Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich:

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1 Studiengang Fach Art der eistung Klausur-Knz. Wirtschaftsingenieurwesen Elektrotechnik/Elektronik Prüfungsleistung W-ET-P Datum ezüglich der Anfertigung hrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier, und geben Sie sämtliches Papier (ösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte lätter) zum Schluss der Klausur wieder bei hrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. eschriften Sie jeden ogen mit hrem Namen und hrer mmatrikulationsnummer. assen Sie bitte auf jeder Seite /3 ihrer reite als and für Korrekturen frei, und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. Notieren Sie bei jeder hrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die ösungen und ösungswege sind in einer für den Korrektor zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen. Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. nleserliches wird nicht bewertet. ei numerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der ösung stets der ösungsweg anzugeben, aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die ösung zustande gekommen ist. Zur Prüfung sind bis auf Schreib- und Zeichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die Prüfung als nicht bestanden und wird mit der Note 5 bewertet. earbeitungszeit: Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: 90 Minuten 6 00 Hilfsmittel HFH-Taschenrechner Studienbriefe Formelsammlung ET der HFH Vorläufiges ewertungsschema: von Punktzahl bis einschl. Note 95 00,0 sehr gut 90 94,5,3 sehr gut 85 89,5,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5,3 gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5 3,0 befriedigend 60 64,5 3,3 befriedigend 55 59,5 3,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen W-ET-P 06053

2 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe insg. 7,5 Punkte a) Geben Sie die jeweils richtige Antwort an, wobei Mehrfachnennungen möglich sind. 6,5 Pkte Frage () Zwei parallel geschaltete Widerstände haben den Gesamtwiderstand... Antwort A C + () Ein idealen Transformator N hat das Übersetzungsverhältnis... ü N (3) Welche Kraftwerke nutzen regenerative Energie? (4) m symmetrischen Drehstromnetz gilt für die Ströme in den 3 Zuleitungen... (5) Welche elektronischen auteile gehören zu den aktiven Elementen? (6) Für die Grenzfrequenzen (f o, f u ) der Übertragungskurve eines Verstärkers gilt... (7) Ein idealer Operationsverstärker hat folgende Eigenschaften... + u ü u + i ü i Wasserkraftwerke Atomkraftwerke Gezeitenkraftwerke Widerstände Transistoren Dioden V P 0, 5 a V V 0, 5 vcm off 0 b) eantworten Sie kurz gefasst folgende Fragen: Pkte () Wie verlaufen die magnetischen Feldlinien im Gegensatz zu den elektrischen Feldlinien? () Welche besonderen Eigenschaften haben weichmagnetische Werkstoffe? (3) Was versteht man unter der OENTZ-Kraft, und in welcher ichtung wirkt sie? (4) Was gibt der eistungsfaktor cos ϕ an, und welchen Wert strebt man dafür in der Technik an? (5) Wie heißen die beiden Anschlüsse einer Diode, und wie ist die Diode in Durchlassrichtung gepolt? Aufgabe Ein Verbraucher benötigt zu seinem etrieb die Spannung 5 V und nimmt dabei den Strom 0, A auf. Er soll gemäß Abbildung an der vorhandenen konstanten Spannung V über einen Vorwiderstand 75 Ω betrieben werden, dem zum Feinabgleich ein Trimmwiderstand x parallel geschaltet ist. insg. 8 Punkte x x Verbraucher W-ET-P Seite /4

