Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich:

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1 Studiengang Fach Art der Leistung Klausur-Knz. Wirtschaftsingenieurwesen Elektrotechnik/Elektronik rüfungsleistung WI-ELT--047 Datum Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte apier, und geben Sie sämtliches apier (Lösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte Blätter) zum Schluss der Klausur wieder bei Ihrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. Beschriften Sie jeden Bogen mit Ihrem amen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite /3 ihrer Breite als Rand für Korrekturen frei, und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. otieren Sie bei jeder Ihrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Korrektor zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen. Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. nleserliches wird nicht bewertet. Bei numerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der Lösung stets der Lösungsweg anzugeben, aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die Lösung zustande gekommen ist. ur rüfung sind bis auf Schreib- und eichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die rüfung als nicht bestanden und wird mit der ote 5 bewertet. Bearbeitungszeit: Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: 90 Minuten 6 00 Hilfsmittel HFH-Taschenrechner Studienbriefe Formelsammlung ELT der HFH Vorläufiges Bewertungsschema: von unktzahl bis einschl. ote 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, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen WI-ELT- 047

2 Klausuraufgaben, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe insg. 5 unkte a) Geben Sie die jeweils richtige Antwort an, wobei Mehrfachnennungen möglich sind. 3,5 kte Frage () Welche Größe ist allen Elementen einer arallelschaltung gemeinsam? () Wie ändert sich die Kapazität bei der Reihenschaltung von Kondensatoren gegenüber den Einzelwerten? (3) Welche typische Form hat die Hystereseschleife von weichmagnetischen Werkstoffen? (4) Bei einer idealen Induktivität gilt immer... Antwort A B C Strom Spannung otenzialdifferenz zwischen den Anschlusspunkten wird kleiner als die kleinste Einzelkapazität schmal die Spannung kann springen bleibt gleich breit der Strom ist stetig wird größer als die größte Einzelkapazität kleine umschlossene Fläche die Leistung ist stetig b) Beantworten Sie in Stichworten, warum und wie sich der elektrische Widerstand bei den wichtigsten metallischen Leitern mit zunehmender Temperatur ändert.,5 kte Aufgabe insg. 5 unkte Bei einer Lichterkette sind für den Betrieb an 30 V zwölf gleiche Lampen ( L ) mit je L 3 W in Reihe geschaltet. a) Welche Leistung ges und welchen Strom I L nimmt die Kette insgesamt am etz auf? 4,5 kte b) Für welche Spannung L sind die einzelnen Lampen ausgelegt, und wie groß ist ihr Warmwiderstand R L? c) Eine Lampe der Kette ist defekt und wird überbrückt. Die verbleibende Kette wird wieder am etz bei 30 V angeschlossen. Welche Werte L, I L und L ergeben sich jetzt für jede restliche Lampe? Hinweis: Der Warmwiderstand der Lampen ändert sich dabei näherungsweise nicht. 5 kte 5,5 kte Aufgabe 3 insg. 3 unkte Ein lattenkondensator mit kreisförmig horizontal angeordneten, kreisförmigen Elektroden vom Radius a 0 cm im Abstand l 5 cm wird mit Q 445 nc geladen. a) Welche Kapazität C hat der lattenkondensator in Luft (ε r ) bei Vernachlässigung von Randeffekten? b) Welche Spannung stellt sich zwischen den Kondensatorplatten ein, und wie groß ist dort die elektrische Feldstärke E? 6 kte 7 kte WI-ELT- 047 Seite /

3 Klausuraufgaben, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 4 insg. 6 unkte Bei einem Akkumulator für KW sind 6 ellen mit je q V und R i 5 mω in Reihe geschaltet. a) Ermitteln Sie die Quellenspannung q und den Innenwiderstand R i des gesamten Akkumulators. b) Der Akkumulator speist einen Anlasser mit dem Lastwiderstand R A 50 mω. Geben Sie dafür an die Klemmenspannung A, den Strom I A, die abgegebene Leistung A und den Wirkungsgrad des Akkumulators η Akku. c) Welche mechanische Leistung gibt der Anlasser bei seinem Wirkungsgrad η A 80 % ab, und wie groß ist dabei der Gesamtwirkungsgrad η ges des Systems? 3 kte 6 kte 7 kte Aufgabe 5 insg. 9 unkte Von einem 4poligen Drehstrom-Asynchronmotor sind folgende Angaben bekannt: 400 V/ 50 Hz cosφ 0,8 n 455 min- 7,5 kw η 0,87 Dreieckschaltung. a) Welche Wirkleistung, Scheinleistung S und Blindleistung Q nimmt dieser Motor im Bemessungsbetrieb ( ennbetrieb) vom etz auf? b) Welchen Scheinwiderstand I besitzen die Stränge des Asynchronmotors, und welcher Strom I fließt in den Strängen bzw. in den uleitungen? c) Der Motor soll durch 3 gleiche, in Dreieck geschaltete Kondensatoren auf cos φ 0,95 kompensiert werden. Welche Kapazität C muss dann jeder Kondensator aufweisen? 5 kte 8 kte 6 kte Aufgabe 6 insg. unkte Eine astabile Kippschaltung ist gemäß nebenstehender Abbildung aufgebaut, wobei der Rückkopplungswiderstand R aus der Reihenschaltung eines Festwiderstandes R f und eines variablen Widerstandes (otentiometer) R v besteht. Für die restlichen Bauelemente gilt R k R 0 kω und C 0 nf. Der OV wird mit den Betriebsspannungen ± 0 V versorgt. a) Welche Schalthysterese tritt bei dieser Dimensionierung auf? b) Die Kippschaltung soll durch Änderung der otentiometereinstellung stufenlos zwischen f u 0 Hz und f o khz durchstimmbar sein. Welche rechnerischen Werte müssen dann für R v und R f vorgesehen werden? 3 kte 9 kte WI-ELT- 047 Seite /

