger u die zugehörige
Sinuslinie.
c) Die drei Sinuslinien stellen die Spannungen eines Drehstromsystems dar. Konstruieren Sie
die zugehörigen Zeiger und schreiben Sie die Spannungsangabe zu jedem Zeiger.
ARBEITSBLATT
a)
3
3
4
2
5
4
2
1
5
1
¢
-2
6
0
7
30} 60} 90} 120} 150}
2¢
210} 240} 270} 300} 330} 0
øt
11
8
3
--¢
2
¢6
11
7
8
10
10
9
9
b)
u
u,i
u
¢
-2
i
3
--¢
2
¢
2¢
øt
i
c)
u1N
u3N
u2N
u
u3N
¢
-2
¢
u1N
u2N
Schule:
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
3
--¢
2
øt
Gezeichnet:
2¢
Geprüft:
6
5.2 Phasenverschiebung Reihenschaltung RL
(phase shift serial connection of RL)
a) Konstruieren Sie die Lage der Zeiger aus dem Liniendiagramm.
b) Konstruieren Sie den zur Zeigerdarstellung gehörenden Verlauf der Wechselgrößen, tragen Sie im Liniendiagramm u und i ein. Die Wechselgrößen haben die gleich große Periodendauer wie bei a).
c) Vervollständigen Sie die Zeigerdiagramme für die nebenstehende Schaltung.
LERNFELD
ARBEITSBLATT
¡ = 0,8 A 30 Ø
60Ø
Uw
UbL
U
a)
u,i
u
u
i
øt
i
b)
u
u,i
i
i
u
øt
c)
Spannungsdreieck
1cm @ 10V
UbL
Widerstandsdreieck
1cm @ 10Ø
U
Z
ƒ
Schule:
R
Uw
Klasse:
QL
S
ƒ
ƒ
¡
XL
Leistungsdreieck
1cm @ 10W
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
P
Gezeichnet:
Geprüft:
7
5.3 Phasenverschiebung Parallelschaltung RC
(phase shift parallel connection of RC)
a) Konstruieren Sie die Lage der Zeiger aus dem Liniendiagramm.
b) Konstruieren Sie den zur Zeigerdarstellung gehörenden Verlauf der Wechselgrößen, tragen Sie im Liniendiagramm u und i ein. Die Wechselgrößen haben die gleich große Periodendauer wie bei a).
c) Vervollständigen Sie die Zeigerdiagramme für die nebenstehende Schaltung.
LERNFELD
ARBEITSBLATT
¡
¡W
¡bC
60 Ø
a)
30 Ø
U = 15 V
u,i
i
i
u
u
øt
b)
i
u,i
i
u
u
øt
c)
Stromdreieck
1cm @ 100 mA
¡bC
Leitwertdreieck
1cm @ 6,6 mS
¡
Leistungsdreieck
1cm @ 1,5 W
Y
ƒ
G
Klasse:
QC
S
ƒ
ƒ
¡W
Schule:
BC
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
P
Gezeichnet:
Geprüft:
8
5.4 Phasenverschiebung Reihenschaltung RLC
PHASESHIFTSERIALCONNECTIONOF2,#
a) Konstruieren Sie die Lage der Zeiger aus dem Liniendiagramm.
b) Konstruieren Sie den zur Zeigerdarstellung gehörenden Verlauf der Wechselgrößen, tragen Sie im Liniendiagramm u und i ein. Die Wechselgrößen haben die gleich große Periodendauer wie bei a).
c) Vervollständigen Sie die Zeigerdiagramme für die nebenstehende Schaltung.