3 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen a) Mit welchem astwiderstand wirkt der Verbraucher in der Schaltung? Pkte b) Welcher Spannungsabfall tritt somit an der Parallelschaltung von und x auf? Pkte c) Welcher Strom fließt in, und welcher Strom x muss daher in x fließen? 4 Pkte d) Auf welchen Wert muss x eingestellt werden? Pkte e) Geben Sie die vom Verbraucher aufgenommene Nutzleistung P, die von der Spannungsquelle gelieferte eistung P ges und die Verlustleistung P x in x an. estimmen Sie außerdem den Wirkungsgrad η der Anpassungsschaltung. 8 Pkte Aufgabe 3 insg. Punkte Ein ndustrieofen wird elektrisch mit P ges 60 kw beheizt. Die Heizung besteht aus 3 identischen Einzelheizungen, die in Dreieckschaltung am 400 V-Drehstromnetz betrieben werden. a) Welche Heizleistung P muss dann jede Einzelheizung liefern, und welcher Strom fließt dabei in der Heizung? 4 Pkte b) Geben Sie den Widerstand ϑ der betriebswarmen Einzelheizung an. Pkte c) Die Heizwiderstände bestehen aus Nickel-Chrom-Draht mit d mm Durchmesser und erwärmen sich im etrieb auf ϑ w 0 C. Welchen spezifischen Widerstand ρ ϑ weist das Material bei der etriebstemperatur auf? Pkte d) Wie lang muss der Heizdraht jeder Einzelheizung in Meter sein? 4 Pkte Aufgabe 4 insg. 9,5 Punkte Ein näherungsweise homogener Magnetkreis laut Abbildung (alle Angaben in Millimeter) soll die Anzugskraft F 790 N entwickeln δ 0 a) Geben Sie die Querschnittsfläche A Q des Magnetkreises, die für die Kraft wirksame Grenzfläche A und die somit erforderliche magnetische Flussdichte an. Vernachlässigen Sie dazu das Streufeld außerhalb des Magnetkreises. 7 Pkte b) estimmen Sie die mittlere Feldlinienlänge l Fe im Eisenkern. Pkt c) Der Eisenkern besteht aus Stahlguss und besitzt die nachstehend mit abgebildete Magnetisierungskurve. Geben Sie den Durchflutungsbedarf V Fe für den Eisenkern, V für die uftspalte und die insgesamt erforderliche Durchflutung Θ für den Magnetkreis an. d) Welche Windungszahl N ist für die Erregerwicklung vorzusehen, wenn der Erregerstrom auf den Wert 3,4 A eingestellt wird? 9,5 Pkte Pkte W-ET-P Seite /4

4 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Magnetisierungskurven zu Aufgabe 3, Punkt (3):.8 T.7.6 K StG.8 T V V StG K q WS GG T H A/cm K WS K q V GG H A/cm StG WS.0 T : Elektroblech V (nach DN 46400); V: Elektroblech V00-35 ; Kl: kaltgewalztes, kornorientiertes lech mit Magnetisierung in Walzrichtung; Kq: dasselbe, quer zur Walzrichtung magnetisiert; GG: Grauguss; StG: Stahlguss; WS: Walzstahl W-ET-P Seite 3/4

5 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 5 insg.,5 Punkte Eine Anlage zur induktiven Erwärmung lässt sich durch die in der Abbildung gezeigte Wechselstromschaltung mit den Werten Ω, 40 mh und C 47 µf beschreiben und wird mit der Frequenz f 50 Hz betrieben. C a) Geben Sie die transformierte Wechselstromschaltung an. 4 Pkte b) estimmen Sie den Scheinwiderstand Z der eihenschaltung aus und, den Gesamtleitwert Y, den komplexen Widerstand Z und den Scheinwiderstand Z der Schaltung. 0 Pkte c) Welchen Gesamtstrom nimmt die Anlage beim etrieb an 400 V auf? 3,5 Pkte d) Welcher Strom fließt im Wirkwiderstand, und welche Heizleistung P wird dabei insgesamt erzeugt? 4 Pkte Aufgabe 6 insg.,5 Punkte Ein Netzgerät laut Abbildung versorgt einen Verbraucher mit d 5 V und d 0,5 A. Die Netzfrequenz beträgt f 50 Hz. d i d C d u d u a) n welchem Spannungsintervall pendelt dann die Gleichspannung u d, wenn die rummspannung den Wert ü 0,45 V aufweist? Pkte b) Wie groß ist die Pulsfrequenz f ü der Schaltung? Pkte c) Welche Kapazität C muss der Glättungskondensator aufweisen, wenn p bei der angegebenen elastung den Wert p 0,686 hat? d) m eerlauf nimmt der Verbraucher nur noch den Strom d0 0, A auf. Wie groß ist dann die rummspannung ü0, wenn sich dabei p auf p 0 0,8 erhöht?,5 Pkte 5 Pkte W-ET-P Seite 4/4

6 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Elektrotechnik/Elektronik am Wirtschaftsingenieurwesen W-ET-P Für die ewertung und Abgabe der Prüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich: Die Vergabe der Punkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. Nur dann, wenn die Punkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben sind, ist ihre Aufschlüsselung auf die einzelnen ösungsschritte hnen überlassen. Stoßen Sie bei hrer Korrektur auf einen anderen richtigen als den in der Korrekturrichtlinie angegebenen ösungsweg, dann nehmen Sie bitte die Verteilung der Punkte sinngemäß zur Korrekturrichtlinie vor. itte achten Sie auf Folgefehler. Wurden bezogen auf eine falsche ösung zu Folgefragen richtige Antworten bzw. ösungen angegeben, dann sind diese ohne Punktabzug zu bewerten. Das bezieht sich auf Aufgaben jeglicher Art, nicht nur auf numerisch zu lösende. hre Korrekturhinweise und Punktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren Schrift vor. Die von hnen vergebenen Punkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden Notenschema ergebende ewertung tragen Sie in den Klausur-Mantelbogen sowie in die Ergebnisliste ein. Gemäß der Diplomprüfungsordnung ist hrer ewertung folgendes Notenschema zugrunde zu legen: von Punktzahl bis einschl. Note 95 00,0 sehr gut 90 94,5,3 sehr gut 85 89,5,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5,3 gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5 3,0 befriedigend 60 64,5 3,3 befriedigend 55 59,5 3,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum 3. Mai 006 in hr Studienzentrum ein. Dies muss persönlich oder per Einschreiben erfolgen. Der angegebene Termin ist unbedingt einzuhalten. Sollte sich aus vorher nicht absehbaren Gründen ein Terminüberschreitung abzeichnen, so bitten wir Sie, dies unverzüglich hrem Studienzentrenleiter anzuzeigen. Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen W-ET-P 06053

7 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen ösung s. Hinweise zu den Antworten insg. 7,5 Punkte a) 6,5 Pkte (), C (s. S, Gl. (.5 b) u. Gl. (.7)) Hinweis: Je richtige Antwort 0,5 Pkte, () A, (s. S 3, Gl. (.33)) für falsche Antwort 0,5 Pkte (3) A, C (s. S 5, Kap..4) Abzug. (4) A, C (s. S 5, Gl. (.3), Gl. (.) u. Gl. (.7)) (5) (s. S 6, Abb..) (6) A, (s. S 7, Kap...) (7), C (s. S 7, Tabelle 3.) b) Pkte () Siehe S, K.3): Magnetische Feldlinien haben im Gegensatz zu den elektrischen Feldlinien weder Anfang noch Ende. Sie sind immer in sich geschlossen. ( Pkte) () Siehe S, K.7): Weichmagnetische Werkstoffe sind leicht magnetisier- und entmagnetisierbare Ferromagnetika mit kleiner Koerzitivfeldstärke und damit schmaler Hystereseschleife. ( Pkte) (3) Siehe S 3, K.): Die OENTZ-Kraft ist eine Kraftwirkung, die auf eine bewegte adung im magnetischen Feld ausgeübt wird. Die Kraft steht dabei im Sinne eines echtsdreibeins stets ( Pkte) senkrecht auf dem Geschwindigkeits- und Magnetfeldvektor. (4) Siehe S 4, Kap. 5.5: Der eistungsfaktor cos ϕ gibt an, welcher Anteil der Scheinleistung als Wirkleistung ( Pkte) dauerhaft in eine andere Energieform umgewandelt wird. angestrebt allgemein: cos ϕ für größere Verbraucher gesetzlich vorgeschrieben: cos ϕ 0,9. (5) Siehe S 6, Kap. 5.: Die Anschlüsse heißen Anode und Katode. n Durchlassrichtung ist die Anode gegenüber der Katode positiv vorgespannt, wobei der etrag der Spannung größer als die ( Pkte) Diffusionsspannung sein muss. Hinweis: Alle Angaben zu dieser ösung und allen nachfolgenden ösungen beziehen sich bei den S, und 3 auf die. Ausgabe, beim S 6 auf die 3. Auflage und bei den restlichen S auf die. Ausgabe dieser Hefte. ösung vgl. S : Kap.. insg. 8 Punkte a) Pkte Mit dem Ohmschen Gesetz der Gl. (.7) gilt 5 V 0, A 50 Ω. b) Pkte Dieser folgt aus dem Maschensatz gemäß Gl. (.9): x V 5 V 7 V. W-ET-P Seite /6

8 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen c) 4 Pkte Ebenfalls nach Gl. (.7) findet man 7 V 75 Ω 0,093 A, so dass man x mit Hilfe des Knotenpunksatzes entsprechend Gl. (.8) findet zu x 0, A 0,093 A 0,006 A. d) Pkte Somit muss x nach Gl. (.7) auf den Wert x x x 7 V 05 Ω 0, 06 A eingestellt werden. e) 8 Pkte Nach Gl. (.6) findet man P 5 V 0,A 0,5 W Pges V 0,A, W, so dass sich der Wirkungsgrad laut Gl. (.3) mit P ab P und P zu P ges zu P η P ab zu 0,5 W 4, 6 % 4, 7 %., W ergibt. Für P x gilt sinngemäß P x x x 46, 6 mw 46,7 mw. ösung 3 S : Kap.. insg. Punkte a) 4 Pkte Jede Einzelheizung muss die Heizleistung liefern. ges P P 3 60 kw 0 kw 3 W-ET-P Seite /6

9 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Damit hat der Strom Gl. (.6) den Wert P 0000 W 50 A. 400 V b) Pkte Für den Widerstand einer Einzelheizung erhält man nach Gl. (.7) ϑ 400 V 8 Ω. 50 A c) Pkte Für den spezifischen Widerstand von Nickel-Chrom bei ϑ W 0 C findet man laut Gl. (.) und Tabelle. ρ ϑ ρ0 ( + α ϑ) Ωmm 4 Ωmm, ( + 0 K 00 K) 34,. m m d) 4 Pkte Mit dem Drahtquerschnitt π d A 4 3,46 ( mm) 4 346, mm erhält man die notwendige Drahtlänge durch mstellung von Gl. (.) ϑ A l ρϑ 8 Ω 3,46 mm Ωmm 34, m 8, 78 m. ösung 4 S : Kap.. u..3 sowie S 3: Kap..4 insg. 9,5 Punkte a) Aus den angegebenen Abmessungen lässt sich die Querschnittsfläche des homogenen Magnetkreises direkt angeben: A Q b h 0,0 m 0,05 m 0,00 m. Entsprechend dem vorgegebenen Kernkonzept gilt für die wirksame Grenzfläche bei der Kraftberechnung nach S 3, Abb..3 A A Q 0,00 m 0,00 m. 7 Pkte W-ET-P Seite 3/6

10 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen b) c) d) Damit findet man laut S 3, Gl. (.46), die erforderliche magnetische Flussdichte µ F 0 A, ( Vs Am) 0,00 m 790 N 5T,. Aus den Abmessungen folgt analog zu S, Abb..3 lfe ( ) mm 0,8 m. Aus der Magnetisierungskurve für Stahlguss StG liest man ab: A A H Fe (,5 T) 00. cm m Für den homogenen Eisenkern gilt laut S, Gl. (.3), sinngemäß V Fe H Fe l Fe A 00 0, 8 m 336 A. m Die magnetische Feldstärke in den uftspalten ergibt sich mit µ ruft nach S, Gl. (.) H µ µ 0,5 T 6 A, Vs m,57 0 Am und somit die hierzu erforderliche Durchflutung V H ( δ) 6 A, ,00 m 386,6 A. m Für die insgesamt erforderliche Durchflutung gilt Θ V + V FE 336 A + 386,6 A 7,6 A. Nach S, Gl. (.), findet man die Windungszahl N Θ 7,6 A 80. 3,4 A ( Pkte) Pkt 9,5 Pkte Pkte W-ET-P Seite 4/6

11 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen ösung 5 S : Kap.. u. S 4: Kap..4, 3. u. 4. insg.,5 Punkte a) Transformierte Wechselstromschaltung entsprechend S 4, Abb. 4. b): 4 Pkte jω Z Z /jω C Z b) Mit S 4, Gl. (3.7) c) X ω π f 3,46 50 s 0,04 H,5664 Ω und S 4, Abb..7, folgt für den Scheinwiderstand Z + X ( Ω) + (,5664 Ω),746 Analog zu den echenschritten in S 4, eispiel 4., findet man den Gesamtleitwert, den komplexen Widerstand und den Scheinwiderstand: Y jω + jπ f C + + jx + jx j 3,46 50 s 47µF + 0,035 Ω Ω + j,5664 Ω Z 80,97 Ω Y Z Z 80,97 Ω. Mit der allgemeinen Festlegung für den Gesamtstrom folgt unter Verwendung von S 4, Gl. (.4) Z Z 400 V 80,97 Ω 4,94 A. Ω. 0 Pkte ( Pkte) 3,5 Pkte d) Sinngemäß gilt für den Gesamtstrom in Z 400 V,746 Ω 3,44 A und somit für die allein in umgesetzte Heizleistung gemäß S, Gl. (.0) P Ω (3, 44) 976,9 W. 4 Pkte W-ET-P Seite 5/6

12 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen ösung 6 S 6: Kap. 5. insg.,5 Punkte a) b) c) d) Nach Gl. (5.), gilt für das Spannungsintervall 3 ü,73 0,45 V,559 V. Für die Zweipuls-rückenschaltung folgt mit Tabelle 5. f ü Z f 50 Hz 00 Hz. Der erforderliche Glättungskondensator berechnet sich nach Gl. (5.4) zu C f p ü d 0,686 0,5 A 00 µf. 00 s,559 V Mit den bereits genannten Zusammenhängen folgt für den eerlauf 0 ü0 p f 0 ü C d0 0,8 0, A 0,773 V 00 s 00 µf 0 3 0,773 V 0,099 V 0, V.,73 Pkte Pkte,5 Pkte ( Pkte) 5 Pkte ( Pkte) W-ET-P Seite 6/6