Fachhochschule Gießen Friedberg Blatt 2 Übungsaufgaben Elektrotechnik Maschinenbau, Mikrotechnik, Optronik

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1 Fachhochschule Gießen Friedberg Blatt 2 Übungsaufgaben Elektrotechnik Aufgabe 2.1 Im skizzierten Stromkreis fließt der Strom I = 40 A. Am Verbraucher liegt die Spannung U V = 220 V an. Die Widerstände der Leitungen sind R H = R R = 0,125, der Generator Innenwiderstand ist R i = 0,15. Zu berechnen sind: a) der Verbraucherwiderstand R v, b) die Spannungen U H, U R, U i, U q und U, c) die Spannung U d zwischen der Plusklemme des Generators und der Minusklemme des Verbrauchers, d) die Kurzschlussströme bei einem Kurzschluss am Verbraucher bzw. am Generator. (5,5 ; 5 V; 5 V;6 V; 236 V; 230 V; 225 V; 590 A; 1573,3A ) Aufgabe 2.2 Für die Erregerwicklung einer elektrischen Maschine sind 2850 m Kupferdraht vom Durchmesser 1,2 mm erforderlich. Zu bestimmen sind: a) der Widerstand der Wicklung bei 20 C, b) der Widerstand der Wicklung bei 75 C und bei 5 C, c) die Temperatur, bei der der Widerstand 58,5 beträgt. ( 44,9 ; 54,5 ; 42,2 ; 98,0 C ) Aufgabe 2.3 Die Stromdichte einer 35µm dicken Leiterbahn aus Kupfer soll 50 A/mm² nicht überschreiten. Die auf einer Kunststoff-Trägerfolie aufgebrachte Leiterbahn muss für eine Stromstärke von 20 A ausgelegt werden. Zu ermitteln sind: a) die erforderliche Breite der Leiterbahn, b) der Spannungsabfall pro Meter Leiterbahnlänge bei der Auslegungsstromstärke. ( 11,43 mm; 0,89 V) Aufgabe 2.4 In welchem Temperaturbereich ( ) kann ein aus Manganindraht hergestellter Präzisionswiderstand verwendet werden, wenn sich sein Wert um höchstens p = 0,01% gegenüber dem bei 20 C ändern darf? (10 C,30 C) Aufgabe 2.5 Um wie viele Prozent steigt die elektrische Leistung eines Elektrowärmegerätes, wenn die anliegende Spannung von U1=220 V, auf U2=230 V erhöht wird und sein Widerstand als konstant angenommen wird? (9,3%) Aufgabe 2.6 Ein Gleichstrommotor arbeitet zur Wirkungsgradbestimmung auf eine Bremse, an deren Hebelarm r = 0,5m die Bremskraft F = 75N wirkt. Die Drehzahl des Motors beträgt n = 1450 U/min, die anliegende Spannung U = 230 V und der aufgenommene Strom I = 29 A. Wie groß ist der Wirkungsgrad der Maschine? (85,4%)

2 Aufgabe 2.1 Im skizzierten Stromkreis fließt der Strom I = 40 A. Am Verbraucher liegt die Spannung U V = 220 V an. Die Widerstände der Leitungen sind R H = R R = 0,125, der Generator Innenwiderstand ist R i = 0,15. Zu berechnen sind: a) der Verbraucherwiderstand R v, b) die Spannungen U H, U R, U i, U q und U, c) die Spannung U d zwischen der Plusklemme des Generators und der Minusklemme des Verbrauchers, d) die Kurzschlussströme bei einem Kurzschluss am Verbraucher bzw. am Generator. a) U V = R V * I R V = U V / I = 220V / 40A = 5,5 b) U H = R H *I = 0,125 *40A = 5V U R = R R *I = 5V U i = R R *I = 6V U q = U i + U H + U V + U R = 236V U = U q U i = 230V (=Uv + U H + U R ) c) U d = U h + U V = 225V d) Verbraucher kurzgeschlossen : Uq = R*I = (R i + R H + R R )*I I = U q / (R i + R H + R R ) = 590 A Generator kurzgeschlossen : I = U q / R i = 1573,3 A (5,5 ; 5 V; 5 V;6 V; 236 V; 230 V; 225 V; 590 A; 1573,3A )

3 Aufgabe 2.2 Für die Erregerwicklung einer elektrischen Maschine sind 2850 m Kupferdraht vom Durchmesser 1,2 mm erforderlich. Zu bestimmen sind: a) der Widerstand der Wicklung bei 20 C, b) der Widerstand der Wicklung bei 75 C und bei 5 C, c) die Temperatur, bei der der Widerstand 58,5 beträgt. ( 44,9 ; 54,5 ; 42,2 ; 98,0 C )

4 Aufgabe 2.3 Die Stromdichte einer 35µm dicken Leiterbahn aus Kupfer soll 50 A/mm² nicht überschreiten. Die auf einer Kunststoff-Trägerfolie aufgebrachte Leiterbahn muss für eine Stromstärke von 20 A ausgelegt werden. Zu ermitteln sind: a) die erforderliche Breite der Leiterbahn, b) der Spannungsabfall pro Meter Leiterbahnlänge bei der Auslegungsstromstärke. ( 11,43 mm; 0,89 V)

5 Aufgabe 2.4 In welchem Temperaturbereich ( ) kann ein aus Manganindraht hergestellter Präzisionswiderstand verwendet werden, wenn sich sein Wert um höchstens p = 0,01% gegenüber dem bei 20 C ändern darf? (10 C,30 C) = max. zulässige Änderung des Widerstands R

6 Aufgabe 2.5 Um wie viele Prozent steigt die elektrische Leistung eines Elektrowärmegerätes, wenn die anliegende Spannung von U1=220 V, auf U2=230 V erhöht wird und sein Widerstand als konstant angenommen wird? (9,3%)

7 Aufgabe 2.6 Ein Gleichstrommotor arbeitet zur Wirkungsgradbestimmung auf eine Bremse, an deren Hebelarm r = 0,5m die Bremskraft F = 75N wirkt. Die Drehzahl des Motors beträgt n = 1450 U/min, die anliegende Spannung U = 230 V und der aufgenommene Strom I = 29 A. Wie groß ist der Wirkungsgrad der Maschine? (85,4%)