EINFÜHRUNG IN DIE ELEKTROTECHNIK

B I B L I O T H E K W I S S E N UND S C H A F F E N

EINFÜHRUNG

IN DIE ELEKTROTECHNIK

VON

I N G . F R I T Z H E N Z E

Mit.«

I

F A C H B U C H V E R L A G GMBH L E I P Z I G 1953

INHALTSVERZEICHNIS

A. Einleitung Seite 1. A u f b a u d e r M a t e r i e 15

Atom - Atomkern - Elektronen - Protonen - Neutronen - Ionen - Kationen - Anionen

2. D e r g e s c h l o s s e n e S t r o m k r e i s 18 Stromquellen - Leiter 1. und 2. Klasse - Isolatoren

3. D i e W i r k u n g e n d e r E l e k t r i z i t ä t 18 Wärmewirkungen — chemische Wirkungen - magnetische Wir-

kungen - Licht - Entladungserscheinungen

B. Die wichtigsten Größen und ihre Beziehungen zueinander

4. Die Grundgrößen der Elektrotechnik 19 Strom - Spannung - Widerstand - Einheitswiderstand - Leit-

fähigkeit - Temperaturabhängigkeit des Widerstandes - Berech- nung der Erwärmung einer Wicklung aus der Widerstandszunahme

5. D i e S t r ö m u n g s g e s e t z e 27 Das Ohmsche Gesetz - 1. und 2. Kirchhoffsches Gesetz - Reihen-

schaltung - Parallelschaltung - gemischte Schaltung

6. L e i s t u n g 31 Watt - Kilowatt - PS

7. A r b e i t 32 Wattsekunden - Wattstunden - Kilowattstunden

8. S t r o m w ä r m e 33 Kalorie - Kilokalorie - Joulsches Gesetz - Stromwärmeverluste -

Spezifische Wärme - Wärmewirkungsgrad - Stromdichte - Elek- troschweißen - Schmelzöfen

9. D i e S u p r a l e i t f ä h i g k e i t 39 Supraleitung - Sprungtemperatur

10. D i e T h e r m o e l e k t r i z i t ä t 41 Thermospannung - Thermoelektrische Spannungsreihe - Thermo-

elemente - Spannung der Thermoelemente - Prinzip der Tempera- turmessung mit Thermoelementen - Peltier-Effekt

C. Elektronen- und Ionenströme

11. Die Elektrizitätsleitung in Metallen 44 Stromdurchgang durch Metalle - Widerstand - Ohmsches Gesetz -

Stromwärme Verluste

8 Inha Itsverzeichnis

Seite

12. D i e E l e k t r i z i t ä t s l e i t u n g i n F l ü s s i g k e i t e n 46 a) D i e e l e k t r o c h e m i s c h e n V o r g ä n g e 46

Elektrode - Anode - Kathode - Elektrolyse ~ Anionen - Kationen- Zerfall der Moleküle -Dissoziation, - Ionen Wanderung - Faraday- sche Gesetze - Loschmidtsche Zahl - Grammatom - Mol - Äqui- valententladung - Wertigkeit - Elementarladung

b ) D i e t e c h n i s c h e V e r w e r t u n g d e r E l e k t r o l y s e . . 50 Reiligewinnung von Metallen - Raffination - Galvanostegie - Galvanoplastik - Erzeugung von "Wasserstoff und Sauerstoff - • Elektrolytische Zerstörungen - Elektrochemische Spannungsreihe c) E r z e u g u n g d e s e l e k t r i s c h e n S t r o m e s auf che -

m i s c h e m W e g e 53 Primärelemente - Braimsteineleinent - Polarisation .- Trocken-

elemente *- Reihenschaltung - Parallelschaltung - Gruppen- schaltung - Sekundärelemente - Bleiakkumulator - Aufhau - La- dung - Entladung - Säuredichte - Kapazität - Wirkungsgrad - Der Eisen-Nickel-Akkumulator - Der Nickel-Cadmium-Akkumu- lator

