Messübungen Grundschaltungen

Transkript

1 ufgaben von Harald Gorbach

2 MÜ1.1 Handhabung der Messgeräte Messgeräte nach Gebrauch immer ausschalten! OFF Wie muss ich anschließen? i. Digitales Multimeter (DMM912) von Tektronix µ m COM Ω 10 FSED (600) 400m FSED (600) ~ ii. Digitales Multimeter Fluke87 Ω F C 1000 fused m 300m CT / 600 CT Harald Gorbach 2/26 ufgaben

3 a) Spannungsmessung (olt-meter) µ m COM Ω Masse (common Line) gemeinsamer nschluss heißer nschluss (spannungsführend) b) Strommessung (mpere-meter) µ m COM Ω Eingang für Ströme bis 10 Eingang für Ströme bis 0,4 ( 400m) usgang für alle Ströme Mit welcher Stromstärke rechnen wir? µ m 1. 0,000.00x (max. 0,4) 2. 0,00x (max. 0,4) 3. x,00 (max. 10) FSED (Sicherung defekt) OL (overload Messbereich überschritten) Harald Gorbach 3/26 ufgaben

4 Welche Stromart wird verwendet? ~ C Wechselstrom DC Gleichstrom C+DC Mischstrom, ~ mschalten von DC auf C bei Strommessung mit der blauen Taste µ m ~ ~ ~ Harald Gorbach 4/26 ufgaben

5 MÜ1.2 Messen von Strom und Spannung Die Stromstärke wird mit einem mperemeter gemessen. Das -Meter wird immer in den Stromkreis eingeschleift. Symbol für eine Quelle + - Das -Meter wird in eihe zum erbraucher geschaltet! Symbol für einen erbraucher Die Spannung wird mit einem oltmeter gemessen. Das -Meter wird immer zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichem Potenzial angeschlossen. Symbol für eine Quelle + - Das -Meter parallel zum erbraucher geschaltet! Symbol für einen erbraucher Darstellung des Stromkreises als Strompfad: + Pluspol der Quelle erbraucher - Strompfad 1 Minuspol der Quelle Harald Gorbach 5/26 ufgaben

6 ufgabe 1: Bestimme den Strom vor und nach der Lampe. 1. Der erbraucher ist eine Glühlampe. 2. Der Stromkreis wird über einen Schalter ein- und ausgeschaltet. +15 mperemeter (eingeschleift) 15, 82m , 82m mperemeter (eingeschleift) - Harald Gorbach 6/26 ufgaben

7 ufgabe 2: Bestimme die Spannung am erbraucher und an der Quelle: a) bei offenem Schalter b) bei geschlossenem Schalter +15 a) Das -Meter wird parallel zum erbraucher geschaltet! a) b) L Q b) - ufgabe 3: Bestimme die Spannung am Schalter: a) bei offenem Schalter b) bei geschlossenem Schalter +15 a) b) Q L - Harald Gorbach 7/26 ufgaben

8 MÜ1.3 Messungen zum Ohmschen Gesetz Frage 1: Wie hängt der Strom von der Spannung ab? Messung 0 bis kΩ 0 Messtabelle in in m uswertung Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu dieser Messung. in m f() Parameter ist eine Funktion von in Harald Gorbach 8/26 ufgaben

9 Frage 2: Wie hängt der Strom vom erbraucher ab? Messung Ω 0 Messtabelle in Ω in m uswertung Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu dieser Messung. in m f() Parameter ist eine Funktion von in Ω Harald Gorbach 9/26 ufgaben

10 Frage 3: Wie hängt die Spannung vom erbraucher ab? Messung 0 bis m 1 Ω 0 Messtabelle in Ω in uswertung Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu dieser Messung. in f() Parameter ist eine Funktion von in Ω Harald Gorbach 10/26 ufgaben

11 MÜ1.4 Messen in gemischten Schaltungen Messung Messtabelle Ströme über die Spannungen an den 1 220Ω Ω Ω Ω kΩ uswertung Kotrollrechnung: a) Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes rechnen wir alle Widerstandswerte nach. 1 1 usw. 1 Harald Gorbach 11/26 ufgaben

12 b) Durch die Berechnung der Ersatzwiderstände können die Teilströme und Spannungsabfälle nachgerechnet werden. 2, , ,3,4 2,3,4,5 2,3,4 2,3, ,3,4, ,2,3,4,5 1 ges 1,2,3,4, ges Harald Gorbach 12/26 ufgaben

