Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik

Inhaltsverzeichnis

1 Grundbegriffe

1.1 Elektrische Ladung

1.1.1 Mit Bernstein fing alles an

1.1.2 Ausgleich und Trennung von Ladungen

1.1.3 Leiter und Nichtleiter

1.1.4 Elektrische Spannung

1.2 Elektrischer Strom

1.2.1 Stromstärke

1.2.2 Stromkreis

1.2.3 Richtungssinn und Bezugssinn

1.3 Leistung und Energie

1.3.1 Erzeuger und Verbraucher

1.3.2 Der Begriff Eintor

1.3.3 Wirkungsgrad

1.3.4 Elektrowärme

1.4 Elektrischer Widerstand

1.4.1 Der Begriff Widerstand

1.4.2 Das Ohmsche Gesetz

1.4.3 Linearer Leiter

1.4.4 Widerstand von Isolierstoffen

1.4.5 Nichtlinearer Widerstand

1.4.6 Temperaturabhängigkeit

1.4.7 Supraleitung

1.5 Quellen

1.5.1 Leerlauf und Kurzschluss

1.5.2 Ideale Quellen

1.5.3 Lineare Quellen

2 Gleichstrom-Schaltungen

2.1 Bestimmung des Arbeitspunktes

2.2 Knotensatz

2.2.1 Der Begriff Knoten

2.2.2 Knotengleichung

2.2.3 Parallelschaltung von Widerständen

2.3 Maschensatz

2.3.1 Maschengleichung

2.3.2 Potenzial

2.3.3 Reihenschaltung von Widerständen

2.4 Ersatzschaltungen

2.4.1 Ersatzwiderstand

2.4.2 Ersatzquelle

2.5 Überlagerungssatz

2.6 Knotenpotenzialverfahren

3 Zeitabhängige Größen

3.1 Periodische Größen

3.1.1 Periodendauer und Frequenz

3.1.2 Gleichwert und Gleichrichtwert

3.1.3 Wirkleistung und Effektivwert

3.2 Sinusgrößen

3.2.1 Kreisfrequenz und Phasenwinkel

3.2.2 Kenngrößen

3.2.3 Zeigerdarstellung

3.2.4 Komplexe Symbole

4 Elektrisches Feld

4.1 Feldlinien und Äquipotenzialflächen

4.2 Kondensatoren

4.3 Flussdichte und Feldstärke

4.4 Energie des geladenen Kondensators

4.5 Kondensator an Sinusspannung

4.6 Polarisationsverluste

4.7 Schaltvorgang in einer Schaltung mit einem Kondensator

5 Magnetisches Feld

5.1 Feldlinien von Magneten

5.2 Magnetische Flussdichte

5.3 Durchflutungsgesetz

5.4 Spulen

5.5 Materie im Magnetfeld

5.6 Magnetische Werkstoffe

5.7 Magnetische Kreise

5.8 Induktion

5.8.1 Induktionsgesetz

5.8.2 Induktion bei Drehbewegung

5.8.3 Induktion bei ruhender Spule

5.9 Energie des magnetischen Feldes

5.9.1 Energie einer Spule

5.9.2 Ein- und Ausschalten einer Spule

5.10 Verluste im magnetischen Feld

5.10.1 Wirbelstromverluste

5.10.2 Hystereseverluste

5.10.3 Eisenverluste

5.11 Kräfte im Magnetfeld

5.11.1 Zugkraft eines Magneten

5.11.2 Elektromagnete

5.11.3 Lorentz-Kraft und Hall-Effekt

6 Wechselstrom-Schaltungen

6.1 Grundeintore

6.2 Widerstand und Leitwert

6.3 Leistung und Arbeit

6.3.1 Wirk- und Blindleistung

6.3.2 Leistungsschwingung

6.3.3 Leistungsfaktor

6.3.4 Wirk- und Blindarbeit

6.3.5 Leistungsberechnung

6.4 Verbindung von Grundeintoren

6.4.1 Reihenschaltung

6.4.2 Reihenresonanz

6.4.3 Parallelschaltung

6.4.4 Parallelresonanz

6.5 Wechselstromnetze

6.5.1 Knoten- und Maschensatz

6.5.2 Ersatzwiderstand

6.5.3 Resonanz

6.5.4 Ortskurve

