Magnetische Feld Elektrische Feld - Stuettler.org

Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
Magnetfeld
Bodediagramme
Schwingkreise
Version 1.1 : Bodediagramme hinzugefügt
Magnetfeld
Magnetische Feld
  IN

H 
lm


(H 
, Schraubenregel )
lm


( B  H , B  B * cos( ))
B  H
  0 r
 0  4 10

l
A
(  ) AL 
1
A

Rm
l
Vm , ges , Serie   
Rm , ges , Parallel
E Vektor in
D  E
1/ C 
( D   E , D  D * cos( ))
 0  8.8510 12
(  D  A)
A
l
U ges , Serie   U i   E i l i
i i
1
1
1

 ..
Rm ,1 Rm , 2

R m ,i
1 / C ges , Parallel

1
1

 ...
1 / C1 1 / C 2
ges   i  
i
U
1 / Ci



uq 
( N

)
t
t
t

 
E  (v  B )

 
u q  l (v  B )  B * l * v
u q  4.44 m Nf
i
t
L
N2
Rm
L
I2
1
W L
 BHV
2
2
 
F  I (l  B )  B * l * I 
i1
t
N N
M  1 2
Rm
u q,2  M
ü
U
U
 C *U
1/ C
1 / C ges , Serie  1 / C1  1 / C 2  ..
H l
 ges    i  
uq  L
Richtung
Q
Rm , ges , Serie  Rm ,1  Rm , 2  ..

