ET Band 3 Kapitel 9 "Wechselstromtheorie"
Elektrotechnik für Elektroberufe, Auflage 2022
Elektrotechnik für Elektroberufe, Auflage 2022
Heizwicklungen in Kochplatten, Wassererwärmer, Lötkolben, Glühlampen
Was sind Wirkwiderstände?
Widerstände, die im Wechselstromkreis den gleichen Widerstandswert haben wie im Gleichstromkreis, nennt man Wirkwiderstände.
Um welchen Faktor unterscheiden sich der Effektiv- und der Scheitelwert bei einem sinusförmigen Wechselstrom?
Das Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert nennt man Scheitelfaktor. Er hat bei sinusförmigen Grössen immer den Wert Wurzel aus 2 . Effektivwerte werden wie Gleichstromgrössen mit Grossbuchstaben gekennzeichnet.
Was gibt der Effektivwert eines Wechselstromes an? Welcher Zusammenhang besteht mit einem Gleichstromkreis?
Der Effektivwert kennzeichnet den leistungsmässigen Effekt des Wechselstromes. Der Effektivwert des Wechselstromes ist so gross wie ein Gleichstrom mit der gleichen Wärmewirkung.
Wie kann bei einem Einphasengenerator die Frequenz der erzeugten Wechselspannung berechnet werden, wenn die Polpaarzahl p und die Drehzahl n [1/min] bekannt sind?
Formel:
Wie ist die Kreisfrequenz definiert?
Die Kreisfrequenz gibt an, welchen Winkel (Bogenmass) ein Zeiger während einer Sekunde zurücklegt.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Frequenz und der Periodendauer?
Die Frequenz ist der Kehrwert der Periodendauer. Die Frequenz ist umso grösser, je kleiner die Periodendauer ist.
Welche Einheit hat die Frequenz?
Hertz [Hz]
Was bedeutet der Begriff Periodendauer im Zusammenhang mit einer sinusförmigen Wechselspannung?
Die Zeitdauer einer Periode bzw. einer Sinuskurve.
Was bedeutet der Begriff Frequenz im Zusammenhang mit einer sinusförmigen Wechselspannung?
Die Frequenz gibt die Anzahl Perioden während 1s an (Häufigkeit).
Welche Werte unterscheiden wir bei der Sinusschwingung einer Wechselspannung?
Momentanwerte, jeder Wert auf der Sinuskurve. Scheitelwerte (auch Maximalwert oder Amplitude genannt) Effektivwerte
Erklären Sie, warum bei stehender Leiterschleife in einem Magnetfeld keine Spannung induziert wird.
Für die Leiterschleife findet keine Flussänderung statt bzw. werden keine Feldlinien geschnitten und deshalb wird auch keine Spannung induziert.
Wird die Leiterschleife (Abbildung) mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, so entsteht eine Wechselspannung. Welcher Verlauf hat diese Wechselspannung?
Es entsteht ein sinusförmiger Verlauf.
Woher hat die Wechselspannung ihren Namen?
Im Unterschied zu einer Gleichspannung ändert eine Wechselspannung dauernd die Polarität.
Wie berechnet sich der Momentanwert u einer sinusförmigen Wechselspannung, wenn der Scheitelwert und der Winkel bekannt sind?
Welchen Wert können Sie bei einem Multimeter bei der Spannungs- bzw. Strommessung ablesen?
Den Effektivwert
Wie verhalten sich a) der Wirkwiderstand und b) der induktive Blindwiderstand einer Spule, wenn an der angeschlossenen Wechselspannungsquelle die Frequenz erhöht wird?
a) der Wirkwiderstand bleibt gleich
b) der induktive Blindwiderstand wird grösser
Warum wird eine Schützspule für 230 V-Wechselspannung bei einem irrtümlichen Anschluss an 220 V-Gleichspannung unzulässig heiss und schlussendlich zerstört?
Beim DC-Betrieb ist nur der Wirkwiderstand R wirksam (XL gibt es bei DC nicht). Da dieser wesentlich kleiner ist als der Scheinwiderstand, fliesst ein viel grösserer Strom und die Stromdichte wird zu gross. Die Spule wird thermisch überlastet.
Warum wird nicht voll, d. h. auf cosφ = 1 kompensiert (siehe Zeigerbild)?
Die Blindströme erreichen ein Vielfaches des Gesamtstromes (Stromresonanz).
Warum sollte nicht in den kapazitiven Bereich kompensiert werden?
Es würden hohe Kapazitäten bei den Kondensatoren benötigt und dies ist unwirtschaftlich und bringt keine Verbesserung gegenüber dem gleichen induktiven Leistungsfaktor. Zudem könnte durch das Zuschalten eines induktiven Verbrauchers eine Stromresonanz auftreten.
Erstellen Sie ein Zeigerdiagramm mit Leistungsvektoren, womit sich die Kompensation erklären lässt. Das Zeigerdiagramm ist komplett zu beschriften.
Beim abgebildeten Zeigerdiagramm bleibt die kompensierte Blindleistung induktiv.
Wie sieht das Ersatzschaltbild (ESB) einer Spule aus? Bezeichnen das ESB komplett.
ESB:
Warum sollte nicht in den kapazitiven Bereich kompensiert werden?
