Arbeitshilfen und Formeln für das technische Studium. Band 4 Elektrotechnik, Elektronik, Digitaltechnik, Steuerungstechnik

Transkript

1 Wolfgang Böge (Hrsg.) 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Arbeitshilfen und Formeln für das technische Studium Band 4 Elektrotechnik, Elektronik, Digitaltechnik, Steuerungstechnik 5., überarbeitete und erweiterte Auflage Erarbeitet von Peter Franke Mit über 500 Bildern 3vieweg

2 jy Inhaltsverzeichnis Benutzen Sie auch das ausführliche Sachwortverzeichnis (S. 231) Normen, Schaltzeichen 1 Normen und VDE-Bestimmungen 1 2 Konstanten und häufig benötigte Stoffwerte 2 3 Einheiten SI-Basiseinheiten Vorsätze für dezimale Teile und Vielfache von Einheiten 3 4 Codiertes Herstellungsdatum auf Kondensatoren und Widerständen 3 5 Nennwertreihen für Widerstände und Kondensatoren 4 6 Schaltzeichen Strom, Spannung, Schaltungsarten Leiter, Leitungen, Leitungsverbindungen Schaltglieder, Sicherungen, Ableiter Stromversorgung, Maschinen Widerstände Drosselspulen, Wicklungen, Transformatoren Relais, Schütze, elektromechanische und elektromagnetische Antriebe Kondensatoren Halbleiter-Bauelemente Meßtechnik, Übertragungstechnik Binäre Elemente, Informationsverarbeitung 13 Elementare passive Zweipole 7 Widerstand R! Leitungswiderstand Temperaturabhängigkeit des Widerstandes Frequenzabhängigkeit des Widerstandes Nichtlinearer Widerstand Wertkennzeichnung von Widerständen Leiterwerkstoffe Zulässige Dauerbelastung von isolierten Leitungen bei Umgebungstemperaturen bis 30 C Zulässige Belastbarkeit von Leitungen bei erhöhter Umgebungstemperatur Widerstands- und Heizleiterlegierungen Isolierstoffe 20

3 Inhaltsverzeichnis Induktivität Induktivität von parallelen Leitern und Luftspulen Induktivität von Spulen mit Eisenkern Drosselspule Transformator Magnetisierungskennlinien Wickeldraht-Tabelle für Runddrähte aus Kupfer Ummagnetisierungsverluste von Elektroblechen Kernbleche und Wicklungsdaten von Kleintransformatoren 27 Kapazität Kapazität von Leitern und Kondensatoren Temperaturabhängigkeit der Kapazität Kondensatorverluste Wertkennzeichnung von Kondensatoren Dielektrizitätszahl, Durchschlagfeldstärke, Verlustfaktor Keramikkondensatoren Glimmer-, Glas- und Kunststoffolienkondensatoren Aluminium-Elektrolytkondensatoren 34 Magnetisches und elektrisches Feld 10 Magnetisches Feld Größen des homogenen magnetischen Feldes Spannungserzeugung Kraftwirkung Richtungsregeln Feldgrößen gestreckter Leiter Elektrisches Feld Größen des homogenen magnetischen Feldes Schaltungen von Kondensatoren Formale Analogien zwischen den Feldgrößen 49 Halbleiterbauelemente 13 Wärmeableitung bei Halbleiterbauteilen Wärmemenge Wärmewiderstand und Kühlung 50

4 VI Inhaltsverzeichnis 14 Halbleiterdioden Dioden zum Gleichrichten und Schalten Kenngrößen von Siliziumdioden Dioden im Schaltbetrieb Z-Dioden Kenndaten und Kennlinien einer Si-Diode Kenndaten und Kennlinien von Leistungs-Z-Dioden Transistoren Bipolare Transistoren Kennlinien und Kenngrößen bipolarer Transistoren Der Transistor als Vierpol Feldeffekttransistoren (FET) Der Sperrschicht-FET Isolierschicht-FET Kenndaten und Kennlinien eines NPN-Transistors Kenndaten und Kennlinien eines Feldeffekttransistors Operationsverstärker Kennwerte und Betriebsarten des Operationsverstärkers (OP) Idealer und realer OP Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker Kenndaten und Anschlüsse eines Standard-Operationsverstärkers Thyristoren Grundschaltung und Kenndaten * Ausgewählte Thyristorbauelemente 83 Schaltungslehre 18 Gleichstrom Ohmsches Gesetz, nichtverzweigter Stromkreis Kirchhoffsche Sätze Ersatzschaltungen des Generators Parallelschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Quellen Reihenschaltung von Widerständen Belasteter Spannungsteiler Reihenschaltung von Quellen Meßschaltungen 93

