Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum. Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor) Elektrotechnik/Elektronik. Klausur-Kennzeichen

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1 Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Modul Art der Leistung Klausur-Kennzeichen Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor) Elektrotechnik/Elektronik Prüfungsleistung WB-ELT-P-09 / TB-ELT-P-09 Datum..009 Ausgegebene Arbeitsbögen Ausgegebene Arbeitsblätter Ort, Datum Name in Druckbuchstaben und nterschrift Aufsichtsführende(r) Abgegebene Arbeitsbögen Abgegebene Arbeitsblätter Ort, Datum Prüfungskandidat(in) Aufgabe 5 6 Note max. Punktezahl Bewertung Prüfer ggf. Gutachter Prüfer (Name in Druckbuchstaben) Datum, nterschrift ggf. Gutachter (Name in Druckbuchstaben) Datum, nterschrift ggf. Gutachten im Rahmen eines Widerspruchsverfahrens Mantelbogen, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB 009 HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH WB-ELT-P 09 / TB-ELT-P 09

2 Mantelbogen, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Anmerkungen Prüfer: Datum, nterschrift Anmerkungen Gutachter: Datum, nterschrift Sonstige Anmerkungen: Datum, nterschrift WB-ELT-P-09 / TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite

3 Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor) Modul Elektrotechnik/Elektronik Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Kennzeichen WB/TB-ELT-P-09 Datum..009 Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier und geben Sie sämtliches Papier (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 Namen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite / der Breite als Rand für Korrekturen frei und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. Notieren Sie bei jeder Ihrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Prüfer zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen (kein Bleistift). Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. nleserliches wird nicht bewertet. Bei nummerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der Lösung stets der Lösungsweg anzugeben, aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die Lösung zustande gekommen ist. Die Klausur-Aufgaben können einbehalten werden. Dies bezieht sich nicht auf ausgeteilte Arbeitsblätter, auf denen Lösungen einzutragen sind. Zur Prüfung sind bis auf Schreib- und Zeichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die Prüfung als nicht bestanden und wird mit der Note 5 bewertet. Bearbeitungszeit: 90 Minuten Hilfsmittel: Anzahl Aufgaben: 6 Höchstpunktzahl: 00 Studienbriefe, HFH-Taschenrechner, Formelsammlung ELT der HFH Aufgabe 5 6 max. Punktezahl Viel Erfolg! Klausuraufgaben, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB 009 HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH WB/TB-ELT-P-09

4 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Aufgabe 6 Punkte Vorhanden sind drei gleiche Widerstände R 0 Ω und eine reale Spannungsquelle mit q V und R i 5 Ω.. Wie muss man die drei Widerstände an der Spannungsquelle anschließen, damit diese mit Leistungsanpassung betrieben wird? Skizzieren Sie dazu zusätzlich auch den gesamten Stromkreis und tragen Sie alle Strom- und Spannungspfeile ein.. Geben Sie die Klemmenspannung an der realen Quelle und die Ströme in den drei äußeren Widerständen an. 5. Bestimmen Sie ebenso die Spannungen und Leistungen an allen vier Widerständen. 6. Welchen Wirkungsgrad hat die Spannungsquelle in dieser Schaltung? Aufgabe 0 Punkte Zwei Elektrolytkondensatoren C 70 µf und C 0 µf mit den Nennspannungen N 6 V sollen so verschaltet werden, dass sie bei V eingesetzt werden können.. Wie müssen die Kondensatoren geschaltet werden und welche Gesamtkapazität ergibt sich dann?. Die laut. verschalteten, zunächst ungeladenen Kondensatoren werden über einen Vorwiderstand R V an einer Konstantspannungsquelle mit q V aufgeladen. Welche Ladung ist nach Abschluss des Ladevorganges in den beiden Kondensatoren gespeichert?. Geben Sie auch die Spannungen an den beiden Kondensatoren an und prüfen Sie, ob die gewählte Schaltung zulässig ist. 5. Wie groß ist die dabei in den Kondenstoren einzeln bzw. insgesamt gespeicherte Energie? 6.5 Der Vorwiderstand hat den Wert R V 0 kω. Geben Sie die Zeitkonstante des Ladevorganges an. Aufgabe 8 Punkte Eine HF-Trocknungsanlage kann als Parallelschaltung von R 00 Ω und C 78,5 pf dargestellt werden und wird an sinusförmiger Spannung 00 V mit f 7, MHz betrieben.. Welche Heizleistung hat die Anlage?. Geben Sie den kapazitiven Blindwiderstand des Kondensators und den komplexen Leitwert der Anlage in kartesischer und polarer Schreibweise an. Wie groß ist somit der Scheinwiderstand der Anlage?. Welchen Strom (Betrag) und welche Scheinleistung (Betrag) nimmt die Anlage vom speisenden HF-Generator auf? 9. Bestimmen Sie den cos φ der Trocknungsanlage. WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /

5 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Aufgabe 8 Punkte Eine elektrische Industrieheizung besteht aus drei gleichen Heizstäben mit je P N,8 kw und ist in Sternschaltung an das Drehstromnetz 00/0 V, f 50 Hz angeschlossen.. Geben Sie die Nennspannung, den Nennstrom und den Widerstand eines Heizstabes an. 5. Wie groß ist die gesamte Heizleistung?. Durch einen Defekt tritt in einem Heizstab eine Stromunterbrechung auf. Welche Heizleistung wird dann noch insgesamt abgegeben? Aufgabe 5 Punkte Die Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung ist entsprechend der nebenstehenden Abbildung aufgebaut und soll bei der Spannung d 8 V den Strom I d 0, A liefern. 5. Welche Gleichrichterschaltung liegt vor und wie muss dabei die Eingangsspannung L gewählt werden? 5. Geben Sie die Pulsfrequenz in der Ausgangsspannung an, wenn die Schaltung über einen Trenntransformator am 50 Hz-Netz betrieben wird. 5. Das Pulsverhältnis kann bei dieser Schaltung zu p / angenommen werden. Wie muss dann der Glättungskondensator gewählt werden, damit die Brummspannung ü V bleibt? 5. Gewählt wird ein Glättungskondensator mit dem Normwert C L 70 µf. Wie groß ist dann die zu erwartende Brummspannung? WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /

6 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Aufgabe 6 Punkte Ein Operationsverstärker ist laut nebenstehender Abbildung als Differenzierverstärker geschaltet. Dieser soll bei einer sinusförmigen Eingangsspannung mit dem Effektivwert 5 V bei der Frequenz f 00 Hz die Ausgangsspannung V abgeben. 6. Geben Sie den Verstärkungsfaktor bei f 00 Hz an. 6. Der Eingangskondensator hat den Wert C e,7 nf. Welchen Wert muss dann der Rückkopplungswiderstand R k aufweisen? 6. Wählen Sie dafür einen geeigneten Widerstand aus der E-Reihe aus und bestimmen Sie den tatsächlichen Verstärkungsfaktor bei f 00 Hz. 6. Geben Sie die Frequenz f 0 mit der Verstärkung V (f 0 ) an. 6.5 Welche Ausgangsspannung ist mit dem unter 6. gewählten Normwiderstand bei einer sinusförmigen Eingangspannung V und der Frequenz f khz zu erwarten? WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /

7 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Elektrotechnik/Elektronik am..009 Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor) WB/TB-ELT-P-09 Für die Bewertung und Abgabe der Prüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich: Die Vergabe der Punkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. Nur dann, wenn die Punkte 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 Punkte sinngemäß zur Korrekturrichtlinie vor. Rechenfehler sollten grundsätzlich nur zur Abwertung des betreffenden Teilschrittes führen. Wurde mit einem falschen Zwischenergebnis richtig weitergerechnet, so erteilen Sie die hierfür vorgesehenen Punkte ohne weiteren Abzug. Ihre Korrekturhinweise und Punktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren roten Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen Punkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden Bewertungsschema ergebende Bewertung tragen Sie bitte in den Klausur-Mantelbogen ein. nterzeichnen Sie bitte Ihre Bewertung auf dem Mantelbogen. Gemäß der Prüfungsordnung ist Ihrer Bewertung das folgende Bewertungsschema zu Grunde zu legen: Punktzahl von bis einschl. Note 95 00,0 sehr gut 90 9,5, sehr gut 85 89,5,7 gut 80 8,5,0 gut 75 79,5, gut 70 7,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 6,5, befriedigend 55 59,5,7 ausreichend 50 5,5,0 ausreichend 0 9,5 5,0 nicht ausreichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum 0. Dezember 009 in Ihrem Studienzentrum ein. Dies muss persönlich oder per Einschreiben erfolgen. Der angegebene Termin ist unbedingt einzuhalten. Sollte sich aus vorher nicht absehbaren Gründen eine Terminüberschreitung abzeichnen, so bitten wir Sie, dies unverzüglich dem Prüfungsamt der Hochschule anzuzeigen (Tel. 00 / 509- bzw. birgit.hupe@hamburger-fh.de). Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB 009 HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH WB/TB-ELT-P-09

