Rechenbuch Elektrotechnik

EUROPA-FACHBUCHREIHE
für elektrotechnische Berufe
Rechenbuch Elektrotechnik
Methodische Lösungswege
Gültig ab 18. Auflage
Bearbeitet von Lehrern an beruflichen Schulen und von Ingenieuren (siehe Rückseite)
Leitung des Arbeitskreises und Lektorat: Klaus Tkotz
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL • Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG
Düsselberger Straße 23 • 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 30960
V
1
Elektrotechnik
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Technische Mathematik
Physikalische Grundlagen
Elektrotechnische Grundlagen
Arbeiten mit Kennlinien
Elektrisches Feld
Magnetisches Feld
Wechselstrom- und Drehstromtechnik .
Messtechnik
Elektronik
Schutzmaßnahmen in elektr. Anlagen .
Anlagen- und Gebäudetechnik
Elektrische Maschinen
Regelungstechnik
Aufgaben zur Prüfungsvorbereitung ..
7
20
30
69
76
81
88
140
146
202
207
229
256
261
• Hinweise zur Buchbenützung
2
• Griechisches Alphabet:
vordere
Innenumschlagseite
• Grundformeln Gleichstrom:
hintere
Innenumschlagseite
'Technische Mathematik
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.3
N
t
1.4
1.4.1
1.4.2
1.5
1.5.1
1.5.2
1.6
1.6.1
1.6.2
1.6.3
1.6.4
1.7
1.8
1.8.1
1.8.2
1.8.3
1.8.4
1.9
Elektronischer Taschenrechner (ETR)
(siehe Rechenbuch)
Grundrechnungsarten
Zahlen, Addition und Subtraktion
Multiplikation und Division
Rechnen mit Brüchen
Potenzen und Wurzeln
Potenzen
Wurzeln
Logarithmen
Rechnen mit Logarithmen
Logarithmische Maßstäbe
Gleichungen und Formeln
Arbeiten mit Gleichungen
Arbeiten mit Formeln
Verhältnisgleichungen, Dreisatzrechnen . .
Verhältnisgleichungen, Prozentrechnen . .
Funktionen
Rechnen am Dreieck
Satz des Pythagoras
Winkelfunktionen
Winkel im Grad-und Bogenmaß
Rechnen am beliebigen Dreieck
Runden
/
7
7
7
8
9
9
10
10
10
11
12
12
13
13
13
14
14
14
15
16
17
18
2.6.1
2.6.2
2.7
2.8
2.9
2.10
Vorsätze
Kreisumfang, gestreckte Länge
Flächen
Rauminhalt und Masse
Berechnung von Spulen
Bewegung mit konstanter
Geschwindigkeit
Gleichförmige Bewegung
Kreisförmige Bewegung
Kräfte
Moment und Hebel
Mechanische Arbeit
Mechanische Leistung
3.9.4
3.10
3.10.1
3.10.2
3.11
3.11.1
3.11.2
3.11.3
3.11.4
3.11.5
3.11.6
4.1
4.2
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.5
2 .''Physikalische G
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.8.6
3.9
3.9.1
3.9.2
3.9.3
20
20
21
22
22
24
24
25
26
27
28
28
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.5.1
5.5.2
X -.*"*,
3.1
3.2
3.3
. 3.4
3.5
3.6
3.7
3.7.1
3.7.2
3.7.3
3.8
3.8.1
3.8.2
3.8.3
3.8.4
3.8.5
Umrechnen von Einheiten
Stromstärke und Ladung
Elektrische Spannung
Widerstand und Leitwert
Ohmsches Gesetz
Stromdichte
Elektrischer Widerstand
Leiterwiderstand
Widerstand und Temperatur
Übertemperatur
Schaltung von Widerständen
Reihenschaltung von Widerständen
Parallelschaltung von Widerständen
Gemischte Schaltungen
(Gruppenschaltungen)
Spannungsteiler
Abgeglichene Brückenschaltung
30
30
30
30
31
32
33
33
33
35
35
35
37
40
48
51
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.2
6.3
6.4
6.5
Unabgeglichene Brückenschaltung
Elektrische Leistung und Arbeit
Elektrische Leistung
Elektrische Arbeit
Leistungsbestimmung mit dem Zähler . . .
