Fachkunde Elektrotechnik für Einsteiger: Alle Grundlagen, wichtigen Details und spezifische Fachkenntnisse leicht verständlich erklärt und beigebracht (inkl. Tabellenbuch, Übungen, Baukasten uvm.) (eBook)

Thomas Böhm (Autor)

eBook Download: EPUB

2024
157 Seiten
Büromüsli (Verlag)
978-3-7576-0874-3 (ISBN)

Infos

Die unendlichen Möglichkeiten der Elektrotechnik faszinieren Sie und Sie möchten sich strukturiert in das Thema einarbeiten? Sie wollen Ihre handwerklichen Fähigkeiten erweitern und bei Waschmaschine und Staubsauger selbst Hand anlegen? Sie wollen eine Ausbildung oder Studium im Bereich der Elektrotechnik beginnen? Dann ist dieses Buch Ihr perfekter Einstieg in die spannende Welt der elektronischen Systeme! Denn hier finden interessierte Laien alles, was sie brauchen, um systematisch und unkompliziert die wichtigsten Grundlagen rund um die Elektrotechnik kennenzulernen. Übersichtlich nach Themengebieten sortiert und leicht verständlich geschrieben, sorgt dieser Ratgeber für vollen Durchblick im Handumdrehen! Erfahren Sie, welche Teilbereiche der Elektrotechnik es gibt, worauf es in den einzelnen Gebieten ankommt und welche Sicherheitsvorkehrungen Sie auf keinen Fall missachten dürfen. Tauchen Sie dann tiefer ein in die faszinierende Materie von Schaltungen, Fahrzeug- und Gebäudetechnik und entdecken Sie, wie Bussysteme für Netzwerktechnik oder auch Gebäudeautomation genutzt werden. So werden Sie mit Profiwissen Schritt für Schritt zum Elektro-Experten und haben noch jede Menge Spaß dabei! Mit den ausführlichen Bonusmaterialien dieses Buches gelingt Ihnen der Einstieg in das zukunftsweisende Feld der Elektrotechnik ganz unkompliziert. Die zahlreichen Übungen samt Musterlösungen sichern Ihre Lernerfolge zuverlässig und die umfassenden Tabellen und Verzeichnisse sorgen für einen guten Überblick. Sichern Sie sich jetzt dieses unschlagbar effiziente Lehrbuch und staunen Sie darüber, was in der Welt der Elektrotechnik alles möglich ist!

Textauszug

Hieraus ergeben sich bereits erste Formeln:

Formel 1: Errechnung der Spannung aus Widerstand und Strom

Formel 2: Errechnung des Stroms aus Spannung und Widerstand

Formel 3: Errechnung des Widerstands aus Strom und Spannung

 

Mit diesen Grundformeln können bereits einige Werte berechnet werden. Interessant sind hier bestimmte Fragen: Wenn beispielsweise der Widerstand und die Spannung bekannt sind, wie hoch ist dann der Strom, der durch die Leitungen fließt. Es kommt jedoch häufig vor, dass die Leistung bekannt ist und nicht die Stromstärke. Die Leistung wird mit Watt (W) angegeben und hat das Formelzeichen P. Mit dieser vierten elektrischen Einheit lässt sich nun eine weitere Formel ableiten:

Formel 4: Errechnung der Leistung aus Spannung und Strom

Diese Formeln lassen sich nun untereinander kombinieren, sodass beliebige Werte berechnet werden können. Mögliche Umstellungen und Kombinationen sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3: Übersicht elektrotechnischer Formeln

Berechnung von

Formeln

Leistung

Spannung

Widerstand

Strom

Damit lassen sich nun Werte im Gleichstromkreis (DC) berechnen. Neben dem Gleichstromkreis gibt es noch den Wechsel- und Drehstromkreis (AC). Beim Wechselstrom kommt noch die Frequenz (Hz) als weitere Einheit hinzu. Die Frequenz gibt an, wie oft der Strom zwischen dem Plus- und Minuspol wechselt. In Europa ist eine Frequenz von 50 Hz üblich. Das bedeutet, dass die Polarität 100-mal pro Sekunde wechselt.

 

Wie funktioniert das eigentlich?

