Projekt Kochplatte. Die folgenden Versuche sind unter Aufsicht des Unterrichtsleiters an den vorbereiteten Messplätzen durchzuführen.

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1 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B1 B. Überprüfung der Funktion der Kochplatte Nach DIN VDE 0701.T1 muss bei der Reparatur und Änderung eines elektrischen Betriebsmittels ein rüfprotokoll erstellt werden (besorgen Sie sich ein Formular bei Ihrem nterrichtsleiter). B1 Erstellen Sie nun das rüfprotokoll. Messen Sie den Schutzleiterwiderstand, den Isolationswiderstand und den Ableitstrom. Dann unterschreiben Sie das rotokoll. Zunächst untersuchen Sie jetzt die Heizfähigkeit der Kochplatte. In nachfolgenden Versuchen sollen Sie feststellen, von welchen elektrischen Größen diese Heizfähigkeit abhängig ist. Die folgenden Versuche sind unter Aufsicht des nterrichtsleiters an den vorbereiteten Messplätzen durchzuführen. B Bestimmen Sie für folgende Bedingungen die Zeit t, bis sich die latte von ca. 35 C auf eine Temperatur von ca. 60 C erwärmt hat, und schließen Sie daraus auf die Heizfähigkeit. Verwenden Sie zum Messen der Temperatur das Oberflächen-Thermometer. B.1 Messung des Einflusses der Stromstärke auf die Heizfähigkeit: Anmerkung zu den Schaltstufen: Die Kochplatte verfügt über 7 Schaltstufen, nämlich: 0, 0-1, 1, 1-,, -3, 3 Schaltstufe 0-1 Schaltstufe = 30 V I = = 30 V I = t = t = Heizfähigkeit: groß / klein Heizfähigkeit: groß / klein Die Heizfähigkeit ist umso größer, je größer die Stromstärke ist. Geben Sie diesen Sachverhalt in einer kurzen mathematischen Schreibweise wieder: ~ I B. Messung des Einflusses der Spannung auf die Heizfähigkeit: Schaltstufe Schaltstufe = 30 V I = = 100 V I = t = t = Heizfähigkeit: groß / klein Heizfähigkeit: groß / klein Die Heizfähigkeit ist umso größer, je größer die Spannung ist. Geben Sie diesen Sachverhalt in einer kurzen mathematischen Schreibweise wieder: ~

2 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B B.3 Wie lautet in der Elektrotechnik der fachlich richtige Begriff für diese Heizfähigkeit? Leistung Formelbuchstabe: Einheit: Watt [W] B.4 Geben Sie aufgrund der in Aufgabe B ermittelten Abhängigkeiten die Formel für die Leistung an. B3 = I Berechnung der Leistung B3.1 Berechnen Sie mit Hilfe der Messwerte aus Aufgabe B die Leistung bei folgenden Schaltstufen: (ausführliche Schreibweise, zuerst allgemein mit Formelbuchstaben, dann mit Zahlenwerten) Schaltstufe 0-1: = I Schaltstufe : = I B3. Berechnen Sie mit Hilfe der Messwerte aus Aufgabe B die Leistung bei folgenden Schaltstufen: (ausführliche Schreibweise, zuerst allgemein mit Formelbuchstaben, dann mit Zahlenwerten) Schaltstufe : (bei 30 V) = I Schaltstufe : (bei 100 V) = I B3.5 Auf dem Typenschild der Kochplatte ist die sogenannte Nennleistung des Gerätes angegeben. Wie groß ist sie? 1500 W Die Spannung, bei der das Gerät die Nennleistung umsetzt, heißt Nennspannung, der dabei fließende Strom Nennstrom. B3.6 Erklären Sie nun folgende Begriffe: Nennleistung : Es ist die Leistung bei Nennbetrieb, also bei Nennspannung und Nennstrom aufgenommene Leistung : Das ist die elektrische Leistung, die aus dem Stromnetz bezogen wird. abgegebene Leistung : Das ist die Leistung, die von der Kochplatte abgegeben wird, in Form von Heizenergie B3.7 Die Leistung lässt sich auch aus der angelegten Spannung und dem Gesamtwiderstand R direkt errechnen.geben Sie die dazu nötige Formel an. TI: (Ersetzen Sie dazu in der Leistungsformel I durch I = /R und kontrollieren Sie Ihr Ergebnis mittels FT-Buch oder Formelsammlung) Formel: = / R

3 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B3 B3.8 Die Leistung kann auch berechnet werden, wenn nur der Strom I und der Widerstand R bekannt sind. Geben Sie die dazu nötige Formel an. TI: (Ersetzen Sie dazu in der Leistungsformel durch = R I und kontrollieren Sie Ihr Ergebnis mittels FT-Buch oder Formelsammlung) Formel: = I R B4 Der 7-Takt-Schalter und seine verschiedenen Schalterstellungen B4.1 Bevor Sie ein elektrisches Gerät einwandfrei reparieren können, müssen Sie dessen Funktion verstanden haben. Der 7-Takt- Schalter schaltet die verschiedenen Heizwicklungen (die als ohmsche Widerstände wirken) unterschiedlich zueinander (TI: Gruppenschaltung ohmscher Widerstände). Zeichnen Sie mit Hilfe des Schaltplanes auf dem Informationsblatt 1 für jede Schalterstellung jeweils den entsprechenden geschlossenen Stromkreis ein (L1 und N an die Klemmenleiste anschließen). B4. Zeichnen Sie für jede Schalterstellung die von Strom durchflossenen Widerstände so heraus, dass klar hervorgeht, ob es sich um eine Reihen-, arallel- oder Gruppenschaltung handelt. Geben Sie zu jeder Schalterstellung die Gleichung zur Berechnung des Gesamtwiderstandes Rg der jeweiligen Schaltung an. Verwenden Sie ein eigenes Notizblatt. Achten Sie auf einwandfreie Darstellung der Schaltungen (Lineal!!) Die Lösung finden Sie auf der letzten Seite!

4 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B4 B5 Berechnen Sie nun auf Ihrem Notizblatt für alle Schaltstufen jeweils den Gesamtwiderstand und die jeweilige Leistungsaufnahme bei Nennspannung und tragen Sie die Werte in die Tabelle ein. Dabei gelten folgende Widerstandswerte: = 14,0 Ω R= 138,0 Ω = 60,5 Ω Nennspannung (von Typenschild) : Nenn = 0 V Schaltstufe R in Ω 0 W 3, 5 W 198,5 W 138 W 60,5 W 4 W 31,4 W =²/R in [W] 0 W 150 W 44 W 350 W 800 W 1150 W 1541 W B6 Die Nennspannung sinkt auf den halben Wert. B6.1 Berechnen Sie jetzt die umgesetzte Leistung bei Schalterstellung -3. ( 110 V ) = = = 1 R 4 Ω 88, W B6. Bei halber Spannung geht die Leistung auf ein Viertel zurück. B6.3 Wie würde sich die Leistung bei doppelter Nennspannung verändern? Bei doppelter Spannung steigt die Leistung auf das Vierfache B7 Vervollständigen Sie mit Hilfe dieser Erkenntnisse folgende Tabelle (Kopfrechnen): in V in W 30 5,65 60, B8 Bearbeiten Sie folgende Aufgaben aus dem FR-Buch ( EROA, Rechenbuch Elektrotechnik): Rechnen Sie auf einem eigenen Notizblatt. B8.1 S. 63, Aufgabe 8 S. 64, Aufgaben 11,1 Die Lösung finden Sie im Anhang!

5 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B5 B9 Überprüfen Sie die Ergebnisse aus Aufgabe B 5 durch entsprechende Messungen von Strom und Spannung. B9.1 Zeichnen Sie zuerst die Messinstrumente für die indirekte Leistungsmessung in folgende Skizze ein, achten Sie dabei auf eine einwandfreie Darstellung. v A Die folgende Messung ist unter Aufsicht des nterrichtsleiters an den vorbereiteten Messplätzen durchzuführen. B9. Messung: (Übernehmen Sie die Widerstandswerte aus Tabelle B 5) Stufe 0 0/1 1 1/ /3 3 R in Ω 0 W 3,5 W 198, W S I in A = I in [W] 0 W ca. 150 W 138 W 60,5 W 4 W 31,4 W 44 W 350 W 800 W 1150 W 1541W B9.3 Vergleichen Sie die Ergebnisse aus Tabelle B 5 mit den obigen Ergebnissen. Wodurch könnten eventuelle Abweichungen begründet sein? o Messfehler o Die Netzspannung entspricht nicht der Nennspannung B10 Messgeräte zur direkten Leistungsmessung B10.1 Mit welchem Messgerät kann die Leistung der Heizwiderstände direkt bestimmt werden? Mit einem Leistungsmessgerät B10. m welche der in Aufgabe B 3.6 aufgeführten Leistungen handelt es sich dabei? Es handelt sich um die aufgenommene Leistung B10.3 Die Leistungsaufnahme der Kochplatte ist jetzt mit einem Leistungsmesser direkt zu messen. Informieren Sie sich dazu vor dem Aufbau der Schaltung im Fachtheoriebuch und in der Bedienungsanleitung des Leistungsmessers (Informationsmappe). Vorsicht! Bei falschem Anschluss oder falscher Einstellung kann der Leistungsmesser zerstört werden.

6 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B6 B10.4 Wie viele Anschlüsse, die für die Leistungsmessung notwendig sind, hat das verwendete Leistungsmessgerät? drei Anschlüsse B10.5 Welches Instrument bei der indirekten Leistungsmessung wird durch den "Strompfad" ersetzt? Strommessgerät oder Amperemeter B10.6 Ist der Widerstand des Strompfades sehr hochohmig oder sehr niederohmig? Er muss niederohmig sein. B10.7 Welches Instrument bei der indirekten Leistungsmessung wird durch den "Spannungspfad" ersetzt? Spannungsmessgerät oder Voltmeter B10.8 Ist der Widerstand des Spannungspfades sehr hochohmig oder sehr niederohmig? Er muss hochohmig sein. B10.9 Welches Messwerk wird in einem mechanischem Leistungsmessgerät verwendet? Ein elektrodynamisches Messwerk B11 Zeichnen Sie nun das Messinstrument ein und kennzeichnen Sie den Strompfad (rot) und den Spannungspfad (blau) (evtl. FT-Buch). B11.1 Wie gehen Sie vor, wenn für die Messung die Spannung bekannt, der zu erwartende Strom aber unbekannt ist? Den Spannungsbereich entsprechend einstellen, den Strombereich in den höchsten Bereich schalten B11. Warum kann das Gerät trotz eines geringen Zeigerausschlages überlastet werden? Bei falscher Einstellung kann das Gerät trotzdem im I- bzw. -fad überlastet werden.

7 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B7 B11.3 Welche Leistung wird bei nebenstehender Anzeige gemessen? (Die Anleitung zum Leistungsmesser befindet sich in der Info- Mappe) -Bereich: 300 V I-Bereich: 10 A Anzeige: 1500 Watt B11.4 Wie muss der Leistungsmesser eingestellt werden bei Schalterstufe 3 Schalterstufe 0-1 Spannungspfad: 300 V 300 V Strompfad: 10 A 1 A Die folgende Messung ist unter Aufsicht des nterrichtsleiters an den vorbereiteten Messplätzen durchzuführen. B11.5 Führen Sie nun die Leistungsmessung am Messplatz durch. Tragen Sie die Messergebnisse in die nachfolgende Messtabelle ein. Schaltstufe in [W] B11.6 Vergleichen Sie die in Schaltstufe 3 (= Nennbetrieb) gemessenen Werte mit dem Typenschild und entscheiden Sie, ob das Gerät in Ordnung ist. Das Gerät ist in Ordnung / nicht in Ordnung

8 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B8 B1 Erweitern Sie Ihren Wortschatz im technischen Englisch aus der zweisprachigen Bedienungsanleitung des Leistungsmessgerätes. B1.1 Suchen Sie für folgende deutschen Wörter die jeweilige englische Übersetzung aus der Bedienungsanleitung ( operating instructions) des Leistungsmesser der Firma Lucas Nülle. Leistungsmesser Strom Spannung Spannungsbereich Betriebsspannung Leistungsbereich Instrument Messbereich Messleitung Messgenauigkeit Ausgang electronic power meter current range voltage voltage range operating voltage power range meter range of measurement test lead accuracy output

9 nterrichtsleitung: Schötz Name: Datum: Seite B9 B13 Überprüfen Sie selbständig Ihr Wissen, ohne die nterlagen zu verwenden. B13.1 Die Leistungsfähigkeit elektrischer Geräte (z.b. Helligkeit einer Glühlampe, Heizfähigkeit einer Kochplatte) wird durch ihre elektrische Leistung angegeben. B13. Die elektrische Leistung ist umso größer, je größer die anliegende Spannung und der durchfließende Strom sind. Die Formel für die elektrische Leistung ergibt daraus: = I [ 1 W = 1 V 1 A ] B13.3 Fließt durch einen Widerstand bei einer angelegten Spannung von 1 Volt ein Strom von 1 Ampere, so wird eine elektrische Leistung von 1 W in Wärme umgewandelt. B13.4 Nennleistung: Dauerleistung eines Gerätes im normalen Betriebsfall, also bei Nennspannung und Nennstrom. B13.5 Die aufgenommene Leistung ist die elektrische Leistung, die der Verbraucher aus dem Stromnetz bezieht. B13.6 Die abgegebene Leistung ist die Leistung, die der Verbraucher abgibt, z.b. bei Motoren in Form von Arbeitsleistung, bei Heizgeräten in Form von Heizleistung. B13.7 Bei Kleingeräten (z.b. Heizgeräten, Lampen, Elektrowerkzeugen, Haushaltsgeräten,...) ist die Nennleistung immer die aufgenommene Leistung, bei großen Geräten (z.b. größeren Elektromotoren) ist die Nennleistung immer die abgegebene Leistung. B13.8 Indirekte Leistungsmessung: Die Spannung und der Strom I werden gemessen und daraus dann die Leistung = I berechnet.

10 Lösung zu B4..: Schaltstellung 0-1: Schaltstellung 1: R R 14 Ohm 138 Ohm 60 Ohm 138 Ohm 60 Ohm 30 V 30 V Schaltstellung 1-: Schaltstellung : R 138 Ohm 60 Ohm 30 V 30 V Schaltstellung -3: Schaltstellung 3: 60 Ohm 60 Ohm R 138 Ohm R 138 Ohm 14 Ohm 30 V 30 V

11 Lösung zu B8.1.: S. 63/8: Geg.: = 30 V, = 700 W, Ges.: a) INenn Lösung: b) R c) bei 5% nterspannung 700W 30V a) = I I = = = 3,04A, I 30V 3,04A b) R = = = 75,57Ω, c) = 30V 0,95 = 18,5 ; 95% V 18,5V I = = =,89A, R 75,57Ω = I = 18,5V,89A = 631,75W ; 700W 100% 0,14W 631,75W 1% 90,5% Die Leistung ist um 9,75 % geringer; S. 64/11: Geg.: = 400 V,,R = 18 kw, =15%,,R,=85% Ges.: a) Ermitteln Sie, wie die Widerstände zueinander geschalten sind. Lösung: b), R, a), R = 18kW;, R, = 18kW 1,5 =,5kW; = 18kW 0,85 = 15,3kW; 500W = I1 I1 = = = 56,5A; 400V 18000W 15300W I 1 = = = 45A; I 13 = = = 38,5A; 400V 400V

12 Aus der Berechnung der Ströme ergibt sich, dass die Widerstände in Reihe geschalten sein müssen, fällt der Strom, muss unweigerlich der Widerstand größer werden. 7 Ohm R 1 Ohm 1 Ohm 400 V S. 64/1: 400V 56,5A b) = R I R = = = 7,11, 1 Ω I1 400V R 1 = = = 8,89Ω, I 45A 1 400V R 13 = = = 10,45Ω, I 38,5A 13 R = = 8,89Ω 7,11Ω = 1,78Ω; R 3 = 3 R = 10,45Ω 1,78Ω 7,11Ω = 1,56Ω; Geg.: = 30 V, max. = kw, Stufe1=305 W, Stufe1 =450W; Ges.: a) I in den einzelnen Leistungstufen Lösung: b) in den restlichen Schaltstufen 305W 30V a) = I I = = 1,33 ; SS 1 SS1 = A 450W I SS 1 I SS1 = = = 1,96A; 30V = 30V 1,33A b) = R I R = = = 17,9 ; R SS 1 Ω I SS1 30V = = 117,35 1,96A g, SS1 = Ω I SS1 R = 117,35Ω; = R R SS SS1 R = 17,9Ω 117,35Ω = 55,55Ω; = 55,55Ω; ;

13 R SS 1 1 = = = 37,7Ω; (arallelschaltung,r) R 117,53Ω 55,55Ω 000W I SS 3 = = = 8,69A; 30V R SS 30V 3 = = = 6,45Ω; I 8,69A SS = = = 88,51Ω; (arallelsch., R, ) R R 6,45Ω 117,53Ω 55,55Ω SS 3 R SS = + R + 3 = 117,53Ω + 55,55Ω + 88,51Ω = 61,59Ω; (Reihensch., R, ) R ( 30V ) SS = = = RSS 61,59Ω ( 30V ) SS = SS 0,W ; = = 95,30W ; R 55,55Ω ( 30V ) SS = SS = = 140,44W ; R 37,7Ω SS 3 = 000W ;

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