5 Inhaltsverzeichnis VM_ Indirekte Widerstandsbestimmung Meßbereichserweiterung bei Spannungs-und Strommessern Lineare und nichtlineare Widerstände im Stromkreis Stern- und Dreieckschaltung Brückenschaltung Verzweigte lineare Netze mit mehreren Quellen Berechnung mit Knotenpunkt-Satz und Maschen-Satz Berechnung mit Überlagerungsverfahren Berechnung durch Umwandlung in eine Ersatz-Spannungsquelle Elektrische Leistung Elektrische Energie Schaltvorgänge bei Kapazitäten und Induktivitäten Exponentialfunktionen Schalten von Kapazitäten Schalten von Induktivitäten Wechselstrom Kennwerte von Wechselgrößen Fourier-Reihen Passive Wechselstrom-Zweipole an sinusförmiger Wechselspannung Reihenschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Widerständen Umwandlung passiver Wechselstrom-Zweipole in gleichwertige Schaltungen Stern- und Brückenschaltung Brückenschaltung Frequenzunabhängiger Spannungsteiler Schwingkreise Reihenresonanz/Spannungsresonanz Parallelresonanz/Stromresonanz Freie Schwingungen Blindwiderstand-Frequenz-Diagramm ( Hf-Tapete") Übertragungsfaktor, Übertragungsmaß, Pegel Blindleistungskompensation Drehstrom Komplexe Rechnung Begriffe und Rechenregeln Komplexe Darstellung sinusförmiger Wechselgrößen Komplexe Widerstände zusammengesetzter Schaltungen Elektrische Antriebe, Elektromotoren Grundlagen Leistung, Drehmoment, Wirkungsgrad Wichtige Elektromotoren im Überblick Angaben des Leistungsschildes (Auswahl) Anschlußkennzeichnungen elektrischer Maschinen Drehrichtung elektrischer Motoren Stellglieder für elektrische Antriebe Drehstrom-Asynchronmotoren Drehfeld Möglichkeiten der Drehzahlsteuerung Der Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer 152

6 VIII Inhaltsverzeichnis Betriebsverhalten und Kennlinien Ausgewählte Anlaßverfahren Drehzahlumschaltung mit Dahlanderschaltung Der Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer Betriebsverhalten und Kennlinien Schleifringläufer und Anlasser Stromrichtergespeiste Drehstrom-Asynchronmaschinen Ausgewählte Stromrichter Gleichstrommotoren Aufbau von Gleichstrommaschinen Der Nebenschlußmotor Der Reihenschlußmotor Der Doppelschlußmotor (Kompoundmotor) Stromrichterbetrieb von Gleichstrommotoren Netzgeführte Stromrichter Stromrichterschaltungen Motoren am Einphasennetz Der Kondensatormotor Der Universalmotor Der Drehstrom-Asynchronmotor in Steinmetzschaltung Sonderformen von Elektromotoren Der Schrittmotor Elektronik Belastbarkeit und Kühlung von Halbleiterbauelementen Ungesteuerte Gleichrichterschaltungen (Stromrichter) Einpuls-Mittelpunktschaltung mit reiner Wirklast Einpuls-Mittelpunktschaltung mit Wirklast und kapazitiver Last Kennwerte ungesteuerter Gleichrichterschaltungen Siebschaltungen Stabilisierungsschaltungen Spannungsstabilisation mit Z-Diode Spannungsstabilisierung mit Z-Diode und Reihentransistor Transistorschaltungen Arbeitspunkteinstellung Arbeitspunktstabilisierung Transistor-Grundschaltungen Dimensionierung eines einstufigen Wechselspannungsverstärkers in Emitterschaltung JFET-Verstärker-Grundschaltungen Einstufiger Wechselspannungsverstärker mit JFET in Sourceschaltung OP-Grundschaltungen Differenzverstärker (Subtrahierer) Summierverstärker (Addierer) Differenzierer Integrierer Schalten mit Thyristoren Phasenanschnittsteuerung 191

7 Inhaltsverzeichnis IX Grundlagen der Digitaltechnik 22 Zahlensysteme Analoge und digitale Größen Logische Zustände und Pegel Darstellung relevanter Zahlensysteme Umwandlung von Zahlensystemen Rechnen mit Dualzahlen Codierung und Codes Auswahl binärer Codes zum Zählen und Rechnen Der ASCII-Code Logische Schaltglieder Die logischen Grundfunktionen Erweiterte Grundfunktionen Verknüpfungsschaltungen aus NAND-und NOR-Elementen Analyse logischer Schaltungen Schaltalgebra Regeln und Gesetze der Schaltalgebra Synthese logischer Schaltungen Minimierung logischer Schaltungen Sequentielle logische Schaltungen Bistabile Elemente (Flipflops) Bistabile Elemente im Dualzähler, Frequenzteiler und Schieberegister Schaltkreisfamilien Allgemeine Hinweise TTL-Schaltungen CMOS-Schaltungen Auswahl integrierter Logikbausteine 211 Elektrische Steuerungstechnik 27 Grundlagen der Steuerungstechnik Steuerung und Regelung Merkmale elektrischer Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) Die Hardware einer SPS Programmierung einer SPS Programmierdarstellungen Programmieren grundlegender Funktionen Programmbeispiel: Wendeschützsteuerung 219

8 X Inhaltsverzeichnis 29 Ablaufsteuerungen für SPS Grundlagen Ablaufkette Befehlsausgabe und Befehlsarten Programmbeispiel: Automatische Stern-Dreieck-Schaltung Lösung nach Stromlaufplan Lösung als Ablaufsteuerung Automatische Stern-Dreieck-Schaltung mit Wendeschützsteuerung 228 Sachwortverzeichnis 231