ET2-Folien

Elektrotechnik / Elektronik 2
1
ET 2: Übersicht Semester
 8. Wechselstrom (Teil 2)
 9. Drehstrom
 10. Transformatoren
 11.-13. Messung, Schaltplan,
Unfallverhütung
 POW: elektrische Anlage Flugzeug
 Repetition für Vordiplom
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ET 2: Übersicht Semester
3
ET 2: Übersicht Semester
4
ET 2: Übersicht Semester
5
ET 2: Lernziele Semester
Ich kann
 das Verhalten von R, L, C bei AC und
beim Schalten bestimmen;
 die elektrischen Grössen bei Drehstrom
und am Trafo berechnen;
 eine AC-Messung vorbereiten,
durchführen und auswerten.
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AC Parallelschaltung; Einleitung
 Wie verhalten sich Spannungen und
Ströme bei einer RLC-Parallelschaltung?
 Wie sieht das Zeigerbild aus, wie die
Berechnung?
7
AC Parallelschaltung; Lernziele
Ich kann
 eine RLC-Parallelschaltung beschreiben
- mit den Funktionen u(t), i(t)
- mit den Zeigern U, I und Z tot
 eine RLC-Serieschaltung berechnen.
8
AC Parallelschaltung; Übersicht
 8.3.3 Repetition Serieschaltung RLC
 8.3.4 Parallelschaltung RC
 8.3.5 Parallelschaltung RLC
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8.3.3 Serieschaltung RLC


Welche Grösse ist bei allen Elementen
gleich? U, I?
Wie sehen die Zeiger qualitativ aus:
UR, IR, UL, IL, UC, IC, Utot?
R, XL, XC, Ztot?
10
8.3.3 Serieschaltung RLC
 Jedes Element hat den gleichen Strom I.
 Spannungen und Widerstände müssen
geometrisch addiert werden.
UL
XL
I
UR
R

UC

Utot
XC
Ztot
11
8.3.3 Serieschaltung RLC
 Einfluss der Blindwiderstände XL, XC:
XL - | XC |
XL > | XC |
XL = | XC |
XL < | XC |
12
8.3.4 Parallelschaltung DC
 Wie gehe ich bei Gleichstrom vor?
 Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich?
U, I?
 Wie berechne ich den Gesamtstrom I tot?
 Wie berechne ich den Gesamtwiderstand R tot?
 Wie berechne ich den Gesamtleitwert G tot?
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8.3.4 Parallelschaltung RC
a) Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich?
U, I?
b) Wie sehen die Funktionen qualitativ aus:
uR(t), iR(t), uC(t), iC(t), itot(t)?
c) Wie sehen die Zeiger qualitativ aus:
UR, IR, UC, IC, Itot?
Wie finde ich , Ztot?
14
8.3.4 Parallelschaltung RC
 Jedes Element hat die gleiche Spannung U.
 Ströme (und Leitwerte) müssen geometrisch
addiert werden.
Itot
IC


U
IR
Ztot
15
8.3.4 Parallelschaltung RC
 Beispiel:
 gegeben: RC-Parallelschaltung
U = 30 V; f = 50 Hz;
R = 3 ; C = 800 F.
 gesucht:
a) Werte XC, IR, IC, Itot, , Ztot
b) Zeigerdiagramm Spannung, Ströme
c) Zeigerdiagramm Widerstände
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8.3.5 Parallelschaltung RLC
a) Welche Grösse ist bei allen Elementen gleich?
U, I?
b) Wie sehen die Funktionen qualitativ aus:
uR(t), iR(t), uL(t), iL(t), uC(t), iC(t), itot(t)?
c) Wie sehen die Zeiger qualitativ aus:
UR, IR, UL, IL, UC, IC, Itot?
Wie finde ich , Ztot?
17
8.3.5 Parallelschaltung RLC
 Jedes Element hat die gleiche Spannung U.
 Ströme (und Leitwerte) müssen geometrisch
addiert werden.
IC
1/XC
IR

