Inhaltsverzeichnis Teil A: Grundlagen der Elekkotechnik 1 Das elektrische Feld...".""""""""".""""""'..""""""" 1 1.1 FeldbegrifI Darstellung von Feldern 1 1.2 Das stationäre elektrische Strömungsfeld 3 1.2.1 Ladung. Strom. Stromdichte ",..".".""."".., "., "" 3 1.2.2 Potenzial. Spannung. Feldstärke 10 1.2.3 Elektrischer Widerstand. Ohmsches Gesetz 17 1.2.4 Der elektrische Stromkreis 19 1.2.5 Die Gesetze von Kirchhoff 22 1.3 Das elektrostatische Feld 25 1.3.1 Entwicklung aus dem Strömungsfetd'-: 25 1.3.2 Kenngrößen des elektrostatischen Fel~s 27 1.3.3 Kapazität. Kondensatoren 29 1.3.4 Kondensatorstrom 31 1.3.5 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld 32 1.4 Übungsaufgaben 35 2 Das magnetische Feld 37 2.1 Magnetische Erscheinungen 37 2.2 Magnetische Kenngrößen 40 2.2.1 Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte 40 2.2.2 Durchflutung. Magnetische Spannung. Magnetischer Widerstand 42 2.2.3 Die magnetische Feldstärke 44 2.3 Das Durchflutungsgesetz 46 2.4 Materie im Magnetfeld 50 2.4.1 Die Permeabilität. Einteilung der Stoffe 50 2.4.2 HysteresescWeife und Magnetisierungskurve 52 2.5 Das lnduktionsgesetz 57 2.5.1 Grundlagen. Der Versuch von Faraday 57 2.5.2 Anwendungen des lnduktionsgesetzes """""'."'.' """"'.""""""""'.."..64 2.6 Selbst- und Gegeninduktion 67 2.6.1 Selbstinduktion 67 2.6.2 Gegeninduktion 71
. 2.7.2 Kraftwirkungen im magnetischen Feld """.,,., "".""""""""" 2.8 4.2.3 Übungsaufgaben Berechnung 2.1.2.1 2.7.2.2 Kräfte.""".",..",., verzweigter an aufstromdurchflossene Grenzflächen Stromkreise ",..,.., mittels Leiter,.., der Gesetze von Kirchhc X Inhalts
Inhaltsverzeichnis XI 5.8 Komplexer Widerstand und komplexer Leitwert 134 5.8.1 Komplexer Widerstand 134 5.8.2 Komplexer Leitwert 139 5.9 Wirk- und Blindkomponenten von Spannung und Strom 141 5.10 Wechselstromleistung t 142 5.11 Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) 149 5.11.1 Erzeugung von Drehstrom 149 5.11.2 Die Verkettung des Drehstromsystems 152 5.11.3 Spannungen und Ströme im symmetrischen Drtehstromsystem 154 5.11.4 Drehstromleistung 158 5.12 Übungsaufgaben 160 6 Ausgleichsvorgänge in Stromkreisen 165 6.1 Die Schaltgesetze 165 6.2 AuIladung eines Kondensators :: 167 6.3 Kurzschluss einer stromdurchflossenen Spule.~ 171 6.4 Entladung eines Kondensators in einem Reihenschwingkreis 172 6.5 Schlussbemerkungen 177 6.6 Übungsaufgaben 178 Teil B: Anwendungen der Elektrotechnik 7 Elektronik 7.1 Einleitende Bemerkungen 179 7.2 Physikalische Grundlagen 181 7.2.1 Eigenleitung 181 7.2.2 Störstellenleitung 183 7.2.3 Eigen- und Störstellenleitung im Bändermodell 185 7.2.4 Der pn-übergang 188 7.3 Elektronische Bauelemente ' ' "".' "" 190 7.3.1 Halbleiterwiderstände 191 7.3.2 Halbleiterdioden 192 7.3.2.1 Aufbau. Kennlinien. Typen 192 7.3.2.2 Diode als Gleichrichter 195 7.3.3 Transistoren 198 7.3.3.1 Bipolartransistoren 199 7.3.3.2 Feldeffekttransistoren 205 7.3.3.3Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) 209 7.3.3.4 Betriebsarten von Transistoren 210
7.3.5 7.3.4 Optoelektronische 7.3.5.1 7.3.5.2 Thyristoren 7.3.4.1 7f3.4.2 7.3.3.5 7.3.3.6 Lichtempfangende Aufbau Lichtaussendende Thyristoren Transistoren und Bauelemente als Wirkungsweise. als als gesteuerte Schalter Verstärker Bauelemente Gleichrichter Typen """""""""""""""""""'" 7.4 Leistungselektronik 7.4.1 7.4.2 Gleichrichter 7.4.2.1 Einführung. 