Laboratorium für Grundlagen Elektrotechnik

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1 Unversy of Appled Scences Cologne Fakulä 07: Informaons-, Meden- & Elekroechnk Insu für Elekrsche Energeechnk Laboraorum für Grundlagen Elekroechnk Versuch Lade- und Enladevorgang enes Kondensaors 3. Energeausausch be Kondensaoren 3.3 Indukonsspannungen 3.4 Enschalsrom m Sromkres m Indukväen Gruppe: Versuchsermn: Abgabeermn: Name: Vorname: Mar.-Nr. Prookollführer: Telnehmer: Telnehmer: Telnehmer: Telnehmer: Telnahmeesa: Anerkennungsesa: Insu für Elekrsche Energeechnk Sand :

2 Grundlagen Kondensaor: Wrd en ungeladener Kondensaor C an ene Glechspannungsquelle U q angeschlossen, so fleß zunächs der Srom, = U q da de Kondensaor-Spannung U C noch Null s. M forlaufender Ze wrd de Ladung Q des Kondensaors mmer größer, wodurch auch U C mmer weer anseg und abnmm. Es gl: U q ( ) = e m = C u = U = U 1 e und som ( ) C q q U q C u C Aufladevorgang Enladevorgang U q - u c 0,63 U q u c De Ladung des Kondensaors beräg dabe Q = U C und de enhalene Energe ergb sch aus W U C Q UC C = bzw. : W = C Indukon: Bewegungen von elekrschen Ladungen n Sromkresen haben en magnesches Feld zur Folge. Ensprechend erzwng de Änderung enes magneschen Feldes enen Sromfluss n ener Leerschlefe. De Särke enes Magnefeldes wrd durch de magnesche Flussdche B (Indukon) beschreben, de man sch als Anzahl der senkrech schnedenden Feldlnen pro Flächenenhe vorsellen kann. Ene Fläche der Größe A wrd nsgesam m dem magneschen Fluss durchdrungen: Ene zelche Änderung des Flusses dф/d nduzer n ener Leerschlefe, de de Fläche A umfass, de Indukonsspannung: Beseh der Leer aus ener Spule m N Wndungen, so gl: φ = B A U nd U nd dφ = d dφ = N d Insu für Elekrsche Energeechnk See 1 von 5 Sand :

3 Durch Drehung ener Leerschlefe oder Spule n enem glechblebenden Magnefeld wrd demnach ene zelch veränderlche Spannung u() nduzer, da sch de vom Feld senkrech durchdrungene Fläche A änder. (Im Bespel rechs änder sch be glecher Länge de wrksame Bree b der Spule und dam de wrksame Fläche. d( N B A cosϕ) φ = B A cosϕ und ferner u( ) = d oer de Schlefe m konsaner Drehgeschwndgke, so s der Phasenwnkel ϕ = ω und d( N B A ) u ( cosω ) = u( ) = N B Aω sn ω d bzw. u( ) = uˆ sn ω B N φ S b cos φ b Ebenso kann n enem enzelnen Leersück der Länge l, welches nch n sch geschlossen s, ene Spannung nduzer werden, sofern deses de Feldlnen enes Magnefeldes schnede. Des wrd deulch durch den Zusammenhang: = v B U nd ( ) Versuchsdurchführung 3.1 Lade- und Enladevorgang enes Kondensaors Es werden de Spannung U C und der Ladesrom, bzw. de Spannung über dem Wdersand, m enem Oszlloskop bem Lade- und Enladevorgang des Kondensaors aufgezechne. U q wrd m enem Spannungsmesser ermel und s am Wdersand abzulesen. De Oszllogramme des Auf- und des Enladevorganges sollen ausgedruck werden. = U q S U C C a) De Achsen des Graphen snd m ener Messskala zu versehen und alle relevanen Messpunke snd enzuzechnen. b) De Größen I max, U max und snd graphsch zu ermeln. c) Welche Kapazä C ha der Kondensaor (echnung) und nach welcher Ze s der Kondensaor per Defnon voll geladen? Insu für Elekrsche Energeechnk See von 5 Sand :

