Elektrotechnik. Gesamtband. westermann. Heinrich Hübscher. Energie- und Gebäudetechnik Betriebstechnik Automatisierungstechnik

Elektrotechnik

Gesamtband

• Energie- und Gebäudetechnik

• Betriebstechnik

• Automatisierungstechnik

Dr. Michael Dzieia Heinrich Hübscher Dieter Jagla

Jürgen Klaue Michael Krehbiel Roland Stolzenburg Ludwig Wenzl Harald Wickert

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westermann

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ai

•RAT

1.7.2

r

Grundlagen der Elektrotechnik

Elektrizität in Natur und Technik Größen der Elektrotechnik Grundgrößen

Elektrischer Strom Elektrische Ladung Elektrische Stromstärke Stromleitung in Metallen, Flüssigkeiten und Gasen Elektrische Spannung Wechselspannung Messen von Spannung und Stromstärke

Anzeige bei Messgeräten Elektrischer Widerstand Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke Zusammenhang zwischen Widerstand und Stromstärke Elektrische Leistung Leistung und Widerstand Elektrische Arbeit und Energie , Elektrische Energie und Wärme

Leiterwiderstand

Widerstand und Temperatur Schaltungen

Schaltungen mit Widerständen Parallelschaltung

Reihenschaltung Gruppenschaltungen Brückenschaltung

Vorwiderstand, Spannungsteiler Spannungsfall auf Leitungen « Schaltungen mit Spannungsquellen Innenwiderstand

Ideale Spannungs- und Stromquellen Anpassung

Reihenschaltung Parallelschaltung

Elektrochemische Spannungsquellen Elektrisches Feld

Elektrische Feldeigenschaften Kondensatoren

Schaltungen mit Kondensatoren Magnetisches Feld

Magnetische Feldeigenschaften Stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld

Kräfte im Magnetfeld Spannung durch Magnetfelder Induktion der Bewegung Induktion der Ruhe Spulen

Wechselspannung Wechselspannungserzeugung Darstellung und Kenngrößen Effektivwerte

Nichtsinusförmige Wechselspannungen Spulen im Wechselstromkreis Widerstand der Spule

Reihenschaltung aus ff und Xi

1.7.3

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75 V ' 2.7.7

Parallelschaltung aus ff und X|_ 80 Kondensatoren im

Wechselstromkreis 82

Widerstand des Kondensators 82 Reihenschaltung aus R und XQ 83 Parallelschaltung aus R und XQ 84 Spulen, Kondensatoren und

Wirkwiderstände im Wechsel-

stromkreis 86

Reihenschaltung aus R, XC und XL 86 Parallelschaltung aus ff, XQ undX[_ 88

Drei-Phasen-Wechselspannung 90

Spannungserzeugurig 90

Belastetes Drehstromnetz 92

Sternschaltung 92

Dreieckschaltung , 93

Unsymmetrische Belastung 94

Elektrische Installationen

Gefahren durch elektrischen Strom 95 Arbeitsschutz und Sicherheit 97

Hausverteilung 99

Hausanschlussraum 99

Zähler ; 103

Stromkreisverteiler 106

Schaltpläne 110

Leitungsverlegung 113

Leitungsarten 113

Überstrom-Schutzorgane 115 Leitungs-Schutzsicherung 115 Leitungsschutz-Schalter / 117 Bemessung und Anordnung

von Überstrom-Schutzorganen 119

Auswahl von Leitungen 120

Einflüsse i 120

Ermittlung des Leiterquerschnitts 122 Korrektur der Strombelastbarkeit 124 Kalkulation und Angebot 127 Installationsdurchführung 129

Installationsformeri 129

Installationsarten 1 ' 130

Installationszonen : 132

Elektroinstallation in der Küche 133 Elektroinstallation im Bad 134

Schutzmaßnahmen 136

Fehlerstromkreis : 136

Spannungsbereiche, Schutz­

klassen und Schutzarten 137 Schutzmaßnahmen - Überblick 139 Basisschutz und Fehlerschutz 140

