Elektrotechnik und Elektronik : für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker ; mit 132 Aufgaben mit Lösungen

Elektrotechnik und Elektronik, 4ed, 2006......Page 2
Inhaltsverzeichnis......Page 8
1.1 Feldbegriff. Darstellung von Feldern......Page 14
1.2.1 Ladung. Strom. Stromdichte......Page 16
1.2.2 Potenzial. Spannung. Feldstärke......Page 21
1.2.3 Elektrischer Widerstand. Ohmsches Gesetz......Page 26
1.2.4 Der elektrische Stromkreis......Page 28
1.2.5 Die Gesetze von Kirchhoff......Page 30
1.3.1 Entwicklung aus dem Strömungsfeld......Page 32
1.3.2 Kenngrößen des elektrostatischen Feldes......Page 34
1.3.3 Kapazität. Kondensatoren......Page 36
1.3.4 Kondensatorstrom......Page 37
1.3.5 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld......Page 38
1.4 Übungsaufgaben......Page 40
2.1 Magnetische Erscheinungen......Page 42
2.2.1 Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte......Page 44
2.2.2 Durchflutung. Magnetische Spannung. Magnetischer Widerstand......Page 45
2.2.3 Die magnetische Feldstärke......Page 47
2.3 Das Durchflutungsgesetz......Page 48
2.4.1 Die Permeabilität. Einteilung der Stoffe......Page 51
2.4.2 Hystereseschleife und Magnetisierungskurve......Page 52
2.5.1 Grundlagen. Der Versuch von Faraday......Page 56
2.5.2 Anwendungen des Induktionsgesetzes......Page 62
2.6.1 Selbstinduktion......Page 64
2.6.2 Gegeninduktion......Page 67
2.7.2 Kraftwirkungen im magnetischen Feld 2.7.2.1 Kräfte an Grenzflächen......Page 69
2.7.2.2 Kräfte auf stromdurchflossene Leiter......Page 70
2.8 Übungsaufgaben......Page 72
3 Die passiven Bauelemente der Elektrotechnik......Page 76
4.1.1 Der elektrische Widerstand......Page 77
4.1.2 Lineare und nichtlineare Widerstände......Page 78
4.1.3 Energie und Leistung im Gleichstromkreis......Page 79
4.1.4 Der Grundstromkreis......Page 80
4.1.5 Leistungsumsatz im Stromkreis......Page 84
4.2.1 Vereinfachung von Widerstandsnetzwerken......Page 86
4.2.2 Teilerregeln 4.2.2.1 Die Stromteilerregel......Page 90
4.2.2.2 Die Spannungsteilerregel......Page 91
4.2.3 Berechnung verzweigter Stromkreise mittels der Gesetze von Kirchhoff......Page 93
4.3 Übungsaufgaben......Page 96
5.1 Erzeugung von Wechselstrom. Bestimmungsgrößen......Page 99
5.2.1 Zeitliche Mittelwerte......Page 100
5.2.2 Zählpfeile......Page 102
5.3 Darstellung sinusförmiger elektrischer Größen im Zeigerdiagramm......Page 103
5.4 Spannungs- und Stromzeiger bei den Grundschaltelementen......Page 105
5.5.1 Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand......Page 106
5.5.2 Parallelschaltung von Spule und Widerstand......Page 107
5.5.3 Gemischte Schaltung......Page 108
5.6 Die komplexe Darstellung von Zeigern......Page 109
5.7 Komplexe Zeiger der Grundschaltelemente......Page 111
5.8.1 Komplexer Widerstand......Page 113
5.8.2 Komplexer Leitwert......Page 118
5.9 Wirk- und Blindkomponenten von Spannung und Strom......Page 119
5.10 Wechselstromleistung......Page 120
5.11.1 Erzeugung von Drehstrom......Page 124
5.11.2 Die Verkettung des Drehstromsystems......Page 126
5.11.3 Spannungen und Ströme im symmetrischen Drehstromsystem......Page 128
5.11.4 Drehstromleistung......Page 131
5.12 Übungsaufgaben......Page 132
6.1 Die Schaltgesetze......Page 137