IL

1/R
-
U
Itot
Ztot
1/XL
1/Ztot
18
8.3.5 Parallelschaltung RLC
 Einfluss der Blindwiderstände XL, XC:
19
8.3.5 Parallelschaltung RLC
 Beispiel:
 gegeben: RLC-Parallelschaltung
U = 30 V; f = 50 Hz;
R = 3 ; L = 20 mH;
 gesucht:
C = 800 F.
a) Werte XL, XC, IR, IL, IC, Itot, , Ztot
b) Zeigerdiagramm Spannung, Ströme
c) Zeigerdiagramm Widerstände
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AC Parallelschaltung; Hausaufgaben
 Welche Grösse ist bei allen Elementen
gleich?
 Wie addieren Sie Ströme
(und Leitwerte)?
 Ergänzen Sie Ihre Zusammenfassung.
 Lösen Sie die Hausaufgaben:
Serie 13
bei 131 nur 2 Teilaufgaben
21
AC Resonanz; Einleitung
 RLC-Serieschaltung:
Bei welchen Frequenzen ist der
Gesamtwiderstand Ztot maximal, minimal?
 RLC-Parallelschaltung:
Bei welchen Frequenzen ist der
Gesamtwiderstand Ztot maximal, minimal?
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AC Resonanz; Lernziele
Ich kann
 erklären, was Resonanz ist und wann sie
auftritt;
 eine Schaltung bei Resonanz berechnen
und das Zeigerdiagramm zeichnen;
 die 2 Anwendungen Saugkreis und
Kompensation beschreiben.
23
8.4 AC Resonanz
 8.4.1 Serie- bzw. Spannungsresonanz
 Beispiel Saugkreis
 8.4.3 Parallel- bzw. Stromresonanz
 Beispiel Kompensation
24
8.4.1 Serie-Resonanz
a) Wie gross ist der Gesamt-Scheinwiderstand
Ztot? Bei welchen Frequenzen ist er maximal,
minimal?
b) Bei welcher Frequenz werden die
Blindwiderstände XL und XC gleich gross?
c) Wie sehen dann die Zeiger qualitativ aus:
R, XL, XC, Ztot, ? UR, IR, UL, IL, UC, IC, Utot?
25
8.4.1 Serie-Resonanz
bei Speisung mit Spannungsquelle
Ztot minimal
I maximal
26
8.4.1 Serie-Resonanz
 Ztot =
1 

R 2   L 


C


2
 Resonanz: Ztot = R;  = 0°; XL = XC.
 UL = UC; Utot = UR.
XL
UL
I
R
 = 0°
XC
UR
Utot
Ztot
UC
 = 0°
27
8.4.1 Beispiel Saugkreis
 Der Saugkreis dient als Filter, das die
störenden Ströme des Gleichrichters
absaugt.
28
8.4.3 Parallel-Resonanz
a) Wie gross ist der Gesamt-Scheinwiderstand
Ztot? Bei welchen Frequenzen ist er maximal,
minimal?
b) Bei welcher Frequenz werden die
Blindleitwerte 1/XL und 1/XC gleich gross?
c) Wie sehen dann die Zeiger qualitativ aus:
1/R, 1/XL, 1/XC, Ztot, ? UR, IR, UL, IL, UC, IC, Utot?
29
8.4.3 Parallel-Resonanz
bei Speisung mit Spannungsquelle
Ztot maximal
I minimal
30
8.4.2 Parallel-Resonanz
 Ztot =
1
1 