Basisschutz 142

Fehlerschutz 144

Doppelte oder verstärkte Isolierung 144

Schutztrennung 145

Nicht leitende Umgebung 146 Erdfreier örtlicher Schutzpotenzial­

ausgleich 146

Abschaltung im TNrSystem 147 Abschaltung im TT-System 150 Abschaltung im IT-System 151 Übersicht: Verteilungssysteme 152 Schutzpotenzialausgleich und Erdung 153

2.7.8 Anlagenschutz 154

8 3.6.3 2.7.9 Schutz vor Ausgleichsströmen 156 3 8

§

3.7

2.7.9.1 Problemdarstellung 156 _•

2.7.9.2 Netzumrüstung 157

4

2.7.9.3 Differenzstromüberwachung ;;i 159 <3 O 4.1 2.7.10 Schutz vor Oberschwingungen ' 160 <3 O 2.7.10.1 Belastungsfälle in Energieverteil­

&

^4.2

systemen 160 4.2.1

2.7.10.2 Messen von Oberschwingungen 161 4.2.2

2.7.10.3 Netzfilter 164 4.2.2.1

2.8 Besondere Räume, Bereiche "i 4.2.2.2

und Anlagen 166 1 \ 4.2.2.3

2.9 Prüfen und Messen 170 _' 4.2.2.4

2.9.1 Übersicht 170 4.2.2.5

2.9.2 Erstprüfung 170 ' 4.2.2.6

2.9.3 Besichtigung 171 4.2.3

2.9.4 Niederohmmessung 171 4.2.3.1

'2.9.5 Isolationswiderstand 173 4.2.3.2

2.9.6 Erdungswiderstand 174 ^' 4.2.3.3

2.9.7 Schleifenimpedanz 175 4.2.4

2.9.8 Netzinnenwiderstand 176 4.2.4.1

2.9.9 Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 177 4.2.4.2

2.9.10 Drehrichtung 178 4.2.4.3

2.9.11 Funktionsprüfung 178 4.2.5

2.9.12 Prüfplan 179 4.2.5.1

2.9.13 Dokumentation 180 4.2.5.2

2.9.14 Wiederkehrende Prüfung 182

£

<3 <3 4.3

2.10 Nutzereinweisung 185

£

4.3.1 2.11 Schritte einer Elektroinstallation 187 • - 4.3.2

2.12 Rechnung 188

7 4.3.3 4.3.4 Q

4

^4.3.5

3 Steuerungstechnik

4.4

3.1 Steuerungsprinzip , 189 4.4.1

4.4.2 4.4.3 4.4.4

3.1.1 Steuern 189

4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4

3.1.2 Steuerungsarten 191

4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4

3.1.3 GRAFCET 192

4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4

3.1.4 Signale 193 • 5

3.1.5 Bedienelemente 194

3.2 Sensoren 195 0 ^@

®

^5.1

3.2.1 Übersicht 195 © S 0 5.2

3.2.2 Temperatursensoren _ 196 00

@ _©

5.3

3.2.3 Druck- und'Kraftsensoren 197 © 5.4

3.2.4 Durchflusssensoren 198 5.4.1

3.2.5 Füllstandssensoren 199 5.4.2

3.2.6 Positionssensoren 200 ©

©

^5.5

3.2.7 Näherungssensoren 200 5.5.1

3.3 Aktoren 203 M 5.5.2

3.3.1 Übersicht 203 Iii 5.5.3

3.3.2 Aktoren mit elektrischer Hilfsenergie 204

1

^{OS © 5.6}

3.3.3 Thermische Aktoren 205 5.6.1

3.3.4 Aktoren für Strömungen 206 5.6.2

3.4 Digitaltechnik 207 K&i 5.6.3

3.4.1 Logische Grundschaltungen 207

1

^OE

^©

^5.7

3.4.2 Schaltnetze 209 WI ^'

3.4.3 .Speicherschaltungen 211 _»AI 5.7.1

3.4.4 * Monostabile Kippstufen 213 5.7.2

3.4.5 Zähler 214 5.7.3

3.5 Steuerrelais 215

1

^{as © 5.8}

3.6 Relais und Schütze 219 fil ^... 5.8.1

3.6.1 Relais 219 i 5.8.2

3.6.2 Schütze 221

Anwendungen 222

Pneumatik 224

Informationstechnik

Nachricht, Information und

Kommunikation 227

Computertechnik 228

Aufbau und Arbeitsweise eines PCs 228

Hardware 230

Hauptplatine 230

Interne Speicher 231

Festplatten 232

Optische Speicher 234

Akustikeinheit 235

Grafikkarte 236

Schnittstellen 237

Serielle und parallele Schnittstellen 237 Interne PC-Schnittstellen 238 Externe PC-Schnittstellen 240

