Grundgebiete der Elektrotechnik

Transkript

1 Arnold Führer Klaus Heidemann Wolfgang Nerreter Grundgebiete der Elektrotechnik Band 2: Zeitabhängige Vorgänge mit 462 Bildern, 105 durchgerechneten Beispielen und 147 Aufgaben mit Lösungen 8., völlig neu bearbeitete Auflage HANSER

2 Inhaltsverzeichnis 1 Zeitabhängige elektrische und magnetische Felder Quasistationäre Vorgänge Konzentrierte Bauelemente Ideale Grundzweipole Erweiterung des Strombegriffs Idealer kapazitiver Zweipol Verschiebungsstrom Knotensatz bei zeitabhängigen Strömen Durchflutungsgesetz bei zeitabhängigen Strömen Bewegungsinduktion Bewegter Leiter im Magnetfeld Zeitliche Änderung des magnetischen Flusses in der Schleifenfläche Rotation einer Leiterschleife im homogenen Magnetfeld Ruheinduktion Induktive Spannung bei zeitabhängigem Magnetfeld Spannungsstoß Elektromagnetisches Feld Induktionsgesetz Das LENzsche Gesetz Elektrisches Wirbelfeld Die 2. MAXWELLSCIIC Gleichung Selbstinduktion Selbstinduktive Spannung Selbstinduktivität Induktivität von Leiteranordnungen Idealer induktiver Zweipol Gegenseitige Induktion Induktive Kopplung Gegenseitige Induktivität Gleichsinnige und gegensinnige Kopplung Kopplungsfaktor Reihenschaltung gekoppelter Spulen Wirbelströme 56 2 Kraft und Energie in elektromagnetischen Feldern Energie im elektromagnetischen Feld Energie eines Kondensators Elektrische Energiedichte Kräfte im elektromagnetischen Feld Kräfte auf Punktladungen Kräfte auf einen Dipol Kräfte auf die Platten eines Plattenkondensators Energie im magnetischen Feld Energie einer Leiteranordnung Energiedichte im Magnetfeld Innere Induktivität 65

3 Inhaltsverzeichnis Hysteresearbeit Magnetischer Kreis mit Dauermagnet Kräfte auf Magnetpole Energietransport im elektromagnetischen Feld 71 3 Periodisch zeitabhängige Größen Periodische Schwingungen Mittelwerte periodischer Größen Gleichwert Wirkleistung Effektivwert.. ' Gleichrichtwert Verhältniszahlen Sinusförmige Schwingungen Kenngrößen Mittelwerte Überlagerung von Sinusgrößen Zeigerdarstellung Komplexe Symbole 93 4 Lineare Zweipole an Sinusspannung Lineare passive Zweipole Begriffsdefinitionen Komplexer Widerstand und Leitwert Lineare aktive Zweipole Begriffsdefinitionen Ideale Sinusquellen Lineare Sinusquellen Leistung Leistungsschwingung Komplexe Leistung Grundzweipole an Sinusspannung Idealer OHMScher Zweipol Idealer induktiver Zweipol Idealer kapazitiver Zweipol Netze mit Sinusquellen gleicher Frequenz Ersatzzweipole passiver Netze Reihenschaltung passiver Zweipole Parallelschaltung passiver Zweipole Ersatzzweipol und Ersatzschaltung Resonanz Reihenresonanz Parallelresonanz Resonanz linearer passiver Zweipole Widerstandstransformation Netze mit Sinusquellen Belastung idealer Sinusquellen Ersatzquellen 130

4 Inhaltsverzeichnis Leistungsanpassung Blindleistungskompensation Netze mit linearen Zweitoren Zweitorparameter Beschaltete Zweitore Wellenwiderstand 13g Symmetrieeigenschaften von Zweitoren Zweitor-Ersatzschaltungen Netze bei unterschiedlichen Frequenzen Frequenzabhängigkeit der Netzeigenschaften Wirkung von L und C Komponentendarstellung Ortskurvendarstellung Ortskurven zueinander inverser Funktionen Frequenzgang Amplitudengang und Phasengang Übertragungsfaktor und Dämpfungsfaktor Übertragungssymmetrie von Zweitoren Logarithmierte Größenverhäitnisse Pol-Nullstellen-Plan BoDE-Diagramm Äquivalente Netze Duale Netze Filternetze, 16g Grenzfrequenz Tiefpass Hochpass Bandpass Bandsperre Igl Allpass Filter höherer Ordnung 1 g4 7 Drehstrom Symmetrische Spannungen Das symmetrische Dreiphasensystem Prinzip des Synchrongenerators Sternschaltung Dreieckschaltung Symmetrische Belastung Sternschaltung Dreieckschaltung Drehfeld Unsymmetrische Belastung Sternschaltung am Vierleiternetz Sternschaltung am Drei leiternetz Dreieckschaltung Symmetrische Komponenten 206

5 Inhaltsverzeichnis Geschlossenes Zeigerdreieck Beliebige Lage der Zeiger Nichtsinusförmige Größen Harmonische Synthese Teilschwingungen Reelle FouRiER-Reihen Sonderfälle der Synthese Komplexe FouRiER-Reihen Spektrum periodischer Größen Eigenschaften periodischer Größen Leistung und Effektivwert Leistung bei Sinusspannung und nichtsinusförmigem Strom Kennwerte für die Verzerrung von Wechselgrößen gegenüber der Sinusform Harmonische Analyse Berechnung der FouRiER-Koeffizienten Verschiebungsssatz Nichtperiodische Größen FouRiER-Transformation Diskrete FouRiER-Transformation eines zeätbeschränkten Signals Diskrete FouRiER-Transformation eines zeitlich unbeschränkten Signals Nichtsinusförmige Schwingungen in linearen Netzen Überlagerungsprinzip Verzerrungsfreie Übertragung Lineare Verzerrungen Nichtlineare Verzerrungen Spulenstrom bei verlustfreiem Eisenkern Spulenstrom beim Kern mit Eisenverlusten Schaltvorgänge Netz an Gleichspannung Netz mit einem Grundzweipol C Netz mit einem Grundzweipol L LAPLACE-Transformation Schwingkreis Netz mit zwei gleichartigen Energiespeichern Netz an Sinusspannung Netz mit einem Grundzweipol C Netz mit einem Grundzweipol L Schwingkreis Reale Bauelemente Bauformen Widerstand Nenndaten Temperatureinfluss Widerstandsformen Wechselstrom-Ersatzschaltung 267

6 Inhaltsverzeichnis 10.3 Kondensator Bauformen Verluste bei Gleichspannungsbetrieb Verluste bei Wechselspannungsbetrieb Wechselstrom-Ersatzschaltungen Temperatureinfluss Eigenschaften von Elektrolytkondensatoren Spule Berechnung der Induktivität Verlustwinkel und Gütefaktor Kupferverluste Kernverluste 285 Anhang 290 AI Beziehungen zwischen Winkelfunktionen 290 A2 Komplexe Rechnung 291 A3 Wichtige Konstanten 293 A4 Verwendete Formelzeichen 293 A5 FouRiER-Koeffizienten 295 A6 LAPLACF.-Transformation 296 A7 Magnetisierungskurven 300 Lösungen der Aufgaben 301 Literatur 314 Sachwortverzeichnis 315