Elektrotechnik und Elektronik

Elektrotechnik und Elektronik Rudolf Busch Elektrotechnik und Elektronik Für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker 7., überarbeitete Auflage Rud...
Author: Lars Linden
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Elektrotechnik und Elektronik

Rudolf Busch

Elektrotechnik und Elektronik Für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker 7., überarbeitete Auflage

Rudolf Busch Farsleben, Deutschland

ISBN 978-3-658-09674-8 DOI 10.1007/978-3-658-09675-5

ISBN 978-3-658-09675-5 (eBook)

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Vieweg © Springer Fachmedien Wiesbaden 1994, 1996, 2003, 2006, 2008, 2011, 2015 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Lektorat: Thomas Zipsner Unter Mitarbeit von: Univ. Prof. Dr.-Ing. Jana Kertzscher, Technische Universität Bergakademie Freiberg Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (www.springer.com)

Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann trommle nicht Männer zusammen, um Holz zu beschaffen, Aufträge zu vergeben oder Arbeit zu verteilen, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer. Antoine de Saint-Exupéry

Vorwort zur 7. Auflage

In der vorliegenden Auflage wurden insbesondere die Kapitel über Elektronik und elektrische Energietechnik an Stellen, an denen es vertretbar war, teilweise stark gekürzt und auf diese Weise eine straffere Darbietung des Stoffes erzielt. Diese Änderungen haben sich auf einige Teile des Buches dergestalt ausgewirkt, dass sich eine vollständige Durchsicht erforderlich machte. Dabei wurden kleinere Fehler beseitigt und die Verweise in den Texten richtig gestellt. In den Abschnitten über die elektrischen Maschinen ist die Demonstration der Drehfeldentstehung verbessert worden und es wurden an einigen Stellen modernere Abbildungen eingefügt. Darüber hinaus sind neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der Synchronmotoren mit Permanentmagnet berücksichtigt worden, die infolge der Entwicklung verbesserter Magnetwerkstoffe möglich waren. Ein neuer, kurzer Abschnitt über die Darstellung von Strom und Spannung im Frequenz- und Zeitbereich stellt beide Methoden gegenüber und unterstreicht die Bedeutung der symbolischen Methode für die Berechnung von Wechselstromschaltungen. Die Kap. 1 (Elektrisches Feld), 2 (Magnetisches Feld), 3 (Berechnung von Gleichstromkreisen) und 10 (Elektrische Messtechnik) sind gegenüber der vorherigen Auflage unverändert geblieben. Danken möchte ich Frau Prof. Dr.-Ing. Jana Kertzscher, die mir Hinweise zur Präzisierung einiger Textstellen gegeben und zu den elektrischen Maschinen gegenüber den bisherigen Auflagen verbesserte Abbildungen zur Verfügung gestellt hat. Darüber hinaus danke ich dem Verlag für seine Unterstützung bei der Erstellung vorliegender Auflage. Farsleben bei Magdeburg, im August 2015