8 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Lösung vgl. SB Kap..5 6 Punkte. Nach Gl. (.) gilt bei Anpassung R a R i 5 Ω. Somit müssen Widerstände parallel und diese in Reihe mit dem verbleibenden Widerstand laut nachfolgender Skizze angeordnet werden. R I i R q V R P R I P R I P. Mit den Gleichungen auf Seite beträgt die Klemmenspannung q V V und der Klemmenstrom, der gleich dem Strom im Reihenwiderstand ist q I R i V V 0,8A. 5Ω 0Ω Da die Ströme in den parallel geschalteten Widerständen ebenfalls gleich sein müssen, folgt aus Gl. (.) I 0,8A I IP + IP IP IP 0, A.. Jeweils mit Gl. (.7) bzw. (.6) findet man V Ri I 5Ω 0, 8A V R R I 0Ω 0, 8A 8V P R IP 0Ω 0, A V für beide R R P V V I V 0, 8A 9, 6 W P R R I 8V 0, 8A 6, W P P P IP V 0, A, 6 W für beide R R. Bei Anpassung hat der Wirkungsgrad (Seite ) den Wert η 0,5. WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /6

9 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Lösung vgl. SB ; Kap...,.. u Punkte. Wegen > N müssen die beiden Kondensatoren entsprechend Gl. (.) in Reihe geschaltet werden. Für die Gesamtkapazität gilt dann nach Gl. (.6) bzw. (.7) C + C C 70µF + 0µF 9,875µF.. Bei der Reihenschaltung die Ladung überall gleich. Somit gilt nach Gl. (.8) Q Q Q C 9,875 µf V,65mC.. Die Teilspannungen an den beiden Kondensatoren erhält man mit Gl. (.8) Q,65mC C 9,9V C 70µF Q,65mC C,V. C 0µF Beide Spannungen sind kleiner als die Nennspannung der Kondensatoren, so dass die Anwendung zulässig ist.. Die gespeicherten Energien erhält man laut Gl. (.) W C 70µF (9,9 V),0 mj C W C 0µF (,V),80 mj C W W + W,0 mj +,80 mj 55,86 mj ges alternativ W ges C 9,875µF ( V) 55,86 mj..5 Die Zeitkonstante des Ladevorganges berechnet man nach SB Gl. (.) τ RV C 0kΩ 9,875µF,9875s. s. o. WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /6

10 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Lösung vgl. SB ; Kap..,. und 5. 8 Punkte. Da in Wechselstromkreisen Wirkleistung nur in Wirkwiderständen umgesetzt werden kann, lässt sich diese bei der vorgegebenen Parallelschaltung direkt nach Gl. (5.) mit I / R und cos ϕ angeben P R (00 V) 00Ω,6 kw.. Den kapazitiven Blindwiderstand erhält man mit Gl. (.7) X C 7,997Ω 75Ω. ωc π fc π 7, MHz 78,5pF Den komplexen Leitwert der Anlage erhält man analog zur Übungsaufgabe. mit Lösung (Seite 68) zu Y G + jωc + jω C + j (0,0+ j0,0)s R 00Ω 75Ω R P: j5, Y e 60Ω Damit findet man den Scheinwiderstand nach Gl. (.) zu Z Y 60Ω 60Ω.. Mit Gl. (.5) und (.6) folgt für den Strom 00V I 6 A Z 60Ω und damit für die Scheinleistung Gl. (5.7) S I 00 V 6 A.666 VA.. Den cos φ berechnet man mit Gl. (5.) zu P P.600 W cos ϕ 0,6. I S.666 VA WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /6

