Klausur Grundlagen der Elektrotechnik (Musterlösung)

(1)

Klausur

Grundlagen der Elektrotechnik (Musterlösung)

Lösung 1:

1. Berechnung der Ersatzspannungsquelle und des Ersatzwiderstandes

1 2

3

3 4, ( |

4 | )

R G R R R R

R

R R R

= +

=

= + +

W

(½P)

3 5V

AB q

G

U U R

R U

= =

=

Folge Fehler berücksichtigen (½P)

1 2

||

4,58A

k R R

R R

R R U I U

+

=

(½P)

1, 09

q k

R i U

= I

= W

Folge Fehler berücksichtigen (½P)

Alternative:

1 || 2 || 3 1, 09

i R R R

R = = W Formel und Ergebnis richtig (1P)

2. Berechnung des Laststromes

1, 62A

q L L

i

U

R R

I = +

=

keine halben Punkte (Folgefehler berücks.) (1P)

3. Berechnung der Gesamtleistung

2 27, 5 W

G

P U

= R = keine halben Punkte (Folgefehler berücks.) (1P)

(2)

Lösung 2:

1. Berechnung des Gesamtwiderstandes R G und des Stromes I

( 1 3 4 )

1 3 4

1 2 3 4

2 5

2

5 ) || ( (

(

)

)( )

5 G R R R R

R R R

R R R R

R R

R

= + + +

+ +

= +

+ +

=

+ W

Formel & Ergebnis richtig (1P)

G 15 V R

U = × I = Formel & Ergebnis richtig (1P)

2. Berechnung der Spannung U AB

4 3 0

U AB + U - U = (½P)

1 3 2 4

3 1 3

( ) || ( )

R R R R 2 A

I R I

R

+ +

= =

+ (½P)

3 3 I R 3 2 V

U = = Folge Fehler berücksichtigen (½P)

1 3 2 4

4 2 4

( ) || ( )

R R R R 1 A

I R I

R

+ +

= =

+ (½P)

4 4 I R 4 2 V

U = = Folge Fehler berücksichtigen (½P)

3 4 0 V

U AB = U - U = Folge Fehler berücksichtigen (½P)

(3)

(4)

Lösung 3:

1. Berechnung des magnetischen Flusses

2 5 0 6 µ Vs A B b

F = B × = × = (1P)

2. Bestimmung der Feldstärke des Kernmaterials

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

0,2 0,4 0,6 0,8 1

×10

³

/ A·m

^{- 1}

B / T

500 A/m AP1

(1P)

½P für Zeichnen des AP1, ½P für Ablesen der Feldstärke 3. Berechnung des Stromes I

Luft Luft Kern Kern

I H l H l

N × = + Formel richtig (1P)

2 0, 4 mm

2 4 2 24 cm

Luft Kern

l d

l a b c

= =

= + + = Formel richtig jeweils ½P (Wert optional) (1P)

( )

0 A 120 A 300 4

1,89A 45,5

Luft Kern abgelesen Kern

B l H l

I N

m ^× ⁺ ^×

+

=

= Einsetzen und richtiges Ergebnis (1P)

Fehler beim Einsetzen und Ausrechnen einmalig ½P abziehen.

(5)

1. Berechnung der Ankerspannung

2 43,98 Vs

2 ^A _A

M k k M

I I

f f p

p ⁼

= Û = (1P)

659, 73 V

U i = k f × = n (½P)

691, 7 V 3

A R I v A R I A A U i

U = + + = Folgefehler berücksichtigen (½P)

2. Berechnung des Bemessungsankerstromes 3,3kW

ab P mech M

P = = w = (½P)

2 ( )

162, 5W 3, 46kW

zu mech v

mech A v A

mech

P P P

P I R R

P

= +

= + +

= +

=

Folgefehler berücksichtigen (1P)

½P für Berechnung von P v, ½P für die Berechnung von P zu

95,38%

ab zu

P

h = P = Folgefehler berücksichtigen (½P)

