Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-GruitenEuropa-Nr.: 35814
Technische KommunikationElektrotechnik
Schaltungs- und Funktionsanalyse
Lösungen der Arbeitsblätter und AufgabenGrundbildung – Lernfelder 1– 4
6. neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulenund in der Industrie
EUROPA-FACHBUCHREIHEfür elektrotechnische und elektronische Berufe
2
Autoren:Ulrich Beer Dipl.-Ing. (FH), Gewerbefachlehrer KaufbeurenHorst Gebert Dipl.-Ing. (FH) Schwäbisch HallGregor Häberle Dr.-Ing. TettnangHanswalter Jöckel Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat FriedrichshafenThomas Käppel Fachlehrer MünchbergAnton Kopf Oberstudienrat UlmJürgen Schwarz Dipl.-Ing., Studiendirektor Tettnang
Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern
Leitung des Arbeitskreises und Lektorat: Jürgen Schwarz, Tettnang
Vorwort
Das Lehrsystem „Arbeitsblätter und Aufgaben der technischen Kommunikation Elektrotechnik“ unterstützt Lernende des Ausbildungsberufes Elektroniker/Elektronikerin in Industrie und Handwerk bei der Erlangung der gewünschten Fachkompetenz durch die Analyse von Schaltungen und Funktionen anhand berufstypi-scher Aufgabenstellungen und geeigneter Beispiele. Bei den Arbeitsblättern „Grundbildung – Lernfelder 1-4“ liegt der Schwerpunkt auf dem Erwerb eines berufsfeldbreiten grundlegenden Wissens. Die Erarbeitung des Lehrstoffes durch den Lernenden selbst oder im Team kann durch verschiedene Medien, insbesondere den Informationsband „Technische Kommunikation Elektrotechnik“, ergänzt werden.
Bei Leiterverbindungen wird weitgehend die in der Norm vorhandene Form 1 (ohne Punkt), in Anschluss-dosen aber, aus methodischen Gründen, die ebenfalls nach der Norm zulässige Form 2 (mit Punkt) ange-wendet. Die Objekte sind produktbezogen gekennzeichnet. Wegen der eindeutigen Identifizierbarkeit der Objekte wird auf die Kennzeichnung durch das Vorzeichen „–“ verzichtet. Thermische Überlastrelais können mit dem Kennbuchstaben B oder F bezeichnet werden. Um die Schutz-funktion hervorzuheben, wurde für Überlastrelais der Kennbuchstabe F gewählt.
Zur Unterstützung des Lehrers bei der geforderten Vermittlung englischsprachiger Elemente sind die Über-schriften der Arbeitsblätter und der Aufgaben zweisprachig. Verlag und Autoren danken für die Verbesserungsvorschläge der Benutzer und bitten auch in Zukunft darum.
Sommer 2016 Die Verfasser
6. Auflage 2016Europa-Nr.: 35814ISBN 978-3-8085-3586-8Druck 5 4 3 2 1
Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unter-einander unverändert sind.
Diesem Buch wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Blätter und der VDE-Bestimmungen zugrunde gelegt.Verbindlich sind jedoch nur die DIN-Blätter und VDE-Bestimmungen selbst.Die DIN-Blätter können von der Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin, und Kamekestraße 2 – 8, 50672 Köln, bezogen werden. Die VDE-Bestimmungen sind bei der VDE-Verlag GmbH, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin, erhältlich.
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlichgeregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.© 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp: // www.europa-lehrmittel.deSatz: fidus Publikations-Service GmbH, NördlingenUmschlag: Idüll, 60329 Frankfurt/Main; Braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldDruck: M. P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn
3
Inhaltsverzeichnis
1 Lernfeld 1: Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen
Projektbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . 51. 1 Schaltzeichen für Installationsgeräte . . . . . . . 61. 2 Allgemeine Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . 71. 3 Normen zur Kennzeichnung von Betriebsmitteln . 81. 4 Kennzeichnung der Betriebsmittel nach
DIN EN 81346-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91. 5 Kennlinien von Wirkwiderstand und NTC-Wider-
stand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101. 6 Reihenschaltung von Widerständen . . . . . . . . 111. 7 Leuchtdiode (LED) mit Vorwiderstand . . . . . . . 121. 8 Schaltung mit Diode . . . . . . . . . . . . . . . . 131. 9 Parallelschaltung von Widerständen . . . . . . . 141. 10 Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151. 11 Schaltungen von Heizleitern in einem Kochfeld . . 161. 12 Arbeitsbereich und höchstzulässige
Verlustleistung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171. 13 Reihen- und Parallelschaltung von Spannungs-
quellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181. 14 Indirekte Widerstandsbestimmung . . . . . . . . 191. 15 Messung der elektrischen Leistung . . . . . . . . 201. 16 Messung der elektrischen Arbeit . . . . . . . . . . 211. 17 Bestückung einer Leiterplatte . . . . . . . . . . . 221. 18 Entwurf einer Leiterplatte . . . . . . . . . . . . . 231. 19 Entsorgung von Elektroschrott . . . . . . . . . . . 24
2 Lernfeld 2: Elektrische Installationen planen und ausführen
Projektbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . 252. 1 Ausschaltung mit beleuchtetem Schalter . . . . . 262. 2 Serienschaltung mit Ausschaltung . . . . . . . . 272. 3 Wechselschaltung mit Steckdosen . . . . . . . . . 282. 4 Sparwechselschaltung mit beleuchteten
Schaltern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292. 5 Kreuzschaltung mit Rückmeldung . . . . . . . . . 302. 6 Kreuzschaltung mit Steckdosen . . . . . . . . . . 312. 7 Stromstoßschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . 322. 8 Stromstoßschaltung mit Rückmeldung . . . . . . 332. 9 Treppenhausschaltungen . . . . . . . . . . . . . . 342. 10 Rufschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352. 11 Ruf- und Türöffneranlage mit Stromstoß-
schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362. 12 Ruf- und Türöffneranlage für drei Wohnungen . . 372. 13 Ruf- und Türöffneranlage für das Neben-
gebäude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382. 14 Installationsschaltplan einer 4-Zimmer-
Wohnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392. 15 Installationsplan und Stückliste für das Wohn-
zimmer der 4-Zimmer-Wohnung . . . . . . . . . . 402. 16 Unterverteiler der 4-Zimmer-Wohnung . . . . . . 412. 17 Installationsschaltplan einer Werkstatt . . . . . . 422. 18 Beleuchtungsanlage mit KNX 1 . . . . . . . . . . 432. 19 Beleuchtungsanlage mit KNX 2 . . . . . . . . . . 442. 20 Änderung einer Beleuchtungsanlage mit KNX 1 . 452. 21 Änderung einer Beleuchtungsanlage mit KNX 2 . 462. 22 Prüfung von Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . 472. 23 Projektarbeiten Beleuchtung, Rufanlage . . . . . 482. 24 Isolationsfehler und Schutzeinrichtungen . . . . . 492. 25 Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3 Lernfeld 3: Elektrische Steuerungen analysieren und anpassen
Projektbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . 513. 1 Verknüpfungen der Digitaltechnik mit UND und
ODER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523. 2 Verknüpfungen der Digitaltechnik mit NAND und
NOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533. 3 Schützschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543. 4 Schützschaltung mit Haltekontakt . . . . . . . . . 553. 5 Wendeschützsteuerung, direktes Umschalten . . 563. 6 Wendeschützsteuerung, Umschaltung über
AUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573. 7 Zeitrelais mit Einschaltverzögerung und Ausschalt-
verzögerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583. 8 Folgesteuerung 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593. 9 Folgesteuerung 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603. 10 Steuerung einer Mischanlage 1 . . . . . . . . . . 613. 11 Steuerung einer Mischanlage 2 . . . . . . . . . . 623. 12 Beleuchtungssteuerung mit Kleinsteuergerät . . . 633. 13 Schaufensterbeleuchtung mit Kleinsteuergerät . 643. 14 SPS-Grundfunktionen 1: UND, ODER . . . . . . . 653. 15 SPS-Grundfunktionen 2: UND vor ODER, ODER
vor UND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663. 16 SPS-Programmieren von Befehlsgebern . . . . . 673. 17 Vom Funktionsplan zur Anweisungsliste . . . . . 683. 18 SPS-Speicherfunktionen . . . . . . . . . . . . . . 693. 19 Zeitfunktionen mit Kleinsteuerung / SPS . . . . . . 703. 20 Zähler mit Kleinsteuerung / SPS . . . . . . . . . . 713. 21 Bistabile Kippschaltungen . . . . . . . . . . . . . 723. 22 Astabile Kippschaltungen . . . . . . . . . . . . . 733. 23 Monostabile Kippschaltungen . . . . . . . . . . . 743. 24 Schwellwertschalter (Schmitt-Trigger) . . . . . . . 753. 25 Schalter und Schütze 1 . . . . . . . . . . . . . . . 763. 26 Schalter und Schütze 2 . . . . . . . . . . . . . . . 773. 27 Steuerschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 783. 28 Schaltungen der Digitaltechnik 1 . . . . . . . . . 793. 29 Schaltungen der Digitaltechnik 2 . . . . . . . . . 80
4 Lernfeld 4: Informationstechnische Systeme bereit-stellen
Projektbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . 814. 1 Anschlüsse am Computer . . . . . . . . . . . . . 824. 2 PC-Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834. 3 Lastenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844. 4 Pflichtenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854. 5 Angebotserstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 864. 6 PC-Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874. 7 Software-Installation und Konfiguration . . . . . 884. 8 Anwendungsprogramme – Arbeiten mit Word
und Excel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 894. 9 Anwendungsprogramme – Präsentieren mit
PowerPoint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904. 10 Anwendungsprogramme – Zeichnen mit sPlan . . 914. 11 Anwendungsprogramme – Leiterplattenentwurf
mit EAGLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 924. 12 Vernetzung von Computern . . . . . . . . . . . . 934. 13 Netzwerkprotokoll-Konfiguration und Anbindung
an das Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 944. 14 WLAN installieren und konfigurieren . . . . . . . 954. 15 Datensicherheit und Datenschutz . . . . . . . . . 96
4
4. 16 Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974. 17 Programmentwicklung, Programm-
dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984. 18 Software-Entwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994. 19 Mikrocomputer, Mikrocontroller,
Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004. 20 Datenübertragung, Datenschnittstellen,
Netzwerkleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
A Anhang 102A 1 Normschrift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102A 2 Ebene Werkstücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103A 3 Isometrische Projektion . . . . . . . . . . . . . . 104A 4 Ansichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105A 5 Ergänzen von Ansichten . . . . . . . . . . . . . . 106A 6 Abwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107A 7 Oberflächenbeschaffenheit . . . . . . . . . . . . . 108A 8 Bohrungen, Langlöcher . . . . . . . . . . . . . . 109A 9 Drehteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110A 10 Wellenenden mit Anschnitten oder Ausschnitten 111A 11 Vollschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112A 12 Halbschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113A 13 Innengewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114A 14 Außengewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115A 15 Verschraubung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116A 16 Technische Kommunikation der Metalltechnik 1 . 117A 17 Technische Kommunikation der Metalltechnik 2 . 118A 18 Technische Kommunikation der Metalltechnik 3 . 119
Lösungen zu2. 23 Projektarbeiten Beleuchtung, Rufanlage . . . . . 1202. 24 Isolationsfehler und Schutzeinrichtungen . . . . . 1212. 25 Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223. 25 Schalter und Schütze 1 . . . . . . . . . . . . . . . 1233. 26 Schalter und Schütze 2 . . . . . . . . . . . . . . . 1243. 27 Steuerschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1253. 27 Steuerschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1263. 28 Schaltungen der Digitaltechnik 1 . . . . . . . . . 1273. 29 Schaltungen der Digitaltechnik 2 . . . . . . . . . 1284. 16 Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294. 17 Programmentwicklung, Programm-
dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304. 18 Software-Entwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314. 19 Mikrocomputer, Mikrocontroller,
Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324. 20 Datenübertragung, Datenschnittstellen,
Netzwerkleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 133A 16 Technische Kommunikation der Metalltechnik 1 . 134A 17 Technische Kommunikation der Metalltechnik 2 . 135A 18 Technische Kommunikation der Metalltechnik 3 . 136
T Raster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137T Raster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138T Raster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5
LERNFELD
Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen(analyzing electrotechnical systems and checking functions)
Projektbeschreibung
Ein mittelständischer Produktionsbetrieb für elektrotechnische Erzeug-nisse erstellt mit dem PC Schaltpläne, z. B. für Gerätebeschreibungen, Veröffentlichungen, Präsentationen oder Angebote (Bild 1). Regelmä-ßig soll überprüft werden, ob die einzelnen Schaltzeichen in den ver-schiedenen Bibliotheksdateien noch normgerecht sind (Bild 2).
