1 Elektromagnet
Die Wicklung eines Elektromagneten erwärmt sich nach langer Betriebsdauer von 20°C auf 62°C. Die Widerstandszunahme der Kupferwicklung beträgt dabei 4,3 (Cu 0,004C1).
Wie gross ist der Kaltwiderstand (R20)?
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2 Kupferdraht
Der spezifische Widerstand eines Kupferdrahtes beträgt in warmen Zustand m
mm / 0212
,
0 2
( 0,0175mm2/m).
Welche Temperatur hat der Leiter (Cu 0,0039C1)?
C ,2 74
NIN-Rahmenbedingungen
3 Kupferspule an DC
Durch eine Kupferspule fliesst bei Anschluss an 24 V und bei 60 °C Betriebstemperatur ein Strom von 0,5 A.
Wie lang ist der Kupferdraht bei Umgebungstemperatur (20 °C), wenn sein Querschnitt A = 0,1 mm2 beträgt?
m 3 , 233
m mm / 0178
,
0 2
20
0039 1
,
0
C
Cu
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4
RE 1.231
Transformatorenspule
Eine Kupferne Transformatorenspule hat bei 20°C 18 Widerstand. Sie wird auf 85C erwärmt (Cu 0,004C1). Berechnen Sie:
a) die Widerstandszunahme, b) den Warmwiderstand!
68 , 4
68 , 22
Niederspannungstrafo
Mittelspannungstrafo
Hochspannungstrafo
Buchholzschutz Das Buchholz-Relais, auch Buchholzschutz genannt, ist eine
elektrische Schutzeinrichtung in ölisolierten Leistungstransformatoren.
Sie wurde 1921 von dem Ingenieur Max Buchholz entwickelt. Das Buchholz-Relais zeigt Fehler wie Kurzschlüsse, Windungsschlüsse
oder auch Mangel an Transformatorenöl an. Bei kleinen
Fehlern wird dieser Zustand nur gemeldet, die sogenannte Buchholzwarnung, und bei großen
Fehlern wie zum Beispiel Kurzschlüssen wird der Transformator
automatisch abgeschaltet, damit er nicht zerstört wird.
5
RE 1.232
Konstantanwiderstand
Wieviel Ohm Widerstand besitzt ein Konstantanwiderstand bei 3C Temperatur, wenn bei 20C 0,0184 festgelegt wurden (
0001 1
,
0
C
)?
m 369 , 18
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6
RE 1.233
Kohlebürsten
Der Widerstand einer Kohlebürste ist bei 20C 6,1m. Wie gross ist der Widerstand bei 56C ( 0,0018C1)?
m 70472 ,
5
Kohlebürsten
Die Kohlebürste (oder kurz Bürste, auch Schleifkohle, Motorkohle) ist ein Gleitkontakt in Motoren und Generatoren und stellt den elektrischen Kontakt zum Kollektor oder zu den Schleifringen des rotierenden Teiles der Maschine (Rotor oder Läufer) her.
Aufgabe
Zeichnen Sie die magnetischen Pole des Sators so ein, dass sich der Rotor wie
angegeben dreht.
7
RE 1.234
Kupferkabel
Die kupferne Ader eines PUR-Kabels mit 95mm2 Querschnitt hat bei 55C Temperatur 0,163 Widerstand.
a) Bestimmen Sie den Aderwiderstand für eine Temperatur von
C
20 (Cu 0,0175mm2/m, Cu 0,004C1)?
b) Wie gross ist der maximale zulässige Kurzschlussstrom im vorhandenen Kabel?
