Wechselstromtechnik für Dummies
1st Edition
Published in February 2021
Book
Paperback/Softback
384 pages
978-3-527-71674-6 (ISBN)
Description
»Wie leicht zu sehen ist, folgt?!« ? dieser Ausspruch sorgt in Vorlesungen stets für Verwirrung. Meist sind für diese vermeintlich leicht zu sehenden Schritte jedoch mehrere Zeilen mit mathematischen Gleichungen erforderlich. Doch keine Sorge: Dieses Buch ist anders! Michael Felleisen führt Sie Schritt für Schritt durch alle Herleitungen und Berechnungen. Dabei werden alle mathematischen Grundgesetze, die Sie zum Verständnis der Wechselstromtechnik beziehungsweise zum Lösen der Übungsaufgaben benötigen in einem Vorspann ausführlich erklärt. Von den besonderen Eigenschaften von Widerstand, Spule und Kondensator an sinusförmigen Wechselgrößen über spezielle Filterschaltungen bis zur Drehstromtechnik ist alles dabei. Auch die praktische Umsetzung der genialen Ideen von Elektropionieren wie Tesla, Gauß, Steinmetz und Bode kommen nicht zu kurz.
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Michael Felleisen
Wechselstromtechnik für Dummies
E-Book
12/2020
1st Edition
Wiley-VCH
€22.99
Available for download
Person
Prof. Dr.-Ing. Michael Felleisen ist Professor für Mess-, Steuer- und Regelungstechnik an der Hochschule Pforzheim im Bereich Elektro- und Informationstechnik. Als erfahrener für Dummies Autor versteht es Felleisen, komplizierte Materie verständlich zu erklären.
Content
UEber den Autor 13
Danksagung 13
Einfuehrung 23
UEber dieses Buch 23
Konventionen in diesem Buch 24
Was Sie nicht lesen muessen 24
Toerichte Annahmen ueber den Leser 24
Wie dieses Buch aufgebaut ist 25
Teil I: Besonderheiten der Wechselstromtechnik 25
Teil II: Widerstand, Spule und Kondensator an Wechselgroessen 25
Teil III: Gemischte Schaltungen an Wechselgroessen 25
Teil IV: Frequenzgang, Ortskurve und Filterschaltungen 26
Teil V: Drehstrom als Dreiphasen-Wechselstrom 26
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 26
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 27
Wie es weitergeht 27
Teil I: Besonderheiten der Wechselstromtechnik 29
Kapitel 1 Stets zuerst die mathematischen Grundlagen 31
Geradengleichungen, wohin das Auge blickt 31
Ohne den Logarithmus geht es nicht 32
Auch die Exponentialfunktion spielt mit 33
Dreiecke und deren Winkel braucht das Land 34
Und dann noch Skalare und Vektoren 35
Schwingungen gehoeren zur Wechselstromtechnik 37
Auch Ableitungen werden gebraucht 39
Die irre tolle Integration 41
Das Wunder der komplexen Rechnung 42
Zeigerdarstellung in der Gauss'schen Zahlenebene 43
Umrechnung der Darstellungsformen komplexer Zahlen 47
Addition und Subtraktion komplexer Zahlen 49
Multiplikation und Division 50
Kehrwert einer komplexen Zahl 51
Potenzieren und Radizieren 52
Differenzieren und Integrieren von Schwingungsfunktionen 52
Bestimmung von Real- und Imaginaerteil einer komplexen Zahl 57
Real- und Imaginaerteil einer Summe oder Differenz 58
Anwendungsbeispiel zum Rechnen mit komplexen Zahlen 58
Kapitel 2 Auf und ab: Sinusfoermige Wechselgroessen 63
Von der Gleich- zur periodischen Wechselgroesse 65
Erzeugung einer sinusfoermigen Wechselspannung 68
Kapitel 3 Kennwerte sinusfoermiger Wechselgroessen 75
Amplitude, Augenblickswert und Frequenz 75
Woher kommt die Phasenverschiebung? 78
Phasenverschiebung der Spule 79
Phasenverschiebung des Kondensators 82
Wechselgroessen und deren Mittelwerte 84
Gleichanteil 84
Gleichrichtwert 85
Effektivwert 86
Kapitel 4 Zeiger- und Liniendiagramme fuer Wechselgroessen 91
Vom Zeiger- zum Liniendiagramm 91
Komplexe Darstellung sinusfoermiger Wechselgroessen 96
Teil II: Widerstand, Spule und Kondensator an Wechselgroessen 99
Kapitel 5 Vom Scheinwiderstand zum Scheinleitwert 101
Widerstand an Wechselstrom 102
Kapitel 6 Der Wirkwiderstand an Wechselstrom 109
Ohm'scher Widerstand an Wechselstrom 109
Leistungen am Ohm'schen Widerstand 111
Kapitel 7 Der induktive Blindwiderstand der Spule 113
Spule an Wechselstrom 113
Leistungen an der Spule 117
Kapitel 8 Der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators 121
Kondensator an Wechselstrom 121
Leistungen am Kondensator 125
Vergleich der Grundschaltungen an Wechselstrom 127
Teil III: Gemischte Schaltungen an Wechselgroessen 131
Kapitel 9 Reihenschaltung linearer Zweipole 133
Reihenschaltung von Widerstand und Spule 136
Entwurf des Zeigerdiagramms 138
Entwurf des Spannungsdreiecks 139
Entwurf des Widerstandsdreiecks 142
Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator 145
Entwurf des Zeigerdiagramms 146
Entwurf des Spannungsdreiecks 147
Entwurf des Widerstandsdreiecks 149
Reihenschaltung von Widerstand, Spule und Kondensator 152
Entwurf des Zeigerdiagramms 153
Entwurf des Spannungsdreiecks 155
Entwurf des Widerstandsdreiecks 156
Reihenresonanz 159
Reihenschaltung komplexer Widerstaende 161
Spannungsteilerregel fuer komplexe Widerstaende 162
Kapitel 10 Parallelschaltung linearer Zweipole 165
Parallelschaltung von Widerstand und Spule 166
Entwurf des Zeigerdiagramms 168
Entwurf des Stromdreiecks 169
Entwurf des Leitwertdreiecks 172
Parallelschaltung von Widerstand und Kondensator 174
Entwurf des Zeigerdiagramms 175
Entwurf des Stromdreiecks 176
Entwurf des Leitwertdreiecks 178
Parallelschaltung von Widerstand, Spule und Kondensator 181
Entwurf des Zeigerdiagramms 182
Entwurf des Stromdreiecks 183
Entwurf des Leitwertdreiecks 185
Parallelresonanz 187
Parallelschaltung komplexer Leitwerte 189
Stromteilerregel fuer komplexe Leitwerte 190
Kapitel 11 Umwandlung von Reihen- und Parallelschaltung - Ersatzzweipole 193
Ersatz fuer die Parallelschaltung 194
Ersatz fuer die Reihenschaltung 195
Kapitel 12 Leistung im Wechselstromkreis 197
Leistung bei Wirklast - Wirkleistung am Ohm'schen Widerstand 199
Leistung bei induktiver Belastung - Blindleistung der Spule 205
Leistung bei kapazitiver Belastung - Blindleistung des Kondensators 207
Scheinleistung und Leistungsfaktor 210
Komplexe Leistung 211
Blindleistungskompensation 212
Reihenkompensation 214
Parallelkompensation 214
Teil IV: Frequenzgang, Ortskurve und Filterschaltungen 223
Kapitel 13 Frequenzgangdarstellung und das Bode-Diagramm 225
Der Frequenzgang und seine Eigenschaften 226
Eigenschaften des Bode-Diagramms 228
Kapitel 14 Frequenzkennlinien braucht das Land 231
Die Frequenzkennlinie - auf dem Weg zum Bode-Diagramm 232
Was geschieht mit der Ortskurvendarstellung? 237
Beispiele zur Konstruktion der Ortskurve 239
Kapitel 15 Elektrische Filterschaltungen 249
RC- und RL-Tiefpassschaltungen 250
RC- und RL-Hochpassschaltungen 255
RC-Bandpass 258
Kapitel 16 Resonanz im Wechselstromkreis 263
Die Spannungsresonanz in Reihenschaltungen 263
Die Resonanzfrequenz und die Thomson'sche Schwingungsformel 267
Die Stromresonanz in Parallelschaltungen 267
Teil V: Drehstrom als Dreiphasen-Wechselstromsystem 271
Kapitel 17 Erzeugung und Darstellung von Dreiphasen-Wechselstrom 273
Erzeugung von Dreiphasen-Wechselstrom 274
Generator fuer Drehstrom 278
Motor im Drehstromnetz 280
Kapitel 18 Stern- und Dreieckschaltung des Generators 289
Sternschaltung des Generators 289
Dreieckschaltung des Generators 293
Kapitel 19 Anschluss des Verbrauchers ans Drehstromnetz 295
Sternschaltung des Verbrauchers 295
Sternschaltung mit Neutralleiter 296
Sternschaltung ohne Neutralleiter 298
Dreieckschaltung des Verbrauchers 300
Kapitel 20 Leistung bei Drehstrom 305
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 309
Kapitel 21 Zehn wichtige Erfinder der Wechselstromtechnik 311
Kapitel 22 Zehn wichtige Einheiten und deren Bedeutung 323
Kapitel 23 Zehn Dekaden der Elektrizitaet im 19 Jahrhundert 327
Kapitel 24 Meine zehn Lieblingsbuecher fuer die Wechselstromtechnik 331
Anhang A: Loesungen der Aufgaben 333
Stichwortverzeichnis 371
Danksagung 13
Einfuehrung 23
UEber dieses Buch 23
Konventionen in diesem Buch 24
Was Sie nicht lesen muessen 24
Toerichte Annahmen ueber den Leser 24
Wie dieses Buch aufgebaut ist 25
Teil I: Besonderheiten der Wechselstromtechnik 25
Teil II: Widerstand, Spule und Kondensator an Wechselgroessen 25
Teil III: Gemischte Schaltungen an Wechselgroessen 25
Teil IV: Frequenzgang, Ortskurve und Filterschaltungen 26
Teil V: Drehstrom als Dreiphasen-Wechselstrom 26
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 26
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 27
Wie es weitergeht 27
Teil I: Besonderheiten der Wechselstromtechnik 29
Kapitel 1 Stets zuerst die mathematischen Grundlagen 31
Geradengleichungen, wohin das Auge blickt 31
Ohne den Logarithmus geht es nicht 32
Auch die Exponentialfunktion spielt mit 33
Dreiecke und deren Winkel braucht das Land 34
Und dann noch Skalare und Vektoren 35
Schwingungen gehoeren zur Wechselstromtechnik 37
Auch Ableitungen werden gebraucht 39
Die irre tolle Integration 41
Das Wunder der komplexen Rechnung 42
Zeigerdarstellung in der Gauss'schen Zahlenebene 43
Umrechnung der Darstellungsformen komplexer Zahlen 47
Addition und Subtraktion komplexer Zahlen 49
Multiplikation und Division 50
Kehrwert einer komplexen Zahl 51
Potenzieren und Radizieren 52
Differenzieren und Integrieren von Schwingungsfunktionen 52
Bestimmung von Real- und Imaginaerteil einer komplexen Zahl 57
Real- und Imaginaerteil einer Summe oder Differenz 58
Anwendungsbeispiel zum Rechnen mit komplexen Zahlen 58
Kapitel 2 Auf und ab: Sinusfoermige Wechselgroessen 63
Von der Gleich- zur periodischen Wechselgroesse 65
Erzeugung einer sinusfoermigen Wechselspannung 68
Kapitel 3 Kennwerte sinusfoermiger Wechselgroessen 75
Amplitude, Augenblickswert und Frequenz 75
Woher kommt die Phasenverschiebung? 78
Phasenverschiebung der Spule 79
Phasenverschiebung des Kondensators 82
Wechselgroessen und deren Mittelwerte 84
Gleichanteil 84
Gleichrichtwert 85
Effektivwert 86
Kapitel 4 Zeiger- und Liniendiagramme fuer Wechselgroessen 91
Vom Zeiger- zum Liniendiagramm 91
Komplexe Darstellung sinusfoermiger Wechselgroessen 96
Teil II: Widerstand, Spule und Kondensator an Wechselgroessen 99
Kapitel 5 Vom Scheinwiderstand zum Scheinleitwert 101
Widerstand an Wechselstrom 102
Kapitel 6 Der Wirkwiderstand an Wechselstrom 109
Ohm'scher Widerstand an Wechselstrom 109
Leistungen am Ohm'schen Widerstand 111
Kapitel 7 Der induktive Blindwiderstand der Spule 113
Spule an Wechselstrom 113
Leistungen an der Spule 117
Kapitel 8 Der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators 121
Kondensator an Wechselstrom 121
Leistungen am Kondensator 125
Vergleich der Grundschaltungen an Wechselstrom 127
Teil III: Gemischte Schaltungen an Wechselgroessen 131
Kapitel 9 Reihenschaltung linearer Zweipole 133
Reihenschaltung von Widerstand und Spule 136
Entwurf des Zeigerdiagramms 138
Entwurf des Spannungsdreiecks 139
Entwurf des Widerstandsdreiecks 142
Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator 145
Entwurf des Zeigerdiagramms 146
Entwurf des Spannungsdreiecks 147
Entwurf des Widerstandsdreiecks 149
Reihenschaltung von Widerstand, Spule und Kondensator 152
Entwurf des Zeigerdiagramms 153
Entwurf des Spannungsdreiecks 155
Entwurf des Widerstandsdreiecks 156
Reihenresonanz 159
Reihenschaltung komplexer Widerstaende 161
Spannungsteilerregel fuer komplexe Widerstaende 162
Kapitel 10 Parallelschaltung linearer Zweipole 165
Parallelschaltung von Widerstand und Spule 166
Entwurf des Zeigerdiagramms 168
Entwurf des Stromdreiecks 169
Entwurf des Leitwertdreiecks 172
Parallelschaltung von Widerstand und Kondensator 174
Entwurf des Zeigerdiagramms 175
Entwurf des Stromdreiecks 176
Entwurf des Leitwertdreiecks 178
Parallelschaltung von Widerstand, Spule und Kondensator 181
Entwurf des Zeigerdiagramms 182
Entwurf des Stromdreiecks 183
Entwurf des Leitwertdreiecks 185
Parallelresonanz 187
Parallelschaltung komplexer Leitwerte 189
Stromteilerregel fuer komplexe Leitwerte 190
Kapitel 11 Umwandlung von Reihen- und Parallelschaltung - Ersatzzweipole 193
Ersatz fuer die Parallelschaltung 194
Ersatz fuer die Reihenschaltung 195
Kapitel 12 Leistung im Wechselstromkreis 197
Leistung bei Wirklast - Wirkleistung am Ohm'schen Widerstand 199
Leistung bei induktiver Belastung - Blindleistung der Spule 205
Leistung bei kapazitiver Belastung - Blindleistung des Kondensators 207
Scheinleistung und Leistungsfaktor 210
Komplexe Leistung 211
Blindleistungskompensation 212
Reihenkompensation 214
Parallelkompensation 214
Teil IV: Frequenzgang, Ortskurve und Filterschaltungen 223
Kapitel 13 Frequenzgangdarstellung und das Bode-Diagramm 225
Der Frequenzgang und seine Eigenschaften 226
Eigenschaften des Bode-Diagramms 228
Kapitel 14 Frequenzkennlinien braucht das Land 231
Die Frequenzkennlinie - auf dem Weg zum Bode-Diagramm 232
Was geschieht mit der Ortskurvendarstellung? 237
Beispiele zur Konstruktion der Ortskurve 239
Kapitel 15 Elektrische Filterschaltungen 249
RC- und RL-Tiefpassschaltungen 250
RC- und RL-Hochpassschaltungen 255
RC-Bandpass 258
Kapitel 16 Resonanz im Wechselstromkreis 263
Die Spannungsresonanz in Reihenschaltungen 263
Die Resonanzfrequenz und die Thomson'sche Schwingungsformel 267
Die Stromresonanz in Parallelschaltungen 267
Teil V: Drehstrom als Dreiphasen-Wechselstromsystem 271
Kapitel 17 Erzeugung und Darstellung von Dreiphasen-Wechselstrom 273
Erzeugung von Dreiphasen-Wechselstrom 274
Generator fuer Drehstrom 278
Motor im Drehstromnetz 280
Kapitel 18 Stern- und Dreieckschaltung des Generators 289
Sternschaltung des Generators 289
Dreieckschaltung des Generators 293
Kapitel 19 Anschluss des Verbrauchers ans Drehstromnetz 295
Sternschaltung des Verbrauchers 295
Sternschaltung mit Neutralleiter 296
Sternschaltung ohne Neutralleiter 298
Dreieckschaltung des Verbrauchers 300
Kapitel 20 Leistung bei Drehstrom 305
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 309
Kapitel 21 Zehn wichtige Erfinder der Wechselstromtechnik 311
Kapitel 22 Zehn wichtige Einheiten und deren Bedeutung 323
Kapitel 23 Zehn Dekaden der Elektrizitaet im 19 Jahrhundert 327
Kapitel 24 Meine zehn Lieblingsbuecher fuer die Wechselstromtechnik 331
Anhang A: Loesungen der Aufgaben 333
Stichwortverzeichnis 371