LERNFELD
ARBEITSBLATT
¡ = 1 A 30 Ø
UW
60Ø
30Ø
UbL
UbC
U
a)
u,i
i
u
u
i
øt
b)
u
u,i
u
i
øt
i
c)
SpannungsUbC
dreieck
UbL
1cm @ 10V
U
WiderstandsXC
dreieck
XL
1cm @ 10Ø
Z
ƒ
R
Klasse:
S
ƒ
ƒ
ƒ
Uw
Schule:
LeistungsQC
dreieck
QL
1cm @ 10W
P
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
9
5.5 Phasenverschiebung Parallelschaltung RLC
PHASESHIFTPARALLELCONNECTIONOF2,#
a) Konstruieren Sie die Lage der Zeiger aus dem Liniendiagramm für nebenstehende Schaltung.
b) Vervollständigen Sie die Zeigerdiagramme für die nebenstehende Schaltung.
c) Konstruieren Sie für eine Parallelschaltung mit R = 30 n, XL = 60 n, X# = 30 n das Liniendiagramm für u und i sowie die Lage der Zeiger.
LERNFELD
ARBEITSBLATT
¡
a)
¡W
¡bL
30 Ø
30 Ø
¡bC
60 Ø
U = 9V
u
u,i
i
u
øt
i
b)
Stromdreieck
1cm @ 100 mA
¡W
Leistungsdreieck
1 cm @ 0,9 W
P
¡
¡bL
ƒ
ƒ
ƒ
Leitwertdreieck
1cm @ 6,6 mS
G
S
Y
¡bC
QL QC
BL
BC
c)
u,i
u
i
i
u
Schule:
øt
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
10
5.6 Symmetrisch belastetes Drehstromsystem
(symmetrically loaded three-phase system)
1. In dem Elektrofachbetrieb wird das warme Wasser im Waschraum mit einem DurchlaufERHITZERERWËRMT$IE(EIZWIDERSTËNDEDES$URCHLAUFERHITZERSSINDIN$REIECKSCHALTUNG
an das Drehstromnetz 400/230 V angeschlossen (Bild).*EDER(EIZWIDERSTANDHATEINEN
Wert von 26,7 n.
a) Berechnen Sie die Strangströme I12, I23 und I31.
b) Zeichnen Sie die Zeigerbilder der Strangströme und ermitteln Sie daraus die Außenleiterströme I1, I2 und I3.
2. In der Reparaturwerkstatt ist ein Drehstrommotor in Sternschaltung an das 400/230-VNetz angeschlossen. In jedem Außenleiter fließt ein Strom von 7,25 A bei einem Leistungsfaktor von cos w = 0,8.
Zeichnen Sie das Zeigerbild der Ströme und das Stromdreieck.
1. Durchlauferhitzer
U12
400 V = 15 A; I = I = I
= __
a) I12 = _
12
23
31
RE1 26,7 n
LERNFELD
ARBEITSBLATT
L1
L2
L3
N
PE
3/N/PE _400/230 V 50Hz
¡1
¡2
1
¡3
2
3
¡12
¡23
¡31
E1
E2
E3
Bild: Schaltung der Heizwiderstände
im Durchlauferhitzer
b) Zeigerbilder
U31
¡1
U12
¡31
¡3
¡12
1 cm @ 100 V
1 cm @ 5 A
¡31
¡12
¡23
¡2
¡23
U23
¡1 = ¡2 = ¡3 = 5,2 cm @ 26 A
2. Drehstrommotor
cos ƒ = 0,8; ƒ1 = ƒ2 = ƒ3 = 36,9}
¡3
U3N
¡1
1 cm @ 100 V
1 cm @ 2 A
U1N
ƒ
ƒ1
¡2
¡2
2
U2N
Schule:
¡3
ƒ3
¡1
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
11
5.7 Unsymmetrisch belastetes Drehstromsystem
(asymmetrically loaded three-phase system)
LERNFELD
1. In der Küche eines Elektrofachbetriebes befindet sich ein Elektroherd mit vier Blitz+OCHPLATTENÄBER3IEBENTAKTSCHALTERSINDDAVONDREI+OCHPLATTENINUNTERSCHIEDLICHEN
Schaltstufen eingeschalten (Bild 1):
s Kochplatte E1 ([ 145 mm) in Stufe 6.
s Kochplatte E2 ([ 180 mm) in Stufe 4.
s Kochplatte E3 ([ 180 mm) in Stufe 6.
a) Ermitteln Sie mithilfe des Tabellenbuches Elektrotechnik die Leistungen der Kochplatten
in den jeweiligen Schaltstufen.