14298 ,
0
Zulässige Leitertemperaturen im Normalbetrieb (NIN 5.2.3.1.1.4)
Kurz-
Form Kabeltyp
] [C
PUR Polyurethan 70
PVC Polyvinylchlorid 70
VPE vernetztes
Polyethylen 90
EPR Ethylen-Propylen-
Kautschuk 90
Zulässige Leitertemperaturen im Kurzschlussfall (NIN Tabelle 5.2.1.2.3.4)
Kurz-
Form Kabeltyp
] [C
PUR Polyurethan 150
PVC Polyvinylchlorid 160
VPE vernetztes
Polyethylen 250
EPR Ethylen-Propylen-
Kautschuk 250
Kenngrössen der Kurzschluss- Schutzeinrichtungen
(NIN 4.3.4.3.2)
Die Zeit bis zum Ausschalten des durch einen Kurzschluss in einem beliebigen Punkt des Stromkreises hervorgerufenen Stroms darf nicht
länger sein als die Zeit, in der dieser Strom die Leiter auf die höchstzulässige Grenztemperatur
erwärmt.
Bei Kurzschlüssen, die 0 5 s anstehen, kann die Zeit, in der ein Kurzschlussstrom die Leiter von
der höchstzulässigen Temperatur im Normalbetrieb bis zur Grenztemperatur erwärmt,
in erster Näherung durch die nachstehende Formel errechnet werden:
2
IK
A t k
k-Faktoren
115 Für PVC-isolierte Leiter aus Kupfer 135 Für Leiter aus Kupfer mit Isolierung aus Naturkautschuk, Butylkautschuk, vernetztem Polyäthylen und Äthylen- Propylen
74 Für PVC-isolierte Leiter aus Aluminium 87 Für Leiter aus Aluminium mit
Isolierung aus Naturkautschuk, Butylkautschuk, vernetztem Polyäthylen und Äthylen-Propylen 115 Für Weichlötverbindungen in Leitern
aus Kupfer entsprechend einer Temperatur von 160 °C
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8
RE 1.235
Kupferkabel
Die Statorwicklung (Cu) eines Generators hat bei 20C 7,64m, im warmen Zustand 9,847m Widerstand (
m
Cu 0,0175mm2/
, Cu 0,004C1).
a) Wie gross ist die Temperaturzunahme?
b) Welche Temperatur hat die Wicklung?
C 22 , 72
C 22 , 92
Turbogenerator in einem Kernkraftwerk
1000 MW
9
RE 1.236
Sammelschiene
Eine Sammelschiene aus Cu hat bei 20C 0,442m Widerstand (20 0,0175mm2/m, 0,004C1).
Wie gross ist dieser bei 18C?
m 3748 , 0
Sammelschiene Unterverteilung
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RE 1.237
Aluminium-Leitung
Eine Al-Leitung (20 0,024mm2 /m, 0,004C1) hat bei
C
10 Temperatur 0,23 Widerstand.
Wie gross ist dieser bei 20C ?
2614 , 0
Kupfer oder Aluminium?
Kupfer
In der Leitfähigkeit hält Kupfer von allen leitfähigen Stoffen – außer Supraleitern – die Silbermedaille.
Aluminium ist zwar recht duktil, aber nicht so duktil wie Kupfer.
Aluminium
Aluminium ist ein Leichtmetall mit nur etwa 35% der Dichte von Kupfer, und darüber hinaus liegt der Tages-Preis
je nach Gewicht auch noch geringfügig bis erheblich unter dem
für Kupfer.
Aluminium kommt bei gegossenen Läuferkäfige von Asynchron-Motoren
zum Einsatz.
Aluminium überzieht sich an der Luft sehr schnell mit einer harten, widerstandsfähigen Oxidschicht, die nicht elektrisch leitet und daher das
Kontaktieren erschwert.
Aluminium neigt zum Langzeitfließen.
Der Werkstoff gibt bei starkem Druck mit der Zeit nach. So können zunächst feste Anschlüsse sich
allmählich lockern.
Beim Einsatz von Aluminiumwicklungen bei elektrischen Maschinen würde
Volumen, Gewicht und Materialeinsatz der gesamten Maschine steigen lassen – und
hiermit auch der Preis.
Für Niederspannungs- Hochstromkabel kommt Aluminium zum Einsatz, je nach Philosophie des
Anwenders.
