Labor für Elektrische Maschinen, Geräte und Anlagen der Hochschule Bremerhaven EMA Prof. Dr.-Ing. G.Löffelmacher Elektrotechnik 1 1. Allgemeines 1.1. Bedeutung der ET 1.2. Physikalische Größen und Gleichungen - Messbare Merkmale - Messbare Merkmale sind beschreibbar durch „Physikalische Größen“ - Physikalische Größen (Einheiten): ↔ nichtmessbare Merkmale - Basisgrößen Abgeleitete Größen - Proportionalitätsfaktoren (s. Konstanten) Basiseinheiten: Formelzeichen Bedeutung Einheit I elektrische Stromstärke A s Länge m m Masse kg t Zeit s T Temperatur K I Lichtstärke cd G Stoffmenge mol Schreibweise von Gleichungen Physikalische Größe = {Zahlenwert} ⋅ [Einheit ] Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 1 von 31 Abgeleitete Größen : Formelzeichen Bedeutung Einheit W Energie J P Leistung W η Wirkungsgrad Q elektrische Ladung C e Elementarladung C φ elektrisches Potential V U elektrische Spannung V C elektrische Kapazität F T Periodendauer s τ Zeitkonstante s f Frequenz Hz ϖ Kreisfrequenz Hz L Induktivität H R elektrischer Widerstand Ω γ spezifischer Widerstand Ω. m G elektrischer Leitwert S γ spezifischer Leitwert S.m-1 X Blindwiderstand Ω Z Scheinwiderstand Ω P Wirkleistung W Q Blindleistung Var S Scheinleistung VA φ Phasenverschiebungswinkel rad, ° Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 2 von 31 Das Griechische Alphabet: Zeichen Beschreibung Zeichen Beschreibung Α,α Alpha Β,β Beta Γ,γ Gamma ∆,δ Delta E,ε Epsilon Ζ,ζ Zeta H,η Eta Θ,θ Theta Ω,ω Omega Ι,ι Iota Κ,κ Kappa Λ,λ Lambda Μ,µ My Ν,ν Ny Ξ,ξ Xi Ο,ο Omicron Π,π Pi Ρ,ρ Rho Σ,σ Sigma Τ,τ Tau Υ,υ Upsilon φ,ϕ Phi Χ,x Chi Ψ,ψ Psi Vorsätze für dezimale Vielfache und Teile von Einheiten: Zehnerpotenz Abkürzung Bedeutung 12 T Tera 9 G Giga 6 M Mega 3 k Kilo 2 h Hekto 1 da Deka -1 d Dezi -2 c Zenti -3 m Milli -6 µ Mikro -9 n Nano -12 p Piko -15 f Femto -18 a Atto Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 3 von 31 Konstanten: Formel- Größe zeichen Wert (z. T. gerundet) c e g Lichtgeschwindigkeit (Vakuum) 299 792 458 m/s Elementarladung 1,602 · 10− 19 C Normfallbeschleunigung 9,807 m/s2 h k me0 mp0 Plancksches Wirkungsquantum 6,626 · 10− 34 J s Boltzmann-Konstante 1,381 · 10− 23 J/K Ruhemasse Elektron 9,109 · 10− 31 kg Ruhemasse Proton 1,673 · 10− 27 kg ε 0 elektrische Feldkonstante 8,854 ·10− 12 F/m µ 0 magnetische Feldkonstante 1,257 · 10− 6 H/m 1.3. Wesen der Elektrizität 1.3.1. Elektrische Energie 1.3.2. Das Bohrsche Atommodell und die elektrische Ladung 1.3.3. Bewegliche Ladungsträger - Elektronenstrom ↔ Ionenstrom - Leitfähigkeit - Leiter - Halbleiter - Nichtleiter Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 4 von 31 1.4. - Grundstromkreis Erzeuger Druckerzeuger: Pumpe V - Leiter MengenMesser U A DruckdifferenzMessung - - I Verbraucher R Strömungswiderstand Verbraucher Beschreibung der Vorgänge im Grundstromkreis: Die Spannung U treibt den Strom I durch den Widerstand R 1.5. Der elektrische Strom I 1.5.1. Die Stromstärke I - Voraussetzung für Stromfluss: - Konventionelle Stromrichtung: - Definition der Stromstärke (SI- Grundgröße) i( t ) = Stromstärke I: [A ] = [C] = [A ⋅ s] [s] [s] dq( t ) dt t2 Ladung Q: [Q] = [C] = [A ⋅ s] Q = ∫ i( t )dt t1 Zeitabhängige elektrische Größen werden kleingeschrieben! - Wirkungen des elektrischen Stromes - Wärme - Elektrolyse - Elektromagnetismus Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 1A:= 1 Ampere Seite 5 von 31 (1C:= 1Coulomb) 1.5.2. Die Stromdichte S Stromdichte S: - S= [ A] I A [mm ] 2 Bedeutung der Stromdichte: Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 6 von 31 1.6. - - Die elektrische Spannung U Herleitung der Proportionalität: - Proportionalitätsfaktor U Definition der Spannung U: U= - ∆W ~ ∆Q [V ] = [W ⋅ s ] = [A ⋅V ⋅ s ] [A ⋅ s ] [A ⋅ s ] ∆W ∆Q - Richtung der Spannung: - Normung: 0V < U < 100V: DIN 40001 100V < U > 380kV: DIN 40002 Potential 1.7. Der elektrische Widerstand R 1.7.1. R= f (Stoffeigenschaften, geometrischen Abmessungen) Widerstand R: R=ρ Spezifischer Widerstand ρ: ρ= l A [Ω] Ω ⋅ mm 2 m 1 γ 1.7.2. Der elektrische Leitwert G Leitwert G: Spezifischer Leitwert γ: 1 Ω 1 G= R 1 γ= m Ω ⋅ mm 2 ρ 1.7.3. Die Temperaturabhängigkeit Widerstand R= f(ϑ): Rϑ = R20°C (1 + α ⋅ ∆ϑ) [Ω] R0:= Nennwiderstand bei ϑ= 20°C ∆ϑ = ϑ - 20°C α := Temperaturkoeffizient bei 20°C Widerstand bei hohen Temperaturen (>80°C): 2 Rϑ = R20°C (1 + α ⋅ ∆ϑ + β ⋅ (∆ϑ) ) Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 7 von 31 Temperatureinfluss: - Heißleiter - Kaltleiter - Supraleitung Kenndaten: Spezifischer elektrischer Widerstand, elektrische Leitfähigkeit, Teperaturkoeffizient bei 20°C und Dichte Werkstoff Spezifischer Widerstand Leitfähigkeit ρ in Ω·mm²/m γ in S·m/mm² Temperatur Temperatur-koeffizient koeffizient α in 1/°C β in 1/°C Dichte ρ in kg/dm³ Metalle Silber Kupfer Aluminium Wolfram Zink 0,016 0,018 0,028 0,055 0,060 62,500 56,000 35,400 18,200 16,500 0,00377 0,00390 0,00380 0,00410 0,00370 0,00000070 0,00000060 0,00000130 0,00000100 0,00000200 10,5 8,9 2,7 19,1 7,1 Legierungen CU Mn 2 Al (WM 13) Messing (MS 63) Konstantan (WM 50) 0,125 0,074 0,490 8,000 13,500 2,040 0,00480 0,00150 ±0,00002 - 8,9 8,6 8,5 65,000 20…100 100 0,015 0,05…0,01 0,01 -0,0002 bis 0,0007 - ≈2 ≈2 ≈2 Sonstige Leiter Kohlenstifte Graphit Retortenkohle 1.8. - Elektrische Energie und Leistung Herleitung der elektrischen Arbeit Arbeit W: [J ] = [V ⋅ A ⋅ s] = [W ⋅ s] W =U ⋅ I ⋅t 1kW = 3,6 ⋅10 6 J 1cal = 4,1868 J 1kpm = 9,81J 1PS = 736W Leistung P: - [W ] = [V ⋅ A] P =U ⋅ I Beispiele für Leistungsgrößen: Wirkungsgrad η: Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 η= 17.03.2006 Pab Pzu − PV = Pzu Pzu Seite 8 von 31 s. Kapitel 6.4 2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen 2.1. Die Grundgesetze 2.1.1. Das Ohmsche Gesetz R= [Ω] = [V ] [A] U I - Kennlinie: - Ohmsche Widerstände - Differentieller Widerstand r: r= ↔ nichtohmsche Widerstände ∆U ∆I 2.1.2. 1. Kirchhoffscher Satz (1.KS) Σ Izu = Σ Iab 2.1.3. 2. Kirchhoffscher Satz (2.KS) Σ UQuelle = Σ UVerbraucher 2.2. Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen 2.2.1. Reihenschaltung von Widerständen n R ges = ∑ Ri Gesamtwiderstand: I Uges i =1 Strom: I = I 1 = I 2 = ... Gesamtspannung: U ges = ∑ U i R1 R2 R3 n U1 U2 i =1 2.2.2. Spannungsteiler U1 R1 = = .... U2 R2 - unbelasteter Spannungsteiler belasteter Spannungsteiler Potentiometerschaltung Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 9 von 31 s. Bild zu Kapitel 2.2.1. U3 2.2.3. Parallelschaltung von Widerständen Gesamtwiderstand: n 1 1 =∑ R ges i =1 Ri zwei parallele Widerstände: R ges = n gleiche Widerstände: Rges U R1 ⋅ R 2 R1 + R2 I ges I1 R = n I2 n R2 I3 I ges = ∑ I i Gesamtstrom: R1 R3 i =1 Spannung: U = U 1 = U 2 = ... 2.2.4. Stromteiler I1 G1 = = .... I2 G2 s. Bild zu Kapitel 2.2.3. 2.2.5. Zusammengesetzte Schaltungen - Beispiele: s. Vorlesung Beispiel a) Beispiel b) A A Beispiel c) Beispiel d) A 5 1 1 1 3 B 2 2 B . Rges = 1,5 R 8 5 4 2 . Rges = 1,47 R Seite 10 von 31 7 6 . Y / ∆ - Umwandlung 17.03.2006 3 Rges = 1,73 R Rges = 0,67 R Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 1 A 7 . B - 9 3 3 2 6 2.3. Berechnung von Strömen und Spannungen in linearen Netzen 2.3.1. Anwendung der Grundgesetze - Begriffe: - Knoten werden durch Knotenpunktgleichungen (1.KS) beschrieben - Zweige werden durch Maschengleichungen (2.KS) beschrieben Beispiel für eine Knotengleichung: Beispiel für eine Maschengleichung: U1 I1 I1 I3 I4 I2 R1 Ua I8 I2 U6 U2 I4 Umlauf R3 R6 U5 I1 + I2 + I3 − I4 = 0 I3 R2 R5 I6 U4 R4 I7 Ub U3 I5 − U2 + Ub − U3 + U4 + U5 + U6 − Ua − U1 = 0 Für ein Netz mit n Knoten können (n-1) linear unabhängige Knotenpunktgleichungen aufgestellt werden. Für ein Netz mit k Zweigen und n Knoten können (k - (n -1)) linear unabhängige Maschengleichungen aufgestellt werden. - - Lösungsschema zur Berechnung linearer Netze: - Schaltplan vereinfachen - Spannungspfeile für Quellen einzeichnen - Strompfeile einzeichnen - (n-1) Knotenpunktgleichungen aufstellen - (k - (n -1)) Maschengleichungen aufstellen EDV- gestützte Berechnungsverfahren: 2.3.2. Anwendung des Maschenstromverfahrens Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 11 von 31 3. Der Widerstand als elektrisches Bauelement 3.1. - Kennzeichnung Nennwert und Toleranz von Widerständen Verlustleistung von Widerständen IEC- Normzahlenreihen: Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 12 von 31 Farbcodierung von Widerständen: Farbe zählende Ziffer schwarz 0 braun 1 rot 2 orange 3 gelb 4 grün 5 Multiplikator Toleranz in % 10 0 — 10 1 ±1 10 2 ±2 10 3 — 10 4 — 10 5 ± 0,5 ± 0,25 blau 6 10 6 violett 7 10 7 ± 0,1 10 8 — 10 9 — 10 -1 ±5 10 -2 ± 10 grau 8 weiss 9 gold — silber — keine — — ± 20 Beispiel: R = 470 Ω ± 5% - Belastbarkeit von Widerständen P= ϑO − ϑU Rϑ ϑo := Oberflächentemperatur ϑU := Umgebungstemperatur Rϑ := Wärmewiderstand 6,25 . PNenn für t > 5s - Überlastung: - PNenn = f(Baugröße) s.a. Kapitel 3.2 Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 13 von 31 3.2. Bauformen von Festwiderständen - Drahtwiderstände - Kohleschichtwiderstände - Metallschichtwiderstände - Metalloxidwiderstände Baugröße von Festwiderständen: Bauformen von einstellbaren Widerständen - Potentiometer - Trimmer - Widerstandscharakteristik - Bauformen (s. Labor) 3.3. Nichtlineare Widerstände - Einsatzbereiche Elektronik Sensortechnik - Heißleiter (NTC-Widerstände) - Kaltleiter (PTC-Widerstände) - Spannungsabhängige