Es würden hohe Kapazitäten bei den Kondensatoren benötigt und dies ist unwirtschaftlich und bringt keine Verbesserung gegenüber dem gleichen induktiven Leistungsfaktor. Zudem könnte durch das Zuschalten eines induktiven Verbrauchers eine Stromresonanz auftreten.
Welchen Leistungsfaktor strebt man bei der Kompensation an?
0.9 bis 0,95 (induktiv)
Erklären Sie den Ausdruck Zentralkompensation.
Bei der Zentralkompensation werden durch einen Blindleistungsregler jeweils nur so viele Kondensatoren eingeschaltet, wie gerade nötig sind. Zentralkompensationsanlagen werden für die Kompensation von ganzen Firmen erstellt.
Was versteht man unter Gruppenkompensation?
Bei der Gruppenkompensation hat eine Gruppe von Verbrauchern eine gemeinsame Kompensationsanlage.
Was versteht man unter Einzelkompensation?
Bei dieser Kompensationsart sind die Kompensationskondensatoren direkt an den Verbraucher geschaltet (z.B. bei einem Motor).
Warum wird kompensiert? Was will man durch Kompensieren erreichen?
Der hohe Blindstrom belastet Generatoren, Transformatoren und Leitungen, verrichtet aber im Verbraucher keine Arbeit. Man möchte die Energieübertragungseinrichtungen entlasten.
Was versteht man unter dem Begriff „Kompensation“?
Das Ausgleichen der induktiven Blindleistung QL durch kapazitive Blindleistung QC nennt man Kompensieren oder Leistungsfaktorverbesserung.
Welche Leistungsart nimmt ein idealer Kondensator auf?
Kapazitive Blindleistung.
Warum ist der Momentanwert der Scheinleistung immer Null, wenn entweder die Spannung oder der Strom den Nulldurchgang hat?
Die Scheinleistung berechnet sich aus dem Produkt von u und i. Ist einer der beiden Momentanwerte gleich Null, so ergibt dies auch für die momentane Scheinleistung den Wert Null.
induktive - und kapazitive Verbraucher.
Aus der abbgebildeten Leistungskurve ist erkennbar, dass sich in verschiedenen Periodenabschnitten eine negative Leistung ergibt. Was bedeutet „negative Leistung“?
In diesen Abschnitten ist der Energiefluss vom Verbraucher zur Quelle.
Scheinleistung S
Bei welcher Schaltungsvariante kann das Leitwertdreieck Sinn machen?
Bei der Parallelschaltung. Bei einer Parallelschaltung verhalten sich die Ströme, proportional zu den entsprechenden Leitwerten. Aus diesem Grund gibt es analog zum Widerstandsdreieck auch ein Leitwertdreieck.
Wann ist der kapazitive Blindwiderstand eines Kondensators klein?
Der kapazitive Blindwiderstand eines Kondensators ist umso kleiner, je grösser die Kapazität und Frequenz (Kreisfrequenz) sind.
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Spannungs- und Widerstandsdreieck, wenn beides für die gleiche Serieschaltung gezeichnet werden soll?
Das Widerstandsdreieck und das Spannungsdreieck einer Serieschaltung sind ähnlich, d.h. gleich liegende Seiten stehen im gleichen Verhältnis.
Reine induktive Blindwiderstände lassen sich praktisch nicht herstellen, da für die Herstellung einer Spule immer ein Draht um einen Körper gewickelt werden muss. Deshalb hat eine Spule nebst dem induktiven Blindwiderstand immer auch einen Wirkwiderstand.
Der induktive Blindwiderstand einer Spule ist umso grösser, je grösser Induktivität und Frequenz sind.
Was ist bei einer Induktivität stets nacheilend?
Bei einer reinen Induktivität eilt der Wechselstrom der angelegten Spannung um 90° nach. „Bei Induktivitäten tun sich die Ströme verspäten.“
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Lernkarten
Wie berechnet sich der Momentanwert u einer sinusförmigen Wechselspannung, wenn der Scheitelwert und der Winkel bekannt sind?
Welchen Wert können Sie bei einem Multimeter bei der Spannungs- bzw. Strommessung ablesen?
Den Effektivwert
Wie verhalten sich a) der Wirkwiderstand und b) der induktive Blindwiderstand einer Spule, wenn an der angeschlossenen Wechselspannungsquelle die Frequenz erhöht wird?
a) der Wirkwiderstand bleibt gleich
b) der induktive Blindwiderstand wird grösser
Warum wird eine Schützspule für 230 V-Wechselspannung bei einem irrtümlichen Anschluss an 220 V-Gleichspannung unzulässig heiss und schlussendlich zerstört?
Beim DC-Betrieb ist nur der Wirkwiderstand R wirksam (XL gibt es bei DC nicht). Da dieser wesentlich kleiner ist als der Scheinwiderstand, fliesst ein viel grösserer Strom und die Stromdichte wird zu gross. Die Spule wird thermisch überlastet.
Warum wird nicht voll, d. h. auf cosφ = 1 kompensiert (siehe Zeigerbild)?
Die Blindströme erreichen ein Vielfaches des Gesamtstromes (Stromresonanz).
Warum sollte nicht in den kapazitiven Bereich kompensiert werden?
Es würden hohe Kapazitäten bei den Kondensatoren benötigt und dies ist unwirtschaftlich und bringt keine Verbesserung gegenüber dem gleichen induktiven Leistungsfaktor. Zudem könnte durch das Zuschalten eines induktiven Verbrauchers eine Stromresonanz auftreten.