Elektromagnetische (Felder und deren) Verträglichkeit (EFV, EMV) Aufgabe Summe max.p Punkte

Transkript

1 Klausur xx.xx.20xx Name Vorname Elektromagnetische (Felder und deren) Verträglichkeit (EFV, EMV) Matr.-Nr. Note Aufgabe Summe max.p Punkte Allgemeine Hinweise: Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, 1 Blatt (=2 Seiten) DIN-A4, beliebigen Inhalts. Unleserliche Stellen, nicht nachvollziehbare Ansätze oder Berechnungen werden nicht bewertet! Jedes Blatt ist mit Namen und Matrikel-Nr. zu kennzeichnen; die Seiten sind zu nummerieren! Sie dürfen keinen Bleistift (außer für Skizzen) und keinen Rotstift verwenden. Wird zu einer Aufgabe mehr als eine Lösung abgegeben, wird die Aufgabe nicht gewertet! Viel Erfolg!! Aufgabe 1 (Kopplungsarten und Gegenmaßnahmen) a) Geben Sie die fünf Kopplungsarten in der EMV an. b) Geben Sie vier Maßnahmen an, um Gleichtaktstörungen in Erdschleifen zu reduzieren. Aufgabe 2 (Logarithmische Darstellung) Rechnen Sie folgende Größen ineinander um: a) 15 dbµv umrechnen in V b) 0,3 V umrechnen in dbµv c) 60 mw umrechnen in dbmw d) 15 dbmw umrechnen in W Prof. Dr.-Ing. Frank Gustrau Seite 1 EFV/EMV xx.xx.20xx

2 Aufgabe 3 (Induktive Kopplung) Gegeben sind drei parallele, unendlich lange Drähte. Der Abstand d beträgt d = 50 cm. Die Ströme besitzen die Beträge I 1 = I 3 = 2 A und I 2 = 4 A. Beachten Sie die Orientierung der Ströme. a) Berechnen Sie den Vektor der magnetischen Flussdichte B im Punkt P = (10 cm, 0, 0). b) Berechnen Sie für eine Frequenz von f = 20 khz die maximale induzierte Spannung in einer Leiterscheife (Fläche A = 30 mm 2 ) unter der Annahme, dass die zuvor berechnete magnetische Flussdichte räumlich konstant ist. Aufgabe 4 (Bauelemente) Gegeben sei eine lange, mit einem magnetischen Material (relative Permeabilität µ r = 40) gefüllte Zylinderspule (Länge l = 20 cm; Durchmesser D = 1 cm; Windungszahl n = 150), die vom Strom I = 1 A durchflossen werde. Es gelten die folgenden Annahmen: Das magnetische Feld im Innern der Zylinderspule sei konstant und verschwinde im Außenraum. Berechnen Sie: a) Das magnetische Feld H i im Innern der Zylinderspule. b) Die gesamte magnetische Feldenergie W m. c) Die Induktivität der Spule L. Prof. Dr.-Ing. Frank Gustrau Seite 2 EFV/EMV xx.xx.20xx

3 Aufgabe 5 (Filter) Gegeben ist ein Filter. Das Verhalten einer realen Spule wird durch einen RLC- Parallelschwingkreis (C = 2 pf, L = 10 µh, R = 100 kω) dargestellt. Weiter gilt: R i = 50 Ω, R E = 150 Ω. Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf die frequenzabhängige Einfügedämpfung A. a) Berechnen Sie den Wert A für den Fall f 0. b) Berechnen Sie den Wert A für den Fall f. c) Für welche Frequenz f 0 nimmt die Einfügedämpfung A ein Maximum an? d) Berechnen Sie den Wert A für den Fall f = f 0. Aufgabe 6 (Elektrische Leitungen) Gegeben ist eine koaxiale Leitung (Innenradius R i = 2 mm, Außenradius R a = 6 mm und relativer Dielektrizitätszahl des Füllmaterials ε r = 1,5) mit einem Leitungsabschluss Z A. a) Berechnen Sie den Leitungswellenwiderstand Z L. b) Geben Sie den Wert des Abschlusswiderstandes an, so dass keine Reflexionen am Leitungsende auftreten. c) Die Leitung werde nun am Ende kurzgeschlossen. Geben Sie den Reflexionsfaktor r A am Leitungsabschluss an. Prof. Dr.-Ing. Frank Gustrau Seite 3 EFV/EMV xx.xx.20xx

4 Aufgabe 7 (Galvanische Kopplung) Betrachten Sie die folgende Gesamtschaltung in der zwei Schaltkreise einen gemeinsamen Rückleiter verwenden. Der Rückleiter werde durch die Kopplungsimpedanz Z K beschrieben. a) Berechnen Sie die Spannungen U 1 und U 2 für den Fall Z K = 0. b) Berechnen Sie die in den zweiten Kreis eingekoppelte Störspannung, wenn gilt Z K = 2 Ω, d.h. berechnen Sie U 2 für den Fall, dass U 02 = 0 gilt. Prof. Dr.-Ing. Frank Gustrau Seite 4 EFV/EMV xx.xx.20xx

5 Ergebnisse zu den Aufgaben Aufgabe 1 (Kopplungsarten und Gegenmaßnahmen) a) 1) Galvanische Kopplung 2) Kapazitive Kopplung 3) Induktive Kopplung 4) Leitungskopplung 5) Strahlungskopplung b) 1) Gleichtaktdrossel 2) Trenntransformator 3) Optokoppler / Lichtwellenleiter 4) Symmetrisch betriebener Stromkreis Aufgabe 2 (Logarithmische Darstellung) a) 15 db/µv ˆ= 5,62 µv b) 0,3 V ˆ= 109,54 dbµv c) 60 mw ˆ= 17,78 dbm d) 15 dbmw ˆ= 31,6 mw Aufgabe 3 (Induktive Kopplung) a) B = 9,519 µt b) Betrag der induzierten Spannung: U = 35,9 µt Aufgabe 4 (Bauelemente) a) H i = 750 A/m b) W m = 221,95 µj c) L = 443, 9 µh Prof. Dr.-Ing. Frank Gustrau Seite 5 EFV/EMV xx.xx.20xx

6 Aufgabe 5 (Filter) a) A = 1 ˆ= 0 db b) A = 1 ˆ= 0 db a) f 0 = 35, 6 MHz d) A = 501 ˆ= 54 db Aufgabe 6 (Elektrische Leitungen) a) Z L = 53,82 Ω b) Z A = Z L c) r A = 1 Aufgabe 7 (Galvanische Kopplung) a) U 1 = 2,5 V und U 2 = 0,667 V b) U = 64, 93 mv Prof. Dr.-Ing. Frank Gustrau Seite 6 EFV/EMV xx.xx.20xx