Klausur Grundlagen der Elektrotechnik

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1 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 1 von 13 Klusur Grundlgen der Elektrotehnik 1) Die Klusur esteht us 7 Aufgen, dvon 6 Textufgen und ein Single- Choie-Teil. 2) Zulässige Hilfsmittel: Linel, Winkelmesser, niht kommuniktionsfähiger Tshenrehner, 1 hndeshrieenes Bltt A4 Formelsmmlung. 3) Duer der Klusur: 120 Minuten Nme: Vornme: Mtrikelnummer: Studienrihtung: Untershrift: Bereih für die Korrektur Aufge Punkte 1 / 5 2 / 6 3 / 6 4 / 6 5 / 7 6 / 5 7 / 5 8 /20 Summe /60 Note

2 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 2 von 13 Aufge 1: Ein Konstntndrht mit Kreisquershnitt soll zur Dehnungsmessung eingesetzt werden. Der spezifishe Widerstnd von Konstntn eträgt ρ = Ω m. Frgen: 1. Wie groß ist der Widerstnd R des Drhtes im entspnnten Zustnd (Durhmesser 0,1 mm, Länge 0,2 m)? (2P) 2. Durh Aufringen einer mehnishen Zugspnnung wird die Länge des Drhtes um 3% erhöht. Berehnen Sie den neuen Widerstndswert R neu. (Hinweis: die Msse des Drhtes leit erhlten) (3P)

3 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 3 von 13 Aufge 2: Gegeen ist die folgende Shltung: Frgen: 1. Zeihnen Sie die Erstzspnnungsquelle für die oige Shltung. (1P) 2. Berehnen Sie die Quellenspnnung und den Innenwiderstnd der Erstzspnnungsquelle. 3. Berehnen Sie den Lststrom I 2 wenn ein Lstwiderstnd R L = 5 Ω zwishen den Klemmen AB ngeshlossen wird. (3P) (1P) 4. Wie viele Leistung verruht die Shltung im Leerluf? (1P)

4 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 4 von 13 Aufge 3: Gegeen ist ein mgnetisher Kreis mit folgenden Dten: Frgen: 1. Berehnen Sie die mgnetishe Feldstärke im Luftsplt. Zeihnen Sie die Rihtung der Feldstärke in den eiden Luftsplten. (3P) 2. Berehnen Sie die mgnetishe Flussdihte im Luftsplt; µ 0 = 1, H/m. (1P) 3. Berehnen Sie den mgnetishen Fluss. (1P) 4. Wie groß ist die Induktivität des Kreises? (1P)

5 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 5 von 13 Aufge 4: Gegeen ist ein fremderregter Gleihstrommotor mit einer mehnishen Leistung von 6 kw. Der Motor ht im Bemessungspunkt ei U = 620 V eine Drehzhl von 2000 min -1 und einen Ankerstrom von 10 A. (Berüksihtigen Sie in der Aufge nur die ohmshen Verluste) Frgen: 1. Berehnen Sie ds Drehmoment des Motors im Bemessungspunkt. (2P) 2. Berehnen Sie den Ankerwiderstnd. (2P) 3. Berehnen Sie den Wirkungsgrd des Motors. (2P)

6 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 6 von 13 Aufge 5: Es soll eine RLC Prllelshltung erehnet werden. Die Dten luten: U = 70 V, U = 0, f = 50 Hz R= 10 Ω L = 5 mh C = 1 mf U I IR IL IC R L C Frgen: 1. Bestimmen Sie die komplexe Admittnz Y. Wndelen Sie ds Endergenis in Exponentilform, d.h nh Betrg und Phse. (3P) 2. Berehnen Sie den Gesmtstrom I. (1P) 3. Geen Sie die Resonnzfrequenz f 0 des Shwingkreises n. (1P) 4. Zeihnen Sie qulittiv (niht mßstälih) ds Zeigerdigrmm der Ströme. (2P) Im U Re -Im

7 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 7 von 13 Aufge 6: Gegeen ist die neenstehende Verstärkershltung. Trnsistordten: S = 25 ma/v 2 U = 2,2 V th Spnnung und Strom für den gewählten Areitspunkt (AP): U, = 5 V DS D AP AP I, = 1 ma U, =?? GS AP Weitere Dten: U = 15 V v I = 5 µa RG1 Frgen: 1. Wie groß muss der Widerstnd RD gewählt werden. (1P) 2. Bestimmen Sie U GS, AP. (1P) 3. Für den gewählten Areitspunkt erehnen Sie die Widerstände R G1 und R G 2. (2P) 4. Nun soll eine kleine Wehselspnnung U 1 ngegelegt werden: Ermitteln Sie die Steilheit G S us dem Steilheitskoeffizienten und der Spnnung U, im Areitspunkt (AP). GS AP G I D S = (1P) U GS ( AP )

