Grundlagen der Elektrotechnik

Für die Ausbildung an Fachoberschulen und Technikerschulen

Fachbuch , 2015 , 358 Seiten

Elektrotechnik

Das vorliegende Skript wurde als ergänzendes Hilfsmittel zum Thema "Grundlagen der Elektrotechnik" entworfen und niedergeschrieben. Es enthält alle relevanten Themengebiete der oben angegebenen Veranstaltung. Die Themen sind in der Reihenfolge der Unterrichte gestaffelt.

Die Inhalte orientieren sich an den Lehrstoffinhalten für die technische Ausbildung von Technikern (Fachrichtung Elektrotechnik) und Fachoberschulen (Technik). Die Themengebiete sind klassisch gestaffelt und behandeln die Gleichstromlehre, Magnetisches und Elektrisches Feld, sowie Wechsel- und Drehstromlehre. In jedem Teilgebiet können die Lernerfolge mittels Übungsaufgaben kontrolliert werden. Benötigte mathematische Grundlagen werden teilweise hergeleitet und erläutert. Bei Interesse am tieferen Verständnis von mathematischen Zusammenhängen ist es empfehlenswert entsprechende Literatur heranzuziehen. Der Fokus des vorliegenden Skripts liegt auf der elektrotechnischen Erläuterung der benannten Inhalte.

Das Skript hat bezüglich der zu absolvierenden Abschlussprüfungen keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Der Besuch der Veranstaltungen ist somit unabdingbar, um die Prüfungen mit einer befriedigenden Leistung zu absolvieren.

Die Autoren danken den Studierenden und Schülern die während den Veranstaltungen stets kritische Rückfragen stellen und das vorliegende Skript somit kontinuierlich verbessern.

Inhaltsverzeichnis:

1 Gleichstromlehre
1.1 Aufbau des SI-Systems - Grundgrößen und Einheiten
1.2 Das Internationale Einheitensystem
1.3 Abgeleitete Einheiten:
1.4 Darstellung der abgeleiteten Einheiten durch Größengleichungen und Einheitengleichungen
1.5 Pegel, Verstärkungs- und Dämpfungsmaße:
1.6 Besonderheiten und Vorsilben der SI-Einheiten:
1.7 SI-fremde Einheiten:
1.8 Gleichungen:
1.9 Gleichstromkreise: Grundbegriffe der elektrischen Strömung
1.10 Der elektrische Strom
1.11 Stromdichte:
1.12 Die Strömungsgeschwindigkeit der Elektronen:
1.13 Die elektrische Spannung:
1.14 Elektrisches Potential:
1.15 Zusammenhang von Potential und elektrischer Spannung:
1.16 Der elektrische Widerstand:
1.17 Das ohmsche Gesetz:
1.18 Nichtlineare Widerstände
1.19 Widerstand und Temperatur:
1.20 Der verzweigte Stromkreis
1.21 Erstes Kirchhoffsches Gesetz:
1.22 Zweites Kirchhoffsches Gesetz:
1.23 Zählpfeilsysteme:
1.24 Spannungsquellen und innerer Widerstand von Spannungsquellen:
1.25 Detaillierte Betrachtung der Ersatzspannungsquelle:
1.26 Stromquellen:
1.27 Detaillierte Betrachtung der Ersatzstromquelle:
1.28 Äquivalenz von Spannungs- und Stromquelle:
1.29 Vergleich der Ersatzquellen:
1.30 Elektrische Arbeit
1.31 Elektrische Leistung
1.32 Nutzleistung, Verlustleistung und Wirkungsgrad
1.33 Leistungsanpassung, Spannungsanpassung, Stromanpassung
1.34 Energieumwandlung:
1.35 Elektrochemische Spannungsreihe:
1.36 Der verzweigte Stromkreis
1.37 Reihenschaltung linearer Widerstände
1.38 Der unbelastete Spannungsteiler
1.39 Parallelschaltung linearer Widerstände
1.40 Verhältnisse von Strömen und Widerständen bei der Parallelschaltung
1.41 Gemischte Schaltungen
1.42 Belasteter Spannungsteiler
1.43 Brückenschaltung
1.44 Stern-Dreieck Umwandlung
1.45 Knotenpunkt-Maschensatz Verfahren
1.46 Überlagerungsverfahren
1.47 Das Maschenstromverfahren