Software 241

Übersicht 241

Betriebssysteme 242

Anwendungssoftware 244

Peripheriegeräte 245

Eingabegeräte 245

Ausgabegeräte 249

Netzwerke 252

Arten 252

Netzwerkkomponenten 253

Netzwerkprotokolle 254

Ethernet 255

Netzwerk-Hardware 256

Internet 258

Aufbau und Dienste 258

Adressen (IP-Adressen) 259 Informationsbeschaffung im Internet 261

Internetnutzung 262

Elektroenergieversorgung

Kraftwerke 263

Brennstoffzellen' 265

Kraft-Wärme-Kopplung 266

Energieverteilung 268

Verbundnetz 268

Niederspannungsnetz 269

Transformatoren 272

Einphasentransformator 272

Sondertransformatoren 275

Drehstromtransformatoren 276

Photovoltaik 278

Solarmodule 278

Komponenten einer PV-Anlage 280 Installation einer PV-Anlage 282 Unterbrechungsfreie Strom­

versorgung 285

Einsatz und Klassifizierung 285

USV-Auswahl 287

USV-Management 288

Kömpensationsaniagen 289

Kompensationsarten 289

Kompensation bei sinusförmiger

Belastung 290

Lernfelder Energie- und Gebaudetechnik

M

5.8.3 Kompensation bei nichtsinus­

förmiger Belastung 293

5.8.4 Kompensation und Rundsteuer­

signale 296

5.8.5 Aktive Filter $ 297

5.9 Schaltanlagen 7 298

5.9.1 Aufbau 298

5.9.2 Schaltgeräte 300

5.9.3 Antriebe von Leistungsschaltern 303

5.9.4 Zähleranschluss 304

5.9.5 Schalthandlungen 306

5.9.6 Schutzsysteme 308

5.10 Fehlersuche 314

5.11 Instandhaltung 320

5.12 Funktionserhalt 323

6 Elektronik

6.1 Halbleiterwiderstände 325

6.1.1 Halbleiter 325

6.1.2 Spannungsabhängige Widerstände 325 6.1.3 Temperaturabhängige Widerstände 326 6.1.4 Lichtabhängige Widerstände 328 6.1.5 Magnetabhängige Widerstände 328