ARBEITSBLATT
L1
L2
L3
N
PE
3/N/PE _ 400/230V 50Hz
¡1
¡2
¡3
E1
E2
E3
¡N
b) Berechnen Sie die Ströme in den Kochplatten.
c) Ermitteln Sie mittels Zeigerbilder den Strom im Neutralleiter.
2. In der Reparaturabteilung des Elektrofachbetriebes sind folgende Wechselstromverbraucher am Drehstromnetz angeschlossen (Bild 2):
s %IN(EIZOFEN%MITEINER3TROMAUFNAHMEVON!
s Ein Wechselstrommotor M1, der bei einem cos Π= 0,86 einen Strom von 8 A aufnimmt.
s Ein Wechselstrommotor M2, der bei einem cos Π= 0,75 einen Strom von 6,5 A aufnimmt.
Ermitteln Sie mittels Zeigerbilder den Strom im Neutralleiter.
Bild 1: Eingeschaltete Kochplatten im
Elektroherd
L1
L2
L3
N
PE
1. Elektroherd
a) Leistungen an den Kochplatten
PE1 = 1 500 W; PE2 = 850 W; PE3 = 2 000 W
3/N/PE _ 400/230 V 50Hz
¡1
¡2
¡3
b) Berechnung der Ströme
U1N
230 V
PE3
2
_
__
I3 =
= 000 W = 8,70 A;
U3N
230 V
c) Zeigerbilder
U2N
M
1_
M2
M
1_
230 V
Bild 2: Wechselstromverbraucher am
Drehstromnetz
¡3
1 cm @ 100 V
1 cm @ 2 A
M1
E1
PE1
PE2
1 500 W = 6,52 A; I = _
850 W = 3,70 A;
I1 = _
= __
= __
2
¡3
¡N
¡1
U3N
U1N
¡2
¡1
¡2
U2N
¡N = 2,15 cm @ 4,3 A
2. Verbraucher in Sternschaltung
cos ƒM1 = 0,86; ƒM1 = 30,7}
cos ƒM2 = 0,75; ƒM2 = 41,4}
1 cm @ 100 V
1 cm @ 2 A
U3N
ƒM2
¡3
¡N
¡3
¡1
U1N
¡2
Schule:
¡1
ƒ
M1
U2N
¡2
¡N = 2,2 cm @ 4,4 A
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
12
5.8 Schutzmaßnahmen im TN-System
(protection in TN systems)
In einer Kundenanlage sollen an das Drehstromnetz 230/400 V folgende Elektrogeräte im TN#33YSTEMANGESCHLOSSENWERDENEIN$REHSTROMASYNCHRONMOTORORTSFESTEIN$REHSTROM
2
asynchronmotor ortsveränderlich, ein Elektroherd (A < 10 mm #UEINEZWEIPOLIGE3CHUTZ
kontaktsteckdose, eine Leuchte.
Vervollständigen Sie den Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung.
LERNFELD
ARBEITSBLATT
Trafostation
>10mm2 Cu
3/PEN _50Hz 400V
L1
L2
L3
PEN
Hausanschluss
RB
Haupterdungsschiene
F1
RA
Fundamenterder
Betriebserder
Kraftverteilung
L1
L2
L3
N
PE
F2
F3
Æ10mm2 Cu
<10mm2
Cu
X1
M1
Verteilung
für
Beleuchtungsund
Steckdosenstromkreise
F4
M
3_
M2
M
E1 U V W N PE
unsymmetrisch
3_
L1
L2
L3
N
PE
F5
F6
<10mm2 Cu
X2
E2
Der Schutz wird hergestellt durch Anschluss leitfähiger Anlagenteile
2
1. über besonderen Schutzleiter (PE) bei A < 10 mm #U
2
2. direkt an den PEN-Leiter bei A ≥ 10 mm #U
Schule:
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
13
5.9 Schutzmaßnahmen im TT-System
(protection in TT systems)
LERNFELD
Ein landwirtschaftlicher Betrieb wird an das öffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen.