U
l
  Q  D* A
(  V m )
Rm
1
E
   0 r
7

 
(  B  A)
  B* A

  
N
Rm 
Elektrische Feld

I
W C
1
B2 A
2 0
i 2
t
N 
N 
M  2 1  1 2
I1
I2
u q ,1  M
N2
U
I
 2  1
N1
U1
I2
ü2 
R2
R1
U2
1
 DEV
2
2
C ges , Parallel  C1  C 2  .
 C i * U
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
1. Nennen Sie Methoden zur Erstellung von Feldbildern.
2. Welches Feld ist eine Quellen- und welches ein Wirbelfeld.
3. In 1000m Tiefe im Erdinnern (  = 2Ohm/m ) wurde eine konstante Stromdichte von 1.5e-6A/mm2 in NordSüdrichtung festgestellt.
Wie groß ist der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten im Abstand von 1.5km in Nord-Südrichtung.
Wie groß ist der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten im Abstand von 1.5km in Nord-Südrichtung und
1km Abstand in Ost-Westrichtung.
4. Feldlinien:
sind vorhanden im metallischen Körper der einem el. Feld ausgesetzt ist
sind vorhanden im nichtmetallischen Körper der einem el. Feld ausgesetzt ist
sind vorhanden im metallischen Körper durch den Strom fließt
treten aus Isolierkörpern rechtwinklig ein und aus
5. Ein Koaxialkabel hat eine Spannung zwischen Innen- und Außenleiter von 5V. Der Innenleiter hat gegenüber
Erde ein Spannung von 12V. Ist außerhalb des Koaxialkabels ein Feld vorhanden ?
5. Geben Sie die Kapazität eines Wickelkondensators und eines Rohrkondensators an.
6. Berechnen Sie die Kapazität zwichen Zwei Drähten ( Durchmesser 20mm, Abstand 100mm, 100m lang,
Dieelektrikum Luft ).
7. Ein Kondensator mit Öl als Dieelektrikum ist auf 150V aufgeladen. Das Öl (r = 4 ) fließt aus.
Wie ändert sich die Spannung?
Warum ändert sich die Energie?
8.
I C1
U10 = 10V
C2
U20=5V
C3
U30=-15V
C1=1e-6F, C2=2e-6F, C3 = 3e-6F
Es fließt ein Strom von I = 1.5mA, 0.01s lang auf die Kondensatoren. Berechnen Sie die Spannung Uges.
Anschließend werden die Kondensatoren parallel geschaltet. Berechnen Sie nun die Spannung. Warum hat die
gespeicherte Energie abgenommen?
U = 5kV
9.
1.5cm
30°
Q=2e-6As
Eine Ladung von 2e-6As wird in einem Luftkondensator ( A = 2m2, Plattenabstand = 5cm) um 1.5cm verschoben
( siehe Bild ). Berechnen Sie die zur Verschiebung nötige Energie.
10.
5000V
Luft
r = 2
Plexi
0V
Berechnen Sie den Felstärkeverlauf
und den Potentialverlauf sowie
das Feldbild zwischen den Platten.
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
4cm
6cm
11. Berechnen Sie die Feldstärke im Punkt A und die Kraft zwischen den beiden 15m langen Leitern.
10cm
2cm
Q = 5e-6As
2cm
Q= -5As
A
12. Leiten Sie das Gesetz für die Kraft zwischen zwei Punktladungen her. Wie heißt dieses Gesetz?
13. Leiten Sie die Formeln für die Energie eines Plattenkondensators her ( Cu2/2 und EDV/2 )
14. Erklären Sie : Influenz, Polarisation, Durchbruchfeldstärke
15. Wozu kann die folgende Schaltung dienen :
16. a) Skizzieren Sie das Feldbild des Magnetfeldes folgender zweier langer stromdurchflossener Leiter
10cm
2cm
15A
15A
4cm
A
b) Berechnen Sie die magnetische Feldstärke und die Felddichte im Punkt A
c) Skizzieren Sie den Feldverlauf für die Betrachtungsebene