13. D i e E l e k t r i z i t ä t s l e i t u n g i n G a s e n . . . 63 a ) E l e k t r i z i t ä t s l e i t u n g i n G a s e n b e i n o r m a l e m u n d

v e r m i n d e r t e m D r u c k 63 Erscheinungen im luftverdünnten Räume - unselbständige Ent-

ladung - selbständige Entladung - Sättigungsstrom - Stoßionisa- tion - Zündspannung

Die hauptsächlichsten Entladungsarten: Glimmentladung - Bogenentladung - Büschelentladung - Korona - Funkenentladung - Kathodenstrahlen

b ) E l e k t r i z i t ä t s l e i t u n g i m H o c h v a k u u m 69 Glühemission - Elektronenröhre - Raumladungswolke - Anlauf -

gebiet - Raumladungsgebiet - Sättigungsgebiet - Kathoden- material - Direkt und indirekt beheizte Kathoden - Elektronen- röhren - Dioden - Diodengleichrichtung - Trioden - Heizkreis - Gitterkreis - Anodenkreis - Kennlinie - Wandern des Arbeits- punktes - Änderung der Anodenspannung - Durchgriff - Steilheit- Innerer Widerstand - Barkhausensche Röhrengleichung -~ Anoden- verlustleistung - Arbeitskennlinie - Anodenrückwirkung

c) T e c h n i s c h e A n w e n d u n g d e s S t r o m d u r c h g a n g e s

d u r c h G a s e 81 Glimmlichtlampe - Leuchtröhren - Quecksilberdampflampe -

Glimmlichtoszillograph

Bogenlampen - Lichtbogenschweißung - Quecksilberdampf licht- bogen im Quecksilberdampfgleichrichter

Elektronenröhren - Dioden - Mehrpolröhren - Verbundröhren -

Thyratrone - Braunsche Röhre - Röntgenröhre

Inhaltsverzeichnis 9

D. Das elektrische Feld Seite 14. Das elektrostatische Feld . . . ' 87

a) Elektrisch geladene Körper 87

Ausgleich der Ladungen - Verteilung der Elektrizität in einem Körper - Influenz - Das elektrische Feld - Die Feldstärke

b) Das elektrische Potential 89

Arbeit - Spannung - Niveauflächen - Faradayscher Käfig

c) Der elektrische Kondensator 90

Kapazität - Ladung ~ Dielektrizitätskonstante - Elektr. Bean- spruchung - Durchschlagfestigkeit - Sicherheitsfaktor - Ladung - Ladungsdichte - Kapazitiver Widerstand - Parallelschaltung - Reihenschaltung

d) Ausführung von Kondensatoren 95

Verwendung der Kondensatoren zur Blindstromkompensation

E. Das magnetische Feld

15. Natürlicher Magnetismus 96

Stabmagnete - Hufeisenmagnete - Magnetnadeln - Polarität - Molekularmagnete -Permanenter Magnetismus-Das magnetische F e l d - F e l d s t ä r k e - K r a f t l i n i e n - D i e Erde als Magnet - Deklination Inklination

F. Das elektromagnetische Feld

16. Elektromagnetismus 100

Magnetisches Feld eines stromdurchflossenen Leiters - Wirkung paralleler Leiter aufeinander - frei bewegliche Spulen - Dynamo- elektrische Instrumente - Stromschleife - Stromspule - Feld- stärke - Durchflutung - Magnetisierungszahl - Magnetischer Kraftfluß - Magnetische Induktion - Permeabilität - Ferromagne- tische, paramagnetische und dianiagnetische Stoffe - Remanenter Magnetismus - Koerzitivkraft - Hystereseschleife - Hysteresis - Magnetisierungslinien - Magnetischer Widerstand - Streuungs- koeffizient - Elektromagnete - Elektr. Relais - Wagnerscher Hammer - Gleichstromwecker - Morseschreiber - Telefon

