Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker: mit 132 Übungsaufgaben mit Lösungen
Gespeichert in:
| Vorheriger Titel: | Busch, Rudolf Elektrotechnik und Elektronik |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Teubner
1996
|
| Ausgabe: | 2., überarb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 516 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3519163462 |
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ELEKTROTECHNIK
UND ELEKTRONIK
FUER MASCHINENBAUER UND
VERFAHRENSTECHNIKER
VON PROF. DR.-ING. RUDOLF BUSCH
UNIVERSITAET GESAMTHOCHSCHULE ESSEN
2., UEBERARBEITETE AUFLAGE
MIT 471 BILDERN UND 132 UEBUNGSAUFGABEN
MIT LOESUNGEN
B. G. TEUBNER STUTTGART 1996
INHALTSVERZEICHNIS
TEIL A: GRUNDLAGEN DER ELEKTROTECHNIK
1 DAS ELEKTRISCHE FELD 1
1.1 FELDBEGRIFF. DARSTELLUNG VON FELDERN 1
1.2 DAS STATIONAERE ELEKTRISCHE STROEMUNGSFELD 3
1.2.1 LADUNG. STROM. STROMDICHTE 3
1.2.2 POTENTIAL. SPANNUNG. FELDSTAERKE 10
1.2.3 ELEKTRISCHER WIDERSTAND. OHMSCHES GESETZ 17
1.2.4 DER ELEKTRISCHE STROMKREIS 19
1.2.5 DIE GESETZE VON KIRCHHOFF 22
1.3 DAS ELEKTROSTATISCHE FELD 24
1.3.1 ENTWICKLUNG AUS DEM STROEMUNGSFELD 24
1.3.2 KENNGROESSEN DES ELEKTROSTATISCHEN FELDES 27
1.3.3 KAPAZITAET. KONDENSATOREN 28
1.3.4 KONDENSATORSTROM 30
1.3.5 ENERGIE UND KRAEFTE IM ELEKTROSTATISCHEN FELD 31
1.4 UEBUNGSAUFGABEN 34
2 DAS MAGNETISCHE FELD 37
2.1 MAGNETISCHE ERSCHEINUNGEN 37
2.2 MAGNETISCHE KENNGROESSEN 40
2.2.1 MAGNETISCHER FLUSS UND MAGNETISCHE FLUSSDICHTE 40
2.2.2 DURCHFLUTUNG. MAGNETISCHE SPANNUNG. MAGNETISCHER WIDERSTAND. .
42
2.2.3 DIE MAGNETISCHE FELDSTAERKE 45
2.3 DAS DURCHFLUTUNGSGESETZ 46
2.4 MATERIE IM MAGNETFELD 50
2.4.1 DIE PERMEABILITAET. EINTEILUNG DER STOFFE 50
2.4.2 HYSTERESESCHLEIFE UND MAGNETISIERUNGSKURVE 52
2.5 DAS INDUKTIONSGESETZ 57
2.5.1 GRUNDLAGEN. DER VERSUCH VON FARADAY 57
2.5.2 ANWENDUNGEN DES INDUKTIONSGESETZES 64
2.6 SELBST- UND GEGENINDUKTION 67
2.6.1 SELBSTINDUKTION 67
2.6.2 GEGENINDUKTION 71
2.7 ENERGIE UND KRAEFTE IM MAGNETISCHEN FELD 73
2.7.1 ENERGIEINHALT DES MAGNETFELDES 73
2.7.2 KRAFTWIRKUNGEN IM MAGNETISCHEN FELD 74
2.7.2.1 KRAEFTE AN GRENZFLAECHEN 74
2.7.2.2 KRAEFTE AUF STROMDURCHFLOSSENE LEITER 76
2.8 DIE AUS DEN FELDERN ABGELEITETEN ELEKTROTECHNISCHEN BAUELEMENTE 78
2.9 UEBUNGSAUFGABEN 79
VIII INHALTSVERZEICHNIS
3 FELDTHEORIE 84
3.1 VERSCHIEBUNGSSTROM. ERWEITERTES DURCHFLUTUNGSGESETZ 84
3.2 ERWEITERTES INDUKTIONSGESETZ 88
3.3 QUELLENLOSE FELDER UND QUELLENFELDER 91
3.4 SYSTEMATIK DER FELDER 94
4 BERECHNUNG VON STROMKREISEN BEI GLEICHSTROM 98
4.1 DER UNVERZWEIGTE GLEICHSTROMKREIS 98
4.1.1 DER ELEKTRISCHE WIDERSTAND 98