Ein Gleichstrom bedeutet, dass die Spannung und der Strom sich immer auf einem gleichen Level befinden, wobei beim Wechselstrom dieser immer zwischen einem positiven und einem negativen Wert bewusst wechselt, in Europa sind das häufig 230 V, in der Tabelle 4 ist der Unterschied aufgezeigt.

Tabelle 4: Veranschaulichung Gleich- und Wechselstrom

 

 

 

 

 

 

 

Einen Gleichstrom können wir in Batterien, „zwischenlagern“ und so bei Bedarf abrufen. Klassische Beispiele sind der Akku des Smartphones oder die Batterie in der Fernbedienung.

Wechselstrom hingegen kann nicht wie Gleichstrom einfach gespeichert werden. Das liegt daran, dass die Elektronen beim Gleichstrom immer in eine Richtung fließen und somit auch in eine Richtung gespeichert werden können, beim Wechselstrom ist dies nicht der Fall. Daher werden Strommengen in Gleichstrom umgewandelt und so entweder in Batterien oder in großen Stauseen gespeichert. Letzteres geschieht, indem Wasser aus einem höhergelegenen Gebirgssee durch eine Turbine geleitet wird, die an einem Generator angeschlossen ist. Dieser produziert Wechselstrom. Wenn ein Stromüberschuss besteht, beispielsweise wenn zu viel Wind- oder Sonnenenergie vorhanden ist, dann wird aus dem Generator ein Motor. Dieser pumpt dann das Wasser aus dem See im Tal wieder zurück ins Gebirge. Damit lässt sich die zuvor produzierte Energie speichern. Allerdings ergibt dies nur dann Sinn, wenn die Energie auch umweltfreundlich hergestellt wurde, Beispiele sind hier Sonnen-, Wasser- und Windenergie. Hierzu wird allerdings Drehstrom benötigt.

Der Drehstrom wird durch drei 230-V-Phasen, die um jeweils 120° verschoben sind, generiert. Dabei entsteht ein Drehfeld, dessen verkettete Spannung die Höhe von 400 V ergibt. Gemäß DIN 40108 wird in Europa das dreiphasige Netz nach seinem Effektivwert benannt: ‚400 V Drehstromnetz‘. Dieses dreiphasige Drehfeld ist in der Tabelle 5 veranschaulicht.

 

Tabelle 5: Veranschaulichung eines dreiphasigen Wechselstroms

 

Erzeugt wird dieser Drehstrom durch drei Spulen, die um 120° in einem Generator angeordnet sind. Wenn ein Dauermagnet in der Mitte dieser Anordnung bewegt wird, entstehen diese drei Phasen, genau um 120° versetzt (3 ⨉ 120° = 360°). Die Zeichnung 1 veranschaulicht die Anordnung der Spulen.

 

Abbildung 1: Drehstrommaschine mit Dauermagnet

 

Im einfachsten Fall, einem drehenden Dauermagneten, wird durch Antrieb des Magneten je Spule ein Wechselstrom erzeugt. Der Dauermagnet (mit einem Nord- und Südpol) induziert einmal eine positive und einmal eine negative Halbwelle je Spule und somit je Phase. Dadurch ergibt sich jeweils der 120°-Versatz. Das Resultat ist der in Tabelle 5 veranschaulichte, dreiphasige Wechsel- oder Drehstrom.

Mit einem entsprechenden Transformator kann der hergestellte Strom entweder höher- oder heruntertransformiert werden. Mit einem Transformator ist es außerdem möglich, aus 400 V AC beispielsweise auf 100 V AC herunterzutransformieren. Diese 100 V AC können im Anschluss auch noch gleichgerichtet werden. Hierzu wird zunächst ein Transformator benötigt. Ein Transformator macht aus einer hohen Spannung und einem kleinen Strom eine niedrige Spannung und einen hohen Strom (oder andersherum). Dabei entscheidet mitunter der Größenunterschied der eingesetzten Spulen über die Reduktion bzw. die Erhöhung von Strom und Spannung. In Zeichnung 2 wird der Aufbau eines Transformators aufgezeigt.