2 Magnetismus
2.1 Dauermagnete - Pole des Magneten:
2.2 Magnetostriktion:
2.3 Magnetisches Feld:
2.4 Feldlinienmodelle:
2.5 Anwendung der Dauermagnete:
2.6 Elektromagnetismus, Magnetfeld um den stromdurchflossenen Leiter:
2.7 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule:
2.8 Magnetische Größen:
2.9 Eisen im Magnetfeld einer Spule:
2.10 Magnetischer Kreis:
2.11 Der Verzweigte magnetische Kreis:
2.12 Berechnungsprinzip Scherung:
2.13 Stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld:
2.14 Stromdurchflossene Spule im Magnetfeld:
2.15 Generatorprinzip (Induktion durch Bewegung):
2.16 Induktivität:
2.17 Selbstinduktion (Induktion der Ruhe):
2.18 Lenzsche Regel:
2.19 Transformatorprinzip (idealer Transformator):
2.20 Transformatorenhauptgleichung:
2.21 Wirbelströme:
2.22 Stromverdrängung, Skineffekt:
2.23 Messwerke:
2.24 Energieinhalt der stromdurchflossenen Spule:
2.25 Reihen- und Parallelschaltung von Induktivitäten:
2.26 Induktive Kopplung:
2.27 Magnetisch gekoppelte Spulen:
2.28 Ein- und Ausschaltvorgang einer Induktivität:
2.28.1 Einschaltvorgang:
2.28.2 Ausschalten einer Induktivität:
2.29 Integrierglied:
2.30 Differenzierglied:
2.31 Kräfte zwischen parallelen, stromdurchflossenen Leitern:
2.32 Kräfte auf bewegte Ladung im Magnetfeld:
2.33 Kräfte an Grenzflächen:
2.34 Kraft auf einen Eisenkern in Zylinderspule:

3 Elektrisches Feld
3.1 Das elektrische Potential
3.2 Physikalische Vorgänge im elektrischen Feld und Kondensator (Polarisation, Influenz, Ionisation)
3.3 Polarisation:
3.4 Influenz:
3.5 Ionisation und Durchschlag:
3.6 Größen des elektrischen Feldes und des Kondensators
3.6.1 Feldstärke:
3.6.2 Ladung:
3.6.3 Verschiebungsfluß:
3.6.4 Verschiebungsflußdichte:
3.6.5 Kapazität:
3.7 Piezo-Effekt:
3.8 Elektrostrinktion:
3.9 Elektroskop:
3.10 Braunsche Röhre:
3.11 Elektrofilter:
3.12 Aufbau und Berechnung von Kondensatoren (Bauformen)
3.12.1 Plattenkondensator:
3.12.2 Keramik-Rohrkondensator (Röhrchenkondensator):
3.13 Werte für Permittivitätszahlen und Durchschlags-Feldstärken:
3.14 Grundlegendes zur Bauform von Kondensatoren:
3.15 Kapazität beim Koaxialkabel (abgeschirmtes Kabel):
3.16 Zusammenschaltung von Kondensatoren
3.16.1 Reihenschaltung:
3.16.2 Parallelschaltung:
3.17 Quer geschichtetes Dielektrikum:
3.18 Längs geschichtetes Dielektrikum
3.19 Laden und Entladen von Kondensatoren
3.19.1 Laden mit konstanter Spannung:
3.19.2 Entladen des Kondensators:
3.20 Ladung mit konstantem Strom:
3.21 Differenzierglied:
3.22 Integrierglied:
3.23 Kondensator als Energiespeicher:
3.24 Kräfte im elektrostatischen Feld:
3.25 Kraft zwischen parallelen Flächen:
3.26 Kraft zwischen Punktladungen:

4 Wechselstromgrößen:
4.1 Gleich und Wechselgrößen:
4.2 Periodische Schwingungen:
4.2.1 Größtwert:
4.2.2 Gleichwert:
4.2.3 Gleichrichtwert:
4.2.4 Effektivwert:
4.2.5 Mischspannung:
4.3 Reine Wechselgrößen:
4.3.1 Scheitelfaktor (Crestfaktor):
4.3.2 Formfaktor:
4.4 Sinusförmiger Wechselstrom:
4.4.1 Bogenmaß und Winkelgeschwindigkeit:
4.5 Mit [ n ] = 1/s (Drehzahl der Leiterschleife im Magnetfeld Rotationsfrequenz)
4.6 Induzierte Spannung:
4.6.1 Konstruktion der Sinuslinie:
4.7 Phasenverschiebung:
4.8 Effektivwert:
4.8.1 Mathematische Bestimmung des Effektivwertes:
4.8.2 Gleichwert, Gleichrichtwert:
4.8.3 Scheitelwert, Crestfaktor:
4.8.4 Formfaktor:
4.9 R, C und L an Wechselspannung:
4.9.1 R an Wechselspannung:
4.9.2 C an Wechselspannung:
4.9.3 L an Wechselspannung:
4.10 Wirkwiderstand:
4.11 Kapazitiver Blindwiderstand:
4.12 Induktiver Blindwiderstand:
4.13 Parallelkompensation:
4.14 Reihenkompensation:
4.15 Parallelresonanz:
4.15.1 Güte des Parallel-Kreises:
4.15.2 Bandbreite des Parallel-Kreises:
4.16 Reihenresonanz:
4.16.1 Güte des Reihen-Kreises:
4.16.2 Bandbreite des Reihen-Kreises:
4.17 Hochpässe:
4.18 Tiefpässe:
4.19 Pegelberechnung:

5 Komplexe Zahlen
5.1 Reelle und Imaginäre Zahlen:
5.2 Komplexe Zahlenebene:
5.3 Darstellungsformen:
5.4 Konjugiert komplexe Zahlen:
5.5 Addition und Subtraktion von komplexen Zahlen:
5.6 Multiplikation von komplexen Zahlen:
5.7 Division von komplexen Zahlen:
5.8 Potenzieren von komplexen Zahlen:
5.9 Spannung und Strom:
5.9.1 Operatoren:
5.10 Leitwert-Operatoren:
5.11 Ohmsches Gesetz:
5.12 Reihenschaltung:
5.13 Parallelschaltung:
5.14 Äquivalente Schaltungen:
5.15 Reihenschaltung von R, L und C:
5.16 Parallelschaltung von R, L und C:
5.17 Gemischte Schaltungen:
5.18 Leistung im Wechselstromkreis:
5.19 Leistungsanpassung:
5.20 Beispielaufgaben allgemein:
5.21 Abgeglichene Wechselstrombrückenschaltungen
5.22 Phasenschieberbrü>

6 Drehstrom
6.1 Geschichtliche Entwicklung
6.2 Technische Erzeugung von Drehstrom
6.3 Entstehung
6.4 Linienbilder
6.5 Komplexe Darstellung
6.6 Unverkettetes Drehstromsystem
6.7 Sternschaltung
6.8 Zeichnerische Darstellung
6.9 Spannungsverkettung
6.10 Drei- und Vierleiternetz
6.11 Strom im N-Leiter
6.12 Dreieckschaltung
6.13 Zeichnerische Darstellung
6.14 Stromverkettung
6.15 Stern- und Dreieckschaltung
6.16 Anschluß von Drehstrommotoren
6.17 Stern-Dreieck-Umschaltung
6.18 Wirkleistung
6.19 Symmetrische Last
6.20 Komplexe Berechnung
6.21 Zeigerbilder
6.22 Unsymmetrische Belastung: Sternschaltung mit N-Leiter
6.23 Sternschaltung ohne N-Leiter bzw. N-Leiter Unterbrechung
6.24 Unsymmetrische, ohmsche Last
6.25 Unsymmetrische, Komplexe Last
6.26 Unsymmetrische Belastung: Dreieckschaltung
6.27 Drehstrommotor
6.28 Drehfrequenz
6.29 Drehsinn, Drehrichtung
6.30 Drehrichtungsumkehr
6.31 Aufbau von Drehstrommotoren
6.32 Wirkungsweise
6.33 Schlupf
6.34 Hochlaufkennlinien
6.35 Anlaßverfahren
6.36 Schleifringläufermotoren
6.37 Drehzahlsteuerung

Literaturverzeichnis

• Autoren: Thomas Bertel (Autor:in), Thomas Kuberczyk (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2015
• Seiten: 358
• Katalognummer: V296327
• ISBN (eBook): 9783656948933
• ISBN (Buch): 9783656948940
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Gleichstromlehre, Magnetisches Feld, Elektrisches Feld, Wechselstromgrößen, Komplexe Zahlen, Drehstrom