17.
R1
R1 = 5k, R2 = 2k, R3 = 5k, C = 2mF
Schalterstellung 1 für 20s dann Schalter
stellung 2
Berechnen Sie den Verlauf der Kondenstorspannung und den Verlauf des Stromes I1
1
R2
10V
R1
R1
2
C
R3
I1
18.
C4
C2
C3
C1=1e-6F, C2=2e-6F,..
C4
E sind alle C’s vor dem Anlelgen der Spannung
entladen. Berechnen Sie die Spannung U4.
C2
C1
U=50V
19. Skizzieren Sie den Verlauf des Magnetfeldes eines Koaxialkabels.
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
20. Magnetkreis : Berechen Sie die nötige Windungszahl von 0.1mm2 Kupferdraht und die
Versorgungsspannung U. Eisenkerndicke : 2cm. Die Felddichte im Eisen vom Typ iV soll 1.5 T betragen.
15cm
B in T
1.5
I=0.05A 1cm
15cm
1cm
1e3
H in A/m
21. Magnetfeld : Geben Sie die Formeln und die Einheiten an.
22. Magn. Feldlinien treten rechtwinklig aus Eisen ein und aus?, magn. Feldlinien sind geschlossenen Linien?,..
23. Wodurch entsteht die Sättigung des Eisens.
24. Wieso ist r bei Eisen von der Felddichte oder Feldstärke abhängig. Skizzieren Sie den Verlauf von r als
Funktion der Feldstärke.
25. Ist r in Luft von der Felddichte oder Feldstärke abhängig. Skizzieren Sie den Verlauf von r bei Luft als
Funktion der Feldstärke.
26. Wie kann Eisen entmagnetisiert werden.
27. Was ist die Koerzitivfeldstärke und das Remanenzfeld.
28. Sollen Br und Hc beim Permanentmagneten groß oder klein sein. Wieso?
29. Ist der Zusammenhang zwischen B und H beim Eisen linear ? Und bei Luft ?
30. Gilt die Formel B = H bei Eisen exakt ? Und bei Luft ? Wieso?
31. a) Skizzieren Sie nur grob das Feldbild des Magnetfeldes folgender zweier langer
stromdurchflossener Leiter
10cm
2cm
15A
15A
4cm
A
b) Berechnen Sie die magnetische Feldstärke und die Felddichte im Punkt A
c) Der Feldstärkeverlauf in der strichliert dargestellten Ebene ist berechnen und zu skizzieren
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
32.
R1 = 5k, R2 = 2k, R3 = 5k, C = 2mF, UCO =-5V
R1
1
R2
10V
Berechnen Sie die Zeit bis UC= 2V
2
R3
R1
C
UCO
I1
33. Geben Sie die sämtliche Rechenvorschriften zur Berechnung des Spulenstromes an. Das Eisen sei teilweise in
der Sättigung! Der Kern ist symmetrisch.
l1
l2
l4
l3
Dicke des Eisenkerns : b
Felddichte im mittleren Schenkel = 0.5T
l5
30°
34. Berechnen Sie die Spannung in der Leiterschleife. Die Drehzahl
beträgt 3000U/min.
Geben Sie vier Methoden zur Bestimmung
der Spannungsrichtung nachvollziehbarer gut an.
r = 3500;
5cm
B=0.2T
4cm
7.5
5cm
5cm
35. In obiger Leiterschleife fließe ein Strom von 5A. Wie groß ist die Kraft auf die Leiterschleife
36. Die Elektronen in einer Kathodenstrahlröhre bewegen sich mit 1e4m/s. Die Felddichte die durch die
Ablenkspulen erzeugt wird liegt bei 1.5mT. Wie groß ist die Kraft auf die Elektronen.
37. Leiten Sie das Induktionsgesetz aus der Formel U= B*l*v
38. Berechnen Sie die induzierte Spannung aus dem -Verlauf :
(t)=0.002*cos(500t)
mVs
2mVs
(t)
3
2
t
t
1
2
3
4
5
6
39. Versuchen Sie aus dem Spannungsverlauf den Sie im Beispiel 38 berechnet haben zurück auf den Feldverlauf