Dies ist auch wichtig für die Schaltplanerstellung mit einem Schaltplan editor beim Entwurf von Leiterplatten (Bild 3).
Im Prüffeld dieses Betriebes soll der Auszubildende im Ausbildungs-beruf Elektroniker mit der Fachrichtung Energie- und Gebäudetech-nik fachgerecht mit den Grundschaltungen der Elektrotechnik umge-hen. Außerdem soll er für die angestellten Hilfskräfte Anleitungen und Beispiele für einfache Messschaltungen und für das normge-rechte Anlegen von Wertetabellen und Kennlinien erstellen.
Bei jeder Neuinstallation von Geräten und Baugruppen entsteht durch Rücknahme von elektrischen Altgeräten Elektronikschrott (Bild 4), der entsprechend entsorgt werden muss. Der Meister beauftragt einen Mitarbeiter, einen Ablaufplan für die Entsorgung von Elektro-nikschrott zu erstellen, der dann als Aushang an den Informations-stellen der einzelnen Werkstätten dienen soll.
Bild 1: PC-Arbeitsplatz
Bild 2: Normblattausschnitt
Bild 3: Schaltplanerstellung mit einem Schaltplaneditor
Haushaltsgroßgeräte 235 kt
Gesamt 690 ktQuelle: BMUB, 2012
Haushaltskleingeräte 77 kt
IT- und Kommunikationsgeräte 160 kt
Geräte der Unterhaltungselektronik 171 kt
Elektrische und elektronische Werkzeuge 24 kt
Bild 4: Jährlicher Anteil von Elektronikschrott in Deutschland
1.1 Schaltzeichen für Installationsgeräte
Lernfeld 1
1.2 Allgemeine Schaltzeichen
1.3 Normen zur Kennzeichnung von Betriebsmitteln
1.4 Kennzeichnung der Betriebsmittel nach DIN EN 81346-2
1.5 Kennlinien von Wirkwiderstand und NTC-Widerstand
1.6 Reihenschaltung von Widerständen
1.9 Parallelschaltung von Widerständen
1.10 Spannungsteiler
1.11 Schaltungen von Heizleitern in einem Kochfeld
1.12 Arbeitsbereich und höchstzulässige Verlustleistung
1.13 Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen
1.8 Schaltung mit Diode
1.7 Leuchtdiode (LED) mit Vorwiderstand
1.14 Indirekte Widerstandsbestimmung
1.15 Messung der elektrischen Leistung
1.16 Messung der elektrischen Arbeit
1.17 Bestückung einer Leiterplatte
1.18 Entwurf einer Leiterplatte
1.19 Entsorgung von Elektroschrott
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
6
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
Ansicht Schaltzeichenfür Installationsschaltplan
Schaltzeichenfür Stromlaufplan
Benennung
Ausschalter, einpolig, ohne Beleuchtung(one-way switch, single pole, without illumina-tion)
Wechselschalter, einpolig, ohne Beleuchtung(two-way switch, single pole, without illumina-tion)
Kreuzschalter, einpolig, ohne Beleuchtung(intermediate switch, single pole, without illumination)
Steckdose mit Schutzkontakt,für Einphasenwechselspannung(socket outlet with protective contact for single-phase ac voltage)
Stecker mit Schutzkontaktfür Einphasenwechselspannung(plug with protective contact for single-phase ac voltage)
Ausschalter, beleuchtet(für Arbeitsstätten vorgeschrieben)(switch, with indicator lamp, compulsory for workrooms)
Kontroll-Ausschalter(switch with pilot light)
Dreipoliger Kontroll-Ausschalter(z. B. als Heizungsnotschalter)(three pole switch with pilot light, as emergen-cy switch in heating systems, for example)
Serienschalter, einpolig, ohne Beleuchtung(multiposition switch, single pole, without illumination)
Mehrstellungsschalter mit Schalt stellungs dia-gramm für drei Schaltstellungen (z. B. als Ja-lousieschalter)(three-position switch, with position diagram, as window shade switch, for example)
Taster, beleuchtet(push-button, with indicator lamp)
L
AnsichtAnsicht SchaltzeichenSchaltzeichen SchaltzeichenSchaltzeichen
In Ihrem Produktionsbetrieb sind in der Elektroinstallation verschiedene Betriebsmittel eingesetzt. Sie erhalten den Auftrag zu überprüfen, ob die Schaltzeichen in den technischen Dokumentationen der neuesten Norm entsprechen. Ergänzen Sie die Tabelle mit den normgerechten Schaltzeichen.
1.1 Schaltzeichen für Installationsgeräte(graphical symbols for installation devices)
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
7
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
Ø
V
A
Wh
Schaltzeichen Benennung
Kondensator, Kapazität(capacitor, capacity)
Strommessgerät(ammeter)
Spannungsmessgerät(voltmeter)
Widerstandsmessgerät(ohmmeter)
Wattstunden-Zähler(watt-hour meter)
Steckdose, Steckbuchse(socket outlet, socket)
Steckdose, Steckbuchse, mit Schutzkontakt(socket outlet, socket, with protective contact)
Stecker(plug)
Schutzkontaktsteckdose mit Schutz kontaktstecker(socket outlet with protective contact and plug with protective contact)
Widerstand, stufenweise ein-stellbar(resistor, adjustable in steps)
Induktivität, stetig einstellbar(inductance, continuously adjustable)
Erde(earth, ground)
Anschlussstelle für Schutzleiter, Schutzerde(protective ground, protective earth)
Schaltzeichen Benennung
Widerstand(resistor)
Heizelement(heating element)
Spule, Induktivität(coil, inductance)
Spule, Induktivität mit Magnet-kern(coil, inductance with magnetic core)
Sicherung(fuse)
Primär element, Sekundärelement(primary cell, secondary cell)
Schalter, handbetätigt, als Schließer(switch, manually operated, make contact)
Taster als betätigter Schließer(push-button, make contact operated)
Taster als Öffner(push-button, break contact)
Schütz mit 3 Schließern(contactor with three make contacts)
Relaisspule mit 1 Wechsler und 1 Schließer(relay coil with one change -over and one make contact)
Glühlampe(lamp, bulb)
Ergänzen Sie die Tabelle der wichtigsten Schaltzeichen anhand des Informationsbandes oder einer anderen normgerechten Unterlage, um dann überprüfen zu können, ob die einzelnen Schaltzeichen in den Bibliotheksdateien noch normgerecht sind.