Wirkungsgrad
Wärmeenergie
Wärmemenge und Wassermischung
Elektrowärme und Wärmenutzungsgrad .
Spannungserzeuger
Galvanische Elemente
Schaltung von Spannungserzeugern
Anpassung
Ersatzquellen
Laden und Entladen von Akkumulatoren
Fotovoltaik und Solarmodul
Lineare Widerstände
69\
Logarithmische Darstellung
Nichtlineare Widerstände
Ermittlung des Arbeitspunktes
Reihenschaltung linearer Widerstände . . . 72«
Reihenschaltung linearer und
nichtlinearer Widerstände
13%
Statischer und differentieller
^
Widerstand
75 *
Elektrische Feldstärke
Kapazität von Plattenkondensatoren
Ladung und Energie bei
Kondensatoren
Schaltungen von
Kondensatoren
Laden und Entladen von
Kondensatoren
Kondensatorspannung und Zeit
Kondensatorstrom und Zeit
76:
G r ö ß e n d e s m a g n e t i s c h e n Feldes . . . .
Durchflutung und Feldstärke
Magnetischer Fluss, magnetische
Flussdichte, Permeabilität
Arbeiten mit Magnetisierungskennlinien .
Magnetische Kreise
Magnetische Feldkräfte
Elektromagnetische Induktion
Spule an Gleichspannung
81 •
81 ,
i'
82
82
83
85
86
87
76-,
77 ;
78
*.',7
7.1
Kenngrößen der Wechselstromtcchnik
lnhksverzejchnis_
2
7 3*
\ <•
Winkel und Winkelfunktionen
88
Augenblickswert sinusförmiger
Wechselspannungen und -ströme . . . . 89
Addition sinusförmiger Wechselgrößen
,7 4
gleicher Frequenz
91
Addition von Wechselgrößen im
Zeigerbild
91
742 Addition sinusförmiger Wechselgrößen
im Liniendiagramm
92
75 Wechselstromkreis mit idealen
Widerständen
94
Ohmscher
Widerstand
im
751
Wechselstromkreis (Wirkwiderstand)
94
752 Induktivität im Wechselstromkreis
(ideale Spule)
95
7l5 Kapazität im Wechselstromkreis
(idealer Kondensator)
96
754 Schaltungen von idealen
Induktivitäten und idealen Kapazitäten .. 97
i i
J6" Reihenschaltungen bei gemischter
Belastung
100
76 1 Wirkwiderstand und induktiverBlindwiderstand in Reihe
100
-7*6 2 Verlustwinkel und Gütefaktor einer Spule 102
103
76 3 Reihenschaltung realer Spulen
764 Wirkwiderstand und kapazitiver
Blindwiderstand in Reihe
104
7 65 Wirkwiderstand, induktiver Blindwiderstand
und kapazitiver Blindwiderstand in Reihe 107
st
7 7' Parallelschaltungen bei gemischter
Belastung
110
7 Wirkwiderstand und induktiver
Bliridwiderstand parallel
110
112
772 Parallelschaltung mehrerer Spulen
'7,7 3 Wirkwiderstand und kapazitiver
Vv.
Blmdwiderstand parallel
115
7»7 4 -Verlustwinkel und Gütefaktor eines
Kondensators
117
"7 7*5 Wirkwiderstand, induktiver Blindwiderstand
und kapazitiver Blindwiderstand parallel .118
78
Schwingkreise
121
781 Reihenschwingkreis
121
782 Pärallelschwingkreis
121
v
79
Siebschaltungen
122
791 RL Hochpass und RL-Tiefpass
122
792 RC-Hochpass und RC-Tiefpass
124
710 -Dreiphasenwechselstrom
, ' (Drehstrom)
125
7 101 Sternschaltung
125
Sternschaltung, symmetrische Last
125
1
~ Sternschaltung, unsymmetrische,
?