VII

Vorwort zur 1. Auflage

Das vorliegende Buch ist aus Vorlesungen entstanden, die ich über viele Jahre hinweg für Studierende der Ingenieurwissenschaften in nichtelektrotechnischen Studienrichtungen an der Technischen Universität „Otto von Guericke“ Magdeburg gehalten habe und seit 1991 an der Universität GH Essen durchführe. Es gehört zu den wichtigen Erfahrungen meiner Lehrtätigkeit, dass es den Lernenden, die keinen elektrotechnischen Beruf ausüben oder ausüben wollen, sich jedoch mit Elektrotechnik und Elektronik befassen müssen, häufig sehr schwerfällt, sich in der Gedankenwelt der Elektrizitätslehre zurechtzufinden. Allzu oft treten dann Misserfolg und Resignation ein und die Studierenden sind froh, wenn endlich die Elektrotechnikprüfung abgelegt und dieses Fach „überstanden“ ist. Von dem vermittelten Stoff bleiben bei ihnen oft nur einige wenige Begriffe oder diffuse Vorstellungen im Gedächtnis, mit denen sie in ihrer Ingenieurpraxis wenig anzufangen wissen. Nach meiner Überzeugung kann man dem entgegenwirken, wenn das in so genannten „Nebenfächern“ oft praktizierte „black-box-Denken“ verlassen und mehr danach gefragt wird, was sich in der „box“ verbirgt, welche grundlegenden physikalischen Zusammenhänge dort existieren, d. h., wenn man sich darum bemüht, die Erscheinungen wirklich zu verstehen. Denn nur mit dem, was man begriffen hat, kann man erfolgreich arbeiten, beispielsweise weitergehende Studien durchführen oder Schlussfolgerungen für das eigene Fachgebiet ziehen. Allein auf der Basis soliden Grundlagenwissens wird man ein guter Spezialist in der Praxis. Es gibt für mich keinen erkennbaren Grund, hier das „Nebenfach“ (ich gebrauche dieses Wort ungern) auszuschließen, weil es nicht nur Bestandteil des Studiums, sondern ohne Zweifel auch der Praxis ist, was in besonderem Maße für die Elektrotechnik zutrifft, der man in Wissenschaft und Technik auf Schritt und Tritt begegnet. Das vorliegende Buch habe ich mit dem Ziel geschrieben, auch den diesem Fachgebiet ferner stehenden Studierenden, Ingenieuren und anderen Interessierten die physikalischen Zusammenhänge in der Elektrizitätslehre und in deren wichtigsten Anwendungsgebieten deutlich zu machen. Dabei war ich stets bemüht, von einfachen, der Leserin oder dem Leser oft aus eigener Erfahrung bekannten Phänomenen auszugehen und darauf Schritt für Schritt aufbauend zu komplizierteren Zusammenhängen zu führen. Dieser Orientierung habe ich u. a. dadurch Rechnung getragen, dass die Behandlung der Felder an den Anfang des Lehrbuches gestellt wurde. Aus ihnen lassen sich die techniIX

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Vorwort zur 1. Auflage

schen Grundlagen der Elektrotechnik anschaulich ableiten. Bei der Darlegung der Anwendungen war ich darüber hinaus bestrebt, auch modernste Entwicklungen einzubeziehen. Das Buch wendet sich an alle, für die in Studium oder Beruf Kenntnisse der Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik sowie ihrer Anwendungen notwendig sind. Der Stoff entspricht etwa den Anforderungen, die heute an eine moderne Ingenieurausbildung, bei der Elektrotechnik nicht das Hauptfach bildet, gestellt werden. Das Buch ist auch für Studierende der Elektrotechnik in den Anfangssemestern geeignet. Vorkenntnisse in Physik und Mathematik sind im Rahmen dessen wünschenswert, was in natur- und ingenieurwissenschaftlichen Studienrichtungen an Universitäten, Technischen Hochschulen und Fachhochschulen im ersten Studienjahr geboten wird. Die den Hauptabschnitten nachgestellten Übungsaufgaben sind bezüglich ihres Schwierigkeitsgrades dem Leserkreis angemessen. Ihre Lösungen werden am Ende des Buches angegeben. Sie sollen dazu dienen, den Stoff zu vertiefen und die Kenntnisse zu erweitern. Bei meinem wissenschaftlichen Mitarbeiter, Herrn Dipl.-Ing. Sven Hilfert, möchte ich mich für die wertvolle Hilfe bei der computergestützten Erstellung der Bilder und beim Durchrechnen der Übungsaufgaben bedanken. Weiterhin gilt mein Dank Herrn Dr. Jens Schlembach vom Teubner-Verlag für die gute Zusammenarbeit, den im Text genannten Firmen für die Überlassung von Bildmaterial und meinen ehemaligen Magdeburger Kollegen für die Beisteuerung einiger Übungsaufgaben. Schließlich bedanke ich mich bei meiner Frau Ingrid für viele Hinweise und tatkräftige Unterstützung beim Korrekturlesen. Essen, im Frühjahr 1994

