Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol

Fakultät II Abteilung Maschinenbau
E-Labor im WS / SS
Versuch Nr. 2(M)
Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol
Gruppe:
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Vorname
Matr.-Nr.
Semester
Verfasser(in)
Teilnehmer(in)
Teilnehmer(in)
BITTE ANKREUZEN
Messprotokoll
Versuchsbericht
Professor(in) / Lehrbeauftragte(r):
Datum der Durchführung:
Vortestat
FH Hannover E-Labor
Abschlusstestat
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Hannover
E-Labor
Kennlinienüberlagerung
aktiver/passiver Zweipol
Versuch Nr.
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2(M)
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1 Vorbereitung
a) Leiten Sie für einen Grundstromkreis, bestehend aus der linearen Spannungsquelle mit der
Quellenspannung Uq, dem Innenwiderstand Ri sowie dem Lastwiderstand Ra, die Kennlinie
Ua = f(I) des aktiven Zweipols her. (Ua ist die Spannung am Widerstand Ra.)
Zeichnen Sie hierfür das Schaltbild mit Bezugspfeilen.
b) Stellen Sie die Kennlinie Ua = f(I) grafisch dar.
c) Berechnen Sie die Leistung Pa im Widerstand Ra (Ra = 0 ... ∞) und zeichnen Sie Pa = f(I) in das
unter b) erstellte Diagramm ein.
d) Für welches Verhältnis von Ra/Ri ergibt sich die maximale Leistung in Ra?
Literaturangaben: siehe Abschnitt 4
Verwendete Geräte und Bauteile
Netzteil
Spannungsmesser für U1 (Digitalmultimeter)
Spannungsmesser für U2 (Digitalmultimeter)
Strommesser (Digitalmultimeter)
Widerstandsmesser (Digitalmultimeter)
Widerstand R1 (Nennwert 50 Ω)
Kennzeichnung
Schiebewiderstand R2 (Nennwert 1 kΩ)
Schalter S
Glühlampe La (4 V / 0,04 A)
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Versuch Nr.
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2 Kennlinie einer linearen Gleichspannungsquelle
a) Messen Sie zunächst mit dem Widerstandsmesser:
Ω
R1 =
Ω
Ria =
Bauen Sie dann erst die Schaltung nach Bild 1 auf.
Einschalten der Spannung U1 erst nach Festlegung und Freigabe durch Versuchsleiter(in)!
Eingestellter Wert U1(max. 10 V !):
U1 =
V
Mit der konstanten Spannung U1 des Netzgerätes wird die Quellenspannung Uq
und mit den Widerständen (R1 + Ria) wird der Innenwiderstand Ri
einer linearen Spannungsquelle LS nachgebildet. R2 ist als Lastwiderstand (Ra) angeschlossen.
Netzgerät
R1
A
Ria
I
V
V
U1
R2
S
1
2
U2
Bild 1
Durch die Verstellung von R2 (0 ... R2max) wird die Belastung der Spannungsquelle LS verändert.
Bei R2 = 0 wird gemessen:
Imax =
mA
In Schalterstellung 2 wird das Verhältnis von I/Imax laut Tabelle (Seite 4) eingestellt
und U2 gemessen.
In Schalterstellung 1 wird der zugehörige Wert für R2 gemessen.
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Tabelle 1: Messwerte und errechnete Leistung:
I/Imax
1,0
0,8
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,........
I in mA
U2 in V
R2 in Ω
P2 = U2⋅I in mW
b) Zeichnen Sie U2 = f (I) und P2 = f (I) in ein gemeinsames Diagramm.
Schätzen Sie ab, für welchen Widerstand R2 das Maximum von P2 auftritt.
Welche Abweichung ergibt sich zum theoretisch zu erwartenden Wert? (Vgl. Vorbereitung 1.d)
c) Stellen Sie die mathematische Gleichung für U2 = f (I) auf.
3 Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol
a) Zeichen Sie in ein neues Diagramm die Kennlinie der unter Punkt 2 untersuchten
Spannungsquelle LS in der Form I = f (U2) zusammen mit der Widerstandskennlinie
für den Wert von R2 = 100 Ω ein.
Lesen Sie aus dem Diagramm die Werte für U2 und I am Schnittpunkt (sp) ab:
U2sp =
V
Isp =
mA
Stellen Sie R2 = 100 Ω ein und messen Sie für diese Einstellung zur Kontrolle
die Werte für U2 und I (mw = Messwert):
U2mw =
V
Imw =
mA
Welche Abweichung in Prozent, bezogen auf die aus dem Diagramm abgelesenen Werte ergibt
sich?
b) Glühlampe als passiver Zweipol
Messen Sie zunächst mit dem Widerstandsmesser den Kaltwiderstand der Glühlampe La:
RLa kalt =
Ω
Spannung am Netzgerät auf Null drehen; abschalten!
Bauen Sie die Schaltung nach Bild 2 (Seite 5) auf.
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Einschalten der Spannung U1 erst nach Freigabe durch Versuchsleiter(in)!
Netzgerät
R1
I
A
Ria
V
V
U1
La
U2
Bild 2c) Ermitteln Sie durch eine Messreihe die Kennlinie I = f (U2) der Glühlampe La.
U2 in V
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,25
0
I in mA
U1 in V
RLa in Ω
(Letzte Zeile berechnen: RLa = U2 / I.
Bei U2 = 0: Kaltwiderstand einsetzen.)
Warum ist der Einfluss des Spannungsmessers für U2 auf den Strom vernachlässigbar?
d) Überbrücken Sie die Lampe mit einer Kurzschlussverbindung und messen Sie für U1 = U1max den
Kurzschlussstrom.
Ik =
mA
e) Zeichnen Sie die Lampenkennlinie I = f (U2) zusammen mit der Kennlinie der Spannungsquelle
für die Quellenspannung Uq = U1max in ein Diagramm.
Überprüfen Sie, ob sich die beiden Kennlinien bei U2 = 4 V schneiden und begründen Sie
auftretende Abweichungen.
4 Literatur
[1] Constantinescu-Simon, L. (Hrsg.): Handbuch Elektrische Energietechnik. Grundlagen,
Anwendungen. 2. Auflage. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg 1997
(Insbesondere: 2.2 und 2.5.1)
[2] Flegel, Birnstiel, Nerreter: Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik. 8. Auflage.
München: Hanser 2004
[3] Linse, Fischer: Elektrotechnik für Maschinenbauer. Grundlagen und Anwendungen. 11. Auflage.
Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden: Teubner 2002
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