Klausur Grundlagen der Elektrotechnik

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1 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 1 von 20 Klusur Grundlgen der Elektrotehnik 1) Die Klusur esteht us 8 Aufgen, dvon 7 Textufgen und ein Single- Choie-Teil. 2) Zulässige Hilfsmittel: Linel, Winkelmesser, niht kommuniktionsfähiger Tshenrehner, 1 hndgeshrieenes A4 Bltt Formelsmmlung. 3) Duer der Klusur: 120 Minuten Nme: Vornme: Mtrikelnummer: Studienrihtung: Untershrift: Bereih für die Korrektur Aufge Punkte 1 / 5 2 / 3 3 / 7 4 / 5 5 / 7 6 / 7 7 / 6 8 /10 Summe /50 Note

2 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 2 von 20 Aufge 1: Gegeen ist die folgende Shltung: I U U = 10 V R 1 = 2 Ω R 2 = 3 Ω R 3 = 4 Ω R 4 = 1 Ω U 2 U 4 Frgen: 1. Berehnen Sie den Gesmtwiderstnd R G und den Gesmtstrom I der Shltung. (2P) 2. Berehnen Sie die Spnnung U. (2P) 3. Welhe Bedingung müssen die Widerstände R 1, R 2, R 3 und R 4 erfüllen, dmit die Spnnung U =0 ist? (1P)

3 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 3 von 20 Lösung 1:

4 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 4 von 20 Aufge 2: Gegeen ist die folgende Shltung: I A R i A R 1 R 3 U AB U q U AB I = 3,1 A, R 1 = 2 Ω, R 2 = 3 Ω, R 3 = 5 Ω B B Frgen: 1. Berehnen Sie den Erstzwiderstnd R i und die Erstzspnnungsquelle U q für die oen gegeene Shltung. (2P) 2. Berehnen Sie die Gesmtleistung, die in den Widerständen verruht wird. (1P)

5 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 5 von 20 Lösung 2:

6 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 6 von 20 Aufge 3: Um einen Kern (Bild rehts) ist eine Spule mit N=300 Windungen gewikelt. An einem δ δ Areitspunkt AP1 eträgt die mgnetishe Flussdihte im Luftsplt δ 1,2T. Die I d Mgnetisierungskennlinie des Kernmterils ist im Bild unten drgestellt. N Die Permeilitätszhl von Luft ist µ 0 = 12, H/m. µ r = 3 m = 2 m = 5 m d = 0,2 mm Frgen: 1. Berehnen Sie den mgnetishen Fluss Φ. (1P) 2. Zeihnen Sie den Areitspunkt AP1 des Kernmterils in der unteren Kennlinie. Wie groß ist die Feldstärke in dem Kernmteril m Areitspunkt AP1? 3. Berehnen Sie die reltive Permeilität µ r des Kernmterils m Areitspunkt AP1.(2P) 4. Berehnen Sie den Strom I. (Hinweis: Benutzen Sie ds Durhflutungsgesetz.) (3P) B / T 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0, / A m 1 (1P)

7 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 7 von 20 Lösung 3:

8 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 8 von 20 Aufge 4: Ein fremderregter Gleihstrommotor ht folgende Bemessungsdten: Beshreiung Symol Wert Meh. Bemessungsleistung P meh,n 3,4 kw Ankerwiderstnd R A 1,5 Ω Widerstnd des Erregerkreises R f 3 Ω Bemessungserregerstrom I f,n 6 A Bemessungswirkungsgrd η N 85% Der Motor muss in seinem Normletrie ein Drehmoment von 30 Nm liefern. Beim Betrie in diesem Areitspunkt wird ein Ankerstrom von 5A gemessen. Der Motor soll eine Drehzhl von 900 U/min ei diesem Drehmoment hen. Frgen: 1. Berehnen Sie die enötigte Ankerspnnung U A, dmit der Motor in dem oen ngegeenen Normletrie läuft. (3P) 2. Berehnen Sie den Bemessungsnkerstrom I A, der durh den Ankerkreis im Bemessungspunkt fließt. (Berüksihtigen Sie in der Aufge nur die ohmshen Verluste) (2P)

9 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 9 von 20 Lösung 4:

10 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 10 von 20 Aufge 5: Gegeen ist folgende Shltung: I = 2 A e j0 R 1 = R 2 =100 Ω R 3 = 400 Ω C = 5 µf ω = /s Frgen: 1. Geen Sie die komplexe Impednz Z R3 C der Prllelshltung nh Betrg und Phse n. (2P) 2. Bestimmen Sie folgende Zeiger nh Betrg und Phse: (3P) ) I 1, I 2 ) U R1, U C, U 3. Zeihnen Sie ds Zeigerdigrmm (qulittiv) für lle Ströme und Spnnungen. (2P) Im -Re Re -Im

11 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 11 von 20 Lösung 5:

12 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 12 von 20 Aufge 6: Gegeen ist die neenstehende Verstärkershltung mit Opertionsverstärker. Dei ist der OPV ls idel nzunehmen. Frgen: 1. Wie heißt die Shltung? (1P) 2. Mrkieren Sie die für die Berehnung der Shltung notwendigen Knoten und Mshen, und geen Sie einen vollständigen Stz von Knoten- und Mshengleihungen n! (3P) 3. Bestimmen Sie die Ausgngsspnnung u (t) in zeitliher Ahängigkeit von einer elieigen Eingngsspnnung u e (t) für die gegeene Shltung (2P) 4. Zeihnen Sie qulittiv den Verluf der Ausgngsspnnung u (t) für eine rehtekförmige Eingngsspnnung u (t), der Amplitude u e,mx und der Frequenz f =1/T in ds gegeene Digrmm ein. Der Kondenstor soll zur Zeit t =0 ungelden sein (u (t) = 0 V). (1P)