6.6 Drehstrom

6.6.1 Ströme und Spannungen

6.6.2 Symmetrische Belastung

6.6.3 Unsymmetrische Belastung

7 Bauelemente

7.1 Widerstände

7.1.1 Konstante Widerstände

7.1.2 Einstellbare Widerstände

7.1.3 Temperaturabhängige Widerstände

7.1.4 Spannungsabhängige Widerstände

7.2 Kondensatoren

7.2.1 Wickelkondensator

7.2.2 Spannungsabhängigkeit

7.3 Thermoelektrische Bauelemente

7.4 Dioden

7.4.1 Eigenschaften einer Halbleiterdiode

7.4.2 Das Halbleiter-Grundmaterial Silizium

7.4.3 Dotierung

7.4.4 pn-Übergang

7.4.5 pn-Diode

7.4.6 Schottky-Diode

7.4.7 Z-Diode

7.4.8 Solarzelle

7.4.9 Lumineszenzdiode

7.5 Transistoren

7.5.1 Feldeffekttransistor

7.5.2 Bipolartransistor

8 Rechnergestu?tzte Simulation

8.1 Netzwerkanalyse

8.2 Start mit Schematics

8.3 Gleichanalyse

8.4 Variation von Bauelement-Werten

8.5 Transientanalyse

8.6 Sinusanalyse

8.7 Großsignalanalyse

9 Analoge Schaltungen

9.1 Stabilisierungsschaltungen

9.2 Transistorschaltungen

9.3 Operationsverstärker

9.4 Ru?ckkopplungs-Schaltungen

9.4.1 Der Begriff Ru?ckkopplung

9.4.2 Der invertierende Verstärker

9.4.3 Der nicht invertierende Verstärker

9.4.4 Summierer

9.4.5 Integrierer

9.5 Filter

9.5.1 Grenzfrequenz

9.5.2 Tiefpass

9.5.3 Hochpass

9.5.4 Bandpass

10 Digitale Schaltungen

10.1 Gatter

10.1.1 Vorteile der Digitaltechnik

10.1.2 Binärziffer

10.1.3 Der Begriff Redundanz

10.1.4 Logische Verknu?pfungen

10.1.5 CMOS-Inverter

10.1.6 Realisierung der Grundgatter

10.1.7 Schaltalgebra

10.1.8 Entwurf logischer Schaltungen

10.2 Schaltwerke

10.2.1 Der Begriff Schaltwerk

10.2.2 RS-Flipflops

10.2.3 Master-Slave-Flipflops

10.2.4 JK-Flipflops

10.3 Kippschaltungen

10.3.1 Komparatoren

10.3.2 Monostabile Kippschaltungen

10.3.3 Digitale Oszillatoren

10.4 Frequenzteiler und Zähler

10.4.1 Frequenzteiler

10.4.2 Zähler

10.5 Rechenoperationen mit Dualzahlen

10.5.1 Addition

10.5.2 Subtraktion

10.6 Verarbeitung von Bitmustern

10.6.1 D-Flipflop

10.6.2 Register

10.6.3 Datenu?bertragung

10.6.4 Speicher

10.6.5 Codierschaltungen

10.7 Integrierte Schaltungen

10.7.1 Logikfamilien

10.7.2 TTL-Technik

10.7.3 Aufbau integrierter Schaltungen

10.7.4 CMOS-Technik

10.7.5 Programmierbare Logik-Bauelemente

11 Elektrochemie

11.1 Elektrischer Strom in Flu?ssigkeiten

11.1.1 Chemische Wirkung des Stromes

11.1.2 Dissoziation

11.2 Faradaysche Gesetze

11.3 Elektrochemische Spannungsreihe

11.4 Batterien

11.5 Akkumulatoren

11.5.1 Bleiakkumulator

11.5.2 Nickel-Cadmium-Akkumulator

11.5.3 Nickel-Metallhydrid-Akkumulator

11.5.4 Lithium-Ionen-Akkumulator

11.6 Brennstoffzellen

11.7 Elektrolytische Korrosion

12 Elektrische Maschinen

12.1 Transformator

12.1.1 Idealisierter Transformator

12.1.2 Realer Transformator

12.1.3 Leerlauf und Kurzschluss

12.1.4 Spannungsänderung

12.1.5 Wirkungsgrad

12.1.6 Drehstrom-Transformatoren

