Klausurvorbereitung Elektrotechnik für Maschinenbau. Thema: Gleichstrom

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1 Klausurvorbereitung Elektrotechnik für Maschinenbau 1. Grundbegriffe / Strom (5 Punkte) Thema: Gleichstrom Auf welchem Bild sind die technische Stromrichtung und die Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen richtig definiert? A I I I B 2. Grundbegriffe / Widerstand (5 Punkte) Ein elektrisches Heizgerät besitzt den Widerstand (Wirkwiderstand) =50 Ohm. Während des Betriebes steigt die Temperatur des Widerstandes um 250. Wie hoch ist dann der Widerstand im heißen Zustand, wenn α = 0,004? 50 Ohm A 100 Ohm B 200 Ohm 3. Grundbegriffe (10 Punkte) Beim Anlassen des Motors in einem Auto fließen 600 oulomb innerhalb von 3 Sekunden durch den Leitungsquerschnitt zum Anlasser. Wie hoch ist die elektrische Leistung des Anlassers, wenn sein Widerstand 0,06 Ohm beträgt? 400 W A 2400 W B 3600 W Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 1

2 4. Grundbegriffe (10 Punkte) Der Widerstand einer Glühbirne für Nennspannung 230V erhöht sich nach dem Einschalten um Faktor 10 gegenüber dem kalten Zustand. Wie hoch ist die elektrische Leistung der Glühbirne im Moment des Einschaltens, wenn die Nennleistung bei 60W liegt? 600 W A 1200 W B Für die Lösung der Aufgabe sind zusätzliche Vorgaben erforderlich. 5. eihen- und Parallelschaltung der Widerstände (25 Punkte) Die in Bild 1a dargestellte Schaltung mit den Widerständen 1 = 1000 Ω, 2 = 200 Ω und 3 = 800 Ω wird an eine doppelt so hohe Spannung angeschlossen (z.b. wird die Spannung von 12V auf 24V erhöht). Damit der Gesamtstrom durch die Schaltung sich nicht ändert, wird ein zusätzlicher Widerstand 4 nach Bild 1b geschaltet. Ermitteln Sie den Wert von 4, wenn der Gesamtstrom konstant bleibt a) b) Bild 1: Schaltung mit Widerständen. a) Anfangszustand, b) Gesamtwiderstand größer. 6. eihenschaltung (10 Punkte) Eine Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand i = 10 Ohm speist eine eihenschaltung aus drei Widerständen 1, 2 und 3. Der Widerstand 2 ist doppelt so groß wie 1. Die am Widerstand 3 umgesetzte Leistung liegt bei 80W und beträgt das Vierfache der Leistung am Widerstand 2. Der Gesamtstrom Iges der Spannungsquelle beträgt 1A a) Skizzieren Sie die Schaltung (Spannungen und Ströme angeben) (5 Punkte) b) Wie groß ist die Quellenspannung Uq der Spannungsquelle? (5 Punkte) Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 2

3 7. Spannungsteiler (25 Punkte) Eine Spannungsteilerschaltung nach Bild 2 wird von einer realen Spannungsquelle mit U q = 10 V und i = 100 Ω versorgt. Der Spannungsteiler wird eingestellt, dabei betragen die Widerstände folgende Werte: 1 = 400 Ω, 2 = 500 Ω. Dann wird der Spannungsteiler mit einem Lastwiderstand L = 500 Ω belastet. a) Wie hoch ist die die Leerlaufspannung U 0 am Ausgang des Spannungsteilers? (Bild 2a) (10 Punkte) b) Berechnen Sie die Spannung U L am Ausgang des belasteten Spannungsteilers. (Bild 2b) (15 Punkte) i i 1 1 Uq Uq 2 U 0 2 U L L a) b) Bild 2. Spannungsteiler a) im unbelasteten und b) im belasteten Zustand. 8. Brückenschaltung (10 Punkte) Die nachfolgende Schaltung (Bild) wurde so eingestellt, dass durch das Amperemeter A kein Strom fließt. Für diesen Zustand gilt: Widerstand =1000 Ohm, 2=800 Ohm, N =10 Ohm. a) Wie groß ist der zu messende Widerstand x?. (5 Punkte) b) Welche Werte müssen 1 und 2 im eingestellten Zustand haben (kein Strom fließt durch das Amperemeter), wenn Normwiderstand N halbiert wird und der zu messende Widerstand den doppelten Wert hat? (5 Punkte) Bild: Wheatstone-Messbrücke Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 3

4 9. Spannungsteiler (10 Punkte) Eine Spannungsquelle mit Uq = 100V speist die abgebildete Schaltung. Die Summe der Widerstände 1+2=200 Ohm. Als Last wird der Widerstand L angeschlossen, L =400 Ohm. Wie groß müssen 1 und 2 sein, damit am Widerstand L eine Spannung von 40V anliegt? Uq 1 2 U L L Bild: Spannungsteiler Thema: Wechselstrom 10. Grundbegriffe / Leistung (5 Punkte) Wann ist die Blindleistung in einer Wechselstromschaltung negativ? Wenn ein Generator angeschlossen wird. Wenn die Last aus mehreren Kapazitäten besteht. Wenn die Last induktiven harakter hat. A B Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 4