Rudolf Busch

Zusammenstellung der Formelzeichen

A a B C c D d dA ds E e F f G h H I, i î I¯ I0 Ik J j k L l M MN MW m N

Fläche, Betrag einer komplexen Zahl Abstand (z. B. zwischen zwei Leitern) Magnetflussdichte, Blindleitwert Kapazität Maschinenkonstante Verschiebungsflussdichte Abstand (z. B. zwischen zwei Punkten) Flächenelement Wegelement elektrische Feldstärke Elementarladung, Messabweichung Kraft, Faraday-Konstante Frequenz Leitwert, Wirkleitwert Plancksches Wirkungsquantum magnetische Feldstärke Strom allgemein Stromamplitude Strommittelwert Leerlaufstrom Kurzschlussstrom Massenträgheitsmoment imaginäre Einheit Kopplungsfaktor (z. B. zwischen zwei Spulen), Boltzmann-Konstante Induktivität Länge (z. B. eines Leiters) Gegeninduktivität, Motormoment Nennmoment Widerstandsmoment oder Gegenmoment Masse Windungszahl XI

XII

NA n n0 ns P p Q q R Ra Rers Ri Rm S s T t U, u û U¯ Ud U d˛ U d0 Uh U q , uq Up ü V v W Wa Wi X Xd Xh x Y Z z ˛ ˇ

Zusammenstellung der Formelzeichen

Avogadro-Konstante Drehzahl, Elektronendichte Leerlaufdrehzahl Synchrondrehzahl elektrische Leistung, Wirkleistung Löcher- bzw. Defektelektronendichte, Momentanwert der Wirkleistung elektrische Ladung, Blindleistung elektrische Ladung elektrischer Widerstand, Wirkwiderstand Außen- oder Verbraucherwiderstand Ersatzwiderstand Innenwiderstand magnetischer Widerstand Stromdichte, Scheinleistung Schlupf, Standardabweichung Periodendauer, absolute Temperatur in Grad Kelvin Zeit Spannung allgemein Spannungsamplitude Spannungsmittelwert Mittelwert einer gleichgerichteten Spannung Mittelwert einer gleichgerichteten Spannung beim Zündwinkel ˛ Mittelwert einer gleichgerichteten Spannung bei ˛ = 0 Hauptfeldspannung Quellenspannung Polradspannung Übersetzungsverhältnis Magnetische Spannung Geschwindigkeit Arbeit, Energie Austrittsarbeit Ionisierungsarbeit Blindwiderstand synchrone Reaktanz oder synchroner Blindwiderstand Hauptreaktanz oder Hauptblindwiderstand Ortskoordinate komplexer Scheinleitwert komplexer Scheinwiderstand oder Impedanz, Wellenwiderstand Zahl registrierter Impulse Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes (TK), Dämpfungskonstante, Zündwinkel Phasenkonstante

Zusammenstellung der Formelzeichen

 ı " "0 "r     0 r   ˚ '

!

XIII

spezifische elektrische Leitfähigkeit, Ausbreitungskonstante Stromflusswinkel, Polradwinkel Permittivität elektrische Feldkonstante Permittivitätszahl Wirkungsgrad Durchflutung Konstante im Lösungsansatz einer Differenzialgleichung mit konstanten Koeffizienten Permeabilität magnetische Feldkonstante Permeabilitätszahl oder relative Permeabilität spezifischer elektrischer Widerstand Zeitkonstante Magnetfluss Phasenwinkel, elektrisches Potenzial elektrischer Verschiebungsfluss, verketteter magnetischer Fluss Winkelgeschwindigkeit Kreisfrequenz

Inhaltsverzeichnis

Teil A

Grundlagen der Elektrotechnik

1

Das elektrische Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Feldbegriff. Darstellung von Feldern . . . . . . . . . . 1.2 Das stationäre elektrische Strömungsfeld . . . . . . . 1.2.1 Ladung. Strom. Stromdichte . . . . . . . . . . 1.2.2 Potenzial. Spannung. Feldstärke . . . . . . . . 1.2.3 Elektrischer Widerstand. Ohmsches Gesetz . 1.2.4 Der elektrische Stromkreis . . . . . . . . . . . 1.2.5 Die Gesetze von Kirchhoff . . . . . . . . . . . 1.3 Das elektrostatische Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Entwicklung aus dem Strömungsfeld . . . . . 1.3.2 Kenngrößen des elektrostatischen Feldes . . . 1.3.3 Kapazität. Kondensatoren . . . . . . . . . . . . 1.3.4 Kondensatorstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.5 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld 1.4 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 3 4 4 11 17 19 22 24 24 26 28 30 31 33

2

Das magnetische Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Magnetische Erscheinungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Magnetische Kenngrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte 2.2.2 Durchflutung. Magnetische Spannung. Magnetischer Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Die magnetische Feldstärke . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Das Durchflutungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Materie im Magnetfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Die Permeabilität. Einteilung der Stoffe . . . . . . 2.4.2 Hystereseschleife und Magnetisierungskurve . . . 2.5 Das Induktionsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1 Grundlagen. Der Versuch von Faraday . . . . . . .