Al-Sektor-Kabel
Duktilität Duktilität ist aus dem Lateinischen von ducere (ziehen, führen, leiten) abgeleitet und ist die Eigenschaft
eines Werkstoffs, sich unter Belastung plastisch zu verformen,
bevor er versagt.
11
RE 1.238
Heizelement
Ein Heizelement hat bei 20C 40,2, bei 950C 48,4 Widerstand.
Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten des Materials!
0002193 1
,
0 C
Heizelement Ein Heizelement ist ein technisches Bauteil, mit dem einem Stoff (wie z.
B. einem Gas oder einer Flüssigkeit) Wärmeenergie zugeführt werden
kann.
Heizelement aus Warmwasserboiler
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RE 1.239
Spulenwiderstand
Der ohmsche Widerstand einer Spule (Cu) ist bei 20C 17 , nach der Erwärmung 20,6.
Welche Temperatur weist die warme Spule auf?
C 94 , 72
Kupferspule
m mm / 0175
,
0 2
20
004 1
,
0
C
13
RE 1.240
Widerstand Glühofen
Der Nickelin-Heizleiter eines Glühofens soll bei 1100C einen Widerstand von 48 besitzen.
Wie gross ist der Widerstand bei 20C ( 0,00022C1)?
78 , 38
Glühofen
Glühofen für Keramik, Glas und Quarz, P=125kW
Herstellen von Keramikteilen Quartschutzrohre für
Heizelemente
Die besonderen Vorzüge von Infrarot und Quarz-Strahlern liegen im schnellen und berührungslosen
Wärmeaustausch mit dem zu beheizenden Gut.
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RE 1.241
Temperaturanstieg Kupferdraht
Um wieviele Grade steigt die Temperatur eines Cu-Drahtes an, wenn sein Widerstand 10% grösser geworden ist (20 0,0175mm2/m , 0,004C1)?
C 25
15
RE 1.242
Temperatur Kupferdraht
Welche Temperatur hat ein Kupferdraht, wenn sein spezifischer Widerstand 0,02mm2/m ist (20 0,0175mm2/m,
004 1
,
0
C
)?
C 71 , 55
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RE 1.243
Temperatur Wolframwendel
Eine Glühlampe von 100W Leistung hat kalt (20C ) 42 Widerstand. An 230V nimmt sie 430mA auf.
Berechnen Sie die Betriebstemperatur des Wolframwendels ( 0051 1
,
0
C
W )!
C 2321
Weitere Einsatzgebiete von Wolfram
Halogenlampe
Wolfram-Karbid-Steinbohrer
Daerts mit 80% Wofram
Vollständige Temperaturformel
17
RE 1.244
Temperaturkoeffizient
Ein Element hat bei 20C 58,3 Widerstand. Nach dem
Erwärmen auf 160C ist der Widerstand 95. Berechnen Sie den Temperaturkoeffizienten!
0047 1
,
0 C
(wikipedia, 21.02.2012
Temperaturkoeffizient en)
Werkstoff
Temperatur- koeffizient
[K-1]
Aluminium 0,004
Kupfer 0,0039
Wolfram 0,0048
Nickelin 0,00015
Manganin 0,00004
Konstantan 0,00001
Kohleschicht 0,00045
Eisen 0,00657
Zinn 0,0045
Blei 0,00422
Blei 0,0042
Gold 0,00398
Silber 0,0038
Messing 0,0015
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18
RE 1.245
Elektrolytbad
Der Widerstand eines Elektrolytbades ( 0,0026C1) ist bei
C
20 4,9, nach Erwärmung 4,1. Welche Temperatur hat der Elektrolyt erreicht?
Prozess der Elektrolyse
Elektrolyt: Sammelbezeichnung für ionenleitende Medien, deren elektrische Leitfähigkeit durch Dissoziation der Ionen zustande kommt. Der Strom kann jedoch nur fließen, wenn sich die Ionen bewegen können, die elektrische Leitung erfolgt daher stets in Schmelzen oder Lösungen von Elektrolyten.
