Elektrotechnik für Ingenieure

Transkript

1 Elektrotechnik für Ingenieure Band 1: Grundlagen von Prof. Dr.-Ing. Rainer Ose 2., bearbeitete Auflage Mit 427 Bildern, 18 Tabellen, 47 Lehrbeispielen, 109 Berechnungsbeispielen, 59 Übungsaufgaben und einer Formelsammlung Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 ET 1 Gleichstromlehre 1 Elektrische Grundgrößen 1.1 Elektrische Ladung 1.2 Stromstärke und Stromdichte Elektrische Spannung Widerstände im elektrischen Stromkreis Bemessungsgleichung Temperaturabhängigkeit Gleichstromwiderstand und differenüeller Widerstand Technische Ausfuhrungsformen 16 2 Gesetze zur Berechnung elektrischer Stromkreise Das OHMsche Gesetz Die KiRCHHOFFschen Sätze Maschensatz Knotenpunktsatz Energiesatz 20 3 Einfache elektrische Stromkreise Einteilung elektrischer Stromkreise Berechnung von Elementarschaltungen Reihenschaltung und Spannungsteilenegel Parallelschaltung und Stromteilerregel Gemischte Schaltungen Elektrische Quellen Belastungsfälle im Grundstromkreis Leistung und Wirkungsgrad Anpassungsfall Diskussion von Lastfällen Belasteter Spannungsteiler Beispiele und Anwendungen 38 4 Messung elektrischer Grundgrößen Eigenschaften von Meßinstrumenten Meßwerterfassung und -korrektur Meßbereichserweiterung Vielfachmeßgeräte 51

3 4.5 Meßgeräte mit Nullindikator Allgemeine Berechnung von Brückenschaltungen Umrechnung in eine Sternschaltung Dreieck-Stern-Transformation Stern-Dreieck-Transformation 55 5 Berechnung linearer Netzwerke Netzwerkberechnung nach KIRCHHOFF Der HELMHOLTZsche Überlagerungssatz Zweipoltheorie Spannungsquellen-Ersatzschaltung Stromquellen-Ersatzschaltung Analyseverfahren Umlaufanalyse Knotenanalyse 84 6 Graphische Beschreibung von Gleichstromkreisen Stromkreise mit nichtlinearen Bauelementen Typische Bauelemente-Kennlinien Reihenschaltungen Parallelschaltungen Graphische Bestimmung des Arbeitspunktes Idealisierte Kennlinien und Ersatzschaltungen Beispiele und Anwendungen 99 ET 2 Elektrische und magnetische Felder 7 Feldbegriff Einteilung der Felder Analogie zwischen den elektromagnetischen Feldern Stationäres elektrisches Strömungsfeld Eigenschaften des elektrischen Strömungsfeldes Grundgrößen des elektrischen Strömungsfeldes Integrale Feldgrößen Ortsbezogene Feldgrößen Maschen-und Knotenpunktsatz im Strömungsfeld Berechnung elektrischer Strömungsfelder Homogene Felder Allgemeine inhomogene Felder 1

4 8.3.3 Inhomogene radialsymmetrische Strömungsfelder Überlagerung elektrischer Strömungsfelder 4 9 Elektrostatisches Feld Eigenschaften des elektrostatischen Feldes Grundgrößen des elektrostatischen Feldes Integrale Feldgrößen Ortsbezogene Feldgrößen Maschen- und Knotenpunktsatz im elektrostatischen Feld Berechnung elektrostatischer Felder Homogene und allgemeine inhomogene Felder Inhomogene radialsymmetrische elektrostatische Felder Überlagerung elektrostatischer Felder Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld Elektrisches Verhalten des Kondensators Zusammenschaltung von Kondensatoren Reihenschaltung und kapazitiver Spannungsteiler Parallelschaltung und Ladungsteiler Gemischte Kondensatorschaltungen Schaltvorgänge an Kondensatoren Ladevorgang Entladevorgang Umladen vorgeladener Kondensatoren Ladungsausgleich Ladungsbilanz Ladungsausgleich in Reihenschaltungen Ladungsausgleich in Parallelschaltungen Kapazitive Netzwerke 143 Magnetisches Feld Eigenschaften des magnetischen Feldes Grundgrößen des magnetischen Feldes Integrale Feldgrößen Ortsbezogene Feldgrößen Magnetische Kreise Einfluß unterschiedlicher Magnetwerkstoffe Ersatzschaltungen für magnetische Kreise Berechnung magnetischer Kreise Magnetische Felder stromdurchflossener Leiter Energie und Kräfte im magnetischen Feld Magnetische Energie 168

5 .5.2 LoRENTZ-Kraft HALL-Effekt Elektromagnetische Induktion Induktionsgesetz Selbstinduktion und Induktivität Gegeninduktion und Gegeninduktivität Transformator-Gleichungen Elektrisches Verhalten der Spule Zusammenschaltung von Spulen Schaltvorgänge an Spulen Einschaltvorgang Ausschaltvorgang Umschalten vormagnetisierter Spulen 178 ET 3 Wechselstromlehre 13 Grundgrößen des Wechselstromkreises Sinus-Zeit-Gesetz Mittelwerte periodischer Zeitfunktionen Arithmetischer Mittelwert Gleichrichtwert Effektivwert Überlagerung sinusförmiger Zeitfunktionen Widerstände im Wechselstromkreis Elementare Zweipole Ohmscher Widerstand Induktiver Blindwiderstand Kapazitiver Blindwiderstand 1% 14.2 Reale Bauelemente Reale Spule Realer Kondensator Einfache RLC-Netzwerke Elementarschaltungen Gemischte Schaltungen Brückenschaltungen 203

6 10 Inhaltsverzeichnis j 15 Berechnung von Wechselstromkreisen bei sinusförmiger Erregung 212 ( 15.1 Mathematische Grundlagen Zeigerdarstellung 212 c Rechenregeln 213 c Transformationsregeln 215 $ 15.2 Widerstandsoperatoren 216 S 15.3 Schaltungsberechnung 217 g 15.4 Spezielle Wechselstromschaltungen 224 g 15.5 Wechselstrom-Meßbrücken 232 g Induktivitätsmeßbrücke Kapazitätsmeßbrücke Frequenzmeßbriicke Phasendrehbrücke : Frequenzabhängigkeit der Wechselstromkreise 238 I 16.1 Tief-und Hochpässe 238 1' 16.2 Schwingkreise 240 li 16.3 Übertragungsvierpole 243 H li 17 Leistungsbetrachtungen im Wechselstromkreis 248 II 17.1 Zeitfunktion der Leistung 248 K 17.2 Wirk-, Blind-und Scheinleistung 249 K 17.3 Komplexe Leistung 250 H 17.4 Leistungsfaktor und seine Verbesserung 251 1( K 18 Dreiphasensysteme Symmetrische Drehstromgeneratoren Spannungen und Ströme Belastungsarten Leistung im Dreiphasensystem 262 Übungsaufgaben 271 Literaturverzeichnis 295 Formelzeichenverzeichnis 296 Sachwortverzeichnis 298