Übungsaufgaben Elektrotechnik, Übungen von Elektrotechnik

Nur auf Docsity: Lade Übungsaufgaben Elektrotechnik und mehr Übungen als PDF für Elektrotechnik herunter! Flugzeug- Elektrik und Elektron Prof. Dr. Ing. Gunter Schmitz Ubungsaufgaben Elektrotechnik (ab WS2011) ik Gegeben sei eine Zusammenschaltung einiger Widerstande Aufgabe 1 gemae Bild. A 2Q R ges => B 40 19 3Q UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES FH AACHEN Bestimmen Sie den Gesamtwiderstand Rges, der an den Klemmen A-B gemessen werden kann Aufgabe 2 Gegeben sei eine Schaltung nach Bild 2. U1 — R1 © R2 a) Gegeben sei: U = 5V, I = 1A, Ri = 2 Q. Bestimmen Sie U2 und Ro! b) Gegeben sei: I = 100mA, U2 = 10V, Ri =5Q. Bestimmen Sie R2 und U! [v2 Aufgabe 3 Gegeben sei die folgende Schaltung: R 12 11 OQ af] 1? Werte: U2 = 5V, 1 =0,5A,R:=20,R=39Q. Bestimmen Sie U! UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES FH AACHEN Aufgabe 4 Gegeben sei die Schaltung nach Bild 3 (aus Aufgabe 3). Dabei sind diesmal folgende Werte vorgegeben: U=22V,R=20,R:= 100, = 5A. Bestimmen Sie U>! Aufgabe 10 Ein Kleinspannungsmotor mit hoher Stromaufnahme fur 1,5V Betrieb soll mit einer transportablen Stromquelle betrieben werden. Jemand schaltet hierzu eine wiederaufladbare Mignon- Zelle (Akku) zu einer normalen Mignon- Zelle (Batterie) parallel, um die Strombelastbarkeit zu verbessern. UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES FH AACHEN Aufgrund der unterschiedlichen Leerlaufspannungen (Akku: 1,2V, Batterie 1,5V) kommt es bereits im unbelasteten Fall zu Verlusten. Werte: Innenwiderstand des Akku:0,7 Q; Innenwiderstand der Batterie: 0,5 Q a) Berechnen Sie die von der Batterie abgegebene Leistung im unbelasteten Fall (Belastungswiderstand R, -> unendlich) b) Fdr welche Werte von R, bringt die zu Hilfenahme des Akkus Uberhaupt einen Vorteil? c) Berechnen Sie die Werte einer Ersatzspannungsquelle und zeichnen Sie den Verlauf der Klemmenspannung in Abhangig- keit des entnommenen Stromes! Aufgabe 11 Gegeben sei eine Stromquelle mit den Daten: Ip = 0,5A, Rj = 100 Q. Die Quelle wird belastet mit a) RL= © Q (offene Klemmen) b)RL= 100 © Berechnen Sie jeweils die sich an den Klemmen ergebende Span- nung und die abgegebene Leistung. Aufgabe 12 Mit Hilfe eines analogen Messgerates soll die Spannung an ei- ner Anordnung aus Spannungsquelle und Widerstand gemaB Bild gemessen werden. Auf dem Instrument befindet sich die Angabe: 10kQ/Volt. UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES FH AACHEN 100 KQ (il) WD 2,2 v| a) Welche Spannung wird im Messbereich 1V angezeigt? b) Welche Spannung wird im Messbereich 10V angezeigt? Diese Aufgabe zeigt, dass insbesondere bei hochohmigen Schalt- kreisen die Spannungsmessung fehlerhaft sein kann. Aufgabe 13 R1 R4 ui] ©) R3 2] [ts Ly R2 1 Werte: Ii =I,=13= 1A, Ri = R2 = R3 = 10, U;, = 1V a) Berechnen Sie in der obigen Schaltung die Spannung und den Strom am Widerstand R3;3! b) Wie groB ist jeweils die Spannung an den Stromquellen? Aufgabe 14 g ue — Cc ~ R2 Werte: U = 10V, Ri = R2 = 50kQ, C = 100nF Nachdem der Schalter sehr lange in Stellung 1 war wird er ab dem Zeitpunkt to=O fiir 5 Sekunden in die Stellung 2 gebracht und dann zum Zeitpunkt t;=5s wieder in die Stellung 1 zuriickge- bracht. a) Zeichnen Sie qualitativ den Verlauf der Spannung Uc! b) Berechnen Sie den Wert der Spannung Uc zu einem Zeitpunkt t2 = 10s ! c) Wie groB ist zu diesem Zeitpunkt der Strom