Man unterscheidet starke (bei der Auflösung im Lösungsmittel fast vollständig in Ionen gespalten:
viele Salze, starke Säuren, starke Basen) und schwache Elektrolyten (sind im Lösungsmittel nur schwach dissoziiert: organische Säuren und Basen). Die Stärke eines Elektrolyten hängt jedoch nicht nur von der Verbindung selbst, sondern auch vom Lösungsmittel ab.
Der Prozess der Elektrolyse läuft nicht freiwillig ab. Um die Reaktion zu erzwingen wird Gleichspannung angelegt, und die dissoziierten Ionen wandern zu den Elektroden: die Kationen zur Kathode (minus-Pol) und die Anionen zur
C 79 , 82
19
AE 2.6 1
Schützenspule
Der Wicklungswiderstand einer Schützenspule beträgt bei 20C
620 . Nach längerem Betrieb beträgt die Wicklungstemperatur
C 46 .
(20 0,0175mm2/m, 0,0039C1) a) Berechnen Sie die Temperaturänderung, b) Wie gross ist die Widerstandsänderung?
c) Welchen Warmwiderstand hat die Schützenspule?
Schütz
Schalter, der durch die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes
geschaltet wird.
Schützenspule
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20
AE 2.6 2
Transformator
Die Sekundärwicklung (Ausganswicklung) eines Transformators hat bei 20C einen Widerstand von 4 . Nach längerem Betrieb wird der Widerstand zu 5,2 bestimmt. Die höchstzulässige
Dauertemperatur von 105C darf nicht überschritten werden. Erfüllt die Wicklung die genannte Betimmung (20 0,0175mm2/m,
0039 1
,
0
C
)?
Spannungsweiche Transformatoren
Diese Trafos sind in der Regel kurzschlussfest und werden für Elektroschweißgeräte, Klingelanlagen oder auch Zündtrafos für Hochdrucklampen verwendet.
Transformatoren mit hoher Kurzschlussspannung heißen spannungsweich.
Ein Spannungsweicher Transformator erreicht seine Nennspannung nur bis 80% Belastung. Im Leerlauf kann die Spannung leicht 50%
höher sein.
Die prozentuale Kurzschluspannung uK errechnet sich wie folgt:
% 100
1
N K K
U u U
Trafotypen UK
[V] U1N
[V] uK
[%] I2N
[A] I1A
[A] I1KD
[A]
Experimenttrafo 100 220 45 2,5 3 6,6
Klingeltrafo 150 220 68 0,8 0,059 1,2
Netztrafo 30 220 14 4,3 0,85 32
Spannungssteife bzw. spannungsharte Transformatoren
Trafos zu Schutzzwecken müssen getrennte Wicklungen haben. Sie können als Trenntrafos (ü = 1:1) oder Kleinspannungstrafos (U2 = 48V; 36V; 24V; 12V; 9V) verwendet werden. Auch Netztrafos für Erzeugung von Gleichspannungen sind spannungssteif, müssen aber nicht im selben Maße isoliert ausgeführt sein.
Transformatoren
Ein Transformator (von lateinisch transformare‚ umformen, umwandeln;
auch Umspanner, kurz Trafo) ist ein Bauelement oder eine Anlage der
Elektrotechnik.
Spannungs hart oder weich ist das verhalten des Transformators bei
Laständerungen.
Man kann Trafos so bauen, dass sie ihre Spannung so lange wie möglich halten (=spannungssteif), oder auch so, dass sie bei großen Strömen die Spannung herunterfahren und damit
zu große Ströme verhindern (=spannungsweich).
Einphasentrafo
Dreiphasentrafo Ein
Dreiphasenwechselstromtransformato r oder Drehstromtransformator fasst
die zur Transformation in einem Drehstromsystem notwendigen drei einzelnen Transformatoren zu einem einzigen zusammen (Schaltgruppe).
Spartrafo
Ein Teil der Wicklung wird sowohl von der Ein- als auch von der Ausgangswicklung gemeinsam
genutzt.