zu rechnen.
40. Welche drei Möglichkeiten gibt es theoretisch um Spannung in einer Leiterschleife zu erzeugen.
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
41.
v=2m/s
B=0.05T
1cm
Die Leiterschleife bewegt sich von links
nach rechts durch den Luftspalt
Skizzieren Sie den Spannungsverlauf über dem
Weg.
3cm
10cm
2cm
42. Skizzieren Sie einen Außenpolgenerator und einen Innenpolgenerator.
43. Ein Außenpolgenerator weist ein konstantes Feld von 0.9T im Luftspalt auf. Die Polbedeckung ist 70%. Die
Wicklung im Anker weist 200 Windungen auf. Wie groß ist die induzierte Spannung, wenn der
Ankerdurchmesser 20cm und die Drehzahl 5000min-1 ist.
44. Ein Wasserkraftgenerator weist eine mechanische Drehzahl von 750min-1 auf und erzeugt 50Hz
Wechselstrom. Wie groß ist die Polpaarzahl.
45. Skizzieren Sie folgenden Spannungen als Zeiger und als Liniendiagramm dar :
Umax = 70V/20° 50Hz
u(t) = 25*sin(100t+0.5)
46. Geben Sie beide nachfolgend graphisch angegebenen Spannungen in die zahlenschreibeweise an.
1cm=10V
100V
47. Berechnen Sie arith. Mittelwert, den Gleichrichtwert und den Effektivwert :
a)
U(t)
b)
u(t)
10V
2
1
0
c)
10ms
t
0
u(t) = 311V*sin(wt+15°); f=50Hz
48. Berechnen Sie arith. Mittelwert und den Gleichrichtwert
u(t) = 100V + 311V*sin(wt+15°); f=50Hz
0.1s
t
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
49. Berechnen Sie 1, B1 und 2, B2, gegeben : I = 0.1 A, N = 1000, r = 1500
I
1
1
U
alle Maße in cm !
A2,2, B2
2
2
N
2
1
A1,1, B1
H =  /lm
lm = lm, Schenkel1 + lm, Joch1
+ lm, Schenkel2
+ lm, Joch2
= 2+0.5+0.5 + 2+0.5+1
+ 2+0.5+1
+?
lm, Joch2: weil der 2. Schenkel den doppelten Querschnitt aufweist, benötigt er nur die halbe Feldstärke,
bzw. wir rechnen dort nur mit der halben Eisenlänge dieses Schenkels (2+0.5+0.5)/2 = 1.5cm
lm = 2+0.5+0.5 + 2+0.5+1
+ 2+0.5+1 +
1.5 = 11.5 cm
Achtung : Eigentlich ist das eine Aufgabe, die mit dem Durchflutungssatz gerechnet werden sollte. In diesem
noch nicht allzu komplizierten Fall kommt man auch mit obiger Überlegung zum Ziel. Beachten Sie aber, daß im
Schenkel zwei eine andere Felddichte herrscht als in den anderen drei Eisenteilen. Dh. dort würde das Eisen
eigentlich weniger in der Sättigung sein. r müßte in diesem Eisenteil also größer als im übrigen Eisen sein. In
diesem Beispiel wurde das nicht berücksichtigt.
H:
lm :
H =  /lm = 0.1A*1000 / 0.115 = 869.6A/m
B = ro H = 869*4e-7*1500 = 1.6T
B1,B2 : B1 = B, B2 = B/2 = 0.8T
:
1 = 2 = B1A1 = B2A2
= 1.6*2e-4= 3.2e-4Vs
H:
50. Berechnen Sie den Strom I unter Zuhilfenahme der Magnetisierungskurve. Die gewünshte Felddichte im
Eisen ist gegeben und beträgt 1.4T, N = 1000, es wurde Elektroblech IV verwendet.
I
1
1
U
2
I=?
2
N
alle Maße in cm!
1
1
, B
51.berechnen Sie Rm und  und B im 2.Schenkel ( ohne Streuung, Serienschaltung von magn. Widerständen )
1. Elektroblech mit r = 25000, Querschnitt 2cm2
I = 0.1A, N = 2000
2. Elektroblech mit r = 5000, Querschnitt 1.5cm2
I
3. Elektroblech mit r = 500, Querschnitt 2cm2
U
N
5cm