11 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Lösung vgl. SB Kap.. u. 5.; SB 5; Kap... 8 Punkte. Da die Heizstäbe für eine Sternschaltung ausgelegt sind, muss deren Nennspannung gemäß SB 5 Tab.. der Sternspannung des Dreiphasensystems entsprechen N Str 0 V. Mit dem für Heizwiderstände geltenden cos φ folgt nach SB Gl. (5.) für den Nennstrom I,8 kw 0V N N N P 60A und mit SB Gl. (.) und (.) für den Widerstand R I N 0V 60A N,8Ω.. Da im Normalbetrieb Heizstäbe wirken, gilt für die gesamte Heizleistung P ges P N,8 kw, kw.. Anschluss ans Dreileiternetz: Im beschriebenen Schadensfall ist ein Heizstab unwirksam und die beiden anderen liegen in Reihenschaltung jetzt an der Außenleiterspannung des Netzes Gl. (.8): R ges I R,8Ω 7,6666 Ω R ges Str 0 V 98,7 V 98,7 V 5,96 A 7,6666 Ω P I 98,7 V 5,96 A 0,7 kw. Hinweis: Hier muss man auch akzeptieren, wenn jemand mit 00 V rechnet. Es ergeben sich dann etwas abweichende Werte: I R ges 00 V 7,6666 Ω 5,7 A P I 00 V 5,7 A 0,87 kw Alternative Interpretation: Anschluss ans Vierleiternetz: Im beschriebenen Schadensfall ist ein Heizstab unwirksam und die beiden anderen liegen jeweils zwischen der Außen- und N-Leiter des Netzes: P P N P,8 kw 7,6kW s. o. s. o. WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite /6

12 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Lösung 5 vgl. SB 6; Kap. 5.. u. 5.. Punkte 5. Es handelt sich um eine B-Schaltung für die mit dem Schaltungsparameter Tab. 5. d L 0,9 die notwendige Eingangswechselspannung bestimmt werden kann 8V 0,9 d L d / L 0V. 5. Ebenso findet man die Pulsfrequenz der überlagerten Spannung zu fü f ü f 50Hz 00 Hz. f 5. Zunächst berechnet man mit Gl. (5.) ü V,6V und findet damit aus Gl. (5.) den Mindestwert des Ladekondensators C p Ι / 0, A 00 Hz,6V d L min fü 8,9µF. 5. Nun rechnet man in umgekehrter Reihenfolge p Ιd / 0, A,869 V fü CL 00 Hz 70µF ü 0,889 V. WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite 5/6

13 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung /09, ELT, WB, TB Lösung 6 vgl. SB 7; Kap.... u. SB 6 Kap.. Punkte 6. Entsprechend der allg. Definition Gl. (.) bzw. des Spannungsverstärkungsfaktors gilt im angegebenen Betriebspunkt bei f 00 Hz V V 5V 0,. Hinweis: Durch die bei sinusförmigen Wechselspannungen übliche Angabe von Effektivwerten spielt die Vorzeichenumkehr bei den Augenblickswerten keine Rolle. Effektivwerte sind lt. Definition stets > Aus Gl. (.) lässt sich damit der erforderliche Rückkopplungswiderstand bestimmen V 0, R k 67,76kΩ. π f C π 00Hz,7 nf e 6. Nach SB 6 (Tab..) wählt man seinen Widerstand aus mit R k 68 kω und erhält damit den tatsächlichen Verstärkungsfaktor V π f Ce Rk π 00 Hz,7 nf 68kΩ 0, Die Frequenz mit der Verstärkung erhält man laut Seite 5 zu f 0, 0 97,98Hz. π C R π,7 nf 68kΩ e 6.5 Mit Gl. (.) und (.) ergibt sich k V π f Ce Rk π khz,7 nf 68kΩ,008 V,008 V,06 V. WB/TB-ELT-P HFH Hamburger Fern-Hochschule GmbH Seite 6/6