Elektrotechnik und Informationstechnik 1 Zusammenfassung / Themenübersicht PDF

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Eine Zusammenfassung des Moduls Elektrotechnik und Informationstechnik 1 aus dem Wintersemester 2020/2021. Diese kann unvollständig sein oder noch Fehler enthalten. Diese Zusammenfassung sollte lieber als Themenübersicht angesehen werden....

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Elektrotechnik und Informationstechnik I Lernzettel Inhalt Gleichstrom ............................................................................................................................................. 5 Einheitenprefixe ...................................................................................................................................... 6 Grundlegende Begriffe und Einheiten..................................................................................................... 6 Ohmsches Gesetz .................................................................................................................................... 6 Temperaturabhängigkeit von Widerständen .......................................................................................... 7 Kirchhoffsche Gesetze ............................................................................................................................. 7 1. Kirchhoffsches Gesetz (Knotensatz) ................................................................................................ 7 2. Kirchhoffsches Gesetz (Maschensatz) ............................................................................................. 7 Zweipol .................................................................................................................................................... 8 Reihenschaltung ...................................................................................................................................... 8 Spannungsteiler (unbelastet) .............................................................................................................. 8 Parallelschaltung ..................................................................................................................................... 9 Stromteiler (unbelastet) ...................................................................................................................... 9 Netzreduktion........................................................................................................................................ 10 Brücken-Abgleich............................................................................................................................... 10 Strom- und Spannungsmessung ............................................................................................................ 10 Zählpfeilsystem...................................................................................................................................... 11 Ideale Quellen ....................................................................................................................................... 11 Ideale Spannungsquelle .................................................................................................................... 11 Ideale Stromquelle ............................................................................................................................ 11 Lineare Quellen ..................................................................................................................................... 12 Lineare Spannungsquelle .................................................................................................................. 12 Ersatzschaltungen.............................................................................................................................. 13 Lineare Stromquelle .......................................................................................................................... 13 Zweipole ................................................................................................................................................ 14 Energieumsatz an Zweipolen ............................................................................................................ 14 Leistungsumsatz ................................................................................................................................ 14 Wirkungsgrad .................................................................................................................................... 14 Nichtlineare Zweipole - Diode ........................................................................................................... 15 Arbeitspunkt .......................................................................................................................................... 15 Superpositionsprinzip / Überlagerungssatz .......................................................................................... 16 Stern-Dreieck- bzw. Dreieck-Stern-Umwandlung ................................................................................. 16 Graphentheorie - Topologische Begriffe ............................................................................................... 17 1

Umlaufanalyse - Kochrezept ................................................................................................................. 18 Knotenanalyse - Kochrezept.................................................................................................................. 19 Gesteuerte Quellen ............................................................................................................................... 20 Kopplung................................................................................................................................................ 20 Wechselstrom........................................................................................................................................ 21 Periodische Vorgänge ............................................................................................................................ 21 Phasenwinkel und Nullphasenwinkel.................................................................................................... 21 Berechnung der Augenblickswerte für Stromstärke und Spannung mit dem Drehwinkel ................... 21 Berechnung der Augenblickswerte mit der Kreisfrequenz und Zeit ..................................................... 21 Gleichrichtwert ...................................................................................................................................... 22 Effektivwert (Quadratischer Mittelwert) .............................................................................................. 22 Scheitel- und Formfaktor....................................................................................................................... 22 Zeigerdiagramm .................................................................................................................................... 23 Phasenverschiebung und Zeigerdiagramm: ohmscher Widerstand, Induktivität, Kapazität................ 24 Komplexe Zahlen ................................................................................................................................... 25 Kartesische Darstellung ..................................................................................................................... 25 Eulersche Darstellung ........................................................................................................................ 26 Trigonometrische Darstellung ........................................................................................................... 26 Umwandlung komplexer Darstellungen............................................................................................ 27 Komplexe Zahlen - Differentiation und Integration .......................................................................... 27 Darstellung von Sinus-/Cosinus-Größen durch einen komplexen Zeiger - komplexe Zeitfunktion ...... 28 Impedanz Z (komplexer Widerstand) .................................................................................................... 28 Admittanz Y (komplexer Leitwert) ........................................................................................................ 28 Impedanz-Admittanz-Umwandlung (Beziehung) .................................................................................. 29 Übersicht - Impedanz und Admittanz ................................................................................................... 29 Impedanzen und Leistung von Reihenschaltungen............................................................................... 30 Impedanz von Reihenschaltungen .................................................................................................... 30 RC-Reihenschaltung - Impedanz........................................................................................................ 31 RC-Reihenschaltung - Leistung .......................................................................................................... 31 RL-Reihenschaltung - Impedanz ........................................................................................................ 32 RL-Reihenschaltung - Leistung .......................................................................................................... 32 RLC-Reihenschaltung - Impedanz ...................................................................................................... 33 RLC-Reihenschaltung - Leistung ........................................................................................................ 33 RLC-Reihenschaltung - Verhalten ...................................................................................................... 34 Admittanzen und Leistung von Parallelschaltungen ............................................................................. 34 Admittanz von Reihenschaltungen ................................................................................................... 34 2

