Sie sind hier
E-Book

Elektrotechnik für Maschinenbau und Mechatronik

AutorGeorg Flegel, Karl Birnstiel, Wolfgang Nerreter
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl352 Seiten
ISBN9783446447738
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis29,99 EUR
Warum erscheint dem Außenstehenden die Elektrotechnik meist als schwierig? Sind es die vielen Fachausdrücke wie z. B. Impedanz, Redundanz, Reaktanz, Resonanz? Sind es die vielen Abkürzungen wie z. B. AC, DC, dB, DAB, CMRR? Oder liegt es daran, dass oft unklar ist, wie man bei der Berechnung einer elektrischen Schaltung vorgehen soll?
Diese Ängste werden mit dem vorliegenden Lehrbuch abgebaut. Neben den Grundlagen gibt es in diesem Buch auch Einführungen zu Anwendungen wie elektrische Maschinen und Antriebe, Messtechnik, Steuer- und Regelungstechnik, Leistungselektronik, Informations- und Energieübertragung. Die Berechnung elektrischer Schaltungen mit dem Programm PSpice wird erläutert und an Beispielen gezeigt.
Besonderes Augenmerk wird auf die Anschaulichkeit gelegt. Zahlreiche Berechnungsbeispiele mit Lösungen unterstützen den Leser und helfen, das Gelernte zu vertiefen.
Die 10. Auflage wird umfangreich überarbeitet. Vor allem die Kapitel Bauelemente, Leistungselektronik und Energieübertragung werden aktualisiert bzw. um weitere Themen erweitert.

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Nerreter lehrte an der Hochschule Ostwestfalen-Lippe.

Kaufen Sie hier:

Horizontale Tabs

Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis7
1 Grundbegriffe12
1.1 Elektrische Ladung12
1.1.1 Mit Bernstein fing alles an12
1.1.2 Ausgleich und Trennung von Ladungen12
1.1.3 Leiter und Nichtleiter13
1.1.4 Elektrische Spannung14
1.2 Elektrischer Strom15
1.2.1 Stromstärke15
1.2.2 Stromkreis16
1.2.3 Richtungssinn und Bezugssinn16
1.3 Leistung und Energie17
1.3.1 Erzeuger und Verbraucher17
1.3.2 Der Begriff Eintor18
1.3.3 Wirkungsgrad19
1.3.4 Elektrowärme20
1.4 Elektrischer Widerstand20
1.4.1 Der Begriff Widerstand20
1.4.2 Das Ohmsche Gesetz21
1.4.3 Linearer Leiter21
1.4.4 Widerstand von Isolierstoffen22
1.4.5 Nichtlinearer Widerstand22
1.4.6 Temperaturabhängigkeit23
1.4.7 Supraleitung24
1.5 Quellen24
1.5.1 Leerlauf und Kurzschluss24
1.5.2 Ideale Quellen25
1.5.3 Lineare Quellen25
2 Gleichstrom-Schaltungen27
2.1 Bestimmung des Arbeitspunktes27
2.2 Knotensatz27
2.2.1 Der Begriff Knoten27
2.2.2 Knotengleichung28
2.2.3 Parallelschaltung von Widerständen29
2.3 Maschensatz30
2.3.1 Maschengleichung30
2.3.2 Potenzial31
2.3.3 Reihenschaltung von Widerständen32
2.4 Ersatzschaltungen33
2.4.1 Ersatzwiderstand33
2.4.2 Ersatzquelle33
2.5 Überlagerungssatz35
2.6 Knotenpotenzialverfahren36
3 Zeitabhängige Größen38
3.1 Periodische Größen38
3.1.1 Periodendauer und Frequenz38
3.1.2 Gleichwert und Gleichrichtwert38
3.1.3 Wirkleistung und Effektivwert39
3.2 Sinusgrößen40
3.2.1 Kreisfrequenz und Phasenwinkel40
3.2.2 Kenngrößen41
3.2.3 Zeigerdarstellung41
3.2.4 Komplexe Symbole42
4 Elektrisches Feld43
4.1 Feldlinien und Äquipotenzialflächen43
4.2 Kondensatoren44
4.3 Flussdichte und Feldstärke44
4.4 Energie des geladenen Kondensators46
4.5 Kondensator an Sinusspannung46
4.6 Polarisationsverluste47
4.7 Schaltvorgang in einer Schaltung mit einem Kondensator48
5 Magnetisches Feld49
5.1 Feldlinien von Magneten49
5.2 Magnetische Flussdichte50
5.3 Durchflutungsgesetz51
5.4 Spulen52
5.5 Materie im Magnetfeld53
5.6 Magnetische Werkstoffe55
5.7 Magnetische Kreise57
5.8 Induktion59
5.8.1 Induktionsgesetz59
5.8.2 Induktion bei Drehbewegung61
5.8.3 Induktion bei ruhender Spule61
5.9 Energie des magnetischen Feldes63
5.9.1 Energie einer Spule63
5.9.2 Ein- und Ausschalten einer Spule64
5.10 Verluste im magnetischen Feld65
5.10.1 Wirbelstromverluste65
5.10.2 Hystereseverluste66
5.10.3 Eisenverluste67
5.11 Kräfte im Magnetfeld67
5.11.1 Zugkraft eines Magneten67
5.11.2 Elektromagnete67
5.11.3 Lorentz-Kraft und Hall-Effekt69
6 Wechselstrom-Schaltungen70
6.1 Grundeintore70
6.2 Widerstand und Leitwert71
6.3 Leistung und Arbeit72
6.3.1 Wirk- und Blindleistung72
6.3.2 Leistungsschwingung73
6.3.3 Leistungsfaktor74
6.3.4 Wirk- und Blindarbeit74
6.3.5 Leistungsberechnung75
6.4 Verbindung von Grundeintoren76
6.4.1 Reihenschaltung76
6.4.2 Reihenresonanz77
6.4.3 Parallelschaltung78
6.4.4 Parallelresonanz78
6.5 Wechselstromnetze79
6.5.1 Knoten- und Maschensatz79
6.5.2 Ersatzwiderstand80
6.5.3 Resonanz80
6.5.4 Ortskurve80
6.6 Drehstrom81
6.6.1 Ströme und Spannungen81
6.6.2 Symmetrische Belastung83
6.6.3 Unsymmetrische Belastung86
7 Bauelemente87
7.1 Widerstände87
7.1.1 Konstante Widerstände87
7.1.2 Einstellbare Widerstände87
7.1.3 Temperaturabhängige Widerstände88
7.1.4 Spannungsabhängige Widerstände89
7.2 Kondensatoren89
7.2.1 Wickelkondensator89
7.2.2 Spannungsabhängigkeit90
7.3 Thermoelektrische Bauelemente91
7.4 Dioden92
7.4.1 Eigenschaften einer Halbleiterdiode92
7.4.2 Das Halbleiter-Grundmaterial Silizium93
7.4.3 Dotierung94
7.4.4 pn-Übergang94
7.4.5 pn-Diode95
7.4.6 Schottky-Diode95
7.4.7 Z-Diode96
7.4.8 Solarzelle96
7.4.9 Lumineszenzdiode97
7.5 Transistoren99
7.5.1 Feldeffekttransistor99
7.5.2 Bipolartransistor101
8 Rechnergestu?tzte Simulation102
8.1 Netzwerkanalyse102
8.2 Start mit Schematics102
8.3 Gleichanalyse103
8.4 Variation von Bauelement-Werten103
8.5 Transientanalyse104
8.6 Sinusanalyse105
8.7 Großsignalanalyse105
9 Analoge Schaltungen106
9.1 Stabilisierungsschaltungen106
9.2 Transistorschaltungen107
9.3 Operationsverstärker108
9.4 Ru?ckkopplungs-Schaltungen110