4 Korrekturrichtlinie zur rüfungsleistung Elektrotechnik/Elektronik am Wirtschaftsingenieurwesen WI-ELT- 047 Für die Bewertung und Abgabe der rüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich: Die Vergabe der unkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von unkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. ur dann, wenn die unkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben sind, ist ihre Aufschlüsselung auf die einzelnen Lösungsschritte Ihnen überlassen. Stoßen Sie bei Ihrer Korrektur auf einen anderen richtigen als den in der Korrekturrichtlinie angegebenen Lösungsweg, dann nehmen Sie bitte die Verteilung der unkte sinngemäß zur Korrekturrichtlinie vor. Bitte achten Sie auf Folgefehler. Wurden bezogen auf eine falsche Lösung zu Folgefragen richtige Antworten bzw. Lösungen angegeben, dann sind diese ohne unktabzug zu bewerten. Das bezieht sich auf Aufgaben jeglicher Art, nicht nur auf numerisch zu lösende. Ihre Korrekturhinweise und unktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen unkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden otenschema ergebende Bewertung tragen Sie in den Klausur-Mantelbogen sowie in die Ergebnisliste ein. Gemäß der Diplomprüfungsordnung ist Ihrer Bewertung folgendes otenschema zugrunde zu legen: von unktzahl bis einschl. ote 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 in Ihr 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 Ihrem Studienzentrenleiter anzuzeigen. Korrekturrichtlinie, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen WI-ELT- 047

5 Korrekturrichtlinie, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung s. Hinweise zu den Antworten insg. 5 unkte a) 3,5 kte () B (SB, Kap...) C (SB, Kap...) () A (SB, Kap..4.3) (3) A (SB, Kap..4.3) C (SB, Kap..4.) (4) A (SB 3, Kap...) B (SB 3, Kap...) b) SB : Kap...4 Wärmeschwingungen des Atomgefüges nehmen mit der Temperatur zu, dadurch zunehmende Behinderung der Elektronenbewegung, der elektrische Widerstand steigt.,5 kte Hinweis: Alle Angaben zu dieser Lösung und allen nachfolgenden Lösungen beziehen sich bei den SB und auf die. Ausgabe und bei den restlichen SB auf die. Ausgabe dieser Hefte. Lösung vgl. SB : Kap. und insg. 5 unkte a) Jede Lampe nimmt L 3 W auf. Für die Lichterkette mit L gilt somit die Leistung 4,5 kte ges L L 3 W 36 W. Durch mstellung der Gl. (.6) folgt für den Lampenstrom I I L 36 W 30 V ges 0,565 A. b) Die etzspannung verteilt sich gleichmäßig auf die Lampen der Lichterkette, so dass jede an L L 30 V 9,7 V liegt. ach Gl. (.7) findet man den Warmwiderstand einer Lampe zu L RL I L 9,7 V 0,565 A,49 Ω. 5 kte WI-ELT- 047 Seite /5