8 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 8 von 13 Aufge 7: Gegeen ist die neenstehende Verstärkershltung (ideler OPV). Die Dten luten: R1 = 5 k R2 = 50 k C = 200 nf Frgen: 1. Mrkieren Sie die enötigen Knoten und Mshen und geen Sie einen vollständigen Stz von Knoten- und Mshengleihungen n! (2P) 2. Geen Sie eine Formel für den Betrg der Spnnungsverstärkung 3. Wie groß ist die Verstärkung V U ei der Grenzfrequenz f g. U V U = n (2P) U e (1P)

9 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 9 von 13 Aufge 8: ) ) ) d) Zu jeder Frge ist nur eine Antwort rihtig. Jede rihtige Antwort wird mit einem Punkt gewertet. Flshe oder keine Antworten werden ls null Punkte gewertet. Es können mximl 20 Punkte erreiht werden. Kreuzen Sie dher zu jeder Frge eine Antwort, oder n (z.b. )! Frgen: 1. Aus welhem Mteril werden Dioden entwikelt. Silizium Kermik Silikt 3. Welhes Buelement knn ls Verstärker eingesetzt werden? Diode MOSFET Kondenstor 2. Welhe Kennlinie eshreit ds Verhlten einer relen Diode?

10 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 10 von Wie wird ein MOSFET gesteuert? Durh die ngelegte Gtes-Soure-Spnnung Durh den Drin-Strom I D. Durh die Drin-Soure-Spnnung U DS. U GS. 5. Welhe Kennlinie eshreit ds Verhlten eines Permnentmgnet erregten Gleihstrommotors? 6. In einer Spule mit Eisenkern und Luftsplt wird die Länge des Luftsplts hliert. Wie ändert sih die Induktivität? Sie sinkt uf die Hälfte des ursprünglihen Werts. Sie wird doppelt so groß. Die Induktivität leit konstnt. 7. Welhe Feldlinien ilden immer eine geshlossene Kurve? Elektrishe Feldlinien. Feldlinien elektrisher Dipole. Mgnetishe Feldlinien 8. Welhe Größe ist direkt proportionl zum Drehmoment ei einer Gleihstrommshine? Der Ankerstrom Die induzierte Spnnung Der Ankerwiderstnd

11 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 11 von Welher Strom I fließt in neenstehender Shltung durh den 3 Ω -Widerstnd 0,33 A 0,75 A 0,50 A 10. Welher Widerstnd wird in der neenstehenden Shltung zwishen den Klemmen A und B gemessen? 10 Ω 20 Ω 30 Ω 11. Die gesmte Kpzität C für die neenstehende Shltung zwishen den Klemmen A und B eträgt: C = 5,3 µf C = 3 µf C = 12 µf 12. Zwei vershiedenen Kpzitäten (C 1 > C 2 ) sind in Reihen geshltet. Wie verteilen sih die gespeiherten Ldungen Q 1 und Q 2, wenn üer eiden Kpzitäten eine Gesmtspnnung U nliegt? Q 1 = Q 2 Q 1 > Q 2 Q 1 < Q 2

12 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 12 von Zu jeder komplexen Zhl Z mit einem Imginärteil I{Z} 0 existiert eine konjugiert komplexe Zhl Z*. Wenn Z = 3 + j, dnn Z* = 1 + j3 Z* = 3 - j Z* = - j 14. Welhe Eigenshft wird ei Resonnz in einer RLC- Reihenshltung uftuhen : Die Phsenvershieung zwishen Spnnung U und Strom I eträgt genu 90. Die Phsenvershieung zwishen Spnnung U und Strom I eträgt genu -90. Bei Resonnz kompensieren sih induktive und kpzitive Rektnz, so dss eine rein reelle Impednz gemessen wird. 15. An einer Reihenshltung eines idelen Widerstnds und einer idelen Induktivität liege eine Wehselspnnung n, die durh den Zeiger ULR drgestellt wird. Welhes Zeigerdigrmm git die Phsenlge von ILR qulittiv rihtig wieder? 16. Rehts ist der Amplitudengng eines Filters drgestellt. Um welhe Art Filter hndelt es sih? Amplitude [db] Tiefpssfilter Bndpssfilter ω S Hohpssfilter 6 10

13 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 13 von Wie groß muss die Kpzität des Kondenstors sein, dmit ds Netz nur mit einer reinen Wirkleistung elstet wird? U I I1 R I2 C L C I sin( ϕ i ) = ωu C I os( ϕ i ) = ωu C = ωu I sin( ϕ ) i 18. Wrum stellen elektrishe Energieversorgungsunternehmen die ufgenommene Blindleistung in Rehnung? Die Blindleistung fällt ls Afllprodukt n und wird dher dem Verruher in Rehnung gestellt. Die Verruher sollen motiviert werden, Blindleistungs-Kompenstionsnlgen nzushffen. Der Blindnteil des Stroms elstet die Leitungen und erzeugt ddurh Leitungskosten. 19. Welhe Werte müssen die Widerstände R 1 und R 2 hen, dmit die Shltung eine Verstärkung VU = 1 ht? R 1 R 2 R 1 = R2 = 0 R1 = 0 R2 = R R 1 2 = 0 = Der Nme dieser Shltung lutet: R 2 Invertierender Verstärker Sutrhierer R 1 _ Komprtor Ue + U