Fragen und Antworten zur Elektrotechnik (1.1)

1. Was ist der grundlegende Inhalt des Kirchhoffschen Gesetzes?

(1) Das erste Kirchhoffsche Gesetz, auch Kirchhoffsches Stromgesetz oder KCL genannt, untersucht die Beziehung zwischen den Strömen in verschiedenen Zweigen eines Stromkreises. Es besagt: An jedem Knotenpunkt des Stromkreises ist die Summe der in den Knotenpunkt fließenden Ströme gleich der Summe der aus dem Knotenpunkt herausfließenden Ströme. Der mathematische Ausdruck lautet σ I = 0;

(2) Das zweite Kirchhoffsche Gesetz, auch Kirchhoffsches Spannungsgesetz (KVL) genannt, untersucht den Zusammenhang zwischen den Spannungen in verschiedenen Teilen eines Stromkreises. Es besagt: In jedem geschlossenen Stromkreis ist die algebraische Summe der Spannungen in jedem Abschnitt gleich null. Der mathematische Ausdruck lautet: σ U = 0;

2. Was ist der Hauteffekt?

Wenn Wechselstrom durch einen Leiter fließt, ist die Stromverteilung nicht überall im Leiterquerschnitt gleichmäßig. Die geringste Stromdichte findet sich in der Mitte des Leiters, während die Stromdichte zur Oberfläche hin zunimmt. Dieses Phänomen der Stromverteilung entlang der Leiteroberfläche wird als Skin-Effekt bezeichnet.

3. Was sind die Konzepte und Merkmale der Parallelresonanz?

In einer Parallelschaltung aus Spule und Kondensator bezeichnet man das Phänomen, dass die Klemmenspannung mit dem Gesamtstrom phasengleich ist, als Parallelresonanz. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass bei Parallelresonanz durch Änderung der Kapazität C die Gesamtimpedanz der Schaltung maximal und der Gesamtstrom minimal ist. Da der Strom in jedem Zweig jedoch deutlich höher als der Gesamtstrom sein kann, wird Parallelresonanz auch als Stromresonanz bezeichnet. Da Klemmenspannung und Gesamtstrom bei Parallelresonanz phasengleich sind, erreicht der Leistungsfaktor der Schaltung seinen Maximalwert (cos φ = 1). Zudem entstehen bei Parallelresonanz keine Resonanzüberspannungen, die die Sicherheit der angeschlossenen Geräte gefährden könnten. Daher bietet sie eine effektive Methode zur Verbesserung des Leistungsfaktors.

4. Wie entstehen Wirbel? Was sind Wirbelstromverluste?

Durch eine Spule mit Eisenkern fließt Wechselstrom, wodurch ein Wechselfluss und eine induzierte Spannung entstehen. Unter dem Einfluss dieser Spannung bildet der Kern eine selbstinduzierte Stromschleife, den sogenannten Wirbelstrom.

Der durch Wirbelströme verursachte Energieverlust wird als Wirbelstromverlust bezeichnet.

5. Was ist der Übergangsprozess? Was verursacht den Übergangsprozess?

Der Übergangsprozess ist ein vorübergehender Prozess, d. h. ein Prozess, der sich über einen bestimmten Zeitraum von einem stabilen Zustand in einen anderen vollzieht.

Der Übergangsprozess ist auf das Vorhandensein von Energiespeicherelementen zurückzuführen. Energiespeicherkomponenten wie Induktivitäten und Kondensatoren können im Stromkreis keine Sprungzustände aufweisen, d. h. Stromstärke in der Induktivität und Spannung am Kondensator ändern sich während des Änderungsprozesses nicht. Daher muss es einen Prozess für den Übergang von einem stabilen Zustand in einen anderen Zustand im Stromkreis geben.

6. Was ist das Superpositionsprinzip?

In einem linearen Stromkreis entspricht der Strom (oder die Spannung) eines beliebigen Zweigs der algebraischen Summe der Ströme (oder Klemmenspannungen), die in diesem Zweig erzeugt werden, wenn mehrere Spannungsquellen gleichzeitig wirken. Bei Anwendung des Superpositionsprinzips ist die Spannungsquelle als kurzgeschlossen und die Stromquelle als offen zu betrachten.