1.2 Allgemeine Schaltzeichen(general graphical symbols)
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
8
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
Der Meister in Ihrem Betrieb wünscht, dass in Zukunft alle Dokumentationen der Norm DIN EN 81346-2: 2010-05 entsprechen. Dafür hat er eine Liste mit den im Betrieb am häufigsten verwendeten Betriebsmitteln (Objekten) ange-fertigt und die Kennbuchstaben nach alter Norm angegeben. Sie erhalten den Auftrag, in die Liste die Kennbuchstaben nach der neuen Norm einzutragen.
DIN EN 81346-2: 2010-05 DIN 40719-2: 1978
Elektrische Betriebsmittel Zweck oder Aufgabe des Betriebsmittels Kenn buchstabe Kenn buchstabe
Antenne Energieumwandlung T W
Befehlsgerät, Taster Signalumwandlung bei Handbetätigung S S
Beleuchtung, Lampe Bereitstellung von Strahlung E E
Bimetallauslöser Schutz eines Energiefl usses F F
Binärelement, Zähler digital Signalverarbeitung K D
Diode Begrenzung eines Energiefl usses R V
Filter Signalverarbeitung K Z
Frequenzumrichter Energieumwandlung T G
Generator Erzeugung eines Energiefl usses G G
Gleichrichter Energieumwandlung T V
Grenztaster Umwandlung einer variablen Eingangsgröße B S
Heizwiderstand Bereitstellung von Wärme E E
Hilfsrelais, Zeitrelais Signalverarbeitung K K
Hilfsschütz Signalverarbeitung K K
Klemme, Steckdose Verbinden von Objekten X X
Kondensator Energiespeicherung C C
Leistungsschütz Schalten eines Energiefl usses Q K
Leistungstransistor Schalten eines Energiefl usses Q V
Magnetventil Schalten eines Energiefl usses Q Y
Messgerät Darstellung von Informationen P P
Messwiderstand Umwandlung einer variablen Eingangs größe B R
Motor Bereitstellung mechanischer Energie M M
Motorschutzrelais Schutz eines Energiefl usses F F
Motorschutzschalter Schalten eines Energiefl usses Q Q
Motorschutzschalter Schutz eines Energiefl usses F Q
Optische und akustische Meldeeinrichtung
Darstellung von Informationen P H
Sicherung Schutz eines Energiefl usses F F
Signalleuchte Darstellung von Informationen P H
Spule, Drosselspule Begrenzung eines Energiefl usses R L
Stern-Dreieck-Schalter Schalten eines Energiefl usses Q Q
Strom-/Spannungswandler Energieumwandlung T T
Stromversorgung Erzeugung eines Energiefl usses G G
Transformator Energieumwandlung T T
Transistor Signalverarbeitung K V
Verstärker Energieumwandlung T A
Widerstand Begrenzung eines Energiefl usses R R
Widerstand temperaturab-hängig, Fotowiderstand
Umwandlung einer variablen Eingangsgröße B B
1.3 Normen zur Kennzeichnung von Betriebsmitteln(standards for identifi cation of electrical equipment)
W
S
E
F
D
V
Z
G
G
V
S
E
K
K
X
C
K
V
Y
P
R
M
F
Q
Q
H
F
H
L
Q
T
G
T
V
A
R
B
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
9
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
1.4 Kennzeichnung der Betriebsmittel nach DIN EN 81346-2(designation of equipment according to DIN EN 81346-2)
a) Klingel- und Türöffneranlage
b) Folgeschaltung
Hauptstromkreis Steuerstromkreis
c) Tabelle der Betriebsmittel
a) Klingel- und Türöffneranlagea) Klingel- und Türöffneranlage
Nachdem Sie sich mit den Normen zur Kennzeichnung von Betriebsmitteln schon gut aus-kennen, erhalten Sie den Auftrag, verschiedene Gerätebeschreibungen zu überarbeiten. Vervollständigen Sie die Stromlaufpläne für a) eine Klingel- und Türöffneranlage und b) eine Folgeschaltung mit der Kennzeichnung der Betriebsmittel nach DIN EN 81346-2. c) Ergänzen Sie außerdem die Tabelle der Betriebsmittel für die Folgeschaltung.
F1 Sicherung S2 Taster mit Schließerkontakt
Q1, Q2 Schütze K1 Relais mit Ansprechverzögerung
M1, M2 Motore P1, P2 Meldeleuchten
S1 Taster mit Öffnerkontakt
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
10
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
R2R3
Zur Anleitung angestellter Hilfskräfte im Prüffeld sollen einfache Messschaltungen, Werteta-bellen und Kennlinien erarbeitet werden.1. Ergänzen Sie die Messschaltung so, dass die geforderten Spannungswerte und die zugehö-
rigen Stromstärken gemessen werden können.2. Berechnen Sie die Stromstärken und erstellen Sie die Widerstandskennlinie, wenn der Wi-
derstand R2 wirksam ist.3. In der Messschaltung wird dann der Widerstand R2 durch einen NTC-Widerstand (Heiß-
leiter) R3 ersetzt und dabei werden die in der Tabelle aufgeführten Spannungswerte und Stromwerte gemessen. Errechnen Sie die dazugehörigen Widerstandswerte und erstellen Sie die Kennlinie des NTC-Widerstandes R3.