9.4.1 Der Begriff Ru?ckkopplung110
9.4.2 Der invertierende Verstärker110
9.4.3 Der nicht invertierende Verstärker111
9.4.4 Summierer112
9.4.5 Integrierer112
9.5 Filter113
9.5.1 Grenzfrequenz113
9.5.2 Tiefpass113
9.5.3 Hochpass114
9.5.4 Bandpass115
10 Digitale Schaltungen116
10.1 Gatter116
10.1.1 Vorteile der Digitaltechnik116
10.1.2 Binärziffer116
10.1.3 Der Begriff Redundanz116
10.1.4 Logische Verknu?pfungen116
10.1.5 CMOS-Inverter117
10.1.6 Realisierung der Grundgatter118
10.1.7 Schaltalgebra118
10.1.8 Entwurf logischer Schaltungen120
10.2 Schaltwerke121
10.2.1 Der Begriff Schaltwerk121
10.2.2 RS-Flipflops121
10.2.3 Master-Slave-Flipflops123
10.2.4 JK-Flipflops123
10.3 Kippschaltungen124
10.3.1 Komparatoren124
10.3.2 Monostabile Kippschaltungen125
10.3.3 Digitale Oszillatoren126
10.4 Frequenzteiler und Zähler127
10.4.1 Frequenzteiler127
10.4.2 Zähler128
10.5 Rechenoperationen mit Dualzahlen129
10.5.1 Addition129
10.5.2 Subtraktion130
10.6 Verarbeitung von Bitmustern130
10.6.1 D-Flipflop130
10.6.2 Register130
10.6.3 Datenu?bertragung131
10.6.4 Speicher132
10.6.5 Codierschaltungen133
10.7 Integrierte Schaltungen134
10.7.1 Logikfamilien134
10.7.2 TTL-Technik135
10.7.3 Aufbau integrierter Schaltungen135
10.7.4 CMOS-Technik136
10.7.5 Programmierbare Logik-Bauelemente136
11 Elektrochemie138
11.1 Elektrischer Strom in Flu?ssigkeiten138
11.1.1 Chemische Wirkung des Stromes138
11.1.2 Dissoziation138
11.2 Faradaysche Gesetze139
11.3 Elektrochemische Spannungsreihe140
11.4 Batterien141
11.5 Akkumulatoren143
11.5.1 Bleiakkumulator143
11.5.2 Nickel-Cadmium-Akkumulator144
11.5.3 Nickel-Metallhydrid-Akkumulator144
11.5.4 Lithium-Ionen-Akkumulator145
11.6 Brennstoffzellen145
11.7 Elektrolytische Korrosion146
12 Elektrische Maschinen147
12.1 Transformator147
12.1.1 Idealisierter Transformator147
12.1.2 Realer Transformator148
12.1.3 Leerlauf und Kurzschluss149
12.1.4 Spannungsänderung151
12.1.5 Wirkungsgrad152
12.1.6 Drehstrom-Transformatoren153
12.1.7 Parallelbetrieb154
12.1.8 Mechanischer Aufbau155
12.1.9 Sonderbauarten157
12.2 Rotierende elektrische Maschinen161
12.2.1 Aufbau und Erregung161
12.2.2 Drehfelddrehzahl162
12.2.3 Leistung163
12.2.4 Drehmoment und Drehzahl163
12.3 Gleichstrommaschine164
12.3.1 Aufbau und Funktionsweise164
12.3.2 Energiefluss und Leistungsbilanz167
12.3.3 Ankerru?ckwirkung168
12.3.4 Verbesserung der Kommutierung169
12.3.5 Kompensationswicklung170
12.3.6 Wicklungsarten170
12.3.7 Gleichstrommotoren170
12.3.8 Einschalten und Anlassen173
12.3.9 Drehrichtungswechsel174
12.3.10 Bremsbetrieb174
12.4 Drehstrom-Asynchronmaschine175
12.4.1 Prinzipielle Funktionsweise175
12.4.2 Ersatzschaltung175
12.4.3 Energiefluss und Leistungsbilanz176
12.4.4 Drehmoment177
12.4.5 Stromortskurven178
12.4.6 Kennlinien180
12.4.7 Leerlauf- und Kurzschluss181
12.4.8 Käfigläufer-Motor184
12.4.9 Schleifringläufer-Motor188
12.4.10 Weitere Betriebsarten190
12.5 Einphasen-Asynchronmotor192
12.6 Synchronmaschine194
12.6.1 Aufbau und Anwendungsgebiete194
12.6.2 Vollpolgenerator im Inselbetrieb196
12.6.3 Vollpolmaschine im Netzbetrieb198
12.6.4 Schenkelpolmaschine200
12.6.5 Pendelungen der Synchronmaschine201
12.6.6 Synchronisierung202
12.7 Linearmotoren202
12.7.1 Asynchron-Linearmotor203
12.7.2 Synchron-Linearmotor203
12.8 Kleinmotoren205
12.8.1 Universalmotor205
12.8.2 Permanentmagnet-Motor206
12.8.3 Elektronikmotor207
12.8.4 Spaltpolmotor208
12.8.5 Wechselstrom-Synchronmotor208
12.8.6 Schrittmotor209
12.9 Erwärmung und Ku?hlung211
12.9.1 Übertemperatur211
12.9.2 Motorschutz213
12.10 Motorparameter214
12.10.1 Bauform214
12.10.2 Schutzart214
12.10.3 Explosionsschutz215
12.10.4 Leistungsschild215
13 Elektrische Antriebe216
13.1 Stationärer Betrieb216
13.2 Betriebsarten217
13.3 Trägheitsmoment219
13.4 Dynamischer Betrieb220
13.5 Anlauf220
13.6 Statische Stabilität222
13.7 Direktantriebe222
14 Elektrische Messtechnik224
14.1 Grundbegriffe des Messens224
14.2 Elektromechanische Messgeräte226
14.2.1 Drehspulmessgerät226
14.2.2 Dreheisenmessgerät227
14.2.3 Elektrodynamisches Messgerät228
14.2.4 Induktionsmesswerk228