6.2 Aufladung eines Kondensators......Page 138
6.3 Kurzschluss einer stromdurchflossenen Spule......Page 141
6.4 Entladung eines Kondensators in einem Reihenschwingkreis......Page 143
6.6 Übungsaufgaben......Page 146
7.1 Einleitende Bemerkungen......Page 148
7.2.1 Eigenleitung......Page 150
7.2.2 Störstellenleitung......Page 152
7.2.3 Eigen- und Störstellenleitung im Bändermodell......Page 153
7.2.4 Der pn-Übergang......Page 156
7.3.1 Halbleiterwiderstände......Page 158
7.3.2 Halbleiterdioden 7.3.2.1 Aufbau. Kennlinien. Typen......Page 159
7.3.2.2 Diode als Gleichrichter......Page 162
7.3.3 Transistoren......Page 164
7.3.3.1 Bipolartransistoren......Page 165
7.3.3.2 Feldeffekttransistoren......Page 169
7.3.3.3 Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs)......Page 172
7.3.3.4 Betriebsarten von Transistoren......Page 173
7.3.3.5 Transistoren als Verstärker......Page 175
7.3.3.6 Transistoren als Schalter......Page 178
7.3.4 Thyristoren 7.3.4.1 Aufbau und Wirkungsweise. Typen......Page 179
7.3.4.2 Thyristoren als gesteuerte Gleichrichter......Page 182
7.3.5.1 Lichtempfangende Bauelemente......Page 185
7.3.5.2 Lichtaussendende Bauelemente......Page 187
7.3.5.3 Andere optoelektronische Bauelemente......Page 188
7.4.1 Einführung. Arten und Wirkungsweise von Stromrichtern......Page 189
7.4.2.1 Gleichrichter mit Dioden (Ungesteuerte Gleichrichter)......Page 192
7.4.2.2 Gleichrichter mit Thyristoren (Gesteuerte Gleichrichter)......Page 194
7.4.3 Wechselrichter......Page 202
7.4.4 Gleichstromumrichter......Page 203
7.4.5 Wechselstromumrichter. Frequenzumrichter......Page 204
7.5.1 Einführung......Page 207
7.5.2 Analoge und digitale Größen und Signale......Page 208
7.5.3 Analogschaltungen 7.5.3.1 Wechselspannungsverstärker......Page 211
7.5.3.2 Operationsverstärker......Page 212
7.5.3.3 Schwingungserzeuger......Page 213
7.5.4.1 Kombinatorische Schaltungen......Page 214
7.5.4.2 Sequenzielle Schaltungen......Page 218
7.6.1 Schaltungsintegration......Page 221
7.6.2 Schaltkreisfamilien......Page 223
7.6.3 Mikroprozessoren und Mikrorechner 7.6.3.1 Komponenten des Mikrorechnersystems......Page 224
7.6.3.2 Mikrorechner als Prozessrechner......Page 232
7.6.3.3 Weitere Ergebnisse der Mikrorechentechnik......Page 237
7.7 Übungsaufgaben......Page 238
8.1 Einleitung......Page 242
8.2.1 Aufbau und Funktionsprinzip......Page 243
8.2.2 Erregung der Gleichstrommaschine......Page 245
8.2.3 Der Gleichstromnebenschlussmotor 8.2.3.1 Ersatzschaltbild und Kennlinien......Page 246
8.2.3.2 Drehzahlstellung......Page 249
8.2.3.3 Anlassen und Bremsen......Page 250
8.2.4 Der Gleichstromreihenschlussmotor......Page 253
8.3.1 Grundsätzlicher Aufbau und Funktionsprinzip......Page 254
8.3.2 Der ideale Transformator 8.3.2.1 Definition und Ersatzschaltbild......Page 255
8.3.2.2 Induzierte Spannung und Klemmenspannung......Page 256
8.3.2.3 Zeigerdiagramme und Wirkungsweise......Page 257
8.3.2.4 Widerstandstransformation......Page 260
8.3.3 Der technische Transformator 8.3.3.1 Ersatzschaltbild......Page 261
8.3.3.2 Spezielle Betriebsfälle......Page 263
8.3.3.3 Betriebsverhalten......Page 266
8.3.4 Drehstromtransformatoren......Page 269
8.3.5 Spezielle Transformatortypen......Page 271
8.4.1 Das Drehfeld......Page 272
8.4.2 Arten von Drehfeldmaschinen......Page 274
8.4.3 Der Drehstromasynchronmotor 8.4.3.1 Aufbau......Page 276
8.4.3.2 Ersatzschaltbild......Page 278
8.4.3.3 Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie......Page 279
8.4.3.4 Drehzahlstellung......Page 281
8.4.3.5 Anlassen von Asynchronmotoren......Page 283
8.4.4 Die Synchronmaschine 8.4.4.1 Ersatzschaltbild......Page 284
8.4.4.2 Betrieb am starren Drehstromnetz......Page 286
8.4.4.3 Inselbetrieb des Synchrongenerators......Page 291
8.4.4.4 Spezielle Typen von Synchronmotoren......Page 292
8.5.2 Grundgesetze elektrischer Antriebe 8.5.2.1 Die Bewegungsgleichung......Page 293
8.5.2.2 Stabilität stationärer Arbeitspunkte......Page 296
8.5.2.3 Wellenlast bei Übertragungsgliedern......Page 297
8.5.3 Betriebsarten elektrischer Maschinen 8.5.3.1 Motorwicklungserwärmung......Page 298
8.5.3.2 Nennbetriebsarten......Page 300
8.5.3.3 Motorauswahl......Page 301
8.5.4 Ein- und Mehrquadrantenantriebe......Page 302
8.5.5 Regelung elektrischer Antriebe......Page 304
8.5.6 Ergänzende Bemerkungen......Page 306
8.6 Übungsaufgaben......Page 307
9.1 Einleitung......Page 310
9.2 Überblick zu Kraftwerken......Page 311
9.3 Elektrotechnische Komponenten eines Kraftwerkes......Page 317
9.4 Übertragungssysteme für elektrische Energie......Page 321
9.5.1 Spannungsebenen......Page 322
9.5.2 Drehstromleitungen 9.5.2.1 Die Leitungsgleichungen......Page 323
9.5.2.2 Übertragung auf Hoch- und Höchstspannungsleitungen (Fernübertragung)......Page 325
9.5.2.3 Übertragung auf Mittel- und Niederspannungsleitungen......Page 328
9.5.2.4 Praktische Ausführung von Drehstromleitungen......Page 331
9.5.3 Netzgestaltung 9.5.3.1 Sternpunktbehandlung in Drehstromnetzen......Page 336
9.5.3.2 Netzstrukturen......Page 338
9.6.1 Arten von Schaltanlagen......Page 339
9.6.2 Schaltgeräte der elektrischen Energietechnik 9.6.2.1 Schalten von Wechselstrom......Page 340
9.6.2.2 Niederspannungsschaltgeräte......Page 341
9.6.2.4 Hochleistungssicherungen......Page 344
9.6.3 Praktische Ausführung von Schaltanlagen......Page 345
9.7.1 Gefährdung des Menschen......Page 347
9.7.2 Schutzmaßnahmen......Page 348
9.8 Übungsaufgaben......Page 350
10.2 Grundlegende Begriffe der elektrischen Messtechnik......Page 353
10.3.1 Drehspulmesswerk......Page 356
10.3.2 Dreheisenmesswerk......Page 357
10.3.4 Induktionsmesswerk......Page 358
10.4.1 Vielfachmesser......Page 359
10.4.2 Elektronenstrahloszilloskope......Page 361
10.4.3 Registriergeräte......Page 364
10.4.4 Zählmessgeräte......Page 366
10.5.1 Messung von Strom und Spannung......Page 368
10.5.2 Messung von Widerständen und Impedanzen......Page 369
10.5.3 Messung der elektrischen Leistung......Page 370
10.5.4 Zeit- und Frequenzmessung......Page 372
10.6.2 Messung von Wegen und Winkeln......Page 373
10.6.3 Messung von Kräften und Momenten......Page 375
10.6.4 Drehzahlmessung......Page 376
10.6.5 Temperaturmessung......Page 377
10.7 Störbeeinflussung von Messkreisen......Page 378
10.8 Übungsaufgaben......Page 380
Abschnitt 1......Page 382
Abschnitt 2......Page 383
Abschnitt 5......Page 386
Abschnitt 7......Page 389
Abschnitt 8......Page 392
Abschnitt 9......Page 394
Abschnitt 10......Page 395
Anwendungen......Page 397
Sachwortverzeichnis......Page 399