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XVI

Inhaltsverzeichnis

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63 66 66 69 71 71 72 75

Berechnung von Stromkreisen bei Gleichstrom . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Der unverzweigte Gleichstromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Der elektrische Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Lineare und nichtlineare Widerstände . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Energie und Leistung im Gleichstromkreis . . . . . . . . . 3.1.4 Der Grundstromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.5 Leistungsumsatz im Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Der verzweigte Gleichstromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Vereinfachung von Widerstandsnetzwerken . . . . . . . . . 3.2.2 Teilerregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Berechnung verzweigter Stromkreise mittels der Gesetze von Kirchhoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Spannungsquellen und Stromquellen. Zweipoltheorie . . . 3.3 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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81 81 81 83 84 85 90 92 92 97

2.6

2.7

2.8 3

4

2.5.2 Anwendungen des Induktionsgesetzes Selbst- und Gegeninduktion . . . . . . . . . . . 2.6.1 Selbstinduktion . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2 Gegeninduktion . . . . . . . . . . . . . . Energie und Kräfte im magnetischen Feld . . 2.7.1 Energieinhalt des Magnetfeldes . . . . 2.7.2 Kraftwirkungen im magnetischen Feld Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Berechnung von Stromkreisen bei Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Erzeugung von Wechselstrom. Bestimmungsgrößen . . . . . . . . . . 4.2 Kenngrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Zeitliche Mittelwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Zählpfeile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Darstellung sinusförmiger elektrischer Größen im Zeigerdiagramm 4.4 Spannungs- und Stromzeiger bei den Grundschaltelementen . . . . . 4.5 Zeigerdiagramme bei gemischten Wechselstromschaltungen . . . . . 4.5.1 Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand . . . . . . 4.5.2 Parallelschaltung von Spule und Widerstand . . . . . . . . . . 4.5.3 Gemischte Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Die komplexe Darstellung von Zeigern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Komplexe Zeiger der Grundschaltelemente . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Komplexer Widerstand und komplexer Leitwert . . . . . . . . . . . . . 4.8.1 Komplexer Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8.2 Komplexer Leitwert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8.3 Spannung und Strom im Zeit- und Frequenzbereich . . . . . . 4.9 Wirk- und Blindkomponenten von Spannung und Strom . . . . . . .

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111 111 113 113 116 117 118 120 120 121 122 124 126 129 129 135 137 137

Inhaltsverzeichnis

4.10 4.11

4.12

XVII

Wechselstromleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11.1 Erzeugung von Drehstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11.2 Die Verkettung des Drehstromsystems . . . . . . . . . . . . . . . 4.11.3 Spannungen und Ströme im symmetrischen Drehstromsystem 4.11.4 Drehstromleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5

Ausgleichsvorgänge in Stromkreisen . . . . . . . . . 5.1 Die Schaltgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Aufladung eines Kondensators . . . . . . . . . 5.3 Kurzschluss einer stromdurchflossenen Spule 5.4 Schlussbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6

Mechanismen der Stromleitung . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Stromleitung im Vakuum . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Stromleitung in Gasen . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Stromleitung in Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . 6.4 Stromleitung in Festkörpern . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.2 Stromleitung in Metallen . . . . . . . . . . . 6.4.3 Stromleitung in Halbleitern und Isolatoren 6.5 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Teil B 7

Anwendungen der Elektrotechnik

Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Einleitende Bemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Elektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Halbleiterdioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4 Thyristoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.5 Optoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Leistungselektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1 Einführung. Arten und Wirkungsweise von Stromrichtern 7.3.2 Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3 Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4 Gleichstromumrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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203 203 204 204 206 212 230 237 242 242 246 256 258