14.3 Oszilloskop229
14.3.1 Elektronenstrahlröhre229
14.3.2 Der x-y-Betrieb230
14.3.3 Zeitablenkung230
14.3.4 Mehrkanal-Funktion231
14.3.5 Ankopplung des Eingangs231
14.3.6 Abschwächer231
14.3.7 Tastteiler232
14.4 Digitale Messgeräte233
14.4.1 Genauigkeit und Auflösung233
14.4.2 Analog-Digital-Wandler233
14.4.3 Digital-Multimeter236
14.4.4 Digitale Speicher-Oszilloskope237
14.4.5 Digital-Analog-Wandler238
14.4.6 Elektrizitätszähler238
14.4.7 IEC-Bus239
14.5 Messbru?cken241
14.6 Sensoren242
14.6.1 Längensensoren242
14.6.2 Winkelsensoren243
14.6.3 Kraftsensoren244
14.6.4 Temperatursensoren245
14.7 Messung von Spannung und Strom245
14.7.1 Widerstand des Messwerks245
14.7.2 Messung der Ersatzgrößen246
14.7.3 Strommesszange246
14.7.4 Nicht sinusförmige Spannungen246
14.8 Leistungs- und Energiemessung248
14.8.1 Leistungsmessung im Gleichstromnetz248
14.8.2 Leistungsmessung im Wechselstromnetz248
14.8.3 Leistungsmessung im Drehstromnetz249
14.8.4 Energiemessung im Drehstromnetz250
14.9 Messung von C und L251
14.10 Zeitmessung252
14.10.1 Tageszeit252
14.10.2 Zeitintervall252
14.11 Elektromagnetische Verträglichkeit253
14.11.1 Der Begriff EMV253
14.11.2 Normung und Gesetze253
14.11.3 Pru?fung und Nachweis253
15 Steuer- und Regelungstechnik254
15.1 Die Begriffe Steuern und Regeln254
15.2 Entwicklung der Steuerungstechnik255
15.2.1 Relaissteuerungen255
15.2.2 Speicherprogrammierbare Steuerungen255
15.2.3 Steuerungen mit Prozessrechnern255
15.3 Komponenten von Steuerungen256
15.3.1 Mikrocontroller256
15.3.2 Sensoren256
15.3.3 Aktoren257
15.3.4 Feldbussysteme257
15.3.5 Programme258
15.4 Steuerung elektrischer Maschinen259
15.4.1 Ein- und Ausschalten259
15.4.2 Rechts- und Linkslauf259
15.4.3 Drehzahlstellung260
15.5 Regelungstechnik261
15.5.1 Regelkreis261
15.5.2 Eigenschaften von Regelstrecken261
15.5.3 Regler264
15.5.4 Simulation des Regelkreises264
15.5.5 Simulation mit PSpice student version267
15.5.6 Stabilität von Regelkreisen269
15.5.7 Auswahl des Reglers269
16 Leistungselektronik270
16.1 Entwicklung der Leistungselektronik270
16.2 Aufgaben der Leistungselektronik270
16.3 Leistungshalbleiter271
16.3.1 Diode272
16.3.2 Thyristor272
16.3.3 MOSFET273
16.3.4 IGBT274
16.4 Ungesteuerte Gleichrichter275
16.4.1 Schaltungsarten275
16.4.2 Glättung277
16.5 Netzgefu?hrte Stromrichter278
16.5.1 Phasenanschnittsteuerung278
16.5.2 Bru?ckenschaltung B6C278
16.5.3 Mittelpunktschaltung M3C281
16.5.4 Wechselstrom-Bru?ckenschaltungen281
16.6 Selbstgefu?hrte Stromrichter283
16.6.1 Gleichstromsteller283
16.6.2 Vier-Quadranten-Steller284
16.7 Frequenzumrichter287
16.7.1 Drehfelderzeugung mit PAM287
16.7.2 Spannungs-Frequenz-Betrieb289
16.7.3 Puls-Weiten-Modulation290
16.7.4 Ein-Quadrant- und Vier-Quadranten-Betrieb292
16.8 Wechsel- und Drehstromsteller294
16.9 EMV von Stromrichtern295
17 Informationsu?bertragung297
17.1 Grundbegriffe297
17.2 Leitungen und Kabel299
17.2.1 RS 232 und MODEM300
17.2.2 RS 422302
17.3 Lichtwellenleiter304
17.4 Funkkanäle308
17.5 LAN, Ethernet313
17.6 TCP/IP, OSI-Modell315
17.7 Feldbusse317
17.8 USB318
18 Energieu?bertragung320
18.1 Energieumwandlung320
18.1.1 Primärenergie320
18.1.2 Speichertechnik320
18.1.3 Wirkungsgrad321
18.1.4 Kraftwerke in Deutschland321
18.1.5 Kraftwerke in Österreich321
18.1.6 Kraftwerke in der Schweiz322
18.1.7 Tagesbelastungskurven322
18.2 Betriebsmittel und -verfahren322
18.2.1 Spannungsebenen322
18.2.2 Leistungsregelung323
18.2.3 Intelligentes Stromnetz323
18.2.4 Verbesserung des Leistungsfaktors323
18.2.5 Freileitungen326
18.2.6 Kabel327
18.2.7 HGÜ327
18.3 Überstromschutz328
18.4 Erder und Erdung329
18.5 Schutzmaßnahmen330
18.5.1 Gefahren durch den elektrischen Strom330
18.5.2 Schutzkleinspannung331
18.5.3 Körperschluss331
18.5.4 Fehlerstrom-Schutzeinrichtung332
18.5.5 Schutzmaßnahmen in Netzen333
18.5.6 Schutzisolierung334
18.5.7 Schutztrennung334
18.6 USV335
Verwendete Formelzeichen336
Einheiten337
Komplexe Rechnung339
Literatur340
Wichtige Konstanten343
Namenverzeichnis343
Sachwortverzeichnis344
Und zum Schluss: Bloß nicht . . .353