4.1.2 LINEARE UND NICHTLINEARE WIDERSTAENDE 100
4.1.3 ENERGIE UND LEISTUNG IM GLEICHSTROMKREIS 101
4.1.4 DER GRUNDSTROMKREIS 103
4.1.5 LEISTUNGSUMSATZ IM STROMKREIS 108
4.2 DER VERZWEIGTE GLEICHSTROMKREIS 111
4.2.1 VEREINFACHUNG VON WIDERSTANDSNETZWERKEN 111
4.2.2 TEILERREGELN 117
4.2.2.1 DIE STROMTEILERREGEL 117
4.2.2.2 DIE SPANNUNGSTEILERREGEL 119
4.2.3 BERECHNUNG VERZWEIGTER STROMKREISE MITTELS DER GESETZE VON
KIRCHHOFF 122
4.3 UEBUNGSAUFGABEN 126
5 BERECHNUNG VON STROMKREISEN BEI WECHSELSTROM 129
5.1 ERZEUGUNG VON WECHSELSTROM. BESTIMMUNGSGROESSEN 129
5.2 KENNGROESSEN 131
5.2.1 ZEITLICHE MITTELWERTE 131
5.2.2 ZAEHLPFEILE 134
5.3 DARSTELLUNG SINUSFOERMIGER ELEKTRISCHER GROESSEN IM ZEIGERDIAGRAMM 135
5.4 SPANNUNGS- UND STROMZEIGER BEI DEN GRUNDSCHALTELEMENTEN 137
5.5 ZEIGERDIAGRAMME BEI GEMISCHTEN WECHSELSTROMSCHALTUNGEN 139
5.5.1 REIHENSCHALTUNG VON KONDENSATOR UND WIDERSTAND 139
5.5.2 PARALLELSCHALTUNG VON SPULE UND WIDERSTAND 141
5.5.3 GEMISCHTE SCHALTUNG 142
5.6 DIE KOMPLEXE DARSTELLUNG VON ZEIGERN 143
5.7 KOMPLEXE ZEIGER DER GRUNDSCHALTELEMENTE 146
5.8 KOMPLEXER WIDERSTAND UND KOMPLEXER LEITWERT 150
5.8.1 KOMPLEXER WIDERSTAND 150
5.8.2 KOMPLEXER LEITWERT 156
5.9 WIRK- UND BLINDKOMPONENTEN VON SPANNUNG UND STROM 157
5.10 WECHSELSTROMLEISTUNG 158
5.11 DREHSTROM (DREIPHASENWECHSELSTROM) 165
5.11.1 ERZEUGUNG VON DREHSTROM 165
5.11.2 DIE VERKETTUNG DES DREHSTROMSYSTEMS 167
5.11.3 SPANNUNGEN UND STROEME IM SYMMETRISCHEN DREHSTROMSYSTEM 170
5.11.4 DREHSTROMLEISTUNG 174
5.12 UEBUNGSAUFGABEN 175
INHALTSVERZEICHNIS
IX
6 AUSGLEICHSVORGAENGE IN STROMKREISEN 181
6.1 DIE SCHALTGESETZE 181
6.2 AUFLADUNG EINES KONDENSATORS 183
6.3 KURZSCHLUSS EINER STROMDURCHFLOSSENEN SPULE 187
6.4 ENTLADUNG EINES KONDENSATORS IN EINEM REIHENSCHWINGKREIS 188
6.5 SCHLUSSBEMERKUNGEN 193
6.6 UEBUNGSAUFGABEN 194
TEIL B: ANWENDUNGEN DER ELEKTROTECHNIK
7 ELEKTRONIK 195
7.1 EINLEITENDE BEMERKUNGEN 195
7.2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 197
7.2.1 EIGENLEITUNG 197
7.2.2 STOERSTELLENLEITUNG 199
7.2.3 EIGEN- UND STOERSTELLENLEITUNG IM BAENDERMODELL 201
7.2.4 DER PN-UEBERGANG 204
7.3 ELEKTRONISCHE BAUELEMENTE 206
7.3.1 HALBLEITERWIDERSTAENDE 207
7.3.2 HALBLEITERDIODEN 208
7.3.3 TRANSISTOREN 212
7.3.3.1 DER BIPOLARTRANSISTOR 212
7.3.3.2 DER FELDEFFEKTTRANSISTOR 218
7.3.3.3 VERGLEICH DER TRANSISTORTYPEN 222
7.3.4 THYRISTOREN 224
7.3.5 OPTOELEKTRONISCHE BAUELEMENTE 227
7.3.5.1 LICHTEMPFANGENDE BAUELEMENTE 227
7.3.5.2 LICHTAUSSENDENDE BAUELEMENTE 230
7.3.5.3 ANDERE OPTOELEKTRONISCHE BAUELEMENTE 231
7.4 SCHALTUNGEN MIT ELEKTRONISCHEN BAUELEMENTEN 233
7.4.1 GLEICHRICHTER 233
