E-Labor im WS / SS. Versuch Nr. 2(M) Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol. Fakultät II Abteilung Maschinenbau. Gruppe:

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1 Fakultät II Abteilung Maschinenbau im WS / SS ersuch Nr. 2(M) Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol Gruppe: Name orname Matr.-Nr. Semester erfasser(in) Teilnehmer(in) Teilnehmer(in) Professor(in) / Lehrbeauftragte(r): Datum der Durchführung: BITTE ANKREUZEN Messprotokoll ersuchsbericht ortestat Abschlusstestat

2 Kennlinienüberlagerung ersuch Nr. 2(M) aktiver/passiver Zweipol Seite 2 von 5 1 orbereitung a) Leiten Sie für einen Grundstromkreis, bestehend aus der linearen Spannungsquelle mit der Quellenspannung Uq, dem Innenwiderstand Ri sowie dem Lastwiderstand Ra, die Kennlinie Ua = f(i) des aktiven Zweipols her. (Ua ist die Spannung am Widerstand Ra.) Zeichnen Sie hierfür das Schaltbild mit Bezugspfeilen. b) Stellen Sie die Kennlinie Ua = f(i) grafisch dar. c) Berechnen Sie die Leistung Pa im Widerstand Ra (Ra = 0... ) und zeichnen Sie Pa = f(i) in das unter b) erstellte Diagramm ein. d) Für welches erhältnis von Ra/Ri ergibt sich die maximale Leistung in Ra? Literaturangaben: siehe Abschnitt 4 erwendete Geräte und Bauteile Netzteil Spannungsmesser für U 1 (Digitalmultimeter) Spannungsmesser für U 2 (Digitalmultimeter) Strommesser (Digitalmultimeter) Widerstandsmesser (Digitalmultimeter) Widerstand R 1 (Nennwert 50 Ω) Schiebewiderstand R 2 (Nennwert 1 kω) Schalter S Glühlampe La (4 / 0,04 A) Kennzeichnung

3 Kennlinienüberlagerung ersuch Nr. 2(M) aktiver/passiver Zweipol Seite 3 von 5 2 Kennlinie einer linearen Gleichspannungsquelle a) Messen Sie zunächst mit dem Widerstandsmesser: R 1 = Ω Ria = Ω Bauen Sie dann erst die Schaltung nach Bild 1 auf. Einschalten der Spannung U 1 erst nach Festlegung und Freigabe durch ersuchsleiter(in)! Eingestellter Wert U 1 (max. 10!): U 1 = Mit der konstanten Spannung U 1 des Netzgerätes wird die Quellenspannung Uq und mit den Widerständen (R 1 + Ria) wird der Innenwiderstand Ri einer linearen Spannungsquelle LS nachgebildet. R 2 ist als Lastwiderstand (Ra) angeschlossen. R1 A Ria I Netzgerät R2 S 1 2 U1 U2 Bild 1 Durch die erstellung von R 2 (0... R 2max ) wird die Belastung der Spannungsquelle LS verändert. Bei R 2 = 0 wird gemessen: I max = ma In Schalterstellung 2 wird das erhältnis von I/Imax laut Tabelle (Seite 4) eingestellt und U 2 gemessen. In Schalterstellung 1 wird der zugehörige Wert für R 2 gemessen.

4 Kennlinienüberlagerung ersuch Nr. 2(M) aktiver/passiver Zweipol Seite 4 von 5 Tabelle 1: Messwerte und errechnete Leistung: I/Imax 1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,... I in ma U 2 in R 2 in Ω P 2 = U 2 I in mw b) Zeichnen Sie U 2 = f (I) und P 2 = f (I) in ein gemeinsames Diagramm. Schätzen Sie ab, für welchen Widerstand R 2 das Maximum von P 2 auftritt. Welche Abweichung ergibt sich zum theoretisch zu erwartenden Wert? (gl. orbereitung 1.d) c) Stellen Sie die mathematische Gleichung für U 2 = f (I) auf. 3 Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol a) Zeichen Sie in ein neues Diagramm die Kennlinie der unter Punkt 2 untersuchten Spannungsquelle LS in der Form I = f (U 2 ) zusammen mit der Widerstandskennlinie für den Wert von R 2 = 100 Ω ein. Lesen Sie aus dem Diagramm die Werte für U 2 und I am Schnittpunkt (sp) ab: U 2sp = I sp = ma Stellen Sie R 2 = 100 Ω ein und messen Sie für diese Einstellung zur Kontrolle die Werte für U 2 und I (mw = Messwert): U 2mw = I mw = ma Welche Abweichung in Prozent, bezogen auf die aus dem Diagramm abgelesenen Werte ergibt sich? b) Glühlampe als passiver Zweipol Messen Sie zunächst mit dem Widerstandsmesser den Kaltwiderstand der Glühlampe La: R La kalt = Ω Spannung am Netzgerät auf Null drehen; abschalten! Bauen Sie die Schaltung nach Bild 2 (Seite 5) auf.

5 Kennlinienüberlagerung ersuch Nr. 2(M) aktiver/passiver Zweipol Seite 5 von 5 Einschalten der Spannung U 1 erst nach Freigabe durch ersuchsleiter(in)! R1 A Ria I Netzgerät La U1 U2 Bild 2c) Ermitteln Sie durch eine Messreihe die Kennlinie I = f (U 2 ) der Glühlampe La. U 2 in 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,25 0 I in ma U 1 in R La in Ω (Letzte Zeile berechnen: R La = U 2 / I. Bei U 2 = 0: Kaltwiderstand einsetzen.) Warum ist der Einfluss des Spannungsmessers für U 2 auf den Strom vernachlässigbar? d) Überbrücken Sie die Lampe mit einer Kurzschlussverbindung und messen Sie für U 1 = U 1max den Kurzschlussstrom. Ik = ma e) Zeichnen Sie die Lampenkennlinie I = f (U 2 ) zusammen mit der Kennlinie der Spannungsquelle für die Quellenspannung Uq = U 1max in ein Diagramm. Überprüfen Sie, ob sich die beiden Kennlinien bei U 2 = 4 schneiden und begründen Sie auftretende Abweichungen. 4 Literatur [1] Constantinescu-Simon, L. (Hrsg.): Handbuch Elektrische Energietechnik. Grundlagen, Anwendungen. 2. Auflage. Braunschweig/Wiesbaden: ieweg 1997 (Insbesondere: 2.2 und 2.5.1) [2] Flegel, Birnstiel, Nerreter: Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik. 8. Auflage. München: Hanser 2004 [3] Linse, Fischer: Elektrotechnik für Maschinenbauer. Grundlagen und Anwendungen. 11. Auflage. Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden: Teubner 2002