4. Elektroblech mit r = 5000, Querschnitt 1.5cm2
N
10cm
Rm1
Rm,ges
Rm3
Rm2
Rm1 = l1/1A1 = 0.05/(4e-7*25000*2e-4) = 7800A/Vs
Rm2= l2/2A2 = 0.1/(4e-7*5000*1.5e-4) = 106100A/Vs
Rm3= l3/3A3 = 0.05/(4e-7*500*2e-4) =398000A/Vs
Rm4= Rm2 =106100A/Vs
Rm,ges = Rm = 7800+106100*2+398000 =618kA/Vs
Rm4
 =  / Rm = I*N / Rm = 0.1*2000 / 618000 =3.2e-4Vs
B3 =  / A3 = 3.2e-4 / 2e-4 = 1.6T
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
52.Leuchtstofflampen verfügen über eine in Serie zur Lampe geschaltete Drossel. Diese dient in Verbindung mit
dem Startet zum Zünden der Lampe und im Betrieb als Strombegrenzung. Die Leuchstofflampenschaltung soll
auf einen Leistungsfaktor 0.9 induktiv kompensiert werden. Berechnen Sie C über die U/I P/Q/S und über die
Widerstände. Skizzieren Sie die Zeigerdiagramme für die U/I P/Q/S und für die Widerstände.
53.Ein Kleinwasserkraftwerk mit einem Generator U0 = 250V; Zi = 5+j20 soll zur Heizung eines Hauses
herangezogen werden. Dabei soll möglichst viel Wärmenergie gewonnen werden. Dimensionieren Sie ein
Heizgerät das dem Generator möglichst viel Energie entzieht. Erklären Sie wieso ihre Last optimal ist.
Wie groß sind : die Heizleistung, die Verlustleistung, wie groß der Wirkungsgrad, der fließenden Laststrom, die
Blindleistung, die Scheinleistung. Skizzieren Sie die Zeigerdiagramme für die U/I P/Q/S und für die
Widerstände.
54.
R1 = 5, R2 = 2, R3 = 5, L = 100mH,
R1
R2
10V
Berechnen Sie die Zeit bis UL= 2V
L
R1
UCO
R3
55. Berechnen Sie den Stromverlauf i(t). N = 100, r=1000, U =10V verwendet.
I
U
2
2
A =quadratisch = 1cm2
N
Wie verändert sich der Stromverlauf, wenn das Eisen in die Sättigung kommt. Wieso ändert sich der Strom wie
dargestellt.
Berechnen Sie den u(t) und u2(t) N1 = 100, N2 = 1000 r=1000, i(t) =100A/s verwendet.
I
u
2
68. u2(t)
A =quadratisch = 1cm2
N
Versuchen Sie u2(t) über den Fluß und über die Gegeninduktivität zu berechnen.
Wie lange darf der Strom zugeschaltet werden, wenn bei B=0.9T die Sättigung einsetzt.
56.
10VDC
u=?
10VDC
u=?
L=0.1H
i=?
i=0.1°DC
10VDC
u=?
i=?
10VDC
i=0.1°DC
u=?
L=0.1H
i=?
i=0.1°DC
i=?
i=0.1ADC
R=100
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
57. Ein 230V- Motor gibt eine Leistung von 2kW ab ( Wirkungsgrad 0.8 ). Er ist mit einem Kondensator 30uF
auf einen Leistungsfaktor von 0.9 induktiv kompensiert. Der Kondensator wird entfernt. Wie groß ist nun der
Leistungsfaktor?
58. Wieso nimmt der Primärstrom eines Trafos zu , wenn er sekundär belastet wird? Erklären Sie über zwei
verschieden Wege.
59. Geben Sie die Formeln für den Gleichrichtwert, den arith. Mittelwert und den Effektivwert an.
60 Notieren Sie sämtliche Formelzusammenhänge des Magnetfeldes und erläutern Sie wozu sie dienen.
61. Ein Schrotthebemagnet soll einen PKW ( 900kg ) heben können. B=0.8T,A= ?
62. Berechnen Sie die Kraft zwischen zwei langen Leitern, die parallel in einem Abstand von 1m befindlich sind.
Wann ziehen sich die Leiter an, wann stoßen sie sich ab?
63. Leiten Sie folgende Formeln her :