13 MÜ1.5 Spannungen im Stromkreis lle im Stromkreis liegenden Leiter besitzen im Normalfall einen elektrischen Widerstand. So auch die Quelle, durch die der Strom auch fließt. So fällt an jedem Widerstand eine Spannung ab. m inneren der Quelle ist das der nnere Spannungsabfall. i + a - 1. Messung an einer Batterie Zuerst wird die Batterie- oder Leerlaufspannung ohne Strom gemessen. n diesem Fall gibt es keine erluste bzw. Spannungsabfälle. Danach soll der innere Spannungsabfall bei verschiedenen Lastströmen bestimmt werden. Der nnere Spannungsabfall ist die Differenz der Leerlaufspannung zur Klemmenspannung bei Belastung. i 0 K K a a - - Harald Gorbach 13/26 ufgaben

14 Messtabelle 0. a in Ω in m K in uswertung Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu dieser Messung. K in K f() K ist eine Funktion von in m Das Diagramm stellt die Belastungskennlinie (äußere Kennlinie) einer Quelle dar. (Lösung: Sie ist eine Gerade!) Bestimmung des Kurzschlussstromes K und des nnenwiderstandes i Durch die Messung von zwei Punkten kann eine Gerade also die Belastungskennlinie vollständig konstruiert werden. 1. Punkt: Messung der Leerlaufspannung 0 Bat 2. Punkt: Messung eines Lastfalles K 0 i 0 K erbindung der Messpunkte zu einer Kennlinie mit dem Endpunkt K 0 L K Durch den zeichnerisch gefundenen Kurzschlussstrom kann mit dem Ohmschen Gesetz der nnenwiderstand der Quelle berechnet werden: 0 i K Harald Gorbach 14/26 ufgaben

15 2. Messung an einem Transformator Ein Trafo kann ebenfalls als Quelle angesehen werden. llerdings sind die Messgrößen jetzt Wechselspannung und Wechselstrom! Messung: Die Messung erfolgt an der Sekundärspule aber ansonsten wie bei der Batterie: 0 K a a Messtabelle: Es wird ein Transformator mit vier usgangsspannungen verwendet. Seine Daten sind auf dem Typenschild als Nenndaten abzulesen: Nenndaten N in N in 0 in K in in , , , ,1 uswertung a) Erstelle ein Diagramm (vier Kennlinien oder eine Kennlinienschar) zu dieser Messung. K in K1 f() K2 f() K3 f() K4 f() in m c) Finde zeichnerisch die vier Kurzschlussströme der einzelnen Transformatorspulen und berechne deren nnenwiderstand. Harald Gorbach 15/26 ufgaben

16 MÜ1.6 Spannungsteiler mit einem Potentiometer 1. Messung an einem unbelasteten Potentiometer Bei einem Potentiometer wird der ges je nach der Stellung des Schleifkontaktes in zwei Teilwiderstände geteilt. n diesen Teilwiderständen entstehen zwei entsprechend große Teilspannungen. Wir bezeichnen diese Schaltung als Spannungsteiler. Messschaltung +30 g ges Schleifkontakt beweglicher Mittenanschluss 0 Messtabelle g ; g 10 kω α in 1 in uswertung Erstelle zunächst ein Diagramm (eine Kennlinie) zu dieser Messung. 2 in 2 f(α) 2 ist eine Funktion von α α Harald Gorbach 16/26 ufgaben

17 Kontrolle durch nwendung der Theorie: Das Potentiometer ist eine eihenschaltung zweier Teilwiderstände, die ihre Größe abhängig von der Schleifkontaktstellung ändern. us der Maschenregel ergibt sich für die Teilspannung 2 : 2 g 1 Spannungsteilerregel: Das erhältnis der Widerstände entspricht dem erhältnis der Spannungen. g g 2 2 g 1 + ; 2 Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu der echung und vergleiche die Ergebnisse. 2 in 2 f( ) 2 2 ist eine Funktion von 2 2 Harald Gorbach 17/26 ufgaben

18 MÜ1.7 Belasteter Spannungsteiler mit einem Potentiometer Bei Belastung wirkt ein Potentiometer wie eine Quelle. Wenn der Belastungsstrom größer wird, sinkt die eingestellte Spannung umso mehr. Der nnenwiderstand lässt sich aus den Teilwiderständen 1 und 2 berechnen. Messung +30 g g 10kΩ L L Lastwiderstand 0 organgsweise: a) Zuerst wird die Leerlaufspannung auf 15 eingestellt (-Meter nicht gesteckt) b) Dann werden drei Lastwiderstände nacheinander gesteckt und der entsprechende Laststrom sowie die jeweilige Klemmenspannung gemessen. c) Jetzt wird die Schaltung mit jedem der drei Lastwiderstände aufgebaut und die entsprechenden Teilspannungen in bhängigkeit des Stellwinkels gemessen. Messtabelle Messung b) Last L in m K in L1 2,2 kω L1 4,7 kω L1 10 kω Harald Gorbach 18/26 ufgaben