1.5 Kennlinien von Wirkwiderstand und NTC-Widerstand(characteristics of active resistance and NTC resistance)
U 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
in V
Ü 8,3 16,6 25 33,3 41,6 50 58,3 66,6 75 83,3 91,6 100 in mA
Wider-standR2 =120 Ø
U 1,2 4,8 8 9,3 10 9,8 9,3 8,5 7,65 6,9 6,35 6 in V
Ü 1 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 100 in mA
R 1200 960 800 620 500 326 232 170 127,5 98,5 79 60 in Ø
NTC-Wider-stand
R3
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
11
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
E1 E2 E3 E4 E5
E10 E9 E8 E7 E6N
U
L ¡
ULampe
Im Lager einer Firma liegen für Dekorationszwecke mehrere Schachteln mit Minilichterketten. Auf den Verpackungen fi ndet man folgende Angaben:
Minilichterkette mit 10 LampenLichterkette mit 10 Kerzen, 2 Ersatzlampen, Eurostecker für 230 V, geeignet für Dekorationszwecke, Christbaum- oder Fensterschmuck.Technische Daten und Eigenschaften:
• 10 Lampen, weiß, 24 V/1,08 W• 2 Ersatzlampen• Sockel und Lampen grün• Betrieb: AC 230 V, 50 Hz
• Kerzenabstand: ca. 15 cm• nur für den Innenbereich geeignet• Länge der Zuleitung: ca. 1,5 m
a) Wie sind die einzelnen Lampen in diesen Lichterketten geschaltet?b) Zeichnen Sie die Schaltung einer Lichterkette mit n = 10 Lampen und bezeichnen Sie die Lampen.c) Zeichnen Sie jeweils einen Spannungspfeil für die Gesamtspannung U und die Spannung an
der Lampe E1 (ULampe), sowie einen Strompfeil für den Gesamtstrom Ü in diese Zeichnung ein.d) Berechnen Sie die Spannung, die an jeder Lampe abfällt.e) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand der Lichterkette.f) Wie wird bei dieser Art von Lichterketten vermieden, dass bei Ausfall einer einzelnen Lampe die
anderen Lichter erlöschen?g) Zeichnen Sie dazu ein Beispiel mit zwei Lampen mit geeigneter Beschaltung.
1.6 Reihenschaltung von Widerständen(series connection of resistors)
a) Anordnung der Lampen
d) Spannungsberechnung
e) Widerstand der Lichterkette
f) Lampenausfall
g) Beispiel mit zwei Lampen mit geeigneter Beschaltung
b) und c) Schaltung einer Lichterkette
Durch Parallelschalten eines Heißleiters (NTC-Widerstand).
Die Lampen sind in den Lichterketten in Reihe geschaltet.
ULampe = U } n = 230 V } 10
= 23 V n = Anzahl der Lampen
RLampe = U2 }
P = (24 V)2
} 1,08 W
= 533 Ø; R = RLampe · n = 533 Ø · 10 = 5,33 kØ
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
12
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
P7
P8
P9
P4
P5
R1 R2 R3
P6
P2
P3
P1
+9V
+12V
0V
0V
U1
RV
UF
¡F
+12V
0V
P1
P1 P2 P3R1 P4 P5 P6R2 P7 P8 P9R3
DC 12 V 151 DC 12 V 151 DC 12 V 151
-
+
-
+
-
+
Bild 1: Auszug aus dem Datenblatt einer LED
1. Prüfgeräta) Stromlaufbahn c) Berechnung des Vorwiderstandes
b) Widerstandswert der SMD-Widerstände
d) Widerstandswert aus der Reihe E12
e) Auswahl des Widerstandesb) Vorwiderstand
a) Stromlaufplan
1. In ein Prüfgerät soll zur Kontrolle des Betriebszustandes eine Leuchtdiode (LED) eingebaut werden. Hierfür steht eine Gleichspannung von U1 = 9 V zur Verfügung.
a) Zeichnen Sie den Stromlaufplan einer geeigneten Schaltung. b) Erklären Sie, warum beim Anschluss einer LED an 9 V ein Vorwiderstand RV notwendig ist. c) Berechnen Sie den Vorwiderstand bei der Verwendung einer LED mit Daten gemäß Bild 1. d) Ermitteln Sie einen geeigneten Widerstandswert aus der Widerstandsreihe E12. e) Erklären Sie, was bei der Auswahl des Widerstandes aus der Normreihe zu beachten ist.2. Für die indirekte Beleuchtung einer Glasvitrine soll ein LED-Streifen mit warmweißen Leucht-
dioden verwendet werden. Es steht ein 0,5 m langer LED-Streifen mit 30 warmweißen SMD1)-Leuchtdioden zur Verfügung. Dieser ist in einzelne Module mit je drei LEDs teilbar. Die Rück-seite ist mit einem Klebestreifen für eine schnelle Montage versehen.
In die Glasvitrine werden drei Module eingebaut (Bild 2). Als Stromversorgung dient ein LED-Schaltnetzteil mit DC 12 V/1 A
a) Zeichnen Sie aus Bild 2 den Stromlaufplan der drei Module. b) Welchen Widerstandswert haben die drei SMD-Widerstände R1, R2 und R3 mit dem Auf-
druck 151? 1) SMD von Surface Mounted Device (engl.) = oberfl ächenmontierbares Bauelement
1.7 Leuchtdiode (LED) mit Vorwiderstand(light emitting diode with series resistor)
Bild 2: LED-Streifen mit drei Modulen
2. LED-Streifen
Der Vorwiderstand RV begrenzt den Strom IF.
RV = U1 − UF } IF
= 9 V − 2,2 V
} 20 mA = 340 Ω
Gewählt aus der Reihe E12: RV = 390 Ω
SMD-Widerstand 151 → 15 ∙ 101 Ω = 150 Ω
Wenn der errechnete Widerstandswert zwischen zwei Normwerten liegt, muss immer der nächst höhere Widerstandswert verwendet werden, um eine Überlastung der LED zu vermeiden.
Durchlassspannung UF 2,2 VSperrspannung UR 5,0 VDurchmesser 5 mmAbstrahlwinkel 60°Farbe grünDurchlassstrom IF 20 mALichtstärke IV 40 mcd
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
13
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
UF
¡F
0 0,2 0,4 0,6 0,8 2V0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0A
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
A+
-
A+
-
G G
R2
R2 R2
R1P1 P1R1
0,6 0,8 1
0,4
0,2
0,1
0,04
0,02
0,01
Forward Characteristics
FORWARD VOLTAGE (V)
FOR
WA
RD
CU
RR
EN
T (
A)
0,7 0,9
1,0
1.8 Schaltung mit Diode(diode circuit)
Im Prüffeld soll eine Messschaltung zur Funktionsprüfung von Dioden mit den Bezeichnungen 1N4001 bis 1N4007 eingerichtet werden. Aus dem Datenblatt erhalten Sie die Durchlasskenn-linie für die Dioden.a) Zeichnen Sie in die Messschaltung eine Diode so ein, dass sie einmal in Durchlassrichtung
und einmal in Sperrrichtung gepolt ist.b) Übertragen Sie die Durchlasskennlinie des Herstellers in ein Diagramm mit linearen Achs-
einteilungen.c) Geben Sie für die englischen Bezeichnungen die deutschen Fachbegriffe an.d) Als Spannungsquelle steht ein Generator mit U = 2 V zur Verfügung. Ermitteln Sie zeichne-
risch den Betriebspunkt, wenn ein Widerstand von R2 = 4 Ø verwendet wird. Bestimmen Sie für den Betriebspunkt die Verlustleistung in der Diode und im Widerstand.