Dadurch werden Wickelkupfer und Kerneisen eingespart. Beim Spartransformator ist keine galvanische Trennung gegeben. Aus
diesem Grund darf er nicht als Sicherheitstransformator verwendet
werden.
20
AE 2.6 3
Vorwiderstand
Ein Vorwiderstand ( 0,004C1) hat bei einer Temperatur von
C 9 ,
82 einen Widerstand von 392,7. Bei Raumtemperatur
C
20 beträgt der Widerstand 390.
Aus welchem Material ist der Widerstand gewickelt?
Vorwiderstand
In der Elektronik kommt es häufig vor, dass man mit einer festen Betriebsspannung an Schaltungen arbeitet. Zum Beispiel mit 5 oder 12 V. Allerdings sind viele Bauteile für
diese Spannung nicht geeignet. Ein klassisches Beispiel sind Leuchtdioden (LED). Sie arbeiten im Regelfall und je nach
Typ mit 1,6 bis 2,5 V. Das ist deutlich weniger als 12 V. Eine Leuchtdiode ohne Vorwiderstand an 12 V wird zerstört. Aus diesem Grund ist man gezwungen mit Widerständen Spannungen und Ströme
einzustellen.
Der Transistor ist wohl das wichtigste und vielfältigste Bauelement in der Elektronik überhaupt. Nahezu kein elektronisches Gerät würde heutzutage ohne dieses Bauteil funktionieren. Ob nun als Einzelelement, wie er hier verwendet wird, oder zu Millionen,
wie er in Computern und anderen elektronischen Schaltkreisen zu finden ist.
Die Möglichkeiten des Transistors sind so vielfältig, dass es gar nicht möglich ist, sämtliche Anwendungen hier aufzuführen.
Transistor als Schalter
Transistor als Verstärker
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AE 2.6 4
Elektromotor
Zur Ermittlung der mittleren Betriebstemperatur eines Elektromotors wird der Wicklungswiderstand vor der Inbetriebnahme mit 41,2 und unmittelbar nach dem Abschalten des Motors mit 49,1 ermittelt. Die Umgebungstemperatur des Motors beträgt 20C (
004 1
,
0
C
).
Bestimmen Sie die mittlere Betriebstemperatur der Wicklung.
Fest- Veränderbare Widerstände
Widerstände
Potentiometer Trimmwiderstand Einstellbarer Widerstand
Kohleschicht Metallschicht
Veränderliche Widerstände
NTC PTC VDR LDR
+
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 812,6 . Die Wicklungstemperatur wurde zu 55C ermittelt ( 0,004C1).
Wie gross ist der Wicklungswiderstand bei 20C ’
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
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AE 2.6 6
Glühlampe
Eine 60W -Glühlampe mit Wolframwendel ( 0,0041C1) hat bei 20C einen Widerstand von 66 . Bei Anschluss an 230V fliesst ein Strom von 265mA.
a) Berechnen Sie die mittlere Temperatur des Glühlwendels im Betriebszustand.
b) 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 ( 0,004C1)? Die Ausgangstemperatur beträgt
C 20 !
C 270
(wikipedia, 21.02.2012
Temperaturkoeffizient en)
Werkstoff Temperatur- koeffizient
[K-1]
Aluminium 0,004
Kupfer 0,0039
Wolfram 0,0048
Nickelin 0,00015
Manganin 0,00004
Konstantan 0,00001
Kohleschicht 0,00045
Eisen 0,00657
Zinn 0,0045
Blei 0,00422
Blei 0,0042
Gold 0,00398
Silber 0,0038
Messing 0,0015
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AE 2.6 8
Kohleschichtwiderstand
In einer Versuchsschaltung wird ein Kohleschichtwiderstand (rot- violett-rot-silber) mit seiner Nennleistung 2W belastet. Nach dem Versuch hat sich der Widerstandswert um 60 verringert.
Bestimmen Sie die Temperatur der Kohleschicht!