durch den Schal- ter? d) Welche Energie ist zu diesem Zeitpunkt noch im Kondensator gespeichert? Aufgabe 15 Eine 9V- Batterie mit einem Innenwiderstand von 6Q wird zum Aufladen eines Kondensators (Kapazitat: 125uF) verwendet. Pa- rallel zum Kondensator liegt ein 12Q- Widerstand. Auf welche Spannung ladt sich der Kondensator nach sehr langer Zeit auf? Wann hat die Spannung am Kondensator einen Wert von 5V er- reicht? (Hinweis: Nutzen Sie Ihre Kenntnis Uber Ersatzspannungsquellen!) Aufgabe 18 In der Schaltung gemaB Bild ist die Spannung Uc gegeben. Iq Ry ie Werte: Uc = 5V, 50Hz, Ri = 500, Rz = 1000, C = 16nF a) Ermitteln Sie auf zeichnerischem Weg (Zeigerdiagramme) die Gr6Be der Spannung Up und deren Phasenwinkel zum Gesamt- strom. UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES FH AACHEN | 7 Ll rs tw b) Ermitteln Sie die von der Schaltung aufgenommene Blindleis- tung. c) Ermitteln Sie die von der Schaltung aufgenommene Wirkleis- tung. Aufgabe 19 Im Bild ist das Ersatzschaltbild eines Motors dargestellt, be- stehend aus der Wicklungsinduktivitat L, dem Wicklungswi- derstand Ri und dem Wirkwiderstand R2, der die mechani- sche Leistungsaufnahme reprasentieren soll. UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES FH AACHEN Ry ~ t Ra Werte: U = 230V, f = 50Hz, Ri = 1, R2 = 50Q,L = 64mH a)Berechnen Sie die Leistungsaufnahme im Widerstand R2 sowie die Verluste im Widerstand R;! b)Die Blindleistung des Verbrauchers soll durch Parallelschalten eines Kondensators kompensiert werden. - Berechnen Sie die Blindleistung und dann die fir eine voll- standige Kompensation erforderliche Kapazitat! - Welche Spannungsfestigkeit muss der Kondensator besitzen? - Andert sich die Leistungsaufnahme der Widerstande Ri und R2? c) Nun soll die Blindleistung des Verbrauchers durch in Reihe schalten eines Kondensators kompensiert werden. - Berechnen Sie die flr eine vollstandige Kompensation erfor- derliche Kapazitat. - Welche Spannungsfestigkeit muss der Kondensator besitzen? - Wie groB ist bei vollstandiger (Reihen-)Kompensation durch den Kondensator die Leistungsaufnahme des Widerstandes R, und die Verlustleistung im Widerstand R2? Aufgabe 20 In einer Firma sind in einer Fertigungshalle die folgenden Komponenten an die 230V-Versorgung angeschlossen: 1 Elektromotor mit einer mechanischen Leistung von 2,2kW (cosp = 0,82, n = 0,76), ein Heizgerat mit einer Warmeleis- tung von 2kW und 30 Leuchtstofflampen je 40W mit einer Stro aufnahme von je 0,33A. (Viele Leuchtstofflampen beinhalten zur Strombegrenzung eine Induktivitat) a) Welche Wirkleistung und welche Blindleistung wird dem Netz entnommen? b) Welcher Strom flieBt in der Zuleitung (Betrag und Phase)? c) Wie viel muss die Firma an das EVU monatlich bezahlen, wenn der Preis fur eine kWh Wirkleistung 0,15€ und fir eine kvarh Blindleistung 0,02 € betragt und die Verbraucher an 20 Tagen je 10h betrieben werden? FH AACHEN 3 UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES d)Wie wide sich das Ergebnis unter a) und b) andern, wenn es sich um ein 3-Phasennetz handelt (gleichmaBige Verteilung auf die Phasen vorausgesetzt)? Aufgabe 21 Ue | C= [ua Oo em _$_ca Gegeben sei die obige Schaltung aus Widerstand und Kondensator mit der Eingangsspannung Ue = 10V. a) Wie groB ist die Spannung Ug bei der Frequenz w,=2nf, =1/RC? b) Zeichnen Sie qualitativ den Verlauf der Spannung Ua Uber der Frequenz f mit Markieren des Punktes f;!