a) Diode in Durchlassrichtung Diode in Sperrrichtung
b) Durchlasskennlinie
c) Fachbegriffe
d) Verlustleistung
Forward Characteristics
Durchlasseigenschaften
Forward Current
Durchlassstrom
Forward Voltage
Durchlassspannung
Diode PV = UF · ÜF = 0,82 V · 0,3 A = 0,246 W = 246 mW
Widerstand PV = UR · ÜR = 1,18 V · 0,3 A = 0,354 W = 354 mW
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
14
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
N
L ¡= 5,478 A
¡ 1 = 143
mA
LED-
Mod
ul
Schr
eibt
isch
-lamp
e
Lase
rdru
cker
LCD-
Mon
itor
Comp
uter
Dolby-
Surr
ound
-An
lage
Fern
sehg
erät
Steh
lamp
e
LED-
Stra
hler
Leuc
hte
mit
3 La
mpen
¡ 4 = 13 m
A
¡ 5 = 1,304
A
¡ 6 = 4
00 mA
¡ 7 = 3
91 mA
¡ 8 = 1,522
A
¡ 9 = 152
mA
¡ 10 =
1,283
A
¡ 11 =
261 m
A
¡ 12 =
8,7 m
A
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12
11 W 11 W 11 W 3 W 300 W 92 W 90 W 350 W 35 W 295 W 60 W 2 W
In einem Wohnzimmer sind 2 Lampenstromkreise und 8 Schutzkontaktsteckdosen mit einem Au-ßenleiter L verbunden.Die Lampenstromkreise sind jeweils über eine Ausschaltung angeschlossen:
1 Leuchte mit 3 Energiesparlampen mit jeweils 11 W/230 V,1 LED-Strahler in Glühlampenform 3 W/230 V.
An den Steckdosen sind folgende Geräte angeschlossen:1 Stehlampe mit 300 W/230 V,1 Fernsehgerät mit Flachbildschirm 40 Zoll mit 92 W/230 V,1 Dolby-Surround-Anlage mit 90 W/230 V,1 Computer 350 W/230 V,1 LCD-Monitor 19 Zoll mit 35 W/230 V,1 Laser-Drucker 295 W/230 V,1 Schreibtischlampe 60 W/230 V,1 LED-Modul als indirekte Beleuchtung mit 2 W/230 V.
a) Erstellen Sie einen Stromlaufplan aller Verbraucher im eingeschalteten Zustand. Die elektri-schen Verbraucher werden durch ihre Ersatzwiderstände R1 bis R12 dargestellt. Schalter und Steckdosen werden nicht gezeichnet.
b) Tragen Sie die zugehörigen Leistungsangaben in die Zeichnung ein.c) Berechnen Sie die Ströme in den einzelnen Geräten aus den gegebenen Angaben und tragen
Sie alle Stromwerte in den Stromlaufplan ein.d) Berechnen Sie den Gesamtstrom der Anlage und tragen Sie diesen in den Stromlaufplan ein.e) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand der Anlage.f) Ermitteln Sie den Widerstand des Gerätes mit der kleinsten Leistung und der größten Leistung.g) Wie verhält sich bei einer Parallelschaltung der Gesamtwiderstand im Vergleich zu den Einzel-
widerständen?
1.9 Parallelschaltung von Widerständen(parallel connection of resistors)
a) und b) Stromlaufplan der elektrischen Anlage mit Leistungsangaben
d) Berechnung des Gesamtstromes
e) Berechnung des Gesamtwiderstandes
f) Berechnung des kleinsten und größten Widerstandesc) Berechnung der Ströme
g) Gesamtwiderstand und Einzelwiderstände
Datum: Gezeichnet: Geprüft:
Der Gesamtwiderstand einer Parallelschaltung ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.
g) Gesamtwiderstand und Einzelwiderständeg) Gesamtwiderstand und Einzelwiderstände
Ü = Ü1 + Ü4 + Ü5 + Ü6 + Ü7 + Ü8 + Ü9 + Ü10 + Ü11 + Ü12 = 5,478 A
R8 = U } Ü8
= 230 V } 1,522 A
= 151 Ø;
R12 = U } Ü12
= 230 V } 8,7 mA
= 26,45 kØ
Schule:
R = U } Ü = 230 V }
5,478 A = 42 Ø
P = U · Ü; Ü = P } U
; Ü1 = P1 } U
= 33 W } 230 V
= 143 mA; Ü2 = …
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
15
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
40 V
0 V
R1
R2 RL
U20 V
U
U
A
A
V
V¡L
¡
¡
A
00
10
20
30
40
50
60
2010 30 V 40
mA
R1
R2L
U2L
U20
U20 = 14 V
R2
U1 = 26 V
U1
Ein Spannungsverteiler aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen R1 = 680 Ø und R2 = 390 Ø liegt an einer Versorgungsspannung von U = 40 V. Die Ausgangsspannung U2 für den Lastwiderstand RL = 1,2 kØ wird am Widerstand R2 abgegriffen.a) Vervollständigen Sie die Schaltung des belasteten Spannungsteilers und zeichnen Sie
Strommesser zur Messung des Gesamtstromes Ü und des Laststromes ÜL sowie Span-nungsmesser zur Messung der Gesamtspannung U und der Ausgangsspannung U2 in die Zeichnung ein.
b) Wie nennt man die Spannung am Ausgang des unbelasteten Spannungsteilers?c) Bestimmen Sie zeichnerisch die Teilspannungen U1 und U20 des unbelasteten Spannungs-
teilers.d) Errechnen Sie den Ersatzwiderstand R2L am Ausgang des Spannungsteilers, der sich durch
die Belastung mit dem Lastwiderstand RL ergibt.e) Entnehmen Sie aus der Zeichnung die Lastspannung U2L, wenn der Lastwiderstand RL am
Ausgang angeschlossen ist und berechnen Sie daraus den Laststrom ÜL.f) Bestimmen Sie aus der Zeichnung den Gesamtstrom Ü des Spannungsteilers im Leerlauf,
bei Belastung und für den Kurzschlussfall.