7.4.1.1 DIE IDEALISIERTE DIODE 233
7.4.1.2 EINPHASENGLEICHRICHTER 234
7.4.1.3 DREHSTROMGLEICHRICHTER 240
7.4.2 GESTEUERTE GLEICHRICHTER 240
7.4.2.1 EINPULSSCHALTUNG UND STEUERPRINZIP 241
7.4.2.2 GESTEUERTE EINPHASENGLEICHRICHTER 245
7.4.2.3 GESTEUERTE DREHSTROMBRUECKEN 250
7.4.3 TRANSISTORSCHALTUNGEN 250
7.4.3.1 BETRIEBSARTEN DES TRANSISTORS 250
7.4.3.2 TRANSISTOR ALS VERSTAERKER 252
7.4.3.3 TRANSISTOR ALS SCHALTER 259
X INHALTSVERZEICHNIS
7.5 GRUNDZUEGE DER ELEKTRONISCHEN DIGITALTECHNIK 263
7.5.1 ANALOGE UND DIGITALE GROESSEN UND SIGNALE 263
7.5.2 ANALOG-DIGITAL- UND DIGITAL-ANALOG-WANDLER 264
7.5.3 VERKNUEPFUNGSSCHALTUNGEN 267
7.5.4 ELEKTRONISCHE STEUERUNGEN 270
7.6 MIKROELEKTRONIK 272
7.6.1 SCHALTUNGSINTEGRATION 272
7.6.2 SCHALTKREISFAMILIEN 275
7.6.3 MIKROPROZESSOREN UND MIKRORECHNER 276
7.6.3.1 KOMPONENTEN DES MIKRORECHNERSYSTEMS 276
7.6.3.2 MIKRORECHNER ALS PROZESSRECHNER 287
7.6.3.3 WEITERE ERGEBNISSE DER MIKRORECHENTECHNIK 293
7.7 UEBUNGSAUFGABEN 295
8 ELEKTRISCHE MASCHINEN UND ANTRIEBE 300
8.1 EINLEITUNG 300
8.2 DIE GLEICHSTROMMASCHINE 301
8.2.1 AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP 301
8.2.2 ERREGUNG DER GLEICHSTROMMASCHINE 306
8.2.3 DER GLEICHSTROMNEBENSCHLUSSMOTOR 307
8.2.3.1 ERSATZSCHALTBILD UND KENNLINIEN 307
8.2.3.2 DREHZAHLSTELLUNG 311
8.2.3.3 ANLASSEN UND BREMSEN 313
8.2.4 DER GLEICHSTROMREIHENSCHLUSSMOTOR 318
8.3 DER TRANSFORMATOR 319
8.3.1 GRUNDSAETZLICHER AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP 319
8.3.2 DER IDEALE TRANSFORMATOR 320
8.3.2.1 DEFINITION UND ERSATZSCHALTBILD 320
8.3.2.2 INDUZIERTE SPANNUNG UND KLEMMENSPANNUNG 321
8.3.2.3 ZEIGERDIAGRAMME UND WIRKUNGSWEISE 323
8.3.2.4 WIDERSTANDSTRANSFORMATION 327
8.3.3 DER TECHNISCHE TRANSFORMATOR 328
8.3.3.1 ERSATZSCHALTBILD 328
8.3.3.2 SPEZIELLE BETRIEBSFAELLE 331
8.3.3.3 BETRIEBSVERHALTEN 335
8.3.5 DREHSTROMTRANSFORMATOREN 339
8.3.6 SPEZIELLE TRANSFORMATORTYPEN 341
8.4 ROTIERENDE DREHSTROMMASCHINEN 343
8.4.1 DAS DREHFELD 343
8.4.2 ARTEN VON DREHFELDMASCHINEN 346
XI
8.4.3 DER DREHSTROMASYNCHRONMOTOR 349
8.4.3.1 AUFBAU 349
8.4.3.2 ERSATZSCHALTBILD 351
8.4.3.3 DREHZAHL-DREHMOMENTEN-KENNLINIE 353
8.4.3.4 DREHZAHLSTELLUNG 356
8.4.3.5 ANLASSEN VON ASYNCHRONMOTOREN 359
8.4.4 DIE SYNCHRONMASCHINE 360
8.4.4.1 ERSATZSCHALTBILD 360
8.4.4.2 BETRIEB AM STARREN DREHSTROMNETZ 362
8.4.4.3 INSELBETRIEB DES SYNCHRONGENERATORS 369
8.5 ELEKTRISCHE ANTRIEBSTECHNIK 370
8.5.1 MECHANISCHE STRUKTUR ELEKTRISCHER ANTRIEBE 370
8.5.2 GRUNDGESETZE ELEKTRISCHER ANTRIEBE 371
8.5.2.1 DIE BEWEGUNGSGLEICHUNG 371
8.5.2.2 STABILITAET STATIONAERER ARBEITSPUNKTE 375