1 / R   C 

L 

2
2
 Resonanz: Ztot = R;  = 0°; 1/XL = 1/XC.
 IL = IC; Itot = IR.
1/XC
IC
U
1/R
 = 0°
1/XL
IR
Itot
1/Ztot
IL
 = 0°
31
8.4.3 Beispiel Kompensation
 Die Kompensation dient dazu, den
Blindstrom auf den Leitungen zu verkleinern.
 Dadurch kann mehr Wirkstrom übertragen
werden. Das Netz wird billiger.
32
8.4.3 Beispiel Kompensation
 Schrank mit Modulen
33
8.4 Resonanz; Hausaufgaben
 Wann tritt Resonanz auf?
 Bei welcher Resonanz wird der GesamtScheinwiderstand minimal, maximal?
 Ergänzen Sie Ihre Zusammenfassung.
 Lösen Sie die Hausaufgaben:
- Beispiele fertig
- eigenes Beispiel Kompensation
erfinden
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Leistung, Energie: Einleitung
 Wie sieht die momentane Leistung p(t)
aus?
 Wie gross ist ihr Mittelwert P?
 Wie berechne ich die Leistung bei AC?
 Wie berechne ich die Energie bei AC?
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Leistung, Energie: Lernziele
Ich kann
 Leistung und Energie einer Schaltung
bei AC berechnen;
 die 3 Leistungsteile am Beispiel
Elektromotor erklären;
 den Begriff Leistungsfaktor erklären.
36
Leistung, Energie; Übersicht
 8.5.1 Leistung von R
 8.5.2 Leistung von L
 8.5.3 Leistung von C
 8.5.4 Leistung von Elektromotor (RL)
 8.5.5 Leistungsdreieck
 8.5.6 Leistungsfaktor
 8.5.7 Energie
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8.5.1 Leistung von R
a) Wie berechne ich die momentane Leistung
pR(t) aus uR(t), iR(t)?
b) Wie sehen uR(t), iR(t), pR(t) aus?
c) Welche Kennwerte eignen sich, um die
Leistung zu beschreiben?
d) Wie gross sind sie?
UR
IR
38
8.5.1 Leistung von R
2 PR
SR
PR
Amplitude von pR(t):
Scheinleistung
SR = UR  IR
Mittelwert von pR(t):
übertragene Leistung;
Wirkleistung
PR = SR  cos R
39
8.5.2 Leistung von L
a) Wie berechne ich die momentane Leistung
pL(t) aus uL(t), iL(t)?
b) Wie sehen uL(t), iL(t), pL(t) aus?
c) Welche Kennwerte eignen sich, um die
Leistung zu beschreiben?
d) Wie gross sind sie?
UL
IL
40
8.5.2 Leistung von L
SL
SL
PL
Amplitude von pL(t):
Scheinleistung
SL = ULIL
Mittelwert von pL(t):
übertragene Leistung;
Wirkleistung
PL = 0
pendelnde Leistung
(Magnetfeld);
Blindleistung
QL = SL  sin L > 0
41
8.5.3 Leistung von C
SC
SC
PC
Amplitude von pC(t):
Scheinleistung
SC = UCIC
Mittelwert von pC(t):
übertragene Leistung;
Wirkleistung
PC = 0
pendelnde Leistung
(el. Feld);
Blindleistung
QC = SC  sin C < 0
42
8.5.4 Leistung von Elektromotor (RL)
a) Wie berechne ich die momentane Leistung
pM(t) aus uM(t), iM(t)?
b) Wie sehen uM(t), iM(t), pM(t) aus?
c) Welche Kennwerte eignen sich, um die
Leistung zu beschreiben?
d) Wie gross sind sie?
UM
IM
43
8.5.4 Leistung von Elektromotor (RL)
Amplitude von pRL(t):
Scheinleistung
SRL = URLIRL
SRL
PRL
Mittelwert von pRL(t):
übertragene Leistung;
Wirkleistung
PRL = SRL  cos RL
pendelnde Leistung
(Magnetfeld);
Blindleistung
QRL = SRL  sin RL > 0
44
8.5.5 Zeiger der Leistung
UL
 Wir kennen jetzt 3 Leistungsarten:
Wirkleistung P,
Blindleistung Q,
Scheinleistung S.
 Wie werden sie als Zeiger dargestellt?
