Hier finden Sie kurze Informationen zum Tabellenbuch Elektrotechnik. Es enthält Tabellen, Formeln und Normenanwendungen. Es ist ein Kompendium für elektrotechnische, elektronische, mechatronische und informationstechnische Berufe.
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E U R O PA - FA C H B U C H R E I H E für elektrotechnische, elektronische, mechatronische und informationstechnische Berufe M B Tabellenbuch Elektrotechnik Tabellen Formeln C Normenanwendung E 24. neu bearbeitete und erweiterte Auflage A Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulen und Produktionsstätten (siehe Rückseite) K VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten W Europa-Nr.: 30103 BU Autoren des Tabellenbuchs Elektrotechnik: M B Häberle, Gregor Dr.-Ing., Abteilungsleiter Tettnang Häberle, Heinz Dipl.-Gewerbelehrer, VDE Kressbronn Jöckel, Hans-Walter Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Friedrichshafen Krall, Rudolf Ing. (grad.), Berufsschuloberlehrer St. Leonhard Schiemann, Bernd Dipl.-Ing., Studiendirektor Ulm, Stuttgart Schmitt, Siegfried staatl. gepr. Techniker, Techn. Oberlehrer Friedrichshafen Tkotz, Klaus Dipl.-Ing. (FH) Kronach Leitung des Arbeitskreises: Dr.-Ing. Häberle, Tettnang Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern C E A K Das vorliegende Buch wurde auf der Grundlage der aktuellen Rechtschreibregeln und lernfeldorientiert erstellt. Wenn die Rechtschreibregeln mehrere Formen zulassen, wurde die von der Duden-Redaktion empfohlene Form angewendet. Auszüge aus DIN-Normen mit VDE-Klassifikation sind für die angemeldete limitierte Auflage wiedergegeben mit Genehmigung 42.011 des DIN Deutsches Institut für Normung e.V. und des VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Für weitere Wiedergaben oder Auflagen ist eine gesonderte Genehmigung erforderlich. Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der VDE-VERLAG GmbH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin und der Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin erhältlich sind. 24. Auflage 2011 Druck 5 4 3 2 1 Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind. ISBN 978-3-8085-3220-1 W Umschlaggestaltung: braunwerbeagentur, 42477 Radevormwald unter Verwendung eines Fotos der Bilddatenbank www.fotolia.de : © erdquadrat-fotolia.com Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. BU © 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten http://www.europa-lehrmittel.de Satz: Tutte Druckerei GmbH, 94121 Salzweg b. Passau Druck: B.o.s.s Druck und Medien GmbH, 47574 Goch MATHEMATIK, PHYSIK, SCHALTUNGSTHEORIE, BAUELEMENTE 11 … 66 G TECHNISCHE DOKUMENTATION, MESSEN 67 … 118 TM ELEKTRISCHE INSTALLATION EI 119 … 192 SICHERHEIT, ENERGIEVERSORGUNG 193 … 268 INFORMATIONS- UND KOMMUNIKATIONSTECHNISCHE SYSTEME 269 … 318 AUTOMATISIERUNGS- UND ANTRIEBSSYSTEME, STEUERN UND REGELN 319 … 402 WERKSTOFFE, VERBINDUNGSTECHNIK 403 … 434 BETRIEB UND SEIN UMFELD, UMWELTTECHNIK, ANHANG 435 … 512 SE IK AS W BU 4 Vorwort zur 24. Auflage Die Weiterentwicklungen der Technik und der Lernorganisationen führte zu einer Überarbeitung und Erweiterung des Buches und macht es damit zu einem Kompendium. Neue und aktualisierte Inhalte sind nachstehend kursiv (schräg) gedruckt. M B C E A • Teil M: Mathematik, Physik, Schaltungstheorie, Bauelemente Formelzeichen, Größen und Einheiten, mathematische Zeichen, Potenzen, Vorsätze, Kraft, Kraftmoment, Bewegungslehre, Arbeit, Leistung, Wärme, Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand, elektrisches und magnetisches Feld, Wechselgrößen. Schaltungen von R, L, C, Drehstrom, Oberschwingungen, Widerstände und Kondensatoren, Dioden, Transistoren, Thyristoren, magnetfeldabhängige und fotoelektronische Bauelemente. • Teil TM Technische Dokumentation, Messen Technisches Zeichnen, Maßeintragung, Schaltpläne, Schaltzeichen, Vergleich von Schaltzeichen, Erstellen einer Dokumentation, Aufbau einer Betriebsanleitung. Messgeräte und Messwerke, Messkategorien, Messen in elektrischen Anlagen, Elektrizitätszähler, Oszilloskop, Messen mit Sensoren. • Teil EI Elektrische Installation Arbeiten in elektrischen Anlagen, Leitungsverlegung, Leitungsführung, Installationsschaltungen, Sprechanlagen, Dimmertypen, Elektroinstallation mit NiedervoltHalogenlampen, feldarme Elektroinstallation, Gebäudeleittechnik und Gebäudesystemtechnik, Hausanschluss, Hausinstallationen, Leitungsberechnung, Lichttechnik, Beleuchtungstechnik, LED-Leuchtmittel, Leuchtröhrenanlage. • Teil SE Sicherheit, Energieversorgung Erste Hilfe, Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit, Unfallverhütung, Differenzstromgeräte, Basisschutz, Fehlerschutz, zusätzlicher Schutz, Leiter für die Schutzmaßnahmen, Kraftwerksarten, Isolierstoffklassen, Transformatoren, Freileitungsnetze, Erdkabel, PV-Anlage, Brennstoffzellen, Elektrochemie, Primärelemente, Akkumulatoren, SSVAnlagen, elektromagnetische Verträglichkeit EMV, Blitzschutz, Qualität der