19 Messung c) L1 2,2 kω α L in L in L2 4,7 kω α L in L in L3 10 kω α L in L in uswertung Erstelle ein Diagramm (drei Kennlinien) zu der Messung mit variabler Schleifkontaktstellung. Jede Kennlinie ist für gültig für einen Lastwiderstand L (Parameter L ) 2 in 2 f(α); Parameter L3 2 f(α); Parameter L2 2 f(α); Parameter L1 2 ist eine Funktion von α bei L1 2,2 kω α Für den nnenwiderstand einer Quelle gilt: K i 0 L Für den Ersatz-nnenwiderstand des Spannungsteilers als Quelle gilt: 1 2 i g Harald Gorbach 19/26 ufgaben

20 Wir wollen die Theorie überprüfen! Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu der Quellenmessung am Potenziometer. 2 in 2L f( L ) 2L ist eine Funktion von L L in m Harald Gorbach 20/26 ufgaben

21 MÜ1.8 NTC PTC Widerstände mit Lampen Messung L1 0 bis 250 N N L a) Kohlefadenlampe (NTC) b) Metallfadenlampe (PTC) Zuerst wird der Kaltwiderstand von L bestimmt, indem mit einer sehr kleinen Spannung (es fließt praktisch nur ein winziger Strom, der den Glühdraht nicht erwärmt) gemessen wird. Dann wird die Spannung (der Strom) und damit die Temperatur schrittweise erhöht. Messtabelle 2.1 für Metallfadenlampe K in in m W in Ω 2.2 für Kohlefadenlampe K in in m W in Ω Für die jeweilige Messung ergibt sich der Warmwiderstand mit: W K Harald Gorbach 21/26 ufgaben

22 uswertung Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu diesen Messungen. in m L in Ω L f() L ist eine Funktion von L f() L ist eine Funktion von in n diesem Diagramm ist die Spannungsachse als Ersatz für die Temperatur zu sehen. Die Widerstände hängen direkt von der Temperatur und indirekt vom fließenden Strom ab. (Der Strom erzeugt die Wärme!) Harald Gorbach 22/26 ufgaben

23 MÜ1.9 NTC PTC Widerstände Messung + 0 bis 30 B L a) NTC mit 25 6 kω b) PTC mit Ω - Zuerst wird der Kaltwiderstand von L mit einem Ohmmeter bestimmt. Dazu muss die Spannungsquelle ausgeschaltet bleiben! lso Brücke entfernen! + 0 bis 30 B L Ω - Der Kaltwiderstand kann auch durch die Messung einer sehr kleinen Spannung bestimmt werden. Der Strom ist so klein, dass keine Erwärmung des Widerstandes stattfindet. Dann wird durch die Stromwärme ( Eigenerwärmung) der Widerstand auf eine bestimmte Temperatur gebracht, indem die Spannung und damit der Strom langsam erhöht wird. (Geduld! Wir müssen das Erreichen der Temperatur abwarten!) Harald Gorbach 23/26 ufgaben

24 Messtabelle 2.1 für PTC- Widerstand K. Ω K in in m W in Ω 2.2 für NTC- Widerstand K. Ω K in in m W in Ω Für die jeweilige Messung ergibt sich der Warmwiderstand mit: W K uswertung Erstelle ein Diagramm (eine Kennlinie) zu diesen Messungen. L in Ω L f(ι) L ist eine Funktion von in m n diesem Diagramm ist die Stromachse als Ersatz für die Temperatur zu sehen. Die Widerstände hängen direkt von der Temperatur und indirekt vom fließenden Strom ab. (Der Strom erzeugt die Wärme!) Harald Gorbach 24/26 ufgaben

25 MÜ1.10 Temperaturbestimmung an Wicklungen us der Widerstandszunahme Δ kann die Temperaturzunahme Δϑ und damit auch die momentane Temperatur ϑ einer Wicklung berechnet werden. Die Messung von Strom und Spannung in bestimmten Zeitabständen führt zum rechnerischen Ergebnis der Temperatur. Diese Methode bezeichnen wir als indirekte Temperaturmessung. Messung an einer Erregerwicklung L+ (220 ) err F1 F2 err 220 err 0,25 L- (0) Messtabelle: 2.1 Erwärmung K... Ω t in min in in W inω Δ in Ω Δϑ in Κ ϑ in C 0 K Harald Gorbach 25/26 ufgaben

26 2.2 bkühlung K... Ω t in min in in W inω Δ in Ω Δϑ in Κ ϑ in C uswertung Jede Messung ergibt einen aktuellen Warmwiderstand. Durch folgende Berechnung kann die aktuelle Wicklungstemperatur (Zeile für Zeile) bestimmt werden: Δ W K Δ α Δϑ K Δ Δϑ α K ϑ 20 C + Δϑ Erstelle folgendes Diagramm (zwei Kennlinien) zu dieser Messung. Δϑ in K ϑ in c Δϑ f (t) Δϑ ist eine Funktion der Zeit ϑ f (t) ϑ ist eine Funktion der Zeit t in min Harald Gorbach 26/26 ufgaben