3. Berechnung des Bemessungsankerstromes

,

, ^{mech N} 4 kW

el N

N

P P

= h = _(½P)

, , , 600 W

v N P el N P mech N

P = - = (½P)

2 2 2

, ^v ^f ^f 18,1 A

v f f A A A N

A

P R I R I R I

P I

Û - R

= + = = _(1P)

(6)

Lösung 5:

1) mS j mS

H j S

j L R L j

Y R 40 80

) ( 25 , 0 ) / 1 ( 50

1 25

1 1

1 = -

+ ×

= W -

= +

= w w

mS mS

mS

Y = ( 40 ) ² + ( 80 ) ² = 89 , 44

(1P)

° -

 =



 



 -

 =



 



=  63 , 43

40 arctan 80 Re

arctan Im

mS

j mS (1P)

°

= 89 , 44 mS . e - ^j ⁶³ ^, ⁴³

Y

Y Z 1

= � Z = 11 , 18 W . e ^j ⁶³ ^, ⁴³ ^°

2)

°

W =

=

= ⁰

0 25 2 .

50 ^j _j

R V e Ae

R

I U (1P)

° -

°

× =

= ×

= ₉₀ ⁹⁰

0 ) 4 ( 25 , 0 ) / 1 ( 50

.

50 j

j j

L Ae

e H S

e V L

j I U

w ^(1P)

-

°

° +

= +

= I R I L 2 Ae ^j ⁰ 4 Ae ^j ⁹⁰ I

A j A I = 2 - 4

-

°

= 4 , 47 Ae ^j ⁶³ ^, ⁴³

I (1P)

3)

(2P)

Re Im

-Im

I ^L I

U

I ^R

(7)

1)

Knotengleichung: k1: I ₁ = I ₂ (1P)

Maschengleichungen: m1: U _e - I ₁ × Z ₁ = 0 (1P)

m2: U _e - U _a - I ₁ × Z ₁ - I ₂ × Z ₂ = 0 (1P)

2)

1 2

Z Z e U

a

U = - (1P)

2 2

1 2

1 



 

 + 

= R C

R e

U a U

w

(1P)

3)

P1: =

w =0

e U

a U

( ) ⁰

1 1 10

50 2 =

¥ + W ×

W (1P)

P2: =

¥ w =

e U

a U

( ) 0 ⁵ 1

1 10

50 2 =

+ W ×

W (1P)

P3: =

=

_g

e U

a U

w

w + ( ) ⁼ ^× ⁼

W × W

2 5 1 1 1

1 10

50 2 3,53

(8)

Lösung 7:

1) 2

10 3

4 10

3 ,

,

, =

×

= -

= - _-

A V V I

U R U

AB D

AB DS B AB

D k W (1P)

2) 2 , 499 2 , 5

10 25

10 3 01 2

, 2 2

2 3

3 ,

, = @

×

× + ×

× = +

= _- _-

-

V A

A S

U I

U _GS _AB _th ^D ^AB V (1P)

3) µA

V I

R U ^GS ^AB 5

5 , 2

1 ,

2 = = =500 k W (1P)

B AB

GS U

R R

U R ×

= +

2 1

2 , � � ( ) 1500

, , 2

1 - =

=

AB GS

AB GS B

U U U

R R K W (1P)

3)

mA

K V R

I U

D B

D

_UDS

5 2 10

) 0

(

=

= W

=

®

U _DS ₍ _ID ₀ ₎ = U _B = 10 V

=

®

(2P)

(9)

1. c 3 V

2. c U

I

3. a 3

4. b Der Widerstand wird negativ gezählt.

5. a 3 µF 6. c Nach unten

7. b Die elektrische Feldstärke beschreibt die Kraftwirkung auf eine ruhende Ladung.

8. c Von der elektrischen Spannung über der Spule 9. a

M

10. b Ummagnetisierungsverluste im Stator

11. b MOSFET

12. b Silizium

13. a Der Ausgangswiderstand des realen OPV beträgt R a > 0, des idealen OPV jedoch R a = 0.