$AS7OHNHAUSUNDDAS7IRTSCHAFTSGEBËUDESINDVORSCHRIFTSM˔IGMIT2#$SIM443YSTEMZU
schützen. Vervollständigen Sie den Stromlaufplan in zusammmenhängender Darstellung.
ARBEITSBLATT
Trafostation des VNB-NS-Netzes
3/PEN _50Hz 400 V
RB
L1
L2
L3
PEN
L2
L3
N
V1
W1
N
63/0,03 A
L1
63/0,3 A
¡>
F3
¡>
F2
U1
N
L3
L2
L1
F1
S2
F4
N
W1
V1
Verteilung
Wohnhaus
L1
L2
L3
N
PE
U1
S1
F5
F7
F6
X1
E1
Verteilung Wirtschaftsgebäude
L1
L2
L3
N
PE
M1
Elektroherd
M
X2
3_
Heubelüftung
RA
Schule:
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
14
5.10 Elektroinstallation mit Netzabkoppler
(electrical installation with power circuit breaker)
Elektromagnetische Felder, z. B. im Schlafzimmer, lassen sich durch Netzfreischaltung verMEIDEN (IERBEI WIRD NACH DEM !BSCHALTEN DER ELEKTRISCHEN 6ERBRAUCHER DIE 6ERSORGUNGS
spannung des Raumes innerhalb von drei bis fünf Sekunden abgeschaltet. Der Netzabkoppler
befindet sich im Verteiler.
Beim Wiedereinschalten eines Verbrauchers erfolgt nach 0,3 s die Einschaltung des Netzes.
)MFREIGESCHALTETEN:USTANDLIEGTEINE'LEICHSPANNUNGVON 6BIS 6ZURÄBERWACHUNGDES
Schaltzustandes an den Schaltkontakten der Verbraucher.
Der Elektrofachbetrieb wird von einem Kunden mit der Installation einer Netzfreischaltung für
den Schlafbereich seiner Wohnung beauftragt.
Ergänzen Sie a) den Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung und b) das Zeitablaufdiagramm.
LERNFELD
ARBEITSBLATT
a) Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung
L
N
PE
F1
L
N
F2
L
X1
X2
E1
E2
N
Q2
Q1
Grundlast
L
1 2
L EVG
N
3 4
X3
b) Zeitablaufdiagramm
E1
E2
F2
Schule:
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
15
5.11 Stromversorgung Hochhaus
(power supply to a multi-storey building)
LERNFELD
%IN(OCHHAUSWIRDAUSDEM-ITTELSPANNUNGSNETZDES6."MITELEKTRISCHER%NERGIEVERSORGT
Der Transformator Dyn5, 20 kV/400 V ist im Keller untergebracht. Es ist eine dezentrale Zählerplatzanordnung vorgesehen.
