Elektrotechnik für Ingenieure Band 1: Grundlagen von Prof. Dr.-Ing. Rainer Ose 2., bearbeitete Auflage Mit 427 Bildern, 18 Tabellen, 47 Lehrbeispielen, 109 Berechnungsbeispielen, 59 Übungsaufgaben und einer Formelsammlung Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag
ET 1 Gleichstromlehre 1 Elektrische Grundgrößen 1.1 Elektrische Ladung 1.2 Stromstärke und Stromdichte 12 1.3 Elektrische Spannung 14 1.4 Widerstände im elektrischen Stromkreis 14 1.4.1 Bemessungsgleichung 14 1.4.2 Temperaturabhängigkeit 15 1.4.3 Gleichstromwiderstand und differenüeller Widerstand 16 1.4.4 Technische Ausfuhrungsformen 16 2 Gesetze zur Berechnung elektrischer Stromkreise 17 2.1 Das OHMsche Gesetz 17 2.2 Die KiRCHHOFFschen Sätze 18 2.2.1 Maschensatz 18 2.2.2 Knotenpunktsatz 19 2.3 Energiesatz 20 3 Einfache elektrische Stromkreise 22 3.1 Einteilung elektrischer Stromkreise 22 3.2 Berechnung von Elementarschaltungen 23 3.2.1 Reihenschaltung und Spannungsteilenegel 23 3.2.2 Parallelschaltung und Stromteilerregel 24 3.3 Gemischte Schaltungen 27 3.4 Elektrische Quellen 31 3.5 Belastungsfälle im Grundstromkreis 33 3.5.1 Leistung und Wirkungsgrad 33 3.5.2 Anpassungsfall 34 3.5.3 Diskussion von Lastfällen 35 3.5.4 Belasteter Spannungsteiler 36 3.5.5 Beispiele und Anwendungen 38 4 Messung elektrischer Grundgrößen 43 4.1 Eigenschaften von Meßinstrumenten 43 4.2 Meßwerterfassung und -korrektur 44 4.3 Meßbereichserweiterung 47 4.4 Vielfachmeßgeräte 51
4.5 Meßgeräte mit Nullindikator 52 4.6 Allgemeine Berechnung von Brückenschaltungen 53 4.6.1 Umrechnung in eine Sternschaltung 53 4.6.2 Dreieck-Stern-Transformation 54 4.6.3 Stern-Dreieck-Transformation 55 5 Berechnung linearer Netzwerke 61 5.1 Netzwerkberechnung nach KIRCHHOFF 61 5.2 Der HELMHOLTZsche Überlagerungssatz 63 5.3 Zweipoltheorie 65 5.3.1 Spannungsquellen-Ersatzschaltung 66 5.3.2 Stromquellen-Ersatzschaltung 67 5.4 Analyseverfahren 81 5.4.1 Umlaufanalyse 81 5.4.2 Knotenanalyse 84 6 Graphische Beschreibung von Gleichstromkreisen 93 6.1 Stromkreise mit nichtlinearen Bauelementen 93 6.1.1 Typische Bauelemente-Kennlinien 93 6.1.2 Reihenschaltungen 95 6.1.3 Parallelschaltungen 95 6.2 Graphische Bestimmung des Arbeitspunktes 96 6.3 Idealisierte Kennlinien und Ersatzschaltungen 97 6.4 Beispiele und Anwendungen 99 ET 2 Elektrische und magnetische Felder 7 Feldbegriff 103 7.1 Einteilung der Felder 103 7.2 Analogie zwischen den elektromagnetischen Feldern 105 8 Stationäres elektrisches Strömungsfeld 106 8.1 Eigenschaften des elektrischen Strömungsfeldes 106 8.2 Grundgrößen des elektrischen Strömungsfeldes 108 8.2.1 Integrale Feldgrößen 108 8.2.2 Ortsbezogene Feldgrößen 108 8.2.3 Maschen-und Knotenpunktsatz im Strömungsfeld 0 8.3 Berechnung elektrischer Strömungsfelder 1 8.3.1 Homogene Felder 1 8.3.2 Allgemeine inhomogene Felder 1
8.3.3 Inhomogene radialsymmetrische Strömungsfelder 2 8.3.4 Überlagerung elektrischer Strömungsfelder 4 9 Elektrostatisches Feld 121 9.1 Eigenschaften des elektrostatischen Feldes 121 9.2 Grundgrößen des elektrostatischen Feldes 122 9.2.1 Integrale Feldgrößen 122 9.2.2 Ortsbezogene Feldgrößen 122 9.2.3 Maschen- und Knotenpunktsatz im elektrostatischen Feld 123 9.3 Berechnung elektrostatischer Felder 124 9.3.1 Homogene und allgemeine inhomogene Felder 124 9.3.2 Inhomogene radialsymmetrische elektrostatische Felder 125 9.3.3 Überlagerung