Widerstände (VDR- Widerstände) - Dehnmessstreifen (DMS) - s. weiterführende Vorlesungen: Messtechnik Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 14 von 31 4. Spannung-, Strom- und Widerstandsmessung 4.1. Analoge Messwerke - Prinzip: Messen geschieht durch Vergleichen Verglichen wird: Drehmoment hervorgerufen durch Messstrom I und Gegenmoment hervorgerufen durch Spiralfeder Notwendigkeit von Dämpfungseinrichtungen - Allgemeiner mechanischer Aufbau: - Verschiedenartige Messwerke - Drehspulmesswerk - Eigenschaften - Einsatzbereiche Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 Dreheisenmesswerk - Eigenschaften - Einsatzbereiche 17.03.2006 Seite 15 von 31 elektrodynamisches Messwerk (Produktenmesser) - Kreuzspulmesswerk (Quotientenmesser) - Eigenschaften - Einsatzbereiche Eigenschaften Einsatzbereiche - Vibrationsmesswerk (Frequenzmesser) - Eigenschaften - Einsatzbereiche Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 16 von 31 Leistungsfaktormesswerk (cos ϕ - Messer) - Eigenschaften - Einsatzbereiche Induktionszähler (Wh- Zähler) - Eigenschaften - Einsatzbereiche 4.2. - Messfehler, Genauigkeitsklassen DIN VDE 0410 Messfehler F: F= Aa –Aw - Zulässiger Anzeigefehler f (Genauigkeitsklasse): f= - Aa : = angezeigter Wert Aw : = wahrer Wert Beispiel: USE= 250V Aa − A w ⋅ 100% AEnd Klasse = 1 Uangezeigt = 150V Ergebnis: 147,5V < Uwahr < 152,5V 4.3. Empfindlichkeit, Eigenverbrauch und innerer Widerstand Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 17 von 31 4.4. Kennzeichnung von Messwerken - Skalenbeschriftungen von Messwerken nach DIN 43802 - Skalen von Messwerken nach DIN 43802 Schalttafelinstrumente Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Feinmessinstrumente Seite 18 von 31 - 4.5. Ursache der Paralaxe - Nullpunkteinstellung Messbereichserweiterung 4.5.1. Strombereichserweiterung (s.a. Labor) UM UM:= max. Messwerkspannung IM RN = I IN RM ⋅ IM I − IM IM:= max. Messwerkstrom RM:= Messwerkwiderstand RN RN:= Nebenwiderstand (Shunt) 4.5.2. Spannungsbereichserweiterung (s.a. Labor) U RV I UM RV = RV U − UM ⋅ RM UM U 4.6. Widerstandsmessung UBat. I RV:= Vorwiderstand R angezeigt UBat.:= Batteriespannung UBat . − UM RV = IM RV RX Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 19 von 31 RX:= Messwiderstand 4.6.1. Spannungsrichtige Messung (s.a. Labor) 4.6.2. Stromrichtige Messung (s.a. Labor) 4.6.3. Ohmmeterschaltung (s.a. Labor) 4.6.4. Vielfachmessgerät (s.a. Labor) 4.7. Messverfahren 4.7.1. Wheatestonesche Messbrücke (s.a. Labor) RX = RN RX RN, R1, R2:= Brückenwiderstände R2 ⋅ RN R1 RX:= unbekannter Widerstand R1 R2 4.7.2. Kompensationsverfahren (s.a. Labor) UX RX = UMess R2 ⋅ RN R1 4.7.3. Innenwiderstandsmessung (s.a. Labor) M U0 Ri I RL RLast Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 UVergleich 17.03.2006 Ri = UM IRL Seite 20 von 31 5. Spannungsquellen 5.1. Arten der Spannungserzeugung 5.1.1. Thermoelektrizität Thermospannungen in mV (Mittelwerte gegen Platin bei 100 K Temperaturunterschied): Metall Thermospannungen Metall Thermospannungen Wismut Konstantan Nickel Palladium Quecksilber Platin Graphit Aluminium Magnesium Zinn