Rm
R m , ges , Serie  R m ,1  R m , 2  ..
L
N2
Rm
L

I
N2

Trafo :
ü
N1
W L
U2
U1

I1
I2
1
R m , ges , Parallel
I2
1
 BHV
2
2
ü2 
M 

1
1

 ..
R m ,1
R m, 2
N1 N 2
Rm
M 
N 2 1
I1

N 1 2
I2
R2
R1
64. Der Eisenkern einer Drossel besitzt einen 2mm Luftspalt. Wo ist die meiste Energie gespeichert. Im Luftspalt
oder im Eisen.
65. Wieso wird für Drosseln für höhere Frequenzen kein normales Eisen sondern Ferrit verwendet.
66. Wieso werden für Trafos geblechte Kerne verwendet. Was ist der Vorteil wenn Trafos mit höherer Frequenz
betrieben werden.
67. Welche Trafoverluste kennen Sie. Wodurch entstehen diese.
68.
v=2m/s
B=0.05T
1cm
10cm
Der Leiter bewegt sich von links
nach rechts durch den Luftspalt
Berechnen Sie die induzierte Spannung
Und zeigen Sie mit 4 Methoden wie
die Richtung der Spannung bestimmt
2cmwerden kann.
69.
+20V
Wieso wird der Transistor zerstört, wenn er abgeschaltet wird.
L=0.1H Wie lange dauert es bis der Strom auf 90% angestiegen ist.
Wie könnte man den Stromanstieg beschleunigen.
R=10Ohm
Was kann gegen die drohende Zerstörung des Transistors
Beim Ausschalten unternommen werden.
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
Bodediagramme
1. Geben Sie die Definition an : komplexe Übertragungsfunktion, s- Übertragungsfunktion, Frequenzgang von
Amplitudengang und Phasengang
2 Geben Sie die Blockdarstellung und die Schaltung eines TP1 - Gliedes ( einfacher Tiefpass ) an
3 Berechnen Sie die Verläufe von Amplitudengang und Phasengang eines TP1 Gliedes und skizzieren Sie die
Verläufe.
4 Geben Sie den komplexen frequenzgang eines TP1 Gliedes an. Skizzieren Sie den Verlauf von
Amplitudengang und Phasengang. skizzieren Sie den Verlauf zweier hintereinander geschalteter
impedanzentkoppelter TP1-Glieder unterschiedlicher Grenzfrequenz . Was passiert wenn die beiden Filter nicht
entkoppelt sind?
5 Skizzieren Sie die Frequenzgänge :
a) G(jw) = 1/(1+0.1jw)
e) G(jw) = 100/[(1+0.1jw)(1+10jw)]
i) G(s)=(s2+4s+3)
b) G(jw) = (1+0.1jw)
f) G(s) = 100*(1+0.1s)/(1+100s)
j) G(s)=s/(s2+4s+3)
c) G(jw) = 0.1jw
g) G(jw) = (1-0.1jw)
k) G(s)=(1+0.1s)/ (s2+6s+25)
d) G(s) = 1/0.1s
h) G(jw) = 10*(1+10jw)/[(1+0.01jw)(1+jw)]
l) G(s)= (1+10s)/ [(s2+10s+9)* (1+s)]
6. Skizzieren Sie die Bodediagramme der 4 linearen und der 2 quadratischen Grundtypen.
7. Skizzieren Sie das Bodediagramm eines :
- Wiengliedes
- Serienschwingkreises
- Idealisierten Parallelschwingreises
- Realen Parallelschwingkreises
- R-C-Hochpasses
8. Berechnen Sie einen Tiefpass so, dass die Phasendrehung bei w=1000 –15° beträgt.
Berechnen Sie einen Tiefpass so, dass die Amplitudenabschwächung bei w = 1000 0.02 beträgt
Schwingkreise
1.
Her
Leiten Sie die Resonanzfrequenz eines
Serienschwingkreises
Idealisierten Parallelschwingreises
Realen Parallelschwingkreises
Aus welcher Bedingung wird die Resonanzfrequenz hergleitet?
3. Was ist ein Saugkreis? Ist ein Serien/Parallelschwingkreis bei Resonanz hoch/niederohmig? Wie groß ist
der Resonanzwiderstand? Wie ist die Güte definiert? Wie groß ist die Güte folgenden Serienschwingkreises :
R= 1Ohm, L=10uH, C=0.1uF
4.Berechnen Sie und skizzieren Sie die Boded : Z(s), UR(s), UL(s), UC(s), I(s) eines Serienschwingkreises
Berechnen Sie und skizzieren Sie in linearem Maßstab : |Z(jw)|, |UR(jw)|, |UL(jw)|, |UC(jw)|, |I(jw)| eines
Serienschwingkreises.
6. Skizzieren Sie das U-I-Zeigerdiagramm eines Serienschwingkreises w etwas kleiner als Resonanz.
7. Berechnen Sie einen Serienschwingkreis mit einer Spannungsüberhöhung von 20 und wo=10kHz.
8.Berechnen Sie und skizzieren Sie die Boded : Z(s), IR(s), IL(s), IC(s), I(s) eines idealisierten
Parallelschwingkreises
Berechnen Sie und skizzieren Sie in linearem Maßstab : |Y(jw)|, |IR(jw)|, |IL(jw)|, |IC(jw)|, |I(jw)| eines
idealisierten Parallelschwingkreises.
Wechselstromtechnikfragen
V1.1 14.5.2001
9. Skizzieren Sie das U-I-Zeigerdiagramm des idealisierten Parallelschwingkreises w etwas kleiner als
Resonanz.
10.Berechnen Sie und skizzieren Sie die Boded : Z(s), IR(s), IL(s), IC(s), I(s), UR(s), UL(s), eines realen
Parallelschwingkreises.
Berechnen Sie und skizzieren Sie in linearem Maßstab : |Y(jw)|, |IR(jw)|, |IL(jw)|, |IC(jw)|, |I(jw)| , |UR(s)|,
|UL(s)|, eines idealisierten Parallelschwingkreises.
10. Skizzieren Sie das U-I-Zeigerdiagramm des realen Parallelschwingkreises w etwas kleiner als Resonanz.
11. Berechnen Sie einen Parallelschwingkreis mit einer Stromüberhöhung von 20 und wo=10kHz.