ELEKTROTECHNISCHES PRAKTIKUM 1

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1 Fahrzeugsysteme und Grundlagen der Elektrotechnik ehem. Pro. Dr.-Ing. J. Leohold ELEKTROTECHNISCHES PRAKTIKUM Einührungsversuch Universität Kassel Fachbereich Elektrotechnik/Inormatik Fachgebiet Fahrzeugsysteme und Grundlagen der Elektrotechnik Wilhelmshöher Allee Kassel Rückragen an: Dipl.-Ing. Dirk Schneider Raum -325

2 Elektrotechnisches Praktikum Einührungsversuch 2/6 Einührung. Kennwerte der Sinusspannung.. Augenblickswert und Amplitude Da eine Wechselspannung nie einen konstanten Spannungswert hat, spricht man bei elektrischen Wechselgrößen, deren Zeitabhängigkeit gezeigt werden soll, von Augenblickswerten(Momentanwerte). Diese Augenblickswerte werden durch einen Kleinbuchstaben(Formelzeichen) angegeben. Maximal- bzw. Scheitelwerte der Amplitude von sinusörmigen zeitabhängigen Wechselgrößen werden durch ein Dach über dem Formelzeichen gekennzeichnet. Beispiele dazu wären die Spannung û (Sprich: u-dach) und der Strom î (Sprich: i-dach). Bei bekanntem Scheitelwert lässt sich bei jedem beliebigen Drehwinkel der Augenblickswert berechnen. u = uˆ sinϕ i = iˆsinϕ..2 Wechselspannung mit Gleichanteil, Gesamtwert der Eingangsspannung Die gestrichelte Kurve zeigt eine Wechselspannung, die um 0 Volt schwankt. Ist dieser Spannung eine Gleichspannung überlagert (DC), so ergibt die Addition der positiven Spitze zur Gleichspannung die maximal autretende Spannung (DC + AC Spitze).

3 Elektrotechnisches Praktikum Einührungsversuch 3/6..3 Periode, Frequenz und weitere Kennwerte einer Sinuskurve Die positive und die negative Halbwelle einer Schwingung bezeichnet man als Periode. Die Zeit die zum Durchlauen der Periode benötigt wird ist die Periodendauer Τ. Die Periodendauer Τ wird in Sekunden angegeben. Die Frequenz gibt die Zahl der Perioden an, die in einer Sekunde durchlauen werden. Die Frequenz wird in Hertz(Hz) angegeben. Die Frequenz ist der Kehrwert der Periodendauer und ist umso größer, je kleiner die Periodendauer ist. = in Hz, T = in Sek. T Formelzeichen Beschreibung û ss Die Spitze-Spitze-Spannung û ss liegt zwischen dem positiven und negativen Spitzenwert einer Periodendauer. Formel uˆ u ss ˆss = 2uˆ s = 2u 2 e û s Die Spitze-Spannung û s ist das positive oder das negative Maximum einer Halbwelle. uˆ = u 2 s e u e Der Eektivwert u e ist 2 (ca. 70,7%) der Spitze- Spannung ûs. Wechselspannungswerte werden in der Regel als Eektivwert angegeben. Der Eektivwert gibt an, welcher Gleichstrom die selbe Leistung hat. Τ Die Periodendauer Τ ist die Dauer eines periodischen Schwingungsverlaus. u e T = = uˆ 0,707 s Die Frequenz gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an. = T

4 Elektrotechnisches Praktikum Einührungsversuch 4/6.2 Messung der Phasenverschiebung.2. Phasendierenzmessung im Zweikanalbetrieb t = Horizontalabstand der Nulldurchgänge in cm. T = Horizontalabstand ür eine Periode in cm. Im Bildbeispiel ist t = 3cm und T = 0cm. Daraus errechnet sich eine Phasendierenz in Winkelgraden von t 3 ϕ = 360 = 360 = 08 T 0 oder in Bogengrad ausgedrückt: t 3 ϕ = 2π = 2π =,885rad T 0 Relativ kleine Phasenwinkel bei nicht zu hohen Frequenzen lassen sich genauer im XY- Betrieb mit Lissajous-Figuren messen..2.2 Phasenvergleich mit Lissajous-Figuren Die olgenden Bilder zeigen zwei Sinus-Signale gleicher Frequenz und Amplitude mit unterschiedlichen Phasenwinkeln: Die Berechnung des Phasenwinkels oder der Phasenverschiebung zwischen den X- und Y- Eingangsspannungen (nach Messung der Strecken a und b am Bildschirm) ist mit den olgenden Formeln und einem Taschenrechner mit Winkelunktion ganz einach und übrigens unabhängig von den Ablenkamplituden au dem Bildschirm möglich. a sinϕ =, ϕ = arcsin a ; b b 2 a cosϕ = b, a ϕ = arccos b 2 Hierbei muss beachtet werden: Wegen der Periodizität der Winkelunktion sollte die rechnerische Auswertung au Winkel 90 begrenzt werden. Gerade hier liegt der Vorteil der Methode. Keine zu hohen Frequenzen verwenden. Oberhalb von 20kHz kann die gegenseitige Phasenverschiebung der beiden Oszilloskop-Verstärker des HM205-3 im XY-Betrieb einen Winkel von 3 überschreiten.

5 Elektrotechnisches Praktikum Einührungsversuch 5/6 2 Vorbereitung 2. Allgemein Bereiten Sie sich au jeden Versuch mit Hile der Einleitung, den Vorlesungsunterlagen und mit weiteren Quellen (Bibliothek, Internet) ausührlich vor. Sollten Fragen oen bleiben, wenden Sie sich bitte rechtzeitig an einen Betreuer oder Herrn Schneider, R. -325, WA Fragen Beantworten Sie bitte zur Vorbereitung der Versuche schritlich die unter 2.2 augeührten Fragen Über welche Vorkenntnisse verügen Sie im Bereich Elektrotechnik?

6 Elektrotechnisches Praktikum Einührungsversuch 6/6 3 Versuchsdurchührung Folgende Geräte werden benötigt: Oszilloskop, Funktionsgenerator, Multimeter Hinzu kommen diverse Messobjekte, Adapter und Kabel. 3. Ozilloskop: Einweisung, Bedienelemente, Funktionsweise, Einstellwerte 3.2 Gleichspannungsmessung 3.3 Wechselspannung/Sinus von 50Hz, khz, 00kHz, Amplitude, Frequenz 3.4 Wechselspannung mit Gleichanteil (AC und DC) 3.5 Lissajou Figur (2 Sinussignale) 4 Literatur: [] Clausert, H. ; Wiesemann, G.: Grundgebiete der Elektrotechnik. München, Wien : Oldenburg Verlag, 2002 [2] Schrüer, E.: Elektrische Messtechnik: Messung elektrischer und nichtelektrische Größen. München, Wien : Hanser, 992 [3] Müller, R.: Grundlagen der Halbleiter-Elektronik. Springer-Verlag, 995 [4] Hering ; Martin ; Stohrer: Physik ür Ingenieure. VDI-Verlag GmbH [5] Hütte: Die Grundlagen der Ingenieurwissenschat. Springer-Verlag, 989