 

 

Abbildung 1: Prinzipieller Aufbau eines Transformators

 

Damit die reduzierte Wechselspannung gleichgerichtet werden kann, wird eine spezielle Schaltung zur Gleichrichtung benötigt. Mit diesem Gleichrichter und den darin verbauten elektronischen Bauteilen, wie Dioden und Kondensatoren, werden die unteren Halbwellen nach oben geklappt und weitestgehend geglättet. Damit wird aus einem Wechselstrom ein Gleichstrom erstellt, die Verschaltung eines Gleichrichters ist in der Zeichnung 3 veranschaulicht. Die jeweiligen Spannungen werden an entsprechender Stelle visualisiert.

 

Abbildung 2: Gleichrichtung von Wechselspannung

 

Die Ausgangsbeschaltung kann noch erweitert werden, sodass nahezu eine konstante Gleichspannung ohne Oberwellen entsteht. Je nach angeschlossenem Verbraucher können mehr oder weniger Oberwellen durchgelassen werden. Bei Computern beispielsweise wird eine konstante Gleichspannung benötigt, um Schäden an deren Hardware zu vermeiden.

Wozu wird Elektrotechnik heutzutage gebraucht?

Elektrotechnik ist aus der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Nahezu jede Anwendung wird heute elektrisch betrieben, sogar die Automobilindustrie ist hier immer weiter im Vormarsch. Doch gehen wir zunächst einige Zeit zurück: Als die Menschheit die Kraft des Dampfes entdeckte. Der Dampf konnte damals ganze Fabriken antreiben, vor allem beim Sägen, Hämmern und anderen schweren Tätigkeiten wurde der Dampf damals verwendet.

Allerdings hatte der Dampf einen großen Nachteil: Bei nur wenigen Mengen Wasser konnten ganze Fabriken und in der Nähe befindliche Gebäude vollkommen zerstört werden, daher wurde nach Alternativen gesucht. Schließlich wurde die Möglichkeit entdeckt, mit dem Dampf einen Generator anzutreiben und die so hergestellte elektrische Energie wiederum in Gerätschaften einzusetzen. Dadurch wurde es erstmals möglich, private Haushalte zu versorgen. Immer mehr Geräte wurden elektrisch betrieben: von der Glühlampe über die Eisenbahn und die Schwerindustrie bis hin zum Lichtbogenofen, in dem Stahl gekocht wird. Jegliche Anwendung ist heute denk- und realisierbar. Die Herstellung von elektrischem Strom erfolgt in der heutigen Zeit auf drei unterschiedliche Arten.

Tabelle 6: Energieformen und Energieträger

Energieform

Beschreibung

Energieträger

Erneuerbare Energie (oder auch: regenerative Energie)

Die Herstellung, z. B. von Strom, erfolgt ausschließlich mittels erneuerbarer Energieträger.

- Wind - Sonne - Wasser - Biomasse

Fossile Energie

Die Herstellung, z. B. von Strom, erfolgt mit Abbauprodukten aus der Erde.

- Erdöl - Erdgas - Kohle

Kernenergie

Die Herstellung von Strom wird durch Kernspaltung in einem Kernkraftwerk realisiert. Der Energieträger kann ebenfalls als Fossil bezeichnet werden, da er aus dem Erdreich, ähnlich wie Kohle, abgebaut wird.

- Uran

 

Häufig werden die Energieträger durch direkten Antrieb eines Generators, beispielsweise mit der Wind- und Wasserenergie, hergestellt. Indirekt erfolgt die Herstellung mit verdampftem Wasser. Dabei wird, z. B. mit Kohle oder Uran, Wasser zum Verdampfen gebracht, mit diesem Wasser wird wiederum ein Dampfgenerator betrieben, der den elektrischen Strom erzeugt. Die Sonnenenergie wird mittels Kollektoren in elektrischen Strom umgewandelt. Beim Erdgas können z. B. Blockheizkraftwerke betrieben werden. Hierbei wird das...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 6.2.2024
• Verlagsort: Jemgum
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Elektrodynamik
• Schlagworte: elektroinstallation buch • elektronik handbuch • Elektrotechnik • elektrotechnik cd • elektrotechnik ebook • elektrotechnik europa • elektrotechnik hörbuch • elektrotechnik kindle • elektrotechnik tabellenbuch • energietechnische formeln • europa formelsammlung • Fachbuch Elektrotechnik • formeln für elektrotechniker
• ISBN-10: 3-7576-0874-7 / 3757608747
• ISBN-13: 978-3-7576-0874-3 / 9783757608743