4 3. Energeausausch be Kondensaoren H = U U q 1 C 1 C U In Schalersellung wrd der Kondensaor C 1 auf U q aufgeladen. Danach wrd n Sellung umgeschale und C 1 so von der Quelle gerenn. De Ladung n C 1 verel sch nun auf bede Kondensaoren und das Messgerä für U zeg nun ene Spannung an, de möglchs bald nach dem Umschalen abgelesen werden soll. a) Es s de Gesamenerge der Kondensaoren vor und nach dem Umschalen zu berechnen. b) Welche Energemenge wurde n der Glühlampe umgesez (Alle anderen Wdersände seen vernachlässgbar klen gegenüber dem der Lampe). c) M kurzgeschlossener Lampe werden Messung und Berechnung wederhol. De Gesamenerge s erneu zu berechnen d) Bede Versuchsergebnsse snd zu verglechen und das esula zu erklären. e) M den Erkennnssen aus desem Versuch s für nachfolgende Schalung de Gesamenerge aller 5 Kondensaoren nach glechzeger Beägung aller Schaler zu berechnen (m echenweg) : 1 = = 3 = 1 Ω U 1 = 400V C 1 U 1 1 C 3 C 3 U U 3 C 4 C 5 U = 00V U 3 = 80V U 4 = U 5 = 0V C 1 = 0µF C = 100µF C 3 = 470µF C 4 = 66µF C 5 = 66µF Insu für Elekrsche Energeechnk See 3 von 5 Sand :

5 3.3 Indukonsspannung a) Indukonsschaukel Ene aufgehänge Leerschlefe befnde sch m größenels homogenen Magnefeld enes Hufesenmagnees. De Leerschlefe wrd n Schwngung versez, sodass se m Magnefeld pendel. Beobachen Se de nduzere Spannung am Oszlloskop, wenn de Leerschlefe m homogenen Feld des Magneen und wenn se darüber hnaus beweg wrd. Was änder sch? Fassen Se dese Erkennnsse n Wore. b) Indukon m Sabmagne und Lufspule Das Oszlloskop muss an den äußeren Buchsen der Spule angeschlossen werden. Der Sabmagne wrd nun n de Lufspule hnen- und weder hnausbeweg. Dese Bewegung soll m unerschedlchen Geschwndgkeen wederhol werden. Tauschen Se de Lufspule gegen ene Spule anderer Wndungszahl und führen Se den Versuch noch enmal durch. Beobachen Se auch her das Oszlloskopbld und erklären Se de Zusammenhänge zwschen nduzerer Spannung, Bewegungsgeschwndgke und der Wndungszahl. c) oerende Leerschlefe (Generaormodell) De Erregerwcklung enes Generaors wrd von enem Glechsrom durchflossen, der her durch en Nezgerä beregesell wrd (n velen Fällen wrd der Erregersrom aus der erzeugen Spannung gewonnen). An den oorklemmen, de über Schlefrnge herausgeführ snd, wrd das Oszlloskop angeschlossen und das Sgnal auf dem Oszlloskop beobache, wenn der oor mels Kurbel glechmäßg gedreh wrd. Deser Versuch soll m unerschedlchen Drehzahlen durchgeführ werden. Noeren Se Ihre Ergebnsse und wederholen Se den Versuch m halbem Erregersrom. We hängen Drehzahl, Erregersrom und nduzere Spannung zusammen? Insu für Elekrsche Energeechnk See 4 von 5 Sand :

6 3.4 Enschalsrom n enem Sromkres m Indukvä Der Srom n ener Schalung, welche ene Indukvä benhale, seg bem Enschalen nur allmählch nach ener e- Funkon an. Im nebensehenden Schalbld s de Zusammenfassung aller Wdersände m Sromkres, we z.b. Innenwdersand der Glechsromquelle, engebauer Vorwdersand und Kupferwdersand der Spule. L könne ebenfalls de Zusammenfassung mehrerer Telndukväen darsellen. = U q S u u L L Maschenumlauf: U = 0; Uq + u + ul = 0 d Uq = u + ul = + L d für L = konsan M Hlfe enes dgalen 4-Kanal-Oszlloskops werden U q, u, u L und (ndrek m Nullflußwandler) bem Enschalen des Sromes glechzeg aufgezechne. Uq L = I(1 e ) I = = L = = 0,63 für =, da e -1 = 0,368 U q und I werden m Messgeräen drek gemessen und daraus der Wdersand berechne. s aus dem Oszllogramm der Sromkurve zu besmmen, und anschleßend de Indukvä L zu berechnen. I = I( 1 e ) 0,63. I De magnesche Energe W m L = s für = zu berechnen. Insu für Elekrsche Energeechnk See 5 von 5 Sand :