G. Die elektrische Induktion

17. Die elektrische Induktion und ihre Wirkungen . . 117

Stromloser Leiter im Magnetfeld- Induzierung von Wechselströ- men - Rechte- und Linke-Hand-Regel - Prinzip des Telefons - Größe der induzierten S p a n n u n g - Induktion benachbarter Leiter - Primär- u n d Sekundärspiüe - Übersetzungsverhältnis - Wirbel- ströme - Dynamobleche

H. Die Gleichstrommaschinen

1 8 . A u f b a u d e r G l e i c h s t r o m m a s c h i n e n 1 2 5 a ) D i e G l e i c h r i c h t u n g '. 1 2 5

Das dynamoelektrische Prinzip - Fremderregung - Eigenerregung

10 Inhaltsverzeichnis Seite b ) A u s f ü h r u n g d e r G l e i c h s t r o m m a s c h i n e n . . . 1 2 8

Wicklungen - Kollektor - Kohlebürsten - Widerstandskommutie- rung - Funkenbildung - Neutrale Zone - Bürstenverschiebung - Wendepole - Kompensationswicklung - Mehrpolmaschinen

c ) G l e i c h s t r o m w i c k l u n g e n 1 3 2 Kingwicklung - Trommelwicklung - Wcllenwicklung - Schleifen-

wicklung - kombinierte Wellen- und Schleifenwicklung

1 9 . D i e G l e i c h s t r o m g e n e r a t o r e n 1 3 6 Nebenschlußgeneratoren - Hauptschlußgeneratoren — Doppel-

schlußgeneratoren

2 0 . D i e G l e i c h s t r o m m o t o r e n 1 3 8 Nebenschlußmotoren - Hauptstrommotoren - Doppelschluß-

motoren - Das Anlassen der Motoren

I. Der Wechselstrom

21. Entstehung des Wechselstromes 142

Sinuskurven - Perioden - Frequenz - Umdrehungszahl - Pol- zahl

2 2 . D a r s t e l l u n g d u r c h Z e i g e r 1 4 4 Winkelgeschwindigkeit - Kreisgeschwindigkeit - Kreisfrequenz -

Scheitelwerte - Effektivwerte - Zeitwerte

2 3 . S e l b s t i n d u k t i o n 1 4 7 Entstehung der Selbstinduktion - Extraströme - Schaltvorgänge -

Induzierte Spannung - Einheit der Selbstinduktion - Selbstinduk- tionskoeffizient - Bifilare Wicklungen - Drosselspulen - Induktiver Widerstand - Reihen- und Parallelschaltung von Induktivitäten

24. Der Wechselstromkreis mit Induktivität 151 25. Der Wechselstromkreis mit Kapazität 153

26. Die Phasenverschiebung 156

Induktiver und kapazitiverWechselstromwiderstand - Spannungs- resonanz - Stromresonanz - Zusammenstellung der verschiede- nen Wechselstromwiderstände im einfachen Wechselstromkreis - Blindstrom - Zusammensetzung von Wechselspannungen und Wechselströmen

2 7 . L e i s t u n g s g e s e t z e d e s W e c h s e l s t r o m e s 1 6 3 Leistung des Wechselstromes - Wirkleistung - Blindleistung -

Scheinleistung - Leistungsfaktor - Ortskurven - Oberwellen - Harmonische Analyse - Glättung - Mehrphasensysteme

2 8 . D r e h s t r o m 1 6 8 Dreieckschaltung - Sternschaltung - Nulleiter - Leistung des

Drehstromes - Verkettete Ströme - Verkettete Spannungen

Inhaltsverzeichnis 11

Seite

K. Die Bedeutung des Leistungslaktors für die Wirtschaft- lichkeit der elektrischen Anlagen

29. Der schlechte Leistungsfaktor u n d seine Kompen-

sierung 172

Die Ursachen des schlechten Leistungsfaktors - Die Bedeutung des Leistungsfaktors hei verschiedenen Belastungsverhältnissen. - Erzielung des bestmöglichen Leistungsfaktors - Kompensation der Blindströme - D e r cos <p-Kreis - Faustformeln zur Ermittlung der zur Kompensation erforderlichen Blindleistung - Überkompen- sierung - Einzel-, Gruppen-, Zentralkompensierung-Automatische Steuerung von Kondensatorenbatterien