Kohleschicht- Widerstände haben 4 Farbringe
M
11 5%
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% -
(wikipedia, 21.02.2012 Temperaturkoeffizienten) Werkstoff Temperatur-
koeffizient
[K-1]
Aluminium 0,004
Kupfer 0,0039
Wolfram 0,0048
Nickelin 0,00015
Manganin 0,00004
Konstantan 0,00001
Kohleschicht 0,00045
Eisen 0,00657
Zinn 0,0045
Blei 0,00422
26
AE 2.6 10
Kupferleitung
Die höchstzulässige Betriebstemperatur für Kupferleitungen mit PVC- Isolierung beträgt 70C .
Wie gross ist bei dieser Temperatur der Widerstand einer 28m langen Leitung 3x2,5mm2 ?
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.
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AE 2.6 11
Heizgerät
Ein elektrisches Heizgerät hat bei 20C einen Widerstand von
2 ,
24 . Eingeschaltet nimmt das Gerät an 230V einen Strom von A
7 ,
8 auf. Das Material (Ni Cr 30 20) hat bis 400C einen mittleren Temperaturkoeffizienten 14105K1.
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.
00014 1
,
0
C
CN
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.
00001 1
,
0
C
K
Manganin
Manganin ist eine andere Legierung mit ähnlich geringem oder noch geringerem Temperaturkoeffizienten
wie Konstantan.
86% Kupfer 12% Mangan
2% Nickel
00004 1
,
0
C
M
28
AE 2.6 12
Elektronische Schaltung
Eine elektronische Schaltung in einem Fahrzeug soll in einem Temperaturbereich von 40C bis 120C funktionieren (
00045 1
,
0
C
).
a) Welche Widerstandswerte hat ein Kohleschichtwiderstand von
% 10 8
,
1 k in diesem Intervall?
b) 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
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AE 2.6 13
Widerstandsänderung Kupferleiter
Um wie viel Prozent nimmt der Widerstand eines Kupferleiters zu, wenn er durch den Stromfluss von 20C auf 70C erwärmt wird (
004 1
,
0
C
)?
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 20C auf 70C erwärmt wird (
20 0,00385C1
)?
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.
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AE 2.6 14
Kohleschichtwiderstand
Die maximale Betriebstemperatur für Kohleschichtwiderstände beträgt 125C .
a) Wie gross ist dann die absolute und relative bzw. prozentuale Änderung eines Widerstandes (rot-schwarz-braun-gold), bezogen auf die Umgebungstemperatur von 20C ( 0,0005C1)?
b) Liegt die Änderung noch in der angegebenen Toleranz?
Kohleschicht- Widerstände haben 4 Farbringe
200 5%
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
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AE 2.6 15
Elektrische Leitfähigkeit
Wie gross ist die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer, wenn die Leitertemperatur von 20C auf 50C ansteigt ( 0,004C1)?
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AE 2.6 16
Widerstandsthermometer
Ein Widerstandsthermometer aus Platin (Pt100) hat bei 0C einen Widerstand von 100 und bei 100C einen Widerstand von
5 ,
138 (Grundwertreihe für Widerstandsthermometer nach DIN 43760).
a) Berechnen Sie den mittleren
Temperaturkoeffizienten
für diesen Temperaturbereich.
b) Bei welcher Temperatur hat der RTD einen Wert von 130?
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.
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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).
1 , 0 0 1 , 0 5 1 , 1 0 1 , 1 5 1 , 2 0 1 , 2 5 1 , 3 0 1 , 3 5 1 , 4 0 1 , 4 5
[ m m / m ] 2
3 0 0 2 0 0
[ ° C ]
4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0
Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten für den Bereich von 20C bis 400C !
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.
00014 1
,
0
C
m mm / 04
,
1 2
Aufbau Heizleiter
(1)
Patronenmantel:Hitzebeständige r 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
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![: [0, 1] → C seien geschlossene Wege und a ∈ C ein Punkt, so dass](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)