7. Welche Vorteile bietet die Verwendung von Drehstromgeneratoren und Stromversorgungsanlagen?

Drehstromgeneratoren sind bei gleicher Stromerzeugungsleistung kompakter als Einphasengeneratoren. Zudem benötigen sie weniger Übertragungs- und Verteilungsleitungen als Einphasenleitungen, was eine erhebliche Materialeinsparung ermöglicht. Drehstrommotoren bieten darüber hinaus eine höhere Leistung als Einphasenmotoren. Daher werden Drehstromgeräte überwiegend eingesetzt.

8. Warum kann für die Stromversorgung von Drehstrommotoren ein Drehstromsystem mit drei Leitern verwendet werden, während für die Stromversorgung von Beleuchtungsanlagen ein Drehstromsystem mit vier Leitern verwendet werden muss?

Da ein Drehstrommotor eine symmetrische Dreiphasenlast darstellt, genügt es, unabhängig von der Schaltung (Stern- oder Dreieckschaltung), die drei Phasen des Motors mit den drei Phasen des Netzteils zu verbinden. Ein vierter Neutralleiter ist nicht erforderlich, sodass ein herkömmliches Dreiphasen-Dreileitersystem verwendet werden kann. Bei der Stromversorgung von Beleuchtungsanlagen handelt es sich um elektrische Lampen, deren Nennspannung die Phasenspannung ist. Ein Ende muss mit einer Phase, das andere mit dem Neutralleiter verbunden werden, um sicherzustellen, dass sich die Phasenspannungen nicht gegenseitig beeinflussen. Daher ist ein Dreiphasen-Vierleitersystem zwingend erforderlich. Die Verwendung einer einphasigen Beleuchtung mit nur einem Erdungsleiter ist strengstens untersagt.

Was sind die wichtigsten Parameter eines Transistors?

(1) Der Verstärkungsfaktor (β) dient zur Messung der Verstärkungsfähigkeit des Transistors.

(2) Sperrstrom (Icbo), der die Qualität des Transistorübergangs anzeigt;

(3) Eindringstrom (Iceo), der die Leistungsfähigkeit der Triode veranschaulicht.

10. Was ist Transistor-Rückkopplung? Welche Arten von Rückkopplung gibt es?

Bei einem Transistorverstärker wird ein Teil der Spannung oder des Stroms am Ausgang durch ein Verfahren namens Rückkopplung zum Eingang zurückgeführt.

Es gibt zwei Arten von Rückkopplung: Erhöht sich nach Einführung der Rückkopplung der Verstärkungsfaktor des Verstärkers, spricht man von positiver Rückkopplung; verringert sich der Verstärkungsfaktor, spricht man von negativer Rückkopplung.

11. Was sind Differenzialschaltungen und Integralschaltungen?

Ausgehend von dem Prinzip, dass die Spannung zwischen den beiden Enden des Kondensators nicht verändert werden kann, wird die Schaltung, die eine Rechteckwelle in eine scharfe Impulswelle umwandeln kann, als Differenzschaltung bezeichnet, und die Schaltung, die eine Rechteckwelle in eine Sägezahnwelle umwandeln kann, wird als Integralschaltung bezeichnet.

12. Welche Funktion hat die Filterschaltung?

Gleichrichter wandeln Wechselstrom in Gleichstrom um, doch die gleichgerichtete Spannungsform enthält noch einen erheblichen Anteil an Wechselstrom. Dieser Gleichstrom kann nur in Geräten mit geringem Leistungsbedarf verwendet werden. Einige Geräte, wie beispielsweise elektronische Instrumente und automatische Steuerschaltungen, erfordern eine sehr geringe Pulsationskomponente der Gleichstromversorgung. Um die Qualität der Gleichrichterspannung und deren Wellenform zu verbessern, wird daher häufig eine Filterschaltung eingesetzt, die den Wechselstromanteil herausfiltert.

13. Wie verwendet man einen Silizium-gesteuerten Gleichrichter?

Im Gleichrichterschaltkreis wird der SCR während der Zeit unter Vorwärtsspannung betrieben. Durch die Änderung der Eingangsimpulszeit des Triggers, d. h. durch die Änderung des Steuerwinkels, kann die Last unterschiedliche Gleichspannungswerte erhalten und somit die Größe der Ausgangsspannung gesteuert werden.