XVIII

Inhaltsverzeichnis

7.3.5 Wechselstromumrichter. Frequenzumrichter . Informationselektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 Analoge und digitale Größen und Signale . . 7.4.3 Analogschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.4 Digitalschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Mikroelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.1 Schaltungsintegration . . . . . . . . . . . . . . 7.5.2 Schaltkreisfamilien . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.3 Mikroprozessoren und Mikrorechner . . . . . 7.6 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Elektrische Maschinen und Antriebe . . . . . . . . . . . . . 8.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Die Gleichstrommaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Aufbau und Funktionsprinzip . . . . . . . . . . . 8.2.2 Erregung der Gleichstrommaschine . . . . . . . 8.2.3 Der Gleichstromnebenschlussmotor . . . . . . . 8.2.4 Der Gleichstromreihenschlussmotor . . . . . . 8.2.5 Spezielle Typen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Der Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Grundsätzlicher Aufbau und Funktionsprinzip 8.3.2 Der ideale Transformator . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 Der technische Transformator . . . . . . . . . . 8.3.4 Drehstromtransformatoren . . . . . . . . . . . . 8.3.5 Spezielle Transformatortypen . . . . . . . . . . 8.4 Rotierende Drehstrommaschinen . . . . . . . . . . . . . 8.4.1 Das Drehfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 Arten von Drehfeldmaschinen . . . . . . . . . . 8.4.3 Der Drehstromasynchronmotor . . . . . . . . . 8.4.4 Die Synchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Elektrische Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.1 Mechanische Struktur elektrischer Antriebe . . 8.5.2 Grundgesetze elektrischer Antriebe . . . . . . . 8.5.3 Betriebsarten elektrischer Maschinen . . . . . . 8.5.4 Ein- und Mehrquadrantenantriebe . . . . . . . . 8.5.5 Regelung elektrischer Antriebe . . . . . . . . . . 8.5.6 Ergänzende Bemerkungen . . . . . . . . . . . . . 8.6 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7.4

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Inhaltsverzeichnis

XIX

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Elektrische Energieversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Überblick zu Kraftwerken . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Einsatzstrategien von Kraftwerken . . . . . . . . . . . 9.4 Elektrotechnische Komponenten eines Kraftwerkes 9.5 Übertragungssysteme für elektrische Energie . . . . 9.6 Drehstromnetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6.1 Spannungsebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6.2 Drehstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6.3 Netzgestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7 Schaltanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7.1 Arten von Schaltanlagen . . . . . . . . . . . . . 9.7.2 Schaltgeräte der elektrischen Energietechnik 9.7.3 Praktische Ausführung von Schaltanlagen . . 9.8 Personenschutz in Niederspannungsnetzen . . . . . . 9.8.1 Gefährdung des Menschen . . . . . . . . . . . 9.8.2 Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . 9.9 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Elektrische Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Grundlegende Begriffe der elektrischen Messtechnik 10.3 Elektrische Messwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.1 Drehspulmesswerk . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.2 Dreheisenmesswerk . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.3 Elektrodynamisches Messwerk . . . . . . . . . . 10.3.4 Induktionsmesswerk . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4 Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.1 Vielfachmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2 Oszilloskope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.3 Registriergeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.4 Zählmessgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5 Messverfahren für elektrische Größen . . . . . . . . . . 10.5.1 Messung von Strom und Spannung . . . . . . . 10.5.2 Messung von Widerständen und Impedanzen . 10.5.3 Messung der elektrischen Leistung . . . . . . . 10.5.4 Zeit- und Frequenzmessung . . . . . . . . . . . . 10.6 Elektrische Messung nichtelektrischer Größen . . . . . 10.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6.2 Messung von Wegen und Winkeln . . . . . . . . 10.6.3 Messung von Kräften und Momenten . . . . . .

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XX

Inhaltsverzeichnis

10.6.4 Drehzahlmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6.5 Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . 10.7 Messtechnik mit dem PC . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.1 Einleitende Bemerkungen . . . . . . . . . . . . 10.7.2 Geräte mit integrierter digitaler Schnittstelle 10.7.3 Messkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.8 Störbeeinflussung von Messkreisen . . . . . . . . . . 10.9 Elektromagnetische Verträglichkeit . . . . . . . . . . 10.10 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Lösungen der Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525

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