Stromversorgung, Kompensation, Sicherheitstechnik, Raumheizung, Heizwärmeverbrauch, Energie-Effizienz, Hausgerätetechnik, Stromtarife. • Teil IK Informations- und kommunikationstechnische Systeme Zahlensysteme, Codes, Schaltalgebra, Flipflops, DA-Umsetzer, AD-Umsetzer, Modulation und Demodulation, Personal-Computer PC, Netze der Informationstechnik, Komponenten für Datennetze, Ethernet, Funk-LAN, AS-i-Bussysteme, Interbus, PROFIBUS, Identifizierungssysteme, Anschluss an das Telefonnetz, Internet, Antennenanlagen, SAT-Anlagen, Multimediaverkabelung. • Hilfsstromkreise von Steuerungen, Stromrichter, Schaltnetzteile, Kippschaltungen, Steuerrelais, Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS, Programmiersprachen für SPS, Steuerungstechnik, Ablaufsteuerung GRAFCET, Schütze, Motorschutz, elektrische Ausrüstung von Maschinen, Regelungstechnik, Drehstrommotoren, Wechselstrommotoren, Gleichstrommotoren, Effizienz von Antrieben, Servomotoren, Kleinstmotoren, Linearantriebe, Piezo-Antriebe. Teil AS Automatisierungsund Antriebssysteme, Steuern und Regeln • Periodensystem, Stoffwerte, Stahlnormung, Magnetwerkstoffe, Isolierstoffe, LeiTeil W tungen, Erdkabel, Steckverbinder, lötfreie Anschlusstechnik, Gewinde, Schrauben Werkstoffe, Verbindungstechnik und Muttern. K W • Teil BU Betrieb, Umfeld, Umwelttechnik, Anhang Organisationsformen, Arbeiten im Team, Arbeitsplanung, Kosten und Kennzahlen, Qualifikationen der Elektrofachkraft, Durchführung von Projekten, Umgang mit Konflikten, Kommunikation mit Kunden, Umwelttechnische Begriffe, gefährliche Stoffe, Elektroschrott, Normen, Kurzformen, fachliches Englisch, Sachwortverzeichnis, Firmen und Dienststellen. Normänderungen wurden übernommen, z.B. bei den Begriffen nach DIN VDE 0100-200. Allgemein ist zu beachten, dass vielfach die Normen verschiedene Formen zulassen, z.B. in DIN EN 61082 (Dokumente der Elektrotechnik, Regeln) Stromverzweigung mit oder ohne „Punkt“. Davon wurde, wie in der beruflichen Praxis, auch im Buch Gebrauch gemacht. Verlag und Autoren danken für die zahlreichen Benutzerhinweise, die zu einer weiteren Verbesserung des Buches führten. Gerne nehmen wir auch künftig konstruktive Verbesserungsvorschläge dankbar entgegen. Diese können auch mit E-Mail an [email protected] gerichtet sein. Sommer 2011 BU Der Autoren-Arbeitskreis 5 Inhaltsverzeichnis Contents Lernfelderauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 10 Teil G: Mathematik, Physik, Schaltungstheorie, Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . Indizes und Zeichen für Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Internationale Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mathematische Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potenzen, Vorsätze, Logarithmen, Dreisatzrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Winkel, Winkelfunktionen, Prozentrechnen . . . . . Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen . . . Längen und Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Körper und Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Masse, Kraft, Druck, Kraftmoment . . . . . . . . . . . . Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mechanische Arbeit, mechanische Leistung, Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rollen, Keile, Winden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . . Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . . Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . Wechselgrößen, Wellenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . Leistung bei Sinuswechselstrom, Impuls . . . . . . . Magnetisches Feld, Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrische Feldstärken und magnetische Feldstärken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strom im Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . . Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . Bezugspfeile, Kirchhoff’sche Regeln, Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potenziometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ersatzspannungsquelle, Ersatzstromquelle, Anpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundschaltungen von Induktivitäten und Kapazitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . Reihenschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . . . . . . Parallelschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . . . . . . Ersatz-Reihenschaltung und ErsatzParallelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einfache Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) . . . . . . . . . Unsymmetrische Last, Netzwerkumwandlung, Brückenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oberschwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . Farbkennzeichnung von Widerständen und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauarten von Widerständen und Kondensatoren Anwendungsgruppen und Aufbau von Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gleichrichterbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feldeffekttransistoren, IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thyristorarten und Triggerdiode . . . . . . . . . . . . . . Gehäuseformen von Dioden, Transistoren und ICs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Magnetfeldabhängige Bauelemente . . . . . . . . . . . Fotoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . Schutzbeschaltung von Dioden und Transistoren Bauelemente für den Überspannungsschutz . . . . Kühlung von Halbleiter-Bauelementen . . . . . . . . . 