6.2 Dioden 329

6.2.1 Funktion und Aufbau 329

6.2.2 Leuchtdioden 331

6.2.3 Gleichrichterschaltungen 332 6.2.4 Spannungsstabilisierung 334 6.3 Elektronische Schalter 335

6.3.1 Prinzip 335

6.3.2 Transistor als Schalter 336 6.3.2.1 Bipolare Transistoren 336 6.3.2.2 Feldeffekttransistoren 338

6.3.3 Thyristoren 339

6.3.4 Triac 341

6.3.5 Elektronische Relais 343

6.4 Verstärker 344

6.4.1 Verstärkungsprinzip 344

6.4.2 Verstärker mit bipolaren Transistoren 345 6.4.3 Verstärker mit Feldeffekttransistoren 347

6.4.4 Operationsverstärker 348

6.5 Netzteile 351

7 Speicherprogrammierbare Steuerungen

7.1 Aufbau und Funktion einer SPS 353

7.2 Auswahl einer SPS 356

7.3 Programmieren einer SPS 360 7.3.1 Zyklischer Programmablauf 360 7.3.2 Programmdarstellungen 362

7.3.3 Operanden 363

7.3.4 Operationen 364

7.3.5 Merker 366

7.3.6 Timer 368

7.3.7 Zähler 369

7.*3.8 Programmbausteine und -strukturen 370 7.4 Programmierbeispiel

Schrankenanlage 372

7.4.1 Programmstruktur und Projekt anlegen 372 7.4.2 Hardwarekonfiguration 373

7.4.3 Schranke aufwärts 374

0 ©

7.4.4 Schranke abwärts 378

7.4.5 Zählen der Parkplätze 380

7.4.6 Programmsimulation 381

7.4.7 Installation und Inbetriebnahme 382 7.4.8 Dokumentation und Rechnung ! 384

8 Antriebstechnik

8.1 Drehstrommotoren 385

8.1.1 Drehfeld 385

8.1.2 Leistung und Drehmoment 387

8.1.3 Asynchronmotoren 387

8.1.3.1 Übersicht 387

8.1.3.2 Kurzschlussläufer-Motor 388 8.1.3.3 Schleifringläufer-Motor 391 8.1.4 Drehstrommotor an Wechselspannung 393

8.1.5 Kondensatormotor 394

8.1.6 . Synchronmotoren 395

8.1.7 Motorauswahl 397

8.2 Steuerung von Drehstrom­

motoren 401

8.2.1 Motorschutz 401

8.2.2 Anlassverfahren 405

8.2.2.1 Grundsätzliche Probleme 405

8.2.2.2 Vorwiderstände 405

8.2.2.3 Anlasstransformator 405

8.2.2.4 Stern-Dreieck-Anlassen 406

8.2.2.5 Sanftanlaufgeräte 408

8.2.2.6 Frequenzumrichter 411

8.2.3 Bremsbetrieb 415

8.2.4 Drehrichtung 416

8.2.5 Drehzahländerung 417

8.3 Stromwendermaschinen 419

8.3.1 Gleichstromgeneratoren 419

8.3.2 Gleichstrommotoren 422

8.3.2.1 Arbeitsweise 422

8.3.2.2 Motorschaltungen 424

8.3.2.3 Motorsteuerung 426

8.3.2.4 Bremsbetrieb 429

8.3.3 Universalmotor 430

8.4 Sondermotoren 431

8.4.1 Spaltpolmotor 431

8.4.2 Linearmotor 432

8.4.3 Servoantriebe 434

8.4.4X Schrittmotor 436

9 Kommunikationstechnik

9.1 Gebäudesystemtechnik 437

9.1.1 EIB/KNX-System 437

9.1.2 EIB-Technik 438

9.1.3 EIB-Installation 440

9.1.4 Programmierung 442

9.1.5 Inbetriebnahme 446

9.1.6 Gebäudevisualisierung 448 9.2 Telekommunikationsanlagen 451

9.2.1 Übersicht 451

9.2.2 Analoge Telekommunikation 452 9.2.3 Digitale Telekommunikation 454

9.2.3.1 ISDN 454

9.2.3.2" Installation 457

9.2.4 DSL-Anschluss 460

9.2.5 Videokonferenzsysteme 462

9.2.5.1 Desktopsysteme 462

Lernfelder Energie-;und Gebäu'detechnik Lernfelder Betriebstechnik

9.2.5.2 Gruppen-Videokonferenzsysteme 9.3 Gefahrenmeldeanlagen 9.3.1 Sicherheitstechnik 9.3.2 Begriffe

9.3.3 Objekte für Einbruchmeldeanlagen 9.3.3.1 Melder zur Außenhautsicherung 9.3.3.2 Melder zur Innenraumsicherung 9.3.3.3 Überfallmelder

9.3.3.4 Brandmelder 9.3.3.5 Meldelinien 9.3.3.6 Schalteinrichtungen 9.3.3.7 Einbruchmeldezentrale ' 9.3.4 Installation

9.3.5 Videoüberwachung 9.4 Empfangsverteilanlagen

9.4.1 Möglichkeiten des Fernsehempfangs 9.4.2 Terrestrische Anlagen

9.4.3 DVB-T 9.4.4 DVB-C 9.4.5 DVB-S

9.4.6 Installation einer Satelliten- Empfangsverteilanlageanlage

Haustechnik

Hausgeräte und -anlagen Elektroherde und Backöfen 10

10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.1.4 10.1.5 10.1.6 10.1.7 10.1.8 10.2 10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.2.3.1 10.2.3.2 10.2.3.3 10.2.3.4 10.2.3.5 10.2.3.6 10.2.3.7 10.2.4 10.2.4.1 10.2.4.2 10.2.5 10.3

10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4 11

11.1 11.1.1

Mikrowellengeräte Kühl- und Gefriergeräte Geschirrspüler Waschmaschinen Warmwassergeräte Nachtspeicherheizung Prüfen und Messen Beleuchtungsanlagen Einflussgrößen

Kennzeichnung von Leuchten Lampen

Lampenarten Glühlampen Halogenlampen Leuchtstofflampen Hochdrucklampen LED-Lampen

Entsorgung und Energieeffzienz Beleuchtungsbeeinflussung Steuerung

Regelung

Sicherheitsbeleuchtung Installation von Beleuchtungs­

anlagen Hallenbeleuchtung Bürobeleuchtung Prüfung und Wartung Überspannungsschutz

Auswirkungen von Überspannungen Äußerer Blitzschutz

Innerer Blitzschutz Prüfung und Wartung

Automatisierungstechnik

Regelungstechnik Steuern und Regeln

464 466 466 467 469 469 470 471 472 474 478 479 480 482 485 485 487 491 492 493 495

497 497 500 501 502 503 504 508 510 512 512 514 515 515 515 516 518 521 522 523 524 524 526 528 531 531 536 538 539 539 540 543 546

547 547

Dt)

11.1.2 Regelkreis 548

11.1.3 Regelstrecken 550

11.1.4 Regelkreisverhalten 553

11.1.5 Grundschaltungen stetiger Regler i 554 11.1.6 Zusammengesetzte Regler 556 11.1.7 Reglereinstellungen mit Tabellen 558

11.1.8 Digitale PID-Regler 559

11.1.9 Unstetige Regler 560

11.2 Bussysteme 561

11.2.1 Übersicht Bussysteme 561 11.2.2 Multi Point Interface 564

11.2.3 ASI-Bus 565

11.2.4 PROFIBUS 568

11.2.5 PROFINET 572

11.2.6 Switching-Technologie 575 11.3 Steuern in automatisierten

Anlagen 578

11.3.1 Bibliotheksfähige Funktionen (FC) 578 11.3.2 Bibliotheksfähige Funktionsbau­

steine (FB) 581

11.3.3 Ablaufsteuerung mit Schrittmerkern 584 11.3.4 Ablaufsteuerung mit S7-GRAPH 585 11.3.5 Standardisierte Ablaufsteuerung 587 11.4 Sicherheit in Steuerungen 590

11.4.1 Risikobewertung 590

11.4.2 Performance Level 591

11.4.3 Elektrische Ausrüstung von

Maschinen 595

11.4.4 Sicherheits-Lichtvorhänge und

-Lichtgitter 597

11.4.5 ASIsafe / 598

11.4.6 PROFIsafe / 599

11.5 EMV 600

12 Betrieb und Umfeld

12.1 Betriebliche Arbeit 603

12.1.1 Arbeitsschutz / , 603

12.1.2 Arbeitsorganisation / 604

12.1.3 Teamarbeit 606

12.1.4 Kommunikation 607

12.1.5 Konflikt ' 607

12.1.6 Projekt 608

12.1.7 Qualität und Qualitätssicherung 609

12.2 Umgang mit Kunden 611

12.2.1 Kundenberatung 611

12.2.2 Auftragsbearbeitung 612

12.2.3 Köstenkalkulation 613

12.3 Darstellung von Ergebnissen 614

12.3.1 Präsentation 614

12.3.2 Visualisierung 616

12.3.3 Berichte 617

12.3.4 Lastenheft und Pflichtenheft 617

12.3.5 Moderation 618

12.4 Lernen und Weiterbildung 619 12.4.1 Informationsaufbereitung 619 12.4.2 Informationsbeschaffung 620 Sachwortverzeichnis deutsch/englisch 622

Bildquellenverzeichnis 640

* Obergreifende Themen für unterschiedliche Lernfelder Lernfelder Energie-und Gebäudetechnik Lernfelder Betriebstechnik