6ERVOLLSTËNDIGEN3IEDENÄBERSICHTSSCHALTPLANFàR5'%'UND /'
ARBEITSBLATT
3 4
3
Wh
7
3
3
Wh
7
7
7
3
Wh
7
7
3
4
3 4
3 4
3
4
3 4
3 4
3 4
4
4
Wh
3
3
Wh
7
7
7
7
Wh
3
Wh
3
Wh
4
4
3 4
3 4
3 4
3 4
offene Trennstellen
3
3
7
4
3
3 4
3 4
3
Wh
3
3
Wh
7
3
7
7
7
4
Wh
7
Wh
3
Wh
3
3
Wh
7
3
Wh
7
7
7
3
Wh
4
4
4
7
4
3 4
3 4
3 4
3 4
10. OG
4
EG
4
Wh
3
7
4
4
4
3
Gemeinschaftsanlage
3
3 4
4
4
4
3
3
3
4
3
3
3 _ 50Hz
20kV/400V
3
3
UG
Haupterdungsschiene
4
Dyn5
Schule:
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
16
5.12 Schutzpotenzialausgleich
(equipotential bonding)
LERNFELD
Vervollständigen Sie die vom Auftraggeber nach erfolgter Elektroinstallation geforderte Dokumentation zum Schutzpotenzialausgleich.
a) Erklären Sie, welchem Zweck der nach DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN VDE 0100 Teil 410
geforderte Schutzpotenzialausgleich dient.
b)'EBEN3IEFàRALLEMIT:IFFERNVERSEHENENLEITENDEN6ERBINDUNGENANDER(AUPTERDUNGS
schiene die möglichen Anschlüsse mit den dazugehörenden Mindestquerschnitten an.
11 10 9 8
ARBEITSBLATT
7
HA
Heizung
Erdgleiche
HE
5
6
gefährlichen
min. 50mm
zwischen leitfähigen Teilen untereinander und gegenüber dem Schutzleiter
KEINERÄBERBRàCKUNG
2
b) 1 PEN-Leiter im TN-System 10 mm #U
Berührungsspannung
verhindert
. Es kann bei
durch den menschlichen Körper kommen.
2
6 Gasleitungsrohre 6 mm #U
2
7 (EIZUNGSROHRE MM #U
Schutzleiter im TT- bzw. IT-System
2
2
2 Fundamenterder 25 mm #U
8 Antennenanlage 16 mm #U
2
2
3 Frischwasserleitung 6 mm #U
9 Fernmeldeanlage 10 mm #U
2
2
4 Wasseruhrüberbrückung 16 mm #U
10 Blitzschutzanlage 10 mm #U
2
5 Abwasserleitung 6 mm #U
Schule:
30x3,5Fe verzinkt,
hochkant verlegt
(% (AUPTERDUNGSSCHIENE
I
Isolierhülse
(! (AUSANSCHLUSSKASTEN
a) Durch den Schutzpotenzialausgleich wird das Entstehen einer
Berührung zu
Gas
Frischwasser
0,3m
1,5m
2
Abstandhalter
I
Abwasser
1
min. 0,6m
4
3
11 Reserve
Klasse:
Datum:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel
Gezeichnet:
Geprüft:
17
5.13 Wechselspannung und Wechselstrom
(alternating voltage and alternating current)
LERNFELD
(Lösungen s. S. 166 –167)
AUFGABEN
1. Liniendiagramme
(line charts)
In einem Messlabor wurden von einfachen Wechselstromkreisen mit
einem XY-Schreiber Ströme und Spannungen als Liniendiagramme
aufgezeichnet (Bild 1).
u
i
u i
1
t
a) Zeichnen Sie zu den Liniendiagrammen 1 bis 5 die Zeigerdiagramme mit i˜= 2 mA und u˜ = 42 V
(Maßstab: 1 mA 1 cm; 10 V 1 cm).
b) Welche einfachen passiven Bauelemente befinden sich möglicherweise in den fünf Wechselstromkreisen mit den Liniendiagrammen 1 bis 5 ?
c) Zeichnen Sie die Schaltungen dieser möglichen Wechselstromkreise.
u
i
u i
2
t
2. Leuchtstofflampenschaltungen
(fluorescent lamp circuits)
Leuchtstofflampen benötigen zur Strombegrenzung und Zündspannungserzeugung eine Drossel als Vorschaltgerät.