L. Die Weehselstrommaschinen

30. Generatoren für ein- u n d mehrphasige Wechsel-

ströme 180

Außenpolmaschinen - Innenpolmaschinen - Einphasengenerator - Zweiphasengenerator - Drehstromgenerator - Parallelschaltung - Synchrongeneratoren - Erregermaschinen - Bigenerregung - Fremderregung - Turbogeneratoren - Leistung des Generators

31. Motoren für ein- u n d mehrphasige Wechselströme 186

Wechselstrommotoren - Hauptwicklung - Hilfswicklung.

Drehstrommotoren - Drehfeld - Synchronmotoren - Asynchron- motoren - Schlupf - Kippmoment - Kurzschlußläufer - Kund- stabläufer - Tiefnut- oder Wirbelstromläufer - Doppelnutläufer - Doppelstabläufer - Anlassen des Kurzschlußläufers - Ändern der Drehrichtung - Wicklung.

Schleifringläufer - Rotorwicklung - Bürstenabhebevorrichtung - Läuferstromstärke - Drehzahlregelung

Zweiphasiger Anschluß eines Drehstrommotores

Wechselstromkommutatormotoren - Reihenschlußmotoren für Einphasenstrom - Kompensationswicklung - Wendepolwicklung - Umkehr der Drehrichtung.

Repulsionsmotor: Thomsonmotor - Deri-Motor - Atkinson- Motor - Winter-Eichberg-Motor - Motor von Latour.

Universalmotoren.

Drehstrom-Kollektormotor - Drehstromreihenschlußmotor - Drehstromnebenschlußmotor - Doppelkollektormotor

32. Transformatoren 204

Wirkungsweise - Wirkungsgrad - Kern- und Manteltransformato- ren - Zylinder- und Scheibenwicklung - Übersetzungsverhältnis - Leistung - Leerlaufverluste - Kupferverluste - Kurzschlußspan- nung - Kurzschlußstrom - Parallelschalten - Schaltgruppen - Der Spartransformator

Meßwandler - Güteklassen - Stromwandler - Spannungswandler

33. Umformer 210

Umformeraggregate - Einankerumformer - Kaskadenumformer

34. Stromrichter 210

Gleichrichter - Trockengleichrichter - Kupferoxydulgleichrichter - Selengleichrichter - Glühkathodengleichrichter - Quecksilber- dampfgleichrichter - Wechselrichter - Umrichter

12 Inhaltsverzeichnis

M. Meßkunde Seite 35. Die Ausführung der Meßgeräte 216

Zeiger - Skalen - Luftdämpfung - Öldämpfung - Scheibendämp- fung - Meßgerät - Strompfad - Spannungspfad - äußeres Zubehör

36. Die verschiedenen Meßwerkarten und ihre Be-

deutung 220

Drehspumießwerk - Weicheisenmeßwerk - Elektrodynamische Instrumente - Induktionsgeräte - Vibrationsmeßgeräte - Hitz-

* drahtgeräte - Elektrostatische Geräte

37. Elektrische Zähler 239

Anforderungen an Zähler - Elektrolytische Zähler - Stia-Zähler - Wasserstoffzähler - Wattstundenzähler für Gleichstrom - Aron- scher Pendelzähler - Wechselstromzähler - Drehstromzähler

N. Künstliche Beleuchtung

38. Lichttechnische Größen 250

Elektromagnetische Schwingungsbereiche - Fortpflanzungsge- schwindigkeit des Lichtes und der elektromagnetischen Wellen - Wellenlänge - Lichtstrom - Lichtmenge - Beleuchtungsstärke - Leuchtdichte - Lichtstärke - Lichtverteilungskurven - Lichtaus- beute - Kaumwinkel