elektrostatischer Felder 127 9.4 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld 127 10 Elektrisches Verhalten des Kondensators 131 10.1 Zusammenschaltung von Kondensatoren 131 10.1.1 Reihenschaltung und kapazitiver Spannungsteiler 131 10.1.2 Parallelschaltung und Ladungsteiler 133 10.1.3 Gemischte Kondensatorschaltungen 135 10.2 Schaltvorgänge an Kondensatoren 136 10.2.1 Ladevorgang 136 10.2.2 Entladevorgang 137 10.2.3 Umladen vorgeladener Kondensatoren 139 10.3 Ladungsausgleich 140 10.3.1 Ladungsbilanz 140 10.3.2 Ladungsausgleich in Reihenschaltungen 141 10.3.3 Ladungsausgleich in Parallelschaltungen 142 10.3.4 Kapazitive Netzwerke 143 Magnetisches Feld 156.1 Eigenschaften des magnetischen Feldes 156.2 Grundgrößen des magnetischen Feldes 156.2.1 Integrale Feldgrößen 156.2.2 Ortsbezogene Feldgrößen 157.3 Magnetische Kreise 158.3.1 Einfluß unterschiedlicher Magnetwerkstoffe 158.3.2 Ersatzschaltungen für magnetische Kreise 159.3.3 Berechnung magnetischer Kreise 160.4 Magnetische Felder stromdurchflossener Leiter 165.5 Energie und Kräfte im magnetischen Feld 168.5.1 Magnetische Energie 168
.5.2 LoRENTZ-Kraft 168.5.3 HALL-Effekt 170.6 Elektromagnetische Induktion 170.6.1 Induktionsgesetz 170.6.2 Selbstinduktion und Induktivität 172.6.3 Gegeninduktion und Gegeninduktivität 173.6.4 Transformator-Gleichungen 174 12 Elektrisches Verhalten der Spule 176 12.1 Zusammenschaltung von Spulen 176 12.2 Schaltvorgänge an Spulen 176 12.2.1 Einschaltvorgang 176 12.2.2 Ausschaltvorgang 177 12.2.3 Umschalten vormagnetisierter Spulen 178 ET 3 Wechselstromlehre 13 Grundgrößen des Wechselstromkreises 186 13.1 Sinus-Zeit-Gesetz 186 13.2 Mittelwerte periodischer Zeitfunktionen 187 13.2.1 Arithmetischer Mittelwert 187 13.2.2 Gleichrichtwert 187 13.2.3 Effektivwert 189 13.3 Überlagerung sinusförmiger Zeitfunktionen 191 14 Widerstände im Wechselstromkreis 194 14.1 Elementare Zweipole 194 14.1.1 Ohmscher Widerstand 194 14.1.2 Induktiver Blindwiderstand 195 14.1.3 Kapazitiver Blindwiderstand 1% 14.2 Reale Bauelemente 197 14.2.1 Reale Spule 197 14.2.2 Realer Kondensator 198 14.3 Einfache RLC-Netzwerke 199 14.3.1 Elementarschaltungen 199 14.3.2 Gemischte Schaltungen 200 14.3.3 Brückenschaltungen 203
10 Inhaltsverzeichnis j 15 Berechnung von Wechselstromkreisen bei sinusförmiger Erregung 212 ( 15.1 Mathematische Grundlagen 212 15.1.1 Zeigerdarstellung 212 c 15.1.2 Rechenregeln 213 c 15.1.3 Transformationsregeln 215 $ 15.2 Widerstandsoperatoren 216 S 15.3 Schaltungsberechnung 217 g 15.4 Spezielle Wechselstromschaltungen 224 g 15.5 Wechselstrom-Meßbrücken 232 g 15.5.1 Induktivitätsmeßbrücke 233 9 15.5.2 Kapazitätsmeßbrücke 233 9 15.5.3 Frequenzmeßbriicke 234 9 15.5.4 Phasendrehbrücke : 235 1 16 Frequenzabhängigkeit der Wechselstromkreise 238 I 16.1 Tief-und Hochpässe 238 1' 16.2 Schwingkreise 240 li 16.3 Übertragungsvierpole 243 H li 17 Leistungsbetrachtungen im Wechselstromkreis 248 II 17.1 Zeitfunktion der Leistung 248 K 17.2 Wirk-, Blind-und Scheinleistung 249 K 17.3 Komplexe Leistung 250 H 17.4 Leistungsfaktor und seine Verbesserung 251 1( K 18 Dreiphasensysteme 257 18.1 Symmetrische Drehstromgeneratoren 257. 18.2 Spannungen und Ströme 258 18.3 Belastungsarten 260 18.4 Leistung im Dreiphasensystem 262 Übungsaufgaben 271 Literaturverzeichnis 295 Formelzeichenverzeichnis 296 Sachwortverzeichnis 298