13 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 13 von Lösung 6:

14 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 14 von 20 Aufge 7: In der neenstehenden Verstärkershltung wird ein temperturhängiger Messwiderstnd RJ eingesetzt. Dten des Trnsistors sind: 2 Steilheitskoeffizient: S = 0,1 A / V Shwellspnnung: U th = 2V RD = 2 K W U B = 10V Der konstnte Messstrom I R = 2mA Frgen: 1. Wie groß muss die Spnnung U GS Ashnürereih fließt? eingestellt werden, dmit der Strom I R im (1P) 2. Geen Sie R 1 und R 2 für I 1 = 10 µa n. (1P) 3. Zur Festlegung der Areitsgerde im Ausgngskennlinienfeld sind zwei Punkte genügen. Berehnen Sie die zwei Punkte A und B. (2P) 4. Zeihnen Sie die Änderungen für die Areitsgerde in die Grfik ein, wenn der Widerstnd R kleiner zw. großer gewählt wird? (2P) D

15 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 15 von 20 Lösung 7:

16 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 16 von 20 Aufge 8: ) Zu jeder Frge ist nur eine Antwort rihtig. ) Jede rihtige Antwort wird mit einem hlen Punkt gewertet. Flshe oder keine Antworten werden ls null Punkte gewertet. ) Es können mximl 10 Punkte erreiht werden. ) Kreuzen Sie dher zu jeder Frge eine Antwort, oder n (z.b. )! Frgen: 1. Wie groß ist der Strom I? 2 A 3 A I 3V 3Ω 3Ω 4 A 2. Welhe Kennlinie eshreit ds Verhlten eine rele Stromquelle? U U U I I I 3. Wie viele Zweige ht die Shltung rehts? 4 5 U 6 4. Welhe Aussge ist ei einem Erzeugerzählpfeilsystem FALSCH? Spnnung- uns Strompfeil im Buelement ist entgegen gerihtet. Der Widerstnd wird negtiv gezählt. Die erzeugte Leistung wird positiv gezählt.

17 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 17 von Die gesmte Kpzität C für die neenstehende Shltung zwishen den Klemmen A und B eträgt: A 3 µf 3 µf 3 µf B 3 µf 2 µf 4 µf 2 µf 5 µf 6. In welhe Rihtung wird der positive Ldungsträger im rehten Bild durh die Lorentzkrft gelenkt? B Nh rehts Nh oen Nh unten v 7. Welhe Aussge ist ei einer elektrishen Feldstärke rihtig? Die Feldlinien eines positiv geldenen Teilhens sind rdil nh innen gerihtet. Die elektrishe Feldstärke eshreit die Krftwirkung uf eine ruhende Ldung. Die Feldlinien einer elektrishen Feldstärke sind stets geshlossen. 8. Von welhen Größen ist die Induktivität einer Spule NICHT hängig? von der Windungszhl von der Quershnittflähe des Kernmterils von der elektrishen Spnnung üer der Spule 9. Wie verändert sih die Kennlinie eines Permnentmgneterregten Gleihstrommotors, wenn die Ankerspnnung verkleinert wird?

18 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 18 von Welhe Verluste sind in einer Gleihstrommshine NICHT vorhnden? Reiungsverluste Ummgnetisierungsverluste im Sttor Lgerverluste 11. Wie groß ist die komplexe Admittnz Y AB 1 1 Y = - j R wl 1 1 Y = + j R wl Y = R - 1 j wl 12. Wie groß ist der Strom I D durh die Diode? (Prmeter der Diode: R D = 1Ω und U D0 = 0.7V) I D = 55 ma. I D = 92 ma. I D = 45 ma. 13. Aus welhem Mteril estehen Hlleiter? Gold Silizium Kermik 14. Rehts ist der Amplitudengng eines Filters drgestellt. Um welhe Art Filter hndelt es sih? Tiefpssfilter Hohpssfilter Bndpssfilter

19 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 19 von In einer Prllelshltung us Kondenstor und ohmshem Widerstnd gilt: Der Summenstrom eilt der Spnnung vorus Der Summenstrom eilt der Spnnung nh Die Relteile von Summenstrom und Spnnung hen ei gleiher Zählpfeilrihtung entgegengesetzte Vorzeihen 16. Zu jeder komplexen Zhl Z mit einem Imginärteil Á{Z}¹ 0 existiert eine konjugiert komplexe Zhl Z*. Wenn Z = 4 + j, dnn Z* = 1 + j4 Z* = 4 j Z* = - j Von einem n-knl-mosfet sind die Dten Uth = 2,2 V und S = 100 ma/v 2 eknnt. In einem Betriesspunkt liegen die Spnnungen UGS = 5,3 V und UDS = 1 V n. In welhem Areitsereih efindet sih der Trnsistor? Sperrereih ohmsher Bereih Ashnürereih 18. Gegeen ist der zeitlihe Verluf des Stroms i (t). Welhe Aussge für den Effektivwert K ist rihtig? K 1 = T T 0 i( t) 2 dt K = 1 T T 0 i( t) 2 dt K 1 = T T 0 i( t) 2 dt

20 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 20 von Wie groß ist die Resonnzfrequenz f 0 der neenstehenden Shltung? L 1 = 2mH, L 1 = 3mH, C 1 = 10 nf, C 2 = 30 nf, f 0 = 19 khz f 0 = 22 khz f 0 = 23 khz 20. Gegeen ist eine Shltung mit R1 = 30 Ω und R2 = 60 Ω. Welhe Aussge für die Ströme i 1 und i 2 ist rihtig? i 1 = i 2 i 1 > i 2 i 1 < i 2