" gleichartige Last
126
>"
Sternschaltung, unsymmetrische,
*,, . ungleichartige Last
•
127
^7 10 2 Dreieckschaltung
129
Dreieckschaltung, symmetrische Last
129
Dreieckschaltung, unsymmetrische und
gleichartige Last
129
Dreieckschaltung, unsymmetrische und
ungleichartige Last
131
7 10 3 Leistung bei Dreiphasenwechselstrom . . . 133
7
1 1 Kompensation
137
7
71
7.11.1 Kompensation bei Wechselstromverbrauchern
7.11.2 Kompensation bei Drehstromverbrauchern
8.1
8.1.1
8.1.2
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
9.1
9.2
9.3
9.3.1
Analoge Messgeräte
Anzeigefehler bei analogen Messgeräten
Eigenverbrauch von analogen
Messgeräten
Digitale Messgeräte
Anzeige und Messfehler
Echteffektivwertmessung und
Messkategorie
Indirekte Widerstandsermittlung
Messen über Messwandler
Messen mit dem Oszilloskop
Kühlung elektronischer Bauelemente
Leuchtdioden
Gleichrichter
Gleichrichterschaltungen
9.3.2 Glättung und Siebung
9.4
Bipolarer Transistor
9.4.1 Kennwerte
9.4.2 Arbeiten mit Transistorkennlinien
9.4.3 Arbeitspunkteinstellung
9.4.4 Arbeitspunktstabilisierung
9.4.5 Wechselstromverstärker in
Emitterschaltung
9.5
Spannungsstabilisierung
9.5.1 Z-Dioden
9.5.2 Parallelstabilisierung mit Z-Diode
9.5.3 Reihenstabilisierung •
9.5.4 Spannungsstabilisierung mit
Spannungsreglern . . . .>.^-.
9.6
Transistor als Schalter
9.7
Kippschaltungen
9.7.1 Astabile Kippschaltung
9.7.2 Monostabile Kippschaltung
9.7.3 Schmitt-Trigger
9.8
Feldeffekttransistor (FET)
9.8.1 Kenngrößen des Feldeffekttransistors . . . .
9.8.2 Einstellung des Arbeitspunktes
9.8.3 Arbeiten mit Kennlinien beim FET
9.9
Operationsverstärker
9.9.1 Invertierender Operationsverstärker
9.9.2 Nichtinvertierender
&
Operationsverstärker
9.9.3 Summierverstärker (Addierer)
9.9.4 Differenzverstärker (Subtrahierer)
9.9.5 Integrierer
9.9.6 Differenzierer
9.10 Thyristor und Triac
9.10.1 Zünden von Thyristor und Triac
9.10.2 Gesteuerte Gleichrichter
137
138
140
140
140
141
141
141
142
143
144
146
147
149
149
151
152
152
153
156
158
1 59
162
162
163
164
166
167
169
169
170
171
173
173
173
174
175
175
175
176
178
179
181
182
182
182
Inhaltsverzeichnifj
9.10.3 Wechselstromsteller,
1
s
T* •
*
*
•
*
.