62 63 64 65 66 12 Teil TM: Technische Dokumentation, Messen . . . . . . . . . . 67 13 14 15 17 Grafische Darstellung von Kennlinien . . . . . . . . . Allgemeines Technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . Zeichnerische Darstellung von Körpern . . . . . . . . Maßpfeile, besondere Darstellungen . . . . . . . . . . Maßeintragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maßeintragung, Schraffur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltpläne als funktionsbezogene Dokumente . Weitere funktionsbezogene Dokumente . . . . . . . . Ortsbezogene und verbindungsbezogene Dokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kennzeichnung in Schaltplänen . . . . . . . . . . . . . . Kennbuchstaben der Objekte (Betriebsmittel) . . . Unterklassen für Aufgaben von Objekten . . . . . . . Kontaktkennzeichnung in Stromlaufplänen . . . . . Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zusatzschaltzeichen, Schalter in Energieanlagen Messinstrumente und Messgeräte . . . . . . . . . . . . Halbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Binäre Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analoge Informationsverarbeitung, Zähler und Tarifschaltgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroakustische Umsetzer und Antennenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltzeichen für Installationsschaltpläne und Installationspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Installationsschaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . . . . . . Spulen, Transformatoren, Transduktor, drehende Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einphasenwechselstrommotoren und Anlasser . Drehstrommotoren und Anlasser . . . . . . . . . . . . . Motoren mit Stromrichterspeisung . . . . . . . . . . . . Vergleich von Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydraulische und pneumatische Elemente . . . . . Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . Erstellen einer Dokumentation über Geräte und Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbau und Inhalt einer Betriebsanleitung . . . . . . Elektrische Messgeräte und Messwerke . . . . . . . . Piktogramme für die Messtechnik . . . . . . . . . . . . . Mess-Schaltungen zur Widerstandsbestimmung Messbereichserweiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messung in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . Niederspannungs-Schaltungen für Leistungsmessgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrizitätszähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische kWh-Zähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messen mit dem Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . Wegmessung und Winkelmessung mit Sensoren Kraftmessung und Druckmessung mit Sensoren Bewegungsmessung mit Sensoren . . . . . . . . . . . Temperaturmessung mit Sensoren . . . . . . . . . . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 88 89 M B C E 90 92 93 94 95 96 97 98 100 101 102 103 104 105 106 107 108 110 111 112 113 114 115 116 117 118 A K W Teil EI: Elektrische Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Arbeiten in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . 120 Werkstattausrüstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 BU 6 M B C E A K W BU Inhaltsverzeichnis Contents Leitungsverlegung, Leitungsbearbeitung . . . . . . . Ausschaltung, Serienschaltung . . . . . . . . . . . . . . . Wechselschaltung, Kreuzschaltung . . . . . . . . . . . . Treppenlichtzeitschalter, Hausklingelanlage mit Türöffner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltungen mit Stromstoßschaltern . . . . . . . . . . Jalousieschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sprechanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zweidraht-Türsprechanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . Lampenschaltungen mit Dimmern . . . . . . . . . . . . Tastdimmer, Dimmertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Automatikschalter mit Wärmesensor . . . . . . . . . . Automatikschalter mit Ultraschall-Bewegungssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroinstallation mit NiedervoltHalogenlampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feldarme Elektroinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . Gebäudeleittechnik und Gebäudesystemtechnik . Linien und Bereiche des KNX . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltzeichen des KNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Systemkomponenten zum KNX . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Aktoren und Systemgeräte zum KNX . . Sensoren für den KNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aktoren für den KNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Installationsbus mit FSK-Steuerung . . . . . . . . . . . Projektierung und Inbetriebnahme beim KNX . . . LON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LON-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroinstallation mit Funksteuerung . . . . . . . . . LCN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hausanschluss mit Schutzpotenzialausgleich . . . Hauptleitungen in Wohnanlagen . . . . . . . . . . . . . . Zählerplatzinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrische Mindestausstattung in Wohngebäuden, Zählerplätze . . . . . . . . . . . . . . . . Leitungsführung in Wohngebäuden . . . . . . . . . . . Leitungsberechnung ohne Verzweigung . . . . . . . Leitungsberechnung mit Verzweigung . . . . . . . . . Überlastschutz und Kurzschlussschutz von Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verlegearten für feste Verlegung . . . . . . . . . . . . . . Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungen bei ϑ U = 25 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungen bei ϑ U = 30 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strombelastbarkeit von flexiblen oder wärmefesten Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umrechnungsfaktoren für die Strombelastbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mindest-Leiterquerschnitte, Strombelastbarkeit von Starkstromkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Überstrom-Schutzeinrichtungen (Niederspannungssicherungen) . . . . . . . . . . . . . . Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . Räume mit Badewanne oder Dusche . . . . . . . . . . Räume und Anlagen besonderer Art, Arbeiten unter Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Saunaanlagen und Schwimmbecken . . . . . . . . . . Elektroinstallation in feuergefährdeten Betriebsstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroinstallation in landwirtschaftlichen Betrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroinstallation in medizinisch genutzten Bereichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroinstallation in Unterrichtsräumen mit Experimentiereinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroinstallation in explosionsgefährdeten Bereichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 123 124 125 126 127 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 150 151 152 153 154 155 156 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 175 176 Energieversorgung von Werkstätten und Maschinenhallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lichttechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planung der Arbeitsstättenbeleuchtung von Innenräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wartungsfaktoren von Arbeitsstättenbeleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnung von Beleuchtungsanlagen . . . . . . . . Beleuchtung und Blendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Glühlampen, Metalldampflampen . . . . . . . . . . . . Energiesparlampen, Farbwiedergabe . . . . . . . . . . Induktionslampen und Lichtleiter . . . . . . . . . . . . . Leuchtstofflampen für 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Vorschaltgeräte EVG für Leuchtstofflampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltungen von Entladungslampen . . . . . . . . . . LED-Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LED-Leuchtmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lichttechnische Daten von Leuchten . . . . . . . . . . Leuchtröhrenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung . . . . . . . . . . . . . . . 191 Erste Hilfe am Arbeitsplatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Persönliche Schutzausrüstung PSA . . . . . . . . . . . 195 Zeichen zur Unfallverhütung . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Zeichen und Farben der Unfallverhütung . . . . . . . 197 Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . 198 Berührungsarten, Stromgefährdung, Fehlerarten 199 Schutzmaßnahmen, Schutzklassen . . . . . . . . . . . . 200 Verteilungssysteme (Netzformen) . . . . . . . . . . . . . 201 Schutz gegen elektrischen Schlag . . . . . . . . . . . . . 202 Differenzstromgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Fehlerschutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Weitere Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Weiterer Fehlerschutz in fachlich überwachten Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Leiter für die Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . 207 Prüfung der Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . 208 Wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Instandsetzung, Änderung und Prüfung elektrischer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Transformatoren und Drosselspulen, Prüfung der Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Berechnung von Transformatoren . . . . . . . . . . . . 