In der Leuchtstofflampenschaltung Bild 2 beträgt die Spannung an
der Lampe nach dem Zünden 64 V, an der Drossel fällt eine Spannung von 221 V ab. Dabei fließt ein Strom von 0,4 A. Die Drossel wird
in dieser Schaltung als verlustlose Spule betrachtet. Die Spannungsund Stromangaben sind Effektivwerte.
i
u i
u
3
t
(Maßstab: 60° 1 cm; 60 V 1 cm; 0,2 A 1 cm; 100 n 1 cm; 10 W =
10 VA = 10 var 1 cm)
a) Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm für die Effektivwerte der Spannungen.
Messen Sie aus dem Zeigerdiagramm den Phasenverschiebungswinkel Œ und ermitteln Sie den Leistungsfaktor cos Œ.
b) Erstellen Sie das Liniendiagramm für den Strom, die beiden Teilspannungen sowie für die Gesamtspannung und zeichnen Sie
den Phasenverschiebungswinkel Πein.
u
i
u i
4
t
c) Berechnen Sie den Wirkwiderstand R und den Blindwiderstand
XL. Zeichnen Sie mit diesen Angaben das Widerstandsdreieck
und ermitteln Sie zeichnerisch daraus die Größe des Scheinwiderstandes Z.
d) Errechnen Sie die Blindleistung QL und die Wirkleistung P. Zeichnen Sie damit ein Leistungsdreieck und ermitteln Sie hieraus
zeichnerisch die Scheinleistung S.
e) Induktive Blindleistungen können durch kapazitive Blindleistungen kompensiert werden. Damit keine Resonanzerscheinungen
auftreten, wird nicht bis zum Wert cos Œ = 1 kompensiert. In diesem Beispiel soll die Anlage auf cos Œ2 = 0,95 kompensiert werden. Zeichnen Sie in das Leistungsdreieck den Phasenverschiebungswinkel Œ2 ein und ermitteln Sie daraus zeichnerisch die
notwendige Blindleistung eines Kompensationskondensators.
f) Errechnen Sie aus der kapazitiven Blindleistung die Kapazität des
Kompensationskondensators bei Parallelkompensation. Der Kondensator wird als verlustlos betrachtet.
g) Zur Verminderung des Stroboskopeffektes verwendet man häufig die Duoschaltung. Bei zwei Leuchtstofflampen mit gleicher
Leistung wird in einen Lampenzweig ein Reihenkondensator von
3,6 qF geschaltet. Zeichnen Sie das Widerstandsdreieck. Ermitteln
Sie für den kapazitiven Zweig zeichnerisch die Größe des Gesamtwiderstandes Zkap und des Phasenverschiebungswinkels Œkap.
u
i
u i
5
t
Bild 1: Liniendiagramme
L
N
UL
ULampe
h) Zeichnen Sie das Spannungsdreieck für den kapazitiven Zweig.
i) Zeichnen Sie das Zeigerbild der Ströme für die gesamte Duoschaltung. Ermitteln Sie daraus zeichnerisch • und Œges.
Bild 2: Leuchtstofflampenschaltung
18
5.14 Wechselspannung und Wechselstrom
(alternating voltage and alternating current)
LERNFELD
(Lösungen s. S. 168 –169)
AUFGABEN
1. Versuchsschaltung
(experimental circuit)
U1
R1
Spule
Zur Ermittlung des Wirkwiderstandes RV und der Induktivität L einer
Spule wird diese mit einem Widerstand R1 = 60 n in Reihe geschaltet und an eine Wechselspannung U = 50 V, f (ZANGESCHLOSSEN
(Bild 1). Folgende Spannungen werden in der Schaltung gemessen:
U1 = 15 V; U2 = 40 V.
UW
RV
U
L
a) Ermitteln Sie mit einem Spannungsdreieck UW und UbL.
(Maßstab: 10 V 1 cm)
UbL
U2
b) Berechnen Sie den Widerstand RV und die Induktivität L.