 Wie sehen die Zeiger der Leistung von R, L,
C aus?
 Wie sehen die Zeiger der Leistung des
Elektromotors (RL) aus?
45
8.5.5 Leistungen Elektromotor (RL)
UL
UR
UL
I
U
ZM
M
I
XM
M
M
RM
46
8.5.6 Leistungsfaktor
 Definition Leistungsfaktor:
cos  = P / S
 Mass für den Wirkanteil der Leistung.
 Welcher Wert von cos  ist das Ziel bei der
Energieübertragung?
47
8.5.6 Leistungsfaktor
 Anzeige an BlindleistungskompensationsAnlage
48
8.5.7 Energie
Wirkenergie
Blindenergie
WW = P  t
WB = Q  t
Bedingung für Formel:
P ist die mittlere Leistung während der Zeit t.
49
Leistung, Energie; Hausaufgaben
 Welche Anteile hat die Leistung bei AC?
 Was ist der Leistungsfaktor?
 Ergänzen Sie Ihre Zusammenfassung.
 Lösen Sie die Hausaufgaben:
Serie 14
50
Drehstrom: Lernziele
Ich kann
 das Prinzip von DrehstromGenerator und - Motor erklären;
 die Drehstromschaltungen Stern
und Dreieck skizzieren und
berechnen;
 3 Vorteile des Drehstroms nennen.
51
9.1 Drehstrom-Erzeugung
DrehstromGenerator
(Prinzip)
52
9.2 unverkettete Schaltung
53
9.2.1 Sternschaltung 1
54
9.2.1 Sternschaltung 2
55
9.2.1 Sternschaltung 3
56
9.2.1 Vierleiternetz
57
9.2.2 Dreieckschaltung 1
58
9.2.2 Dreieckschaltung 2
59
9.2.2 Dreieckschaltung 3
60
9.2.2 Dreieckschaltung 4
61
9.3 Leistung bei Drehstrom
P = 3  PSt = 3  U  I  cos 
Q = 3  QSt = 3  U  I  sin 
S = 3  SSt = 3  U  I
62
9.4 Drehfeld
DrehstromMotor
(Prinzip)
63
9.5 Vorteile Drehstrom
 weniger Leitungsmaterial
(3 statt 6 Leitungen)
 2 verschiedene
Spannungswerte
 einfache Motoren
 grosse Leistung übertragbar
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Transformator: Lernziele
Ich kann
 den Aufbau eines Trafos
beschreiben und seine
Wirkungsweise erklären;
 seine Ersatzschaltung zeichnen,
Primär- und Sekundärgrössen
berechnen;
 3 Anwendungen nennen.
65
10.1 Aufbau, Wirkungsweise
66
10.2 Bauformen
67
10.9 Arten, Verwendung
68
10.9.2 Kleintransformatoren
69
10.9.2 Kleintransformatoren
70
10.9.3.1 Spannungswandler
71
10.9.3.2 Stromwandler 1
72
10.9.3.2 Stromwandler 2
DurchsteckStromwandler
ZangenStromwandler
73
Messtechnik: Lernziele
Ich kann
 elektrische Unfälle verhüten.
 ein Universal-Messgerät
beschreiben und einsetzen;
 ein einfaches Schema verstehen.
74
13.1 Unfallursachen 1
75
13.1 Unfallursachen 2
76
13.1 Unfallursachen 3
77
13.4.2.1 Fehlerarten
78
13.4.2.1 Fehlerstrom
79
13.4.2.1 Fehlerspannung
Berührungsspannung
Fehlerspannung
80
13.4.3.1 Schutzisolation
81
13.4.3.2 Schutzkleinspannung
82
13.4.3.3 Schutztrennung
83
13.4.4.1 Schutzleiter, Erdung
84
13.4.4.4 Stromüberwachung
Überstrom-Schutz
Fehlerstrom-Schutz
85
13.4.3.2 Fehlerstrom, FI
Auslösung, falls
Summenstrom ungleich 0,
folglich Fehlerstrom
86
11.2.1 Messfehler
87
11.2.4.1 Dreheisenmesswerk
88
11.2.4.2 Drehspulmesswerk
89
11.2.4.3 el.-dyn. Messwerk
90
11.2.4.4 KO; Schema
91
11.2.4.4 KO; Bild
92
11.3.1 Strommessung
93
11.3.2 Spannungsmessung
94
11.3.3 U-Messbereich erweitern
95
11.3.3 I-Messbereich erweitern
96
11.3.4 Widerstandsmessung 1
97
11.3.4 Widerstandsmessung 2
98
11.3.5 Leistungsmessung 1
99
11.3.5 Leistungsmessung 2
100