12.1.7 Parallelbetrieb

12.1.8 Mechanischer Aufbau

12.1.9 Sonderbauarten

12.2 Rotierende elektrische Maschinen

12.2.1 Aufbau und Erregung

12.2.2 Drehfelddrehzahl

12.2.3 Leistung

12.2.4 Drehmoment und Drehzahl

12.3 Gleichstrommaschine

12.3.1 Aufbau und Funktionsweise

12.3.2 Energiefluss und Leistungsbilanz

12.3.3 Ankerru?ckwirkung

12.3.4 Verbesserung der Kommutierung

12.3.5 Kompensationswicklung

12.3.6 Wicklungsarten

12.3.7 Gleichstrommotoren

12.3.8 Einschalten und Anlassen

12.3.9 Drehrichtungswechsel

12.3.10 Bremsbetrieb

12.4 Drehstrom-Asynchronmaschine

12.4.1 Prinzipielle Funktionsweise

12.4.2 Ersatzschaltung

12.4.3 Energiefluss und Leistungsbilanz

12.4.4 Drehmoment

12.4.5 Stromortskurven

12.4.6 Kennlinien

12.4.7 Leerlauf- und Kurzschluss

12.4.8 Käfigläufer-Motor

12.4.9 Schleifringläufer-Motor

12.4.10 Weitere Betriebsarten

12.5 Einphasen-Asynchronmotor

12.6 Synchronmaschine

12.6.1 Aufbau und Anwendungsgebiete

12.6.2 Vollpolgenerator im Inselbetrieb

12.6.3 Vollpolmaschine im Netzbetrieb

12.6.4 Schenkelpolmaschine

12.6.5 Pendelungen der Synchronmaschine

12.6.6 Synchronisierung

12.7 Linearmotoren

12.7.1 Asynchron-Linearmotor

12.7.2 Synchron-Linearmotor

12.8 Kleinmotoren

12.8.1 Universalmotor

12.8.2 Permanentmagnet-Motor

12.8.3 Elektronikmotor

12.8.4 Spaltpolmotor

12.8.5 Wechselstrom-Synchronmotor

12.8.6 Schrittmotor

12.9 Erwärmung und Ku?hlung

12.9.1 Übertemperatur

12.9.2 Motorschutz

12.10 Motorparameter

12.10.1 Bauform

12.10.2 Schutzart

12.10.3 Explosionsschutz

12.10.4 Leistungsschild

13 Elektrische Antriebe

13.1 Stationärer Betrieb

13.2 Betriebsarten

13.3 Trägheitsmoment

13.4 Dynamischer Betrieb

13.5 Anlauf

13.6 Statische Stabilität

13.7 Direktantriebe

14 Elektrische Messtechnik

14.1 Grundbegriffe des Messens

14.2 Elektromechanische Messgeräte

14.2.1 Drehspulmessgerät

14.2.2 Dreheisenmessgerät

14.2.3 Elektrodynamisches Messgerät

14.2.4 Induktionsmesswerk

14.3 Oszilloskop

14.3.1 Elektronenstrahlröhre

14.3.2 Der x-y-Betrieb

14.3.3 Zeitablenkung

14.3.4 Mehrkanal-Funktion

14.3.5 Ankopplung des Eingangs

14.3.6 Abschwächer

14.3.7 Tastteiler

14.4 Digitale Messgeräte

14.4.1 Genauigkeit und Auflösung

14.4.2 Analog-Digital-Wandler

14.4.3 Digital-Multimeter

14.4.4 Digitale Speicher-Oszilloskope

14.4.5 Digital-Analog-Wandler

14.4.6 Elektrizitätszähler

14.4.7 IEC-Bus

14.5 Messbru?cken

14.6 Sensoren

14.6.1 Längensensoren

14.6.2 Winkelsensoren

14.6.3 Kraftsensoren

14.6.4 Temperatursensoren

14.7 Messung von Spannung und Strom

14.7.1 Widerstand des Messwerks

14.7.2 Messung der Ersatzgrößen

14.7.3 Strommesszange

14.7.4 Nicht sinusförmige Spannungen

14.8 Leistungs- und Energiemessung

14.8.1 Leistungsmessung im Gleichstromnetz

14.8.2 Leistungsmessung im Wechselstromnetz

14.8.3 Leistungsmessung im Drehstromnetz

14.8.4 Energiemessung im Drehstromnetz