2. Durchlauferhitzer
Bild 1: Versuchsschaltung
(instantaneous water heater)
L1
U1
W2
U2 V1
L2
Um die Leitungen und das Netz gleichmäßig zu belasten, werden die
DREI (EIZWIDERSTËNDE EINES $URCHLAUFERHITZERS WIE IN Bild 2 dargestellt, an das Drehstromnetz 230/400 V angeschlossen.
V2 W1
L3
E1
22 Ø
a) Wie nennt man diese Art von Schaltung?
b) Berechnen Sie die Strangströme •Str .
c) Zeichnen Sie das Zeigerbild für diese Ströme.
(Maßstab: 5 A 1 cm)
E2
22 Ø
Bild 2: Durchlauferhitzer
d) Ermitteln Sie zeichnerisch den Leiterstrom.
50 * 25 W
L1
e) Wie groß ist der Verkettungsfaktor zwischen Strangstrom und Leiterstrom?
50 * 25 W
L2
3. Lichterketten
50 * 25 W
L3
(fairy lights)
Drei Lichterketten mit jeweils fünfzig Glühlampen zu je 25 W sind
wegen der gleichmäßigen Netzbelastung an das Drehstromnetz
230/400 V angeschlossen (Bild 3).
E3
22 Ø
N
Bild 3: Lichterketten
a) Wie nennt man diese Art von Schaltung?
b) Errechnen Sie die Ströme in den Außenleitern und zeichnen Sie
mit diesen Angaben das Liniendiagramm.
(Maßstab: 60° 1 cm; 2 A 1 cm)
1000 W
L1
Kochplatten
vorn
2100 W
c) Ermitteln Sie aus dem Liniendiagramm die Augenblickswerte der
Ströme bei _ = 90° und bei _ = 180°.
1500 W
L2
d) Welche Erkenntnis ergibt sich bei Addition dieser Stromwerte?
Kochplatten
hinten
2100 W
e) Zeichnen Sie das Zeigerbild der Ströme und das Stromdreieck.
2500W
L3
f) Wie nennt man diese Art der Belastung?
Backofen
N
4. Elektroherd
(electric cooker)
Ein Elektroherd wird bei Neuanlagen an das Drehstromnetz 230/400 V
angeschlossen (Bild 4). (Maßstab: 2 A 1 cm)
Bild 4: Elektroherd
1
UbL UbC
2
a) Ermitteln Sie die Ströme in den Außenleitern, wenn sämtliche
Kochplatten und der Backofen eingeschaltet sind.
ƒ
¡
c) Ermitteln Sie zeichnerisch den Strom im Neutralleiter.
UW
d) Wie nennt man diese Art von Belastung?
U
UbC
ƒ
UbL
b) Zeichnen Sie das Zeigerbild der Ströme in den Außenleitern.
UbL
3
U
UW
¡
¡
U = UW
UbC
5. Zeigerdreiecke
(phasor triangles)
¡bC ¡bL
4
b) Beschreiben Sie das Verhalten von Spannung und Strom in den
einzelnen Zeigerdreiecken.
¡W
U
6
5
¡bC
¡W
ƒ
a) Zeichnen Sie die Schaltungen, die den Zeigerdreiecken 1 bis 3
und 4 bis 6 zugrunde liegen.
¡
ƒ
Nach Messungen an verschiedenen Schaltungen mit unterschiedlichen Spulen, Kondensatoren und Widerständen wurden die Zeigerdreiecke in Bild 5 erstellt.