5 11. Grundbegriffe / eihenschaltung (5 Punkte) Eine Induktivität L mit X L = 115 Ohm bei f = 50 Hz und ein in eihe geschalteter Widerstand = 115 Ohm werden an eine elektrische Spannungsquelle mit Ueff = 230 V und f = 50 Hz angeschlossen. Wie hoch ist der effektive Strom I? Ieff = 1,4 A Ieff = 2,4 A A B Ieff = (keiner von den beiden oberen Werten) 12. Grundbegriffe / Leistung (10 Punkte) Eine Schaltung bestehend aus in der eihe geschalteten ohmschen Widerstand = 100 Ω und einer Kapazität wird an eine Wechselspannungsquelle mit 230VA, 50 Hz angeschlossen. Die Kapazität besitzt bei 50 Hz den Blindwiderstand X = 100 Ω. Wie hoch ist die Scheinleistung in der Schaltung? 264,5 VA A 374,1 VA B Für die Lösung der Aufgabe sind zusätzliche Vorgaben erforderlich. 13. Grundbegriffe / eihenschaltung (10 Punkte) Eine Induktivität L mit X L = 50 Ω bei f = 50 Hz, eine Kapazität mit X = 50 Ω und ein Widerstand = 50 Ohm werden in eihe an eine elektrische Spannungsquelle mit Ueff = 230 VA und f = 50 Hz angeschlossen. Wie hoch ist der effektive Strom Ieff? Ieff = 3,3 A Ieff = 4,6 A A B Ieff = (keiner von den beiden oberen Werten) Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 5

6 14. eihen- und Parallelschaltung (25 Punkte) Zwei Glühbirnen für die Spannung U = 24 V mit jeweils einer Leistung von 2,4 W sollen an eine Wechselspannungsquelle mit Ueff = 230 VA, f = 50 Hz angeschlossen werden. Es steht noch eine Induktivität L mit X L = 1150 Ω bei einer Frequenz von f = 50 Hz zur Verfügung. Zeichnen Sie die entsprechende Schaltung auf und berechnen Sie die Wirkleistung und die Blindleistung in der Schaltung. 15. eihenschaltung (10 Punkte) Eine Glühbirne für die Spannung U = 230 V mit einem Widerstand i = 920 Ohm im heißen Zustand soll nach Bild an eine Wechselspannung U =400 V mit f = 50 Hz angeschlossen werden. Wie groß muss die Kapazität des Kondensators sein, damit die Glühbirne die richtige Spannung bekommt? U U i Bild. eihenschaltung Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 6

7 16. Wechselstromschaltung (20 Punkte) Die nachfolgende Schaltung wird an eine Wechselspannungsquelle U = 230 V mit f=50 Hz angeschlossen. Ergänzen Sie die Schaltung mit entsprechenden Spannungen und Strömen. Erstellen Sie ein Zeigerdiagramm (qualitativ, ohne zu berechnen) aller Spannungen und Ströme im Schaltkreis. = 230 Ohm U X L = 230 Ohm Bild: Wechselstromschaltung 17. Gleichrichtwert und Effektivwert (20 Punkte) Eine trapezförmige Wechselspannung mit der im Bild dargestellten Kurvenform hat einen Scheitelwert von u m =120 V (T Periodendauer) a) Wie groß ist der Gleichrichtwert u der Spannung? (10 Punkte) b) Welchen Effektivwert U hat die Spannung? (10 Punkte) u m 0 T/6 T/3 T/2 2T/3 5T/6 T t -u m Bild: Periodische Spannung Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 7

8 Thema: Drehstrom Aufgabe 18. Drehstromnetz (10 Punkte) Ein Drehstromnetz mit der Außenleiterspannung U=400 V und der Frequenz f=50 Hz ist nach Bild 4 durch drei gleiche, in Dreieck geschaltete -eihenschaltungen belastet (symmetrische Belastung). Jeder Wirkwiderstand hat den Wert =100 Ohm und jeder Kondensator die Kapazität =40 µf. a) Welcher Strom I fließt in jedem der drei Leiter des Drehstromnetzes? (5 Punkte) b) Wie groß ist der Leistungsfaktor cosϕ der Schaltung? (2 Punkte) c) Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm (qualitativ) aller Spannungen und Ströme in der Schaltung. (3 Punkte) L1 L2 L3 Bild. Belastung eines Drehstromnetzes durch drei gleiche, in Dreieck geschaltete -eihenschaltungen Aufgabe 19. Drehstromnetz (20 Punkte) Ein Drehstromnetz mit der Außenleiterspannung U=400 V ist nach Bild 4 durch drei gleiche, im Stern geschaltete -eihenschaltungen belastet. Die Netzfrequenz liegt bei f=50 Hz, die passiven Widerstände betragen =100 Ohm und X =50 Ohm. a) Wie groß sind die Strangspannungen (Betrag) U 1N, U 2N, U 3N, U Z1, U Z2, U Z3 im Falle einer symmetrischen Belastung (Schalter S geschlossen)? (5 Punkte) b) Wie groß sind die Strangspannungen (Betrag) U Z1, U Z3 nach einem Bruch in der Leitung L2 (Schalter S offen)? (5 Punkte) c) Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm (qualitativ) der Strangspannungen U Z1, U Z2, U Z3. Zeigen Sie auf dem Bild die Strangspannungen U Z1, U Z3 nach einem Bruch in der Leitung L2 (Schalter S offen). (10 Punkte) Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 8

9 L1 U 1N U Z1 U 3N N1 U 2N L2 U Z3 N2 U Z2 L3 S Bild. Drehstromnetz symmetrische Belastung und Leitungsbruch in einer Leitung (Schalter S offen) Klausurvorbereitung ET_MB // 2014 // Prof. S. Kovalev Seite 9