7.3.5.3 Gleichrichter Andere Arten optoelektronische und mit Wirkungsweise Dioden (Ungesteuerte Bauelemente von Stromrichtern Gleichrichter) """ 7.5 Jnformationselektronik 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.4.4 7.4.5 7.4.3 Wechselrichter Gleichstromumrichter Wechselstrom 7.5.3.3 AnaIogschaltungen 7.5.3.2 Einfiihrung Analoge 7.5.3.1 Operationsverstärker Schwingungserzeuger Wechselspannungsverstärker und digitale umrichter. Größen Frequenzumrichter und Signale 7.6 Mikroelektronik 7.6.1 Schaltungsintegration 7.5.4.2 Sequenzielle Schaltungen XII Inhal 7.4.2.2 7.4.2.2.2 7.4.2.1.2 Gleichrichter Dreiphasengieichrichter Einphasengieichrichter mit Thyristoren Dreiphasengieichrichter Einphasengieichrichter (Gesteuerte Gleichrichter) (B6C,B6H) 7.4.2.2.3 7.4.2.2.4 Zusammenfassung Umkehrstromrichter gesteuerte """"""""""""""""""""""" Gleichrichter 7.5.4.1.2 7.5.4.1.1 Logische Gatter Verknüpfungen 7.6.2 Schaltkreisfamilien 7.5.4.2.1 7.5.4.2.2 Flipflops Kippschaltungen """"""""""
Inhaltsverzeichnis XIII 7.6.3 Mikroprozessoren und Mikrorechner 275 7.6.3.1 Komponenten des Mikrorechnersystems 275 7.6.3.2 Mikrorechner als Prozessrechner 286 7.6.3.3 Weitere ErgebRisse der Mikrorechentechnik 291 7.7 Übungsaufgaben 294 8 Elektrische Maschinen und Antriebe 298 8.1 Einleitung 298 8.2 Die Gleichstrommaschine 299 8.2.1 Aufbau und Funktionsprinzip 299 8.2.2 Erregung der Gleichstrommaschine 302 8.2.3 Der Gleichstromnebenschlussmotor 304 8.2.3.1 Ersatzschaltbild und Kennlinien 304 8.2.3.2 DrehzahlsteIlung 307 8.2.3.3 Anlassen und Bremsen 309 '"' 8.2.4 Der Gleichstromreihenschlussmotor 313 8.2.5 Spenelle Typen 314 8.3 Der Transformator 315 8.3.1 Grundsätzlicher Aufbau und Funktionsprinzip 315 8.3.2 Der ideale Transformator 316 8.3.2.1 Definition und Ersatzschaltbild 316 8.3.2.2 Induzierte Spannung und Klemmenspannung 317 8.3.2.3 Zeigerdiagramme und Wirkungsweise 319 8.3.2.4 Widerstandstransformation 323 8.3.3 Der technische Transformator 323 8.3.3.1 Ersatzschaltbild 323 8.3.3.2 Spenelle BetriebsfiiJle 327 8.3.3.3 Betriebsverhalten 331 8.3.4 Drehstromtransformatoren 335 8.3.5 Spenelle Transformatortypen 337 8.4 Rotierende Drehstrommaschinen 339 8.4.1 Das Drehfeld 339 8.4.2 Arten von Drehfeldmaschinen 342 8.4.3 Der Drehstromasynchronmotor 342 8.4.3.1 Aufbau 345 8.4.3.2 Ersatzschaltbild 347 8.4.3.3 Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie 349 8.4.3.4 DrehzahlsteIlung 352
XIV I. 9.5.2.3 Übertragung auf Mittel- und Niederspannungsleitung 9.5.2.4 Prnktische Ausfillirung von Drehstromleitungen,
.. -Inhaltsverzeichnis XV 9.6.2.1 Schalten von Wechselstrom 429 9.6.2.2 Niederspannungsschaltgeräte 431 9.6.2.3 Schaltgeräte fiir Spannungen> 1000 V 434 9.6.2.4 Hochleistungssicherungen 434 9.6.3 Praktische Ausruhrung von Schaltanlagen 436 9.7 Personenschutz in Niederspannungsnetzen, 437 ~ 9.7.1 Gefiihrdung des Menschen 437, 9.7.2 Schutzmaßnahmen 439 9.8 Übun~gpben, 442 10 Elektrische Messtechnik 444 10.1 Einleitung 444 10.2 Gnmdlegende Begriffe der elektrischen Messtechnik 444 10.3 Elektrische Messwerke 448 10.3.1 Drehspulmesswerk ~ 448 10.3.2 Dreheisenmesswerk ' 450 ~ 10.3.3 Elektrodynamisches Messwerk : 450 10.3.4 Induktionsmesswerk 451 10.4 Messgeräte 453 10.4.1 Vielfachmesser 453 10.4.2 Elektronenstrahloszilloskope, 454 10.4.3 Registriergeräte 458 10.4.4 Zähl messgeräte 461 10.5 Messverfahren fiir elektrische Größen 463 10.5.1 Messung von Strom und Spannung 463 10.5.2 Messung von Widerständen und Impedanzen 464 10.5.3 Messung der elektrischen Leistung 466 10.5.4 Zeit- und Frequenzmessung 468 10.6 Elektrische Messung nichtelektrischer Größen 469 10.6.1 Allgemeines 469 10.6.2 Messung von Wegen und Winkeln 470 10.6.3 Messung von Kräften und Momenten 472 10.6.4 Drehzahlmessung 474 10.6.5 Temperaturmessung 475 10.7 Störbeeinflussung von Messkreisen 477 10.8 Übungsaufgaben 479 ~sungen der Übungsaufgaben 482 Literatur 500 SIK:/1wortverzeichnis 502