^< A
Vielperiodensteuerung
184
9.11 Digitaltechnik
185
9.11.1 Zahlensysteme
185
• Umwandlung von Dual- und
Sedezimalzahlen in Dezimalzahlen . . . . 186
• Umwandlung von Dezimal- in
Dual- oder in Sedezimalzahlen
187
• Umwandlung von Sedezimalzahlen
und Dualzahlen
187
9.11.2 Rechnen mit Dualzahlen
188
9.11.3 BCD-Code
189
9.11.4 Schaltalgebra
190
• Rechenregeln für eine Variable
und Umkehrterme
190
• Kommutativgesetze
190
• Assoziativgesetze
190
• Distributivgesetze
190
• Umkehrgesetze für mehrere Variablen . 191
• Schaltungen in NAND- oder in
NOR-Technik '
191
9.11.5 Analyse und Synthese von Binärschaltungen
192
• Analyse von Binärschaltungen
192
• Synthese von Binärschaltungen
194
9.11.6 Minimieren von Schaltnetzwerken
195
• Algebraisches Minimieren
195
• KV-Diagramm
197
9.12 Datenmengen und Datenübertragungsrate
201
9.12.1 Datenmengen
201
9.12.2 Datenübertragungsrate
201
,10 Schutzmaßnahmen in »elektrischen
Anlagen"\
-202]
""''
' v
r
*U
•
- ,
10.1 Schutzmaßnahmen
202
10.1.1 Fehlerstromkreis
202
10.1.2 Isolationswiderstand von Fußböden oder
Wänden
202
10.1.3 Schutzmaßnahmen im TN-System
203
10.1.4 Schutzmaßnahmen im TT-System
204
10.1.5 Kurzschlussschutz von isolierten Leitungen
und Kabeln
205
10.1.6 Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) .. 206
11
11.2.1 Lichtstrom und Lichtausbeute
2v~j
11.2.2 Beleuchtungsstärke und
Beleuchtungswirkungsgrad
11.2.3 Lichtstärke und Lichtstärkeverteilung . . . . 2i'<y
11.2.4 Leuchtdichte
220'
11.2.5 Raumindex
22(f
11.2.6 Beleuchtungswirkungsgrad bei
";,
Innenraumbeleuchtung
220
11.2.7 Ermittlung der Lampenzahl nach dem
'£i
Wirkungsgradverfahren
22i5
11.3 Antennentechnik
222;|
11.3.1 Verstärkungsfaktor, Dämpfungsfaktor . . . . 222;
11.3.2 Verstärkungsmaß, Dämpfungsmaß
223i|
11.3.3 Pegel
'
223J|
11.3.4 Mechanische Sicherheit von
Antennenstandrohren
2251
11.4 Kostenrechnen
226-I
11.4.1 Rechnungspreis und Gewinn
2261
11.4.2 Kostenarten
226;|
11.5 Handelskalkulation
:
2261
11.6 Angebotserstellung
227)f
1
121 Transformatoren
•2211
1 2 1 1 Einphasentransformatoren
12.1.2 Transformatoren für
Dreiphasenwechselstrom
237.J
12.2 Antriebstechnik
240J.
12.2.1 Leistung, Drehzahl und Drehmoment . . . . 24o|f
12.2.2 Übersetzungen, Riementrieb
241
12.2.3 Zahnradtrieb
242?!
12.2.4 Schneckentrieb
24ä|
12.2.5 Mehrfache Übersetzung
244|
12.3 Umlaufende elektrische Maschinen -2441
1 2.3.1 Drehfelddrehzahl
24<|j
12.3.2 Synchronmaschine
24|fl
12.3.3 Zahnläufer und Schrittmotoren
246||
12.3.4 Drehstromasynchronmotor
24i7J|
12.3.5 Wechselstromasynchronmotor
250§|
12.3.6 Asynchrone Erequenzumformer
25iljl
12.3.7 Gleichstrommotoren
252|
• Fremderregter Gleichstrommotor
252J«
• Gleichstrom-Nebenschlussmotor
253||
• Gleichstrom-Reihenschlussmotor
254*1
12.3.8 Gleichstromgeneratoren
255*sl
• 22 i
Anlägehi'und'Gebaudetechnik^OT
11.1 Leitungen
207
11.1.1 Unverzweigte Leitungen für
Gleichstrom
207
11.1.2 Unverzweigte Leitungen für
Wechselstrom
208
11.1.3 Unverzweigte Leitungen für
Drehstrom
210
11.1.4 Verzweigte Leitungen für
, Wechselstrom
212
11.1.5 Verzweigte Leitungen für Drehstrom . . . . 214
/1'1.1.6 Ringleitungen
216
11.2 Beleuchtungstechnik
217
13.1
13.2
13.2.1
13.2.2
13.2.3
Unstetiges Regeln
Stetiges Regeln
Regeln mit Proportionalverhalten
Operationsverstärker als*fiegler
Einstellen eines stetigen Reglers
256|l
^||
258|I
259^1
260;jf
25
Aufgaben^zur. Rnufungsvori
Aufgaben
261