¡
¡bC
¡bL
¡ = ¡W
U
¡bL
U
Bild 5: Zeigerdreiecke
19
5.15 Energieversorgung
(power supply)
LERNFELD
(Lösungen s. S. 170 –171)
AUFGABEN
1. Verteilungssysteme in Drehstromnetzen
L1
L2
L3
PEN
(distributing systems within three-phase networks)
In Drehstrom-Versorgungsnetzen unterscheidet man drei Verteilungssysteme: TN-Systeme (Bild 1, Bild 2, Bild 3), TT-System (Bild 4)
und IT-System (Bild 5). Dabei bezeichnet der erste Buchstabe das Erdungsverhältnis des Spannungserzeugers und der zweite Buchstabe
das Erdungsverhältnis der Verbraucheranlage.
a) Welche Bedeutung haben die Kennbuchstaben T, N und I?
RB
Bild 1: TN-C-System
b) In TN-Systemen werden bei der Bezeichnung noch weitere Buchstaben angehängt. Welche Bedeutung haben dabei die BezeichNUNGEN4.#"ILD4.3"ILDUND4.#3"ILD
L1
L2
L3
N
PE
2. TN-System
(TN system)
a) Erklären Sie das Prinzip eines TN-Systems.
b) Welchen Schutz bieten Schutzmaßnahmen im TN-System bei
Auftreten eines Körperschlusses?
RB
Bild 2: TN-S-System
c) Nennen Sie die in TN-Systemen zulässigen Schutzeinrichtungen.
d) Welche höchstzulässigen Abschaltzeiten gelten in TN-Systemen?
e) Zeichnen Sie eine Verbraucheranlage im TN-System, bei der ein
ortsfester Verbraucher mit einem Bemessungsstrom von 50 A am
4.#3YSTEMUNDDREIEINPHASIGE6ERBRAUCHERMITJE !"EMES
SUNGSSTROMAM4.#33YSTEMBETRIEBENWERDEN!LS3CHUTZEIN
richtungen dienen Schmelzsicherungen und Leitungsschutzschalter.
3. TT-System
(TT system)
L1
L2
L3
N
PE
RB
Bild 3: TN-C-S-System
a) Erklären Sie das Prinzip eines TT-Systems.
L1
L2
L3
N
b) Welche Arten von Schutzeinrichtungen sind im TT-System zulässig?
c) Warum sind im TT-System Schmelzsicherungen und Leitungsschutzschalter nur bedingt einsetzbar?
d) Zeichnen Sie die Schaltung eines TT-Systems entsprechend
Bild 4, aber mit zwei Verbrauchern, von denen einer mit SchmelzSICHERUNGENUNDDERANDEREMITEINER2#$&L3CHUTZSCHALTERGE
schützt ist.
PE
RB
RA
Bild 4: TT-System
4. IT-System
L1
L2
L3
PE
(IT system)
a) Erklären Sie den Aufbau eines IT-Systems.
b) Warum ist im IT-System beim Auftreten eines ersten Fehlers keine
Abschaltung erforderlich?
c) Welche Aufgabe hat die Isolationsüberwachungseinrichtung im
IT-System?
d) Zeichnen Sie eine Verbraucheranlage in einem IT-System mit drei
Drehstromverbrauchern, die mit Schmelzsicherungen geschützt
sind.
Z<
RB
Überwachungsgerät
Bild 5: IT-System
e) Nennen Sie die im IT-System zulässigen Schutzeinrichtungen.
5. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, RCDs
RCD
L1
L2
L3
N
vom Netz
RESIDUALCURRENTPROTECTIVEDEVICES2#$S
a) %RKLËREN3IEDEN!UFBAUUNDDIE7IRKUNGSWEISEEINER2#$NACH
Bild 6.
¡>
elektromagnetischer Auslöser
Prüftaste
b)7ESHALBBIETEN2#$SAUCHEINENERHÚHTEN"RANDSCHUTZ
c) 7ELCHE!BSCHALTZEITGILTFàR2#$S
d) Zeichnen Sie eine Verbraucheranlage in einem TN-S-System mit
einem Drehstromverbraucher und einem einphasigen VerbrauCHERDIEDURCH2#$SGESCHàTZTSIND
Summenstromwandler
zum Verbraucher
Bild 6: Prinzip der RCD
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