Weitere E-Books zum Thema: Elektrotechnik - Digitaltechnik

Mobilfunksysteme

E-Book Mobilfunksysteme
Grundlagen, Funktionsweise, Planungsaspekte Format: PDF

Unterstützt durch zahlreiche Abbildungen zeigt das Lehrbuch anhand von konkreten Beispielen aus der Praxis die Grundlagen, Funktionsweise und Planungsaspekte der bedeutendsten aktuellen und k…

Mobilfunksysteme

E-Book Mobilfunksysteme
Grundlagen, Funktionsweise, Planungsaspekte Format: PDF

Unterstützt durch zahlreiche Abbildungen zeigt das Lehrbuch anhand von konkreten Beispielen aus der Praxis die Grundlagen, Funktionsweise und Planungsaspekte der bedeutendsten aktuellen und k…

Mechatronik 1

E-Book Mechatronik 1
Format: PDF

Die Mechatronik vereint Elemente des Maschinenbaus, der Elektrotechnik/Elektronik und der Informatik. Das zweibändige Werk, das sich in erster Linie an Studenten von Fachhochschulen und…

Mechatronik 1

E-Book Mechatronik 1
Format: PDF

Die Mechatronik vereint Elemente des Maschinenbaus, der Elektrotechnik/Elektronik und der Informatik. Das zweibändige Werk, das sich in erster Linie an Studenten von Fachhochschulen und…

Weitere Zeitschriften

ARCH+.

ARCH+.

ARCH+ ist eine unabhängige, konzeptuelle Zeitschrift für Architektur und Urbanismus. Der Name ist zugleich Programm: mehr als Architektur. Jedes vierteljährlich erscheinende Heft beleuchtet ...

aufstieg

aufstieg

Zeitschrift der NaturFreunde in Württemberg Die Natur ist unser Lebensraum: Ort für Erholung und Bewegung, zum Erleben und Forschen; sie ist ein schützenswertes Gut. Wir sind aktiv in der Natur ...

bank und markt

bank und markt

Zeitschrift für Banking - die führende Fachzeitschrift für den Markt und Wettbewerb der Finanzdienstleister, erscheint seit 1972 monatlich. Leitthemen Absatz und Akquise im Multichannel ...

Euphorion

Euphorion

EUPHORION wurde 1894 gegründet und widmet sich als „Zeitschrift für Literaturgeschichte“ dem gesamten Fachgebiet der deutschen Philologie. Mindestens ein Heft pro Jahrgang ist für die ...

Evangelische Theologie

Evangelische Theologie

Über »Evangelische Theologie« In interdisziplinären Themenheften gibt die Evangelische Theologie entscheidende Impulse, die komplexe Einheit der Theologie wahrzunehmen. Neben den Themenheften ...

F- 40

F- 40

Die Flugzeuge der Bundeswehr, Die F-40 Reihe behandelt das eingesetzte Fluggerät der Bundeswehr seit dem Aufbau von Luftwaffe, Heer und Marine. Jede Ausgabe befasst sich mit der genaue Entwicklungs- ...