1.10 Spannungsteiler(voltage divider)
a) Schaltung des belasteten Spannungsteilers
c) Zeichnung zur Bestimmung der Teilspannungen U1 und U2
d) Berechnung des Ersatzwiderstandes
e) Lastspannung und Laststrom
f)
b)
R2L = R2 · RL } R2 + RL
R2L = 390 Ø · 1,2 kØ }} 390 Ø + 1,2 kØ
R2L = 294 Ø
U2L = 12 V
ÜL = U2L } RL
ÜL = 12 V } 1,2 kØ
ÜL = 10 mA
Leerlauf: Ü = 38 mA
Belastung mit RL: Ü = 41 mA
Kurzschluss: Ü = 59 mA
Leerlaufspannung U20
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
16
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
In Glaskeramik-Kochfeldern wird das jeweils eingeschaltete Kochfeld durch Strah-lungsheizkörper erhitzt.Bild 1 zeigt die 7-Takt-Schaltung eines Strahlungsheizkörpers in einem Glaskeramik-Kochfeld. Bei einer Fehlersuche im Gerätestromkreis des Kochfeldes kann mit einem Widerstandsmessgerät zwischen den Klemmen P1 und P2 (Bild 1) der Gesamtwider-stand in den einzelnen Schaltstufen ermittelt und mit Sollwerten verglichen werden. Außerdem wird damit auch die Funktion der Schaltkontakte A bis E des Nockenschal-ters überprüft. a) Vervollständigen Sie mithilfe von Bild 1 den Stromlaufplan für die 7-Takt-Schaltung
des Strahlungsheizkörpers.b) Zeichnen Sie mithilfe des Schaltdiagramms des Nockenschalters (Bild 2) die An-
ordnung der Heizleiter in den einzelnen Schaltstufen � bis � einschließlich der verwendeten Kontakte A bis E in aufgelöster Darstellung.
c) Berechnen Sie den Sollwert des Gesamtwiderstandes der Kochplatte in den einzel-nen Schaltstufen � bis �. Die Widerstände der Heizleiter betragen
RE1 = 151 Ø, RE2 = 176 Ø und RE3 = 62 Ø.
1.11 Schaltungen von Heizleitern in einem Kochfeld(circuits of heat conductors in a hob)
a) Stromlaufplan
b) Anordnung der Heizleiter
c) Berechnung der Widerstände
� R = RE1 + RE2 + RE3
R = 151 Ø + 176 Ø + 62 Ø
R = 389 Ø
� R = RE2 + RE3
R = 176 Ø + 62 Ø
R = 238 Ø
� R = RE2 = 176 Ø
� R = RE3 = 62 Ø
� R = RE2 · RE3 } RE2 + RE3
R = 176 Ø · 62 Ø }} 176 Ø + 62 Ø
R = 46 Ø
� 1 } R
= 1 } RE1
+ 1 } RE2
+ 1 } RE3
1 } R
= 1 } 151 Ø
+ 1 } 176 Ø
+ 1 } 62 Ø
R = 35 Ø
Schaltkontaktgeöffnet
Schaltkontaktgeschlossen
Stufenschalter Kochplatte Heizleiter
E1E2E3
PE
N
L
P2
P1
A
B
C
D
E ª
Schalt-stufen
Schaltkontakte
0
6
5
4
3
2
1
A B C D E
Bild 1:Eingebaute Heizleitermit Nockenschalter
Bild 2:Schaltdiagrammdes Stufenschalters
B1
Überhitzungsschutz der Kochplatte
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
17
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
U
¡
0 1 2 3 4 10V0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000mA
5 6 7 8 9
U1 U4
U1
U4
U
R2
R1
Arbeitsbereich
Pvmax = 1 W
R3
R4
R4
R1
1. Berechnen Sie für die Spannungen in Wertetabelle 1 die zugehörigen Stromwerte für die Widerstände R1, R2 und R3. Zeichnen Sie die Widerstandsgeraden in das Kennlinienfeld.
2. Die höchstzulässige Verlustleistung der Widerstände beträgt 1 W. Berechnen Sie in Werteta-belle 2 für diese Leistung die Ströme. Übertragen Sie die Werte in das Kennlinienfeld und zeichnen Sie die Grenzleistungskennlinie (Leis tungs hyperbel).
3. Der Widerstand R1 wird mit einem Widerstand R4 in Reihenschaltung an U = 10 V betrieben. a) Vervollständigen Sie die Reihenschaltung aus R1 und R4. b) Zeichnen Sie die Widerstandsgerade für R4 so in das Kennlinienfeld, dass in R1 gerade die
Grenzleistung 1 W entsteht. c) Ermitteln Sie den Widerstandswert R4 mit den Werten U und Ü aus der Kennlinie. d) Ermitteln Sie zeichnerisch die an den Widerständen R1 und R4 liegenden Teilspannungen
U1 und U4. e) Berechnen Sie die Verlustleistung in R4.
1.12 Arbeitsbereich und höchstzulässige Verlustleistung(operating range and maximum permissible power dissipation)
RC3 = Ub
} ÛC
25 V } 80 mA
Wertetabelle 1
Uin V
2 4 6 8 10
R1 = 5 Ø Üin mA
400 800 1200 1600 2000
R2 = 10 Ø Üin mA
200 400 600 800 1000
R3 = 20 ØÜ
in mA100 200 300 400 500
RRC3 C3 RC3 RRC3 R = = UUUUbbbb }} ÛÛÛÛCCCC
25 V25 V25 V25 V}} 80 mA80 mA80 mA80 mA
Wertetabelle 2
Pvmax = 1 W
Uin V
1 2 3 4 5
Üin mA
1000 500 333 250 200
Uin V
6 7 8 9 10
Üin mA
166 143 125 111 100
R4 = 10 V } 580 mA
= 17,2 Ø
U1 = 2,2 V
U4 = 7,8 V
Verlustleistung in R4
P = (U4)
2 }
R4
P = (7,8 V)2 }
17,2 Ø = 3,54 W
Kennlinienfeld
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
18
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
+7,5V 0V
10 Module
10 Module
+ -
1. Im Elektrolabor wird eine netzunabhängige Gleichstrom-Spannungsquelle von U = 7,5 V benötigt. AA-Zellen mit einer Bemessungsspannung von 1,5 V sind vorhanden. Es ist eine Strombelastbarkeit von ca. 10 A erforderlich. Die Leerlaufspannung einer Zelle beträgt gemäß Messung U0 = 1,6 V und der Kurzschlussstrom beträgt IK = 7,2 A.
a) Entwerfen Sie einen Schaltplan, der den gewünschten Anforderungen entspricht.
b) Wie groß ist der Innenwiderstand Ri einer einzelnen Zelle? c) Wie groß ist der Innenwiderstand Ri der gesamten Schaltung? d) Welche Folge hat es, wenn eine Zelle infolge Alterung nur noch eine
Spannung von 0,5 V hat?
2. In einer Fotovoltaik-Anlage soll eine maximale Leistung von 6,6 kW erzeugt werden. Es stehen Module entsprechend Bild 1 zur Verfügung.
a) Berechnen Sie die erforderliche Anzahl n der Module. b) Entwerfen Sie den Schaltplan für eine maximale Spannung an den
Klemmen (+ ⁄ −) von 300 V bei maximaler Leistung.
1.13 Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen(series and parallel connection of voltage sources)
Maximale Leistung Pmax [Wp] 220
Grenzabweichung von Pmax [%] ± 2,5
Spannung bei Pmax Umpp [V] 29,1
Strom bei Pmax Impp [A] 7,6
Kurzschlussstrom IK [A] 8,3
Leerlaufspannung Uo [V] 36,2
Modulwirkungsgrad hm [%] 13,7
maximale Systemspannung [V] 1000
1. 7,5-Volt-Spannungsquellea) Schaltplan
2. Fotovoltaik-Anlagea) Anzahl der Module
n = Pgesamt
} PModul = 6600 W } 220 W = 30
b) Schaltplan
Bild 1: Leistungsschild eines Fotovoltaik-Moduls
d) Folgen bei Alterung einer ZelleEs fl ießt ein Ausgleichstrom, der auch ohne äußere Belastung eine Entladung zur Folge hat.
b) Berechnung des Innenwiderstands einer Zelle
c) Berechnung des Innenwiderstands einer Zelle
Ri = U0 } Ik
= 1,6 V7,2 A
= 0,22 Ω
Ri = Uo ges } Ik ges
= 5 · 1,6 V2 · 7,2 A
= 0,55 Ω
oder
Ri = 1,1 Ω ∙ 1,1 Ω
}} 1,1 Ω + 1,1 Ω = 0,55 Ω
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
19
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
Beim Aufnehmen der Messwerte von Arbeitsblatt 1.5 stellten Sie fest, dass die Messungen mit zwei unterschiedlich aufgebauten Messschaltungen durchgeführt werden können. In-formieren Sie sich, z. B. im Informationsband, über die Stromfehlerschaltung und die Span-nungsfehlerschaltung.Ergänzen Sie die Messschaltungen so, dass bei Schaltung a) eine Stromfehlerschaltung und bei Schaltung b) eine Span nungs fehlerschaltung entsteht. Tragen Sie die Bezugspfeile für Ü, ÜL , ÜV und Ü, UL, UA ein. Geben Sie die Zu sam men hänge in Formeln an und berechnen Sie aus den Messergebnissen die Lastwiderstände.
a) Stromfehlerschaltung
Messergebnisse: U = 6 V, Ü = 100 mA
Berechnung mit Korrektur desMessfehlers:
UA = Ü ? RiA = 2 mA · 2 Ø = 4 mV
UL = U 2UA = 10 V – 4 mV = 9,96 V
R1 = UL } Ü
= 9,96 V ________ 2 mA
= 4,98 kØ
UL Lastspannung
U gemessene Spannung
UA Spannungsfall am Strommesser
Ü gemessener Strom
RiA Widerstand des Strom messers
R1 Lastwiderstand
1.14 Indirekte Widerstandsbestimmung(resistance determination)
b) Spannungsfehlerschaltung
Berechnung mit Korrektur desMessfehlers:
ÜV = U } RiV
= 6 V } 100 kØ
= 60 µA
ÜL = Ü 2ÜV = 100 mA – 0,06 mA
= 99,94 mA
R1 = U } ÜL
= 6 V }} 99,94 mA
= 60 Ø
ÜL Laststrom
Ü gemessener Strom
ÜV Strom des Spannungsmessers
U gemessene Spannung
RiV Widerstand des
Spannungsmessers
R1 Lastwiderstand
Messergebnisse: U = 10 V, Ü = 2 mA
Schule: Klasse: Datum: Gezeichnet: Geprüft:
20
ARBEITSBLATTLERNFELD
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlages. © 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel
In der Werkstatt ist ein Heizgerät repariert worden. Sie sollen nun feststellen, ob das Gerät die Bemessungsleistung von 2 000 W aufnimmt.
a) Ergänzen Sie den Stromlaufplan so, dass mit P1 die elektrische Leistung gemessen wird. Tragen Sie die Kennzeichnung der Anschlüsse beim Leistungsmesser ein.
b) Sie wollen im Labor die Leistungsaufnahme des Heizgeräts mit einem Präzisions-Digital-Vielfachmessgerät kontrollieren. Schließen Sie das Vielfachmessgerät gemäß Bedienungsanleitung an.
1.15 Messung der elektrischen Leistung (measurement of electric power)
a) Leistungsmessung (Schaltung 3200)
b) Leistungsmessung mit Vielfachmessgerät
Auszug aus Bedienungsanleitung
• Wählen Sie im Menü die Leistungsmessung.• Stellen Sie den Drehschalter auf W/mA (max.
300 mA) oder W/A (max. 10 A).• Schließen Sie den Strompfad und den Span-
nungspfad wie dargestellt an. Verbinden Sie den Eingang mA oder A je nach zuvor ausge-wählter Schalterstellung.
F }C mA AVØ
N
L
RL
bis 10 A(bis 300 mA)
Das Gerät wählt entsprechend den anliegenden Messgrößen jeweils automatisch den Messbe-reich, der die beste Aufl ösung ermöglicht.