14.9 Messung von C und L

14.10 Zeitmessung

14.10.1 Tageszeit

14.10.2 Zeitintervall

14.11 Elektromagnetische Verträglichkeit

14.11.1 Der Begriff EMV

14.11.2 Normung und Gesetze

14.11.3 Pru?fung und Nachweis

15 Steuer- und Regelungstechnik

15.1 Die Begriffe Steuern und Regeln

15.2 Entwicklung der Steuerungstechnik

15.2.1 Relaissteuerungen

15.2.2 Speicherprogrammierbare Steuerungen

15.2.3 Steuerungen mit Prozessrechnern

15.3 Komponenten von Steuerungen

15.3.1 Mikrocontroller

15.3.2 Sensoren

15.3.3 Aktoren

15.3.4 Feldbussysteme

15.3.5 Programme

15.4 Steuerung elektrischer Maschinen

15.4.1 Ein- und Ausschalten

15.4.2 Rechts- und Linkslauf

15.4.3 Drehzahlstellung

15.5 Regelungstechnik

15.5.1 Regelkreis

15.5.2 Eigenschaften von Regelstrecken

15.5.3 Regler

15.5.4 Simulation des Regelkreises

15.5.5 Simulation mit PSpice student version

15.5.6 Stabilität von Regelkreisen

15.5.7 Auswahl des Reglers

16 Leistungselektronik

16.1 Entwicklung der Leistungselektronik

16.2 Aufgaben der Leistungselektronik

16.3 Leistungshalbleiter

16.3.1 Diode

16.3.2 Thyristor

16.3.3 MOSFET

16.3.4 IGBT

16.4 Ungesteuerte Gleichrichter

16.4.1 Schaltungsarten

16.4.2 Glättung

16.5 Netzgefu?hrte Stromrichter

16.5.1 Phasenanschnittsteuerung

16.5.2 Bru?ckenschaltung B6C

16.5.3 Mittelpunktschaltung M3C

16.5.4 Wechselstrom-Bru?ckenschaltungen

16.6 Selbstgefu?hrte Stromrichter

16.6.1 Gleichstromsteller

16.6.2 Vier-Quadranten-Steller

16.7 Frequenzumrichter

16.7.1 Drehfelderzeugung mit PAM

16.7.2 Spannungs-Frequenz-Betrieb

16.7.3 Puls-Weiten-Modulation

16.7.4 Ein-Quadrant- und Vier-Quadranten-Betrieb

16.8 Wechsel- und Drehstromsteller

16.9 EMV von Stromrichtern

17 Informationsu?bertragung

17.1 Grundbegriffe

17.2 Leitungen und Kabel

17.2.1 RS 232 und MODEM

17.2.2 RS 422

17.3 Lichtwellenleiter

17.4 Funkkanäle

17.5 LAN, Ethernet

17.6 TCP/IP, OSI-Modell

17.7 Feldbusse

17.8 USB

18 Energieu?bertragung

18.1 Energieumwandlung

18.1.1 Primärenergie

18.1.2 Speichertechnik

18.1.3 Wirkungsgrad

18.1.4 Kraftwerke in Deutschland

18.1.5 Kraftwerke in Österreich

18.1.6 Kraftwerke in der Schweiz

18.1.7 Tagesbelastungskurven

18.2 Betriebsmittel und -verfahren

18.2.1 Spannungsebenen

18.2.2 Leistungsregelung

18.2.3 Intelligentes Stromnetz

18.2.4 Verbesserung des Leistungsfaktors

18.2.5 Freileitungen

18.2.6 Kabel

18.2.7 HGÜ

18.3 Überstromschutz

18.4 Erder und Erdung

18.5 Schutzmaßnahmen

18.5.1 Gefahren durch den elektrischen Strom

18.5.2 Schutzkleinspannung

18.5.3 Körperschluss

18.5.4 Fehlerstrom-Schutzeinrichtung

18.5.5 Schutzmaßnahmen in Netzen

18.5.6 Schutzisolierung

18.5.7 Schutztrennung

18.6 USV

Verwendete Formelzeichen

Einheiten

Komplexe Rechnung

Literatur

Wichtige Konstanten

Namenverzeichnis

Sachwortverzeichnis

Und zum Schluss: Bloß nicht . . .