RC-Parallelschaltung - Admittanz ...................................................................................................... 35 RC-Parallelschaltung - Leistung ......................................................................................................... 35 RL-Parallelschaltung - Admittanz ...................................................................................................... 36 RL-Parallelschaltung - Leistung.......................................................................................................... 36 RLC-Parallelschaltung - Admittanz .................................................................................................... 37 RLC-Parallelschaltung - Verhalten ..................................................................................................... 37 Allgemeine Analyse linearer RLC-Schaltungen - Übersicht ................................................................... 38 Frequenzabhängigkeit ........................................................................................................................... 39 RLC-Reihenschaltung ......................................................................................................................... 39 RLC-Parallelschaltung ........................................................................................................................ 40 Ortskurven komplexer Widerstände und Leitwerte ............................................................................. 41 Geraden als Ortskurven..................................................................................................................... 41 Z-Ortskurven bei Reihenschaltungen ............................................................................................ 41 Y-Ortskurven bei Parallelschaltungen ........................................................................................... 42 Kreise als Ortskurven ......................................................................................................................... 42 Z-Ortskurven bei Parallelschaltungen ........................................................................................... 42 Y-Ortskurven bei Reihenschaltungen ............................................................................................ 43 Verschobene Kreise als Ortskurven............................................................................................... 43 Filter....................................................................................................................................................... 44 Grundbegriffe .................................................................................................................................... 44 Tiefpass 1. Grades ............................................................................................................................. 44 Hochpass 1. Grades ........................................................................................................................... 45 Tiefpass 2. Grades ............................................................................................................................. 45 Hochpass 2. Grades ........................................................................................................................... 46 Bandpass ........................................................................................................................................... 46 Schwingkreis .......................................................................................................................................... 47 Reihen- und Parallelschwingkreis...................................................................................................... 47 Allgemeine Formeln für Reihen- und Parallelschwingkreis............................................................... 47 Äquivalente Zweipole ............................................................................................................................ 48 Bedingte Äquivalenz .......................................................................................................................... 48 Unbedingte Äquivalenz ..................................................................................................................... 49 Dualität .............................................................................................................................................. 50 Vierpol / Zweitor ................................................................................................................................... 51 Übersicht - Vierpolgleichung ................................................................................................................. 51 Leitwertform...................................................................................................................................... 51 Widerstandsform .............................................................................................................................. 52 3

Kettenmatrix...................................................................................................................................... 52 Überblick - Vierpolgleichung ............................................................................................................. 52 Zusammenschalten von Vierpolen ........................................................................................................ 53 Reihenschaltung von Vierpolen......................................................................................................... 53 Parallelschaltung von Vierpolen ........................................................................................................ 53 Kettenschaltung von Vierpolen (Pfeil bedeutet =) ............................................................................ 54 Zusammenhänge zwischen Vierpolmatrizen ........................................................................................ 54 Rechnen mit Vierpolgleichung .............................................................................................................. 55 1. rechnerisch (Beispiel Stern-/ T-Schaltung Buch S.164) ................................................................. 55 2. Kettenschaltung elementarer Vierpole ......................................................................................... 56 Transformator ....................................................................................................................................... 57 Funktion............................................................................................................................................. 57 Wickelsinn ......................................................................................................................................... 57 Transformator: Vierpolersatzschaltung ................................................................................................ 58 Vierpol 1: T-Ersatzschaltung .............................................................................................................. 58 Vierpol 2: Idealer Überträger ............................................................................................................ 58 Vierpol 1: T-Ersatzschaltung - Streu- und Hauptfeldinduktivität .................................................. 59 Vierpol 1: T-Ersatzschaltung - Verlustart Nr.1: Kupferverluste ..................................................... 59 Vierpol 1: T-Ersatzschaltung - Verlustart Nr.2: Eisenverluste ....................................................... 59 Transformator mit Eisenverlusten: Physikalische Vorgänge im Eisen .............................................. 60 Vierpol 1: T-Ersatzschaltung - Kettenmatrix...................................................................................... 60 Vierpol 2: Idealer Überträger ............................................................................................................ 61 Transformator: Vierpolersatzschaltung - Kettenmatrizen .................................................................... 61 Transformator: Spannungsgleichungen - Bildung der Maschenumläufe.............................................. 62 Transformator: Zusammenfassung ....................................................................................................... 62 Vereinfachung des T-Ersatzschaltplans ................................................................................................. 63 1. Transformator ohne Eisenverluste ................................................................................................ 63 2. Verlustfreier Transformator .......................................................................................................... 64 3. Idealer Transformator ................................................................................................................... 65 Mehrphasensysteme ............................................................................................................................. 66 Drehstromsystem .................................................................................................................................. 66 Symmetrischer Drehstromgenerator ................................................................................................ 66 Drehoperator a .................................................................................................................................. 67 Zusammenfassung symmetrischer Drehstromsysteme ........................................................................ 68 Generatorstern / Verbraucherstern .................................................................................................. 68 Generatorstern / Verbraucherdreieck .............................................................................................. 68 4

Generatordreieck / Verbraucherstern .............................................................................................. 68 Zusammenfassung - Mehrphasensysteme / Drehstrom ....................................................................... 69

5

Gleichstrom Einheitenpref Einheitenprefixe ixe

Grundlegende Begriffe un und d Einheiten

Ohmsche Ohmschess Gesetz -

Stromkreis aus Batterie und Widerstand

-

ideale Kennlinie eines ohmschen Widerstandes