Tantal Indium Gold -7,1 -3,26 -1,57 -0,28 -0,20 0 +0,22 +0,39 +0,42 +0,42 + 0,425 +0,67 +0,68 Zink Manganin Silber Kupfer Wolfram V2A-Stahl Kadmium Molybdän Eisen Chromnickel Antimon Silizium Tellur +0,69 +0,70 +0,73 +0,75 +0,77 +0,77 +0,89 + 1,24 +1,88 + 2,20 +4,78 +44,80 +50,00 5.1.2. Photoelektrizität 5.1.3. Piezoelektrizität 5.1.4. Berührungselektrizität 5.1.5. Elektrizitätserzeugung - Influenz - Magnetische Induktion (s. Kapitel 9) - Chemische Umsetzung (s. Kapitel 7) Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 21 von 31 5.2. - Verhalten von Spannungsquellen Bestimmung des Betriebsverhaltens (Generatorkennlinie) 5.2.1. Spannungsquellenersatzschaltbild (ESB) aussagefähigeres ESB: I er Le U0 U0 f lau UK Ri UK RLast r Ku 0 0 Klemmenspannung UK: I z s hlu c s s IK [V ] U K = U 0 − I ⋅ Ri Leerlaufspannung U0: UK =U0 [V ] Kurzschlussstrom IK: IK = U0 Ri [A] - Bestimmung des Arbeitspunktes aus Generator- und Verbraucherkennlinie - Messtechnische Bestimmung des Arbeitspunktes 5.2.2. Stromquellenersatzschaltbild (ESB) IK Ii Ri I Uk er Le U0 R Last f lau UK r Ku 0 0 5.2.3. Leistungsanpassung 5.2.4. Schaltungen von Spannungserzeugern - Reihenschaltung - Parallelschaltung Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 22 von 31 I IK z s hlu sc s 6. Wirkung des elektrischen Stromes, Energieumwandlung 6.1. - Wärmewirkung Joulesches Gesetz: t Wel . = ∫ u ⋅ i ⋅ dt = 0 - - 1 Q ⋅U 2 Technische Anwendungen: Thermische Energiegleichung: m:= Masse [kg ] Wärmeenergien W: W = m ⋅ cW ⋅ ∆ϑ 6.2. Chemische Wirkung (s.a. Kap.7) 6.3. Magnetische Wirkung (s.a. Kap.9) 6.4. Wirkungsgrad η - Arbeitswirkungsgrad ηW: W Verl. W zu - kWs cw:= spezifische Wärme kg ⋅ K ∆ϑ:= Temperaturdifferenz [K ] W ab ηW W W − WVerl . = ab = zu Wzu Wzu W zu := zugeführte Energie [Ws ] W Verl.:= Verlustenergie [Ws ] W ab := Nutzenergie [Ws ] Leistungswirkungsgrad ηP: ηP = Pab P − PV = zu Pzu Pzu - Wirkungsgrad = f(Ri und RLast): - Wirkungsgrade technischer Geräte: Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Leistungsanpassung (s.a. Kapitel 5.2.1.) Seite 23 von 31 7. Elektrochemische Vorgänge 7.1. Elektrolyse 7.2. - Leiter 1.Klasse ↔ Leiter 2.Klasse - Chemischer Prozess in Leitern 2.Klasse: Elektrolyse - Ursache der Elektrolyse: Dissoziation - Beispiele für die Dissoziation - Technische Anwendung der Elektrolyse Faradaysches Gesetz m := umgesetzte Stoffmenge [kg ] c := el.-chem.Äquivalent M := Molekulargewicht w := Wertigkeit m = c ⋅I ⋅t c= 7.3. 10 −8 kg M ⋅ ⋅ 0,965 A ⋅ s w Element Abkürzung Wasserstoff Natrium Aluminium Chrom Eisen Eisen Nickel Nickel Kupfer Kupfer Silber Zink Kadmium Gold Quecksilber Quecksilber Blei Hydroxyl Sauerstoff Chlor Nitrat Sulfat Bleisuperoxyd H+ Na+ Al+++ Cr Fe++ Fe++ Ni++ Ni+++ Cu+ Cu++ Ag+ Zn++ Cd++ Au+++ Hg+ Hg++ Pb++ OH0-ClNO3SO4-PbO2-- Molekulargewicht Wertigkeit 1,008 23,00 26,97 52,01 55,84 55,84 58,69 58,69 63,57 63,57 107,9 65,38 112,4 197,1 200,6 200,6 207,2 17,01 16,00 35,46 62,01 96,06 239,2 1 1 3 3 2 3 2 3 1 2 1 2 2 3 1 2 2 1 2 1 1 2 2 Widerstand des Elektrolyten - Vergleich zu Leitern 1.Klasse - R= f(Konzentration) - Temperaturkoeffizient Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 