8.5.2.3 WELLENLAST BEI UEBERTRAGUNGSGLIEDERN 376
8.5.3 BETRIEBSARTEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 377
8.5.3.1 MOTORWICKLUNGSERWAERMUNG 377
8.5.3.2 NENNBETRIEBSARTEN 380
8.5.3.3 MOTORAUSWAHL 381
8.5.4 EIN- UND MEHRQUADRANTENANTRIEBE 383
8.5.5 REGELUNG ELEKTRISCHER ANTRIEBE 386
8.5.6 STROMRICHTER DER ANTRIEBSTECHNIK 389
8.5.7 ERGAENZENDE BEMERKUNGEN 392
8.6 UEBUNGSAUFGABEN 393
ELEKTRISCHE ENERGIEVERSORGUNG 397
9.1 EINLEITUNG 397
9.2 UEBERBLICK ZU KRAFTWERKEN 398
9.3 ELEKTROTECHNISCHE KOMPONENTEN EINES KRAFTWERKES 406
9.4 UEBERTRAGUNGSSYSTEME FUER ELEKTRISCHE ENERGIE 410
9.5 DREHSTROMNETZE 412
9.5.1 SPANNUNGSEBENEN 412
9.5.2 DREHSTROMLEITUNGEN 414
9.5.2.1 DIE LEITUNGSGLEICHUNGEN 414
9.5.2.2 UEBERTRAGUNG AUF HOCH- UND HOECHSTSPANNUNGSLEITUNGEN (FERN
UEBERTRAGUNG) 416
9.5.2.3 UEBERTRAGUNG AUF MITTEL-UND NIEDERSPANNUNGSLEITUNGEN . . . 421
9.5.2.4 PRAKTISCHE AUSFUEHRUNG VON DREHSTROMLEITUNGEN 426
9.5.3 NETZGESTALTUNG 431
9.5.3.1 STERNPUNKTBEHANDLUNG IN DREHSTROMNETZEN 431
9.5.3.2 NETZSTRUKTUREN 433
XII INHALTSVERZEICHNIS
9.6 SCHALTANLAGEN 435
9.6.1 ARTEN VON SCHALTANLAGEN 435
9.6.2 SCHALTGERAETE DER ELEKTRISCHEN ENERGIETECHNIK 436
9.6.2.1 SCHALTEN VON WECHSELSTROM 436
9.6.2.2 NIEDERSPANNUNGSSCHALTGERAETE 438
9.6.2.3 SCHALTGERAETE FUER SPANNUNGEN 1000 V 441
9.6.2.4 HOCHLEISTUNGSSICHERUNGEN 441
9.6.3 PRAKTISCHE AUSFUEHRUNG VON SCHALTANLAGEN 443
9.7 PERSONENSCHUTZ IN NIEDERSPANNUNGSNETZEN 444
9.7.1 GEFAEHRDUNG DES MENSCHEN 444
9.7.2 SCHUTZMASSNAHMEN 446
9.8 UEBUNGSAUFGABEN 449
10 ELEKTRISCHE MESSTECHNIK 452
10.1 EINLEITUNG 452
10.2 GRUNDLEGENDE BEGRIFFE DER ELEKTRISCHEN MESSTECHNIK 452
10.3 ELEKTRISCHE MESSWERKE 456
10.3.1 DREHSPULMESSWERK 456
10.3.2 DREHEISENMESSWERK 458
10.3.3 ELEKTRODYNAMISCHES MESSWERK 458
10.3.4 INDUKTIONSMESSWERK 459
10.4 MESSGERAETE 461
10.4.1 VIELFACHMESSER 461
10.4.2 ELEKTRONENSTRAHLOSZILLOSKOPE 462
10.4.3 REGISTRIERGERAETE 466
10.4.4 ZAEHLMESSGERAETE 470
10.5 MESSVERFAHREN FUER ELEKTRISCHE GROESSEN 471
10.5.1 MESSUNG VON STROM UND SPANNUNG 471
10.5.2 MESSUNG VON WIDERSTAENDEN UND IMPEDANZEN 473
10.5.3 MESSUNG DER ELEKTRISCHEN LEISTUNG 475
10.5.4 ZEIT- UND FREQUENZMESSUNG 477
10.6 ELEKTRISCHE MESSUNG NICHTELEKTRISCHER GROESSEN 478
10.6.1 ALLGEMEINES 478
10.6.2 MESSUNG VON WEGEN UND WINKELN 479
10.6.3 MESSUNG VON KRAEFTEN UND MOMENTEN 481
10.6.4 DREHZAHLMESSUNG 483
10.6.5 TEMPERATURMESSUNG 484
10.7 STOERBEEINFLUSSUNG VON MESSKREISEN 485
10.8 UEBUNGSAUFGABEN 488
LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN 491
LITERATURVERZEICHNIS 509
SACHWORTVERZEICHNIS 511 |
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