3 9 . B e r e c h n u n g d e r I n n e n b e l e u c h t u n g n a c h d e r W i r -

k u n g s g r a d - o d e r L i c h t s t r o m m e t h o d e 2 5 4 Wirkungsgrade - Mittlere Beleuchtungsstärken - Faustformel für

durchschnittliche Beleuchtung

4 0 . L i c h t q u e l l e n 2 5 7 Glühlampen - Verluste der Glühlampen - Lebensdauer der Glüh-

lampen - Quecksilberdampflampen - Natriumdampflampen - Neonröhren - Leuchtstofflampen für Niederspannung und Hoch- spannung - Glimmlampen - Quarzlampen - Bogenlampen Lichtausbeute - Zusammenstellung von Stromverbrauch und Lichtausbeute der verschiedenen Lichtquellen

0. Leitungsnereeünung

4 1 . A l l g e m e i n e G e s i c h t s p u n k t e . . .• 2 6 7 Mechanische Festigkeit - Feuersicherheit - Spannungsverluste -

Art der Verlegung - Querschnittstabellen - Zweckmäßigkeit - Wirtschaftlichkeit - die günstigsten Leistungsverluste für Licht- und Kraftanlagen

42. Gleichstromverluste 271

Wahrnehmbarkeit der Spannungsschwankungen mit dem Auge

43. Berechnung der Gleichstromleitungen 272

Spannungsverlust - Stromwärmeverlust - Einfache Leitung - Strommomente Belastungsschwerpunkt - Berechnung von Drei- leiternetzen - Querschnitt des Nulleiters - Berechnung von lling- leitungen - Graphische Ermittlungsmethode

Umrechnung der errechneten prozentualen Verluste

Inhaltsverzeichnis 13

Seite

44. W e c h s e l s t r o m v e r l u s t e 278 Spannungsverluste -• Leistungsverluste - Die Bedeutung des

Leistungsfaktors

45. B e r e c h n u n g v o n W e c h s e l s t r o m - u n d D r e h s t r o m -

l e i t u n g e n 279 Induktionsfreie Belastung - Induktive Belastung - Leistungsver-

lust - Stromstärke - Induktiver "Widerstand von Freileitungen

46. S t r o m d u r c h g a n g d u r c h d e n m e n s c h l i c h e n K ö r p e r 284 Erdungswiders tand

47. B e s o n d e r e S c h u t z m a ß n a h m e n 285 Isolierung- Kleinspanspannung- Erdung und Erder - Kullung -

Schutzleiter - Schutzschaltung - VDE-Bestimmungen Q. Anhang

D i e w i c h t i g s t e n F o r m e l z e i c h e n u n d M a ß e i n h e i t e n . . . 297 F l u c h t l i n i e n t a f e l n für d a s O h m s c h e u n d J o u l s c h e G e s e t z

z u r B e s t i m m u n g v o n U , I , R o d e r N 300 F l u c h t l i n i e n t a f e l z u r B e s t i m m u n g d e s G e s a m t w i d e r s t a n -

d e s u n d d e r G e s a m t k a p a z i t ä t v o n zwei W i d e r s t ä n d e n

o d e r zwei K o n d e n s a t o r e n 302

• F l u c h t l i n i e n t a f e l z u r B e s t i m m u n g d e r U m f a n g s g e s c h w i n - d i g k e i t u n d B e s t i m m u n g d e r S c h e i b e n d u r c h m e s s e r . 304

T a f e l n für S p a n n u n g s - u n d L e i s t u n g s v e r l u s t e 306 . a) K u p f e r l e i t u n g e n

b ) A l u m i n i u m l e i t u n g e n

Z u s a m m e n s t e l l u n g d e r G r u n d r e g e l n u n d G r u n d g e s e t z e

z u r B e u r t e i l u n g d e r m a g n e t i s c h e n V o r g ä n g e i n e l e k -

t r i s c h e n M a s c h i n e n