m - Hochschule Bremerhaven

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
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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
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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
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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
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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:
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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) )
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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=
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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
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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
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Seite 11 von 31
3.
Der Widerstand als elektrisches Bauelement
3.1.
-
Kennzeichnung
Nennwert und Toleranz von Widerständen
Verlustleistung von Widerständen
IEC- Normzahlenreihen:
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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
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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
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elektrodynamisches Messwerk
(Produktenmesser)
-
Kreuzspulmesswerk (Quotientenmesser)
- Eigenschaften
- Einsatzbereiche
Eigenschaften
Einsatzbereiche
-
Vibrationsmesswerk (Frequenzmesser)
- Eigenschaften
- Einsatzbereiche
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1
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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
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4.4.
Kennzeichnung von Messwerken
-
Skalenbeschriftungen von Messwerken nach DIN 43802
-
Skalen von Messwerken nach DIN 43802
Schalttafelinstrumente
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1
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Feinmessinstrumente
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-
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg
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Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg
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7.5.6. Elektrochemische Korrosion
Ursache:
-
Beispiele
-
Abhilfe:
elektrochemischer
Korrosionsschutz:
Opferanode
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elektrischer Korrosionsschutz:
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