24 von 31 7.4. Polarisation U ⋅ I = I 2 ⋅ R + PP P P = UP ⋅ I 7.5. U ⋅ I := zugeführte elektrische Leistung I 2 ⋅ R := Wärmeleistung PP := Polarisationsleistung UP := Polarisationsspannung Elektrochemische Spannungserzeugung 7.5.1. Elektrodenpotential - Elektrodenpotential = f(Material, Elektrolyt, Konzentration, Temperator) - Elektrodenpotential ≠ f(Eintauchtiefe) - 7.5.2. Elektrochemische Spannungsreihe Normalpotentiale gegen Wasserstoff als Vergleichselektrode bei 18°C in 1-molarer Salzlösung gemessen: Element ∆U [V ] Lithium Kalium Natrium Magnesium Aluminium Zink Chrom Eisen Kadmium Indium Nickel Zinn Blei Wasserstoff Antimon Wismut Kupfer Sauerstoff Kohlenstoff Quecksilber Silber Platin Gold -2,96 -2,92 -2,71 -1,87 -1,66 -0,76 -0,74 -0,44 -0,41 -0,35 - 0.25 -0,14 -0,13 0 + 0,2 +0,23 +0,340 +0,393 +0,74 +0,78 +0,80 +1,20 +1,50 Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 25 von 31 7.5.3. Primärelemente Bauformen von Primärzellen des Systems „Zink-Braunstein“ nach DIN 40855 Rundzelle Flachzelle (Blockbatterie) Spannungs- Strom- Kennlinie (Belastungskennlinie) Knopfzelle Entladekennlinie Vergleich verschiedener Systeme Energiedichte Entladungskennlinien (qualitativ) Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 26 von 31 7.5.4. Sekundärelemente Bauformen von Sekundärzellen nach DIN 40729: Bleibatterien NiCd- Batterien Gebräuchlichste Akkusysteme: **) gültig für 20°C. Die Selbstentladung steigt erheblich mit der Temperatur. Batterien daher kühl lagern! Bei Batterien im ,,Bereitschafts-Parallelbetrieb", die ständig mit dem Ladegerät verbunden sind, führt man nach dem Laden zum Ausgleich der Selbstentladung noch eine ,,Erhaltungsladung" durch. Zumindest bei NiCd- und NiMH-Akkus sollte dies in gepulster Form geschehen, da ein kontinuierlicher Ladestrom über längere Zeit zu Kapazitätsminderung führt. ***) Ladeschlussspannung ULS und Entladeschlussspannung UES sind Grenzwerte, siehe Herstellerangaben. Seit 1990 stellen auch einige Firmen Alkali-Mangan-Zellen (,,Alkaline") als Sekundärzellen her. Diese sind kompatibel zu den herkömmlichen Primärzellen mit 1,5 V Nennspannung, tiefentladefest bis 0,8 V und haben nur eine Selbstentladungsrate von 3%/ Jahr. Lade- und Entladezyklus von Pb- und NICd- Akkus: Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 27 von 31 Kennwerte: - Kapazität [Ah] = f(Material, Plattengröße, IEntlade) - Wirkungsgrad: ηWh ↔ ηAh - Ladestrom - Innenwiderstand - Verlauf der Lade- und Entladespannungskurve (beim Bleiakku) - Vor- und Nachteile: Bleiakkus ↔ Stahlakku - Wartungs- und Betriebsvorschriften - Ladeeinrichtungen 7.5.5 Brennstoffzelle Quelle: E.Hering, Grundwissen des Ingenieurs, Fachbuchverlag Leipzig Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 28 von 31 Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 29 von 31 Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 30 von 31 7.5.6. Elektrochemische Korrosion Ursache: - Beispiele - Abhilfe: elektrochemischer Korrosionsschutz: Opferanode Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 elektrischer Korrosionsschutz: Seite 31 von 31