213 Kleintransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Kraftwerksarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Drehende Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Isolierstoffklassen, Leistungsschilder von Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Transformatoren für Drehstrom . . . . . . . . . . . . . . 218 Transformatoren in Parallelbetrieb . . . . . . . . . . . . 219 Netze der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Freileitungsnetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Durchhang von Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Verlegung von Erdkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Eigenerzeugungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Vergütung erneuerbarer Energien nach dem EEG, Windkraftanlagen . . . . . . . . . . . . . 226 Fotovoltaik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Fotovoltaik-Anlage, PV-Anlage . . . . . . . . . . . . . . . 228 Kurzzeichen an elektrischen Betriebsmitteln . . . . 229 Brennstoffzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Schutzarten elektrischer Betriebsmittel . . . . . . . . 231 Elektrochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 7 Inhaltsverzeichnis Contents Primärelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Akkumulatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ladetechniken für Akkumulatoren . . . . . . . . . . . . Notstromversorgung und Notbeleuchtung . . . . . Sicherheits-Stromversorgungsanlagen (SSV-Anlagen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . USV-Systeme (Unterbrechungslose Stromversorgungssysteme) . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . . . . . . Elektromagnetische Störungen EMI . . . . . . . . . . . Maßnahmen gegen EMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Innerer Blitzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Äußerer Blitzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fangeinrichtungen und Ableitungen . . . . . . . . . . Qualität der Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kompensation der Blindleistung . . . . . . . . . . . . . . Überwachung der Endstromkreise . . . . . . . . . . . . Melde- und Überwachungsanlagen . . . . . . . . . . . Sicherheitstechnik in Gebäuden . . . . . . . . . . . . . . Einbruchmeldeanlagen EMA . . . . . . . . . . . . . . . . . Videoüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperaturen für Wärmebedarf . . . . . . . . . . . . . . Wärmebedarf und Wärmeleitung von Gebäuden Heizwärmeverbrauch und Energiekennzahl eines Einfamilienhauses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Raumheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fußboden- und Deckenheizung . . . . . . . . . . . . . . . Klimatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kochstellen für Elektroherde . . . . . . . . . . . . . . . . . Energie-Effizienz-Klassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energie-Einsparpotenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CE-Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Warmwassergeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hausgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wärmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stromtarife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 245 246 247 248 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 Teil IK: Informations- und kommunikationstechnische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Dualzahlen und Binärcodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sedezimalzahlen und Oktalzahlen . . . . . . . . . . . . . ASCII-Code im Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaltalgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklung von Schaltnetzen . . . . . . . . . . . . . . . . Code-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flipflops (bistabile Kippschaltungen) . . . . . . . . . . Digitale Zähler und Schieberegister . . . . . . . . . . . DA-Umsetzer und AD-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikrocomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Personalcomputer PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bildschirmgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schnittstellen und Steckverbinder des PC . . . . . . Schnittstellenkopplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Betriebssysteme Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elemente von Windows-Benutzeroberflächen . . . Netze der Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . Komponenten für Datennetze . . . . . . . . . . . . . . . . Kommumnikation bei Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . Errichten eines Ethernet-Netzwerkes . . . . . . . . . . Industrial Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Signalübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Datenübertragung mittels Funk . . . . . . . . . . . . . