• Kohleschicht-Widerstände
  • Metallschicht-Widerstände
  • Elektrotechnik grundlagen repetitionen




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    Transistor als Schalter


    Transistor als Verstärker





    21
    AE

    2.6


    4


    Elektromotor

    Zur Ermittlung der mittleren Betriebstemperatur eines Elektromotors wird der Wicklungswiderstand vor der Inbetriebnahme mit und unmittelbar nach dem Abschalten des Motors mit ermittelt. Die Umgebungstemperatur des Motors beträgt ().
    Bestimmen Sie die mittlere Betriebstemperatur der Wicklung.


    Fest-

    Veränderbare Widerstände

    Widerstände

    Potentiometer

    Trimmwiderstand

    Einstellbarer

    Widerstand











    Kohleschicht



    Metallschicht









    Veränderliche Widerstände

    NTC

    PTC

    VDR

    LDR





    +
















    220 Ω

    Dauerstrom 2 A



    Widerstand 6 Ω

    Schaltstrom 0,35 A

    Spannung max. 265 V


    S14K60 - 60 V~ / 85 V

    Stromableitvermögen bis 4500 A



    Ca-sulfid = 520nm

    Ca-selenid =730nm

    max. Empfindlichkeit








    Isolationsklassen

    Motoren






    max.

    Motoren-Temperatur

    [°C]


    max.

    Umgebungs-

    Temperatur

    [°C]


    Y

    90

    40

    A

    105

    40

    E

    120

    40

    B

    130

    40

    F

    155

    40

    H

    180

    60

    C

    >180

    60








    Temperaturüberwachung

    im Motor


    Widerstands-Temperatursensor (NTC), max. 300 °C




    Abgastemperatursensor



    max. 800 °C

    Pt1000-


    Temperaturfühler für

    Wärmezähler








    22
    AE

    2.6


    5


    Relais

    Ein Relais hat bei Dauerbetrieb einen Widerstand von . Die Wicklungstemperatur wurde zu ermittelt ().
    Wie gross ist der Wicklungswiderstand bei ’









    Kontaktnummerierungen

    Relais und Schützen


    A1,A2: Spule

    13,14 Schließer

    11,12 Öffner

    11,12,14 Wechsler öffner (12),

    schliesser (14)

    15,16 Zeitabhängig öffnen

    17, 18 Zeitabhängig schliessen

    1-2,3-4,5-6 Leistungskontakte

    95,96 Thermischer Öffner

    97,98 Thermischer Schliesser


    NC Normally Closed

    NO Normally Open

    CO Change Over





    23
    AE

    2.6


    6


    Glühlampe

    Eine -Glühlampe mit Wolframwendel () hat bei einen Widerstand von . Bei Anschluss an fliesst ein Strom von .


    1. Berechnen Sie die mittlere Temperatur des Glühlwendels im Betriebszustand.

    2. Wie gross ist der Einschaltstrom?






    Glühlampe

    Bei Glühlampen ist der Einschaltstrom wesentlich grösser als der Nennstrom. Woran liegt das?








    24
    AE

    2.6


    7


    Widerstandsverdoppelung

    Bei welcher Temperatur hat sich der Widerstand eines Kupferdrahtes verdoppelt ()? Die Ausgangstemperatur beträgt !





    (wikipedia, 21.02.2012

    Temperaturkoeffizienten)



    Werkstoff

    Temperatur-

    koeffizient



     [K-1]

    Aluminium



    Kupfer



    Wolfram



    Nickelin



    Manganin



    Konstantan



    Kohleschicht



    Eisen



    Zinn



    Blei



    Blei



    Gold



    Silber



    Messing






    25
    AE

    2.6


    8


    Kohleschichtwiderstand

    In einer Versuchsschaltung wird ein Kohleschichtwiderstand (rot-violett-rot-silber) mit seiner Nennleistung belastet. Nach dem Versuch hat sich der Widerstandswert um verringert.
    Bestimmen Sie die Temperatur der Kohleschicht!


    Kohleschicht-Widerstände

    haben 4 Farbringe







    Farbe

    1. Ring

    2. Ring

    3. Ring

    Multipli-kator



    4. Ring

    Toleranz


    [%]

    keine

    -

    -

    -

    20

    silber

    -

    -

    10-2

    10

    gold

    -

    -

    10-1

    5

    schwarz

    -

    0

    1

    -

    braun

    1

    1

    10

    1

    rot

    2

    2

    102

    2

    orange

    3

    3

    103

    -

    gelb

    4

    4

    104

    -

    grün

    5

    5

    105

    0,5

    blau

    6

    6

    106

    0,25

    violett

    7

    7

    107

    0,1

    grau

    8

    8

    108

    -

    weiss

    9

    9

    109

    -



    Metallschicht-Widerstände

    haben 5 Farbringe






    Farbe

    1. Ring

    2. Ring

    3. Ring

    4. Ring

    Multipli-kator



    5. Ring

    Toleranz





    6 Ring

    TK 10-6



    schwarz

    0

    0

    0

    -

    -




    200

    braun

    1

    1

    1

    101

    1%




    100

    rot

    2

    2

    2

    102

    2%




    50

    orange

    3

    3

    3

    103

    -




    15

    gelb

    4

    4

    4

    104

    -




    25

    grün

    5

    5

    5

    105

    0,5%




    5

    blau

    6

    6

    6

    106

    0,25%




    -

    violett

    7

    7

    7

    107

    0,1%




    -

    grau

    8

    8

    8

    -

    0,05%




    -

    weiß

    9

    9

    9

    -

    -




    10

    gold

    -

    -

    -

    10-1

    5%




    -

    silber

    -

    -

    -

    10-2

    10%




    -




    (wikipedia, 21.02.2012

    Temperaturkoeffizienten)

    Werkstoff

    Temperatur-

    koeffizient



     [K-1]

    Aluminium



    Kupfer



    Wolfram



    Nickelin



    Manganin



    Konstantan



    Kohleschicht



    Eisen



    Zinn



    Blei



    Blei



    Gold



    Silber



    Messing






    26
    AE

    2.6


    10


    Kupferleitung

    Die höchstzulässige Betriebstemperatur für Kupferleitungen mit PVC-Isolierung beträgt .
    Wie gross ist bei dieser Temperatur der Widerstand einer langen Leitung ?


    Isolierstoff

    Höchstzulässige

    Betriebstemperatur 1), 4)



    Polyvinylchlorid (PVC)

    70 °C am Leiter

    Vernetztes Polyethylen (VPE)

    Äthylen-Propylen-Kautschuk (EPR)



    90 °C am Leiter 2)

    Mineral

    (mit PVC-Schutzhülle oder blank im Handbereich)



    70 °C am Mantel

    Mineral

    (blank, nicht im Handbereich und nicht in Kontakt mit brennbaren Stoffen)



    105 °C am Mantel 2),3)




    NIN 5.2.3.1.1.4 Höchstzulässige Betriebstemperaturen




    1)

    Die höchstzulässigen Betriebstemperaturen der Tabelle wurden IEC 60502 und EN 60702 entnommen.


    2)

    Wenn ein Leiter mit einer Betriebstemperatur von > 70 °C betrieben wird, muss sichergestellt werden, dass die Anschlussstelle des Betriebsmittels für diese Temperatur geeignet ist.


    3)

    Bei mineralisolierten Kabeln dürfen höhere Betriebstemperaturen zugelassen werden, die von der Bemessungstemperatur des Kabels, seinen Anschlussstellen, den Umgebungsbedingungen und anderen äusseren Einflüssen abhängen.



    4)

    Bestätigt der Hersteller eine höhere zulässige Betriebstemperatur für Drähte und Kabel, kann diese angewendet werden.






    NIN 5.2.3.1.1.15.2



    Strombelastbarkeit

    Eine Zusammenstellung von Werten der Strombelastbarkeit für Leitungen der Referenz-Verlegearten A1, A2, B1, B2, C, E und F enthält Tabelle 5.2.3.1.1.15.2.2.


    Die angegebenen Werte gelten unter den folgenden Voraussetzungen:


    • Das Leitermaterial ist Kupfer.

    • Ein Stromkreis enthält drei belastete Leiter.

    • Die Leiter sind PVC-isoliert.

    • Die Umgebungstemperatur beträgt max. 30°C.

    • Die Leitertemperatur beträgt max. 70 °C.

    • Alle aktiven Leiter stehen unter Dauerbetrieb.







    27
    AE

    2.6


    11


    Heizgerät

    Ein elektrisches Heizgerät hat bei einen Widerstand von . Eingeschaltet nimmt das Gerät an einen Strom von auf. Das Material (Ni Cr 30 20) hat bis einen mittleren Temperaturkoeffizienten .
    Berechnen Sie die Temperatur des Heizstabes!







    Schlauchheizung

    NiCrFe

    Einsatz bis 1100°C
    Der Chromnickeldraht wird

    normalerweise in der



    Schlauchheizung, Haartrockner, elektrisches Eisen, Lötkolben, Reisekocher, Öfen, Heizelement, Widerstandelemente benutzt.




    Konstantan

    Konstantan ist ein Markenname der ThyssenKrupp VDM GmbH für eine Legierung, die im Allgemeinen aus


    55% Kupfer,

    44% Nickel und



    1% Mangan
    besteht.

    Wegen des kleinen Temperaturkoeffizienten wird Konstantan für



    Präzisions- und Messwiderstände verwendet. Auch Schiebe- und Heizwiderstände werden aus Konstantan hergestellt.




    Manganin

    Manganin ist eine andere Legierung mit ähnlich geringem oder noch geringerem Temperaturkoeffizienten wie Konstantan.


    86% Kupfer

    12% Mangan



    2% Nickel







    28
    AE

    2.6


    12


    Elektronische Schaltung

    Eine elektronische Schaltung in einem Fahrzeug soll in einem Temperaturbereich von bis funktionieren ().


    1. Welche Widerstandswerte hat ein Kohleschichtwiderstand von in diesem Intervall?

    2. Liegt die Widerstandsänderung noch innerhalb des Toleranzbereichs?







    Elektronische Schaltung

    Eine elektronische Schaltung ist ein Zusammenschluss von elektrischen und insbesondere elektronischen Bauelementen (beispielsweise Dioden und Transistoren) zu einer (funktionierenden) Anordnung.


    Sie unterscheidet sich von einer elektrischen Schaltung durch die Verwendung von elektronischen Bauelementen.

    Schaltplan zur Veranschaulichung einer Schaltung, hier eines Lampendimmers (Lichtregler).

    Fern-Dimmer






    29
    AE

    2.6


    13


    Widerstandsänderung Kupferleiter

    Um wie viel Prozent nimmt der Widerstand eines Kupferleiters zu, wenn er durch den Stromfluss von auf erwärmt wird ()?






    Kupferleiter

    (PTC-Widerstand)






    Kaltleiter, PTC-Widerstände oder PTC-Thermistoren (englisch Positive Temperature Coefficient) sind stromleitende Materialien, die bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten können als bei hohen. Ihr elektrischer Widerstand vergrößert sich bei steigender Temperatur.

    NTC-Widerstand





    Heißleiter oder NTC-Widerstände (engl. Negative Temperature Coefficient Thermistors), manchmal auch „Thermistoren“, sind Materialien beziehungsweise Widerstände, deren Elektrischer Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt.






    30
    AE

    2.6


    13


    Widerstandsänderung Platinfühler

    Um wie viel Prozent nimmt der Widerstand eines Pt100 zu, wenn er durch den Temperatureinfluss auf erwärmt wird ()?






    Platinfühler

    Die Widerstands-/Temperaturkurve für einen Pt100-Platin-RTD, der gewöhnlich als Pt100 bezeichnet wird, wird in nachfolgender

    Abbildung dargestellt.

    Der Pt100 besitzt 100.



    Bei RTDs nutzt man die physikalischen Eigenschaften von Metallen, die bei einer Temperaturveränderung auch ihren Widerstand verändern. Der Grad der Veränderung hängt dabei von der Art des Metalls ab. Typische Elemente, die für RTDs verwendet werden, umfassen Nickel (Ni) und Kupfer (Cu).

    Allerdings gehört Platin (Pt) zu den allerhäufigsten, da es einen großen Temperaturbereich, Genauigkeit und Stabilität bietet.






    31
    AE

    2.6


    14


    Kohleschichtwiderstand

    Die maximale Betriebstemperatur für Kohleschichtwiderstände beträgt .


    1. Wie gross ist dann die absolute und relative bzw. prozentuale Änderung eines Widerstandes (rot-schwarz-braun-gold), bezogen auf die Umgebungstemperatur von ()?

    2. Liegt die Änderung noch in der angegebenen Toleranz?



    Kohleschicht-Widerstände

    haben 4 Farbringe







    Farbe

    1. Ring

    2. Ring

    3. Ring

    Multipli-kator



    4. Ring

    Toleranz


    [%]

    keine

    -

    -

    -

    20

    silber

    -

    -

    10-2

    10

    gold

    -

    -

    10-1

    5

    schwarz

    -

    0

    1

    -

    braun

    1

    1

    10

    1

    rot

    2

    2

    102

    2

    orange

    3

    3

    103

    -

    gelb

    4

    4

    104

    -

    grün

    5

    5

    105

    0,5

    blau

    6

    6

    106

    0,25

    violett

    7

    7

    107

    0,1

    grau

    8

    8

    108

    -

    weiss

    9

    9

    109

    -








    32
    AE

    2.6


    15


    Elektrische Leitfähigkeit

    Wie gross ist die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer, wenn die Leitertemperatur von auf ansteigt ()?




    33
    AE

    2.6


    16


    Widerstandsthermometer

    Ein Widerstandsthermometer aus Platin (Pt100) hat bei einen Widerstand von und bei einen Widerstand von (Grundwertreihe für Widerstandsthermometer nach DIN 43760).






    1. Berechnen Sie den mittleren Temperaturkoeffizienten für diesen Temperaturbereich.

    2. Bei welcher Temperatur hat der RTD einen Wert von ?









    Platinfühler

    Die Widerstands-/Temperaturkurve für einen Pt100-Platin-RTD, der gewöhnlich als Pt100 bezeichnet wird, wird in nachfolgender



    Abbildung dargestellt.

    Bei RTDs nutzt man die physikalischen Eigenschaften von Metallen, die bei einer Temperaturveränderung auch ihren Widerstand verändern. Der Grad der Veränderung hängt dabei von der Art des Metalls ab. Typische Elemente, die für RTDs verwendet werden, umfassen Nickel (Ni) und Kupfer (Cu).

    Allerdings gehört Platin (Pt) zu den allerhäufigsten, da es einen großen Temperaturbereich, Genauigkeit und Stabilität bietet.

    RTD

    Resistance Temperature Detector







    34
    AE

    2.6


    17


    Heizleiter (Ni Cr 25 20)

    In den Werkstoffunterlagen für den Heizleiter Ni Cr 25 20 ist statt des Temperaturkoeffizienten die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Temperatur angegeben (siehe Kennlinie).



    Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten für

    den Bereich von bis !







    Schlauchheizung

    NiCrFe 30 20


    30% Ni

    20% Cr


    50% Fe

    Einsatz bis 1100°C
    Der Chromnickeldraht wird

    normalerweise in der



    Schlauchheizung, Haartrockner, elektrisches Eisen, Lötkolben, Reisekocher, Öfen, Heizelement, Widerstandelemente benutzt.







    Aufbau Heizleiter

    (1) Patronenmantel:Hitzebeständiger Chrom-Nickel-Stahl, Patronenboden gasdicht, schutzgasverschweißt, korrosionsbeständig, Oberfläche geschliffen und metallisch rein. Anschlussseite mit Keramikabschluss.
    (2) Isoliermaterial: Hochverdichtetes reines Magnesiumoxid
    (3) Heizleiter: NiCr 8020
    (4) Anschlüsse: Silikonimprägnierte Glasseidennickellitze






    35
    AE

    2.6


    18


    Aussentemperaturfühler

    In den Montagehinweisen für den Aussenfühler einer Heizungsanlage sind die in nebenstehender Tabelle enthaltenen Temperatur-Widerstands-Wertepaare angegeben:




    1. Was für ein Widerstand wurde für den Temperaturfühler verwendet?

    2. Zeichnen Sie das Schaltzeichen für den Aussenfühler!

    3. Zeichnen Sie die Widerstandskennlinie im --Diagramm ein!





    1. Wie gross ist der Nennwiderstand des Temperaturfühlers?

    2. Bei einer Widerstandsprüfung mit einem Widerstandsmessgerät wurde ein Widerstand von ermittelt. Welche Temperatur hatte der Widerstand?

    3. Bestimmen Sie anhand der Kennlinie die Widerstandsänderung, wenn die Temperatur wie folgt ansteigt:


    1. auf

    2. auf






    Temperaturfühler




    Temperatur-Widerstands-



    Wertepaare










    -20

    14’625

    -15

    11’382

    -10

    8’933

    -5

    7’066

    0

    8’632

    5

    4’521

    10

    3’653

    15

    2’971

    20

    2’431

    25

    2’000

    30

    1’655

    35

    1’376

    40

    1’150




    36
    AE

    2.6


    19


    PTC-Widerstand

    Nachstehendes Diagramm zeigt die Kennlinie eines PTC-Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur.




    1. Welchen kleinsten Widerstandswert kann der PTC-Widerstand annehmen?

    2. Wie gross ist der Nennwiderstand des Kaltleiters?





    1. Wie gross ist die Nenntemperatur (Ansprechtemperatur)?

    2. Wie gross ist der Widerstandsendwert bei der Umgebungstemperatur ?







    Wichtige Werte

    am PTC-Widerstand


    Wegen des großen Widerstandsbereichs wurde eine halb logarithmische Darstellung verwendet. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen ist der Temperaturbeiwert schwach negativ. Der Widerstandswert nimmt daher mit steigender Temperatur zuerst

    etwas ab.


    A Anfangstemperatur [°C]

    RA Anfangswiderstand []

    N Nenntemperatur [°C]

    RN Nennwiderstand []

    E Temperaturendwert [°C]

    RE Widerstandsendwert []

    Der Temperaturbeiwert ist überwiegend positiv. Diese Kaltleiter werden daher PTC-Widerstände genannt (Positive Temperature Coefficient). Das Diagramm zeigt die typische Widerstandskurve eines PTC in Abhängigkeit von der Temperatur und das Schaltzeichen.







    37
    AE

    2.6


    20


    NTC-Widerstand

    Nachstehendes Diagramm zeigt die Kennlinie eines NTC-Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur.




    1. Wie gross ist der Nennwiderstand?





    1. Im Datenblatt ist der Temperaturbereich bei Nullast mit bis und bei mit bis angegeben. Bestimmen Sie aus dem Diagramm die jeweiligen Widerstandswerte.







    Wichtige Werte

    am NTC-Widerstand


    Einige Mischkristalle aus verschiedenen Metalloxiden (z.B. Eisenoxide und Titandioxid) sind bei Raumtemperatur hochohmig. Mit steigender Temperatur nimmt ihr Widerstandswert rasch ab. Diese nichtlinearen Widerstände mit negativen Temperaturkoeffizienten sind Heißleiter oder NTC-Widerstände (Negative Temperature Coefficient). Die Wertänderungen der Widerstände liegen zwischen (3 ... 6) % / Kelvin.

    R25 Kalt- oder Nenn-

    widerstand bei 25°C []

    Pmax Maximale erlaubte

    Belastung [W]

    R bei Pmax also der

    er Widerstandswert bei max.Verlustleistung oder bei einer festgelegten Temperatur. []

    max Maximale Betriebs-temperatur [°C]

    t die Abkühlzeit, die ein

    bei Pmax betriebener

    NTC nach Abschaltung braucht, um seinen

    Widerstandswert zu

    Verdoppeln [s]

    Das Diagramm zeigt das Schaltzeichen und die Widerstandskurve eines Heißleiters (NTC-Widerstand) in Abhängigkeit von Wder Temperatur.





    38
    RE

    1.297



    Freileitung

    Eine Aldray-Freileitung (,) wird im Sommer auf erwärmt, im Winter auf abgekühlt. Die Leitung ist lang und hat Qerschnitt.
    Berechnen Sie die Widerstandsschwankung pro Leiter:


    1. in ,

    2. in Prozent (kalter Widerstand angenommen)!

    3. Wie gross ist die Widerstandsänderung in ,

    4. In Prozenten, wenn der Widerstand bei angenommen wird?

















    39
    RE

    1.304



    Magnetspule

    Eine -Magnetspule () nimmt bei Nennspannung auf. Im Betrieb sinkt der Strom auf .
    Berechnen Sie die Betriebstemperatur () der Spule!












    TG

    7.3


    101


    Frage


    Vorschrift

    Literatur



    Antwort














    TG

    7.3


    102


    Frage


    Vorschrift

    Literatur



    Antwort














    TG

    7.3


    103


    Frage


    Vorschrift

    Literatur



    Antwort














    TG

    7.3


    104


    Frage


    Vorschrift

    Literatur



    Antwort

















    09. Juni 2021

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