6 Korrekturrichtlinie, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen c) Analog zur obigen Rechnung folgt mit einer Lampe weniger L * : 5,5 kte 30 V L * L 0,9 V L 0,9 V I L 0,707 A. R L,49 Ω (nter der Annahme, dass sich der Warmwiderstand wie in der Aufgabenstellung angegeben näherungsweise nicht ändert.) 0,9 V 0,707 A L L I L 3,57 W. (,5 kte) Lösung 3 vgl. SB : Kap...3; SB : Kap..3 und.4 insg. 3 unkte As a) Mit ε 0 8, (s. Gl. (.6) aus SB ) und εr für Luft als Dielektrikum folgt Vm nach den Gln. (.9) und (.7) des SB für die Kapazität des lattenkondensators A C ε l π a ε r ε 0 l - 8,854 0 As Vm π (0, m) 0,05 m,5 pf. b) Durch mstellen der Gl. (.8) des SB findet man die Spannung zwischen den latten: Q C 445 nc,5 pf 7 4,45 0 As 0000 V 0 kv As,5 0 V und damit nach SB, Gl. (.4) die elektrische Feldstärke E l 0000 V V kv ,05 m m m 6 kte 7 kte Lösung 4 SB, Kap...5 u... insg. 6 unkte a) In einer Reihenschaltung addieren sich die Quellenspannungen q und die Innenwiderstände R i. Da hier die Einzelwerte jeweils gleich groß sind, gilt mit der ellenzahl 6 3 kte q Ri q 6 V V Ri 6 5 mω 30 mω. WI-ELT- 047 Seite /5

7 Korrekturrichtlinie, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen b) Mit dem Gesamtwiderstand R ges RA + Ri ergibt sich die Spannungsteilerregel gemäß Gl. (.3) RA RA A q q Rges RA + Ri 50 mω V 7,5 V. 50 mω + 30 mω Den Anlasserstrom erhält man aus dem OHMschen Gesetz q A I A Rges RA 7,5 V 50 mω 7,5 V 50 A. 0,05 Ω Damit ergibt sich nach Gl. (.6) für die an den Anlasser abgegebene Leistung A A I A 7,5 V 50 A 5 W. Dabei hat der Akkumulator den Wirkungsgrad A A I A A ηakku q q I A q 7,5 V 0,65 ˆ 6,5 %. V () () 6 kte (3 kte) (3 kte) (3 kte) c) Die vom Anlasser abgegebene mechanische Leistung beträgt 7 kte mech ηa A (3) 0,8 5 W 900 W. Der Gesamtwirkungsgrad hat dann mit den obigen Gl. () und (3) den Wert η ges η mech A q A q η A η Akku 0,8 0,65 0,5 ˆ 50 %. (0,5 kt) WI-ELT- 047 Seite 3/5

8 Korrekturrichtlinie, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 5 vgl. SB 5; Kap..3 u..5 insg. 9 unkte a) Der Motor nimmt im Bemessungsbetrieb vom etz die Wirkleistung η 7,5 kw 860,7 W. 0,87 ach Tabelle. des SB 5 ergibt sich durch Einsetzen von 3 cosη die Scheinleistung S Ν in cosη 860,7 W 053 VA 0,8 und durch Einsetzen von S 3 S 3 in Q 3 sinην die Blindleistung Q S sin ϕ. Mit dem trigonometrischen usammenhang 5 kte (sin ϕ ) + (cos ϕ ) sin ϕ (cos ϕ ) erhält man Q S (cos ϕ ) (,5 kte) 053 VA 0,8 053 VA 0, ,3 var. b) Aus Tabelle. folgen ebenso: 8 kte 3 S 3 (400 V) 053 VA 45,66 Ω I 400 V 8,76 A 45,66 Ω I 3 I 3 8,76 A 5,73 A. WI-ELT- 047 Seite 4/5

9 Korrekturrichtlinie, rüfungsleistung, Elektrotechnik/Elektronik, Wirtschaftsingenieurwesen c) Gemäß Abschnitt.3.4 ergibt sich die Kapazität der Dreieckschaltung zu (tan tan Soll ) C CY. 3 3ω ϕ Im unkompensierten ustand ist der hasenwinkel ϕ arc cos 0,8 34, 9 und im kompensierten ustand ϕ Soll arc cos 0,95 8, 9 Das ergibt 860,7 W (tan 34,9 tan8,9 ) C, µf. 3 π 50 s (400 V) ϕ 6 kte (3 kte) Lösung 6 vgl. SB 4: Kap..; SB 7: Kap insg. unkte a) ach Gl. (3.8) des SB 7 gilt für die Schalthysterese R ( CC CC R ) k + R 0 kω 0 kω + 0 kω [ 0 V ( 0 V) ] 0 V. b) Allgemein gilt für periodische Signale nach SB 4, Gl. (.) f bzw. T. T f Damit wird im. Schritt der Festwiderstand aus der Vorgabe der höchsten Frequenz f o nach SB 7, Gl. (3.30) bestimmt: R + T min Rf C ln. fo Rk Aufgelöst nach R f erhält man Rf R fo C ln + Rk 068,7 Ω. 0 kω 000 s 0 nf ln + 0 k Ω Analog folgt aus der kleinsten Frequenz Rv Rf R f u C ln + Rk 068,7 Ω Ω. 0 kω 0 s 0 nf ln + 0 k Ω 3 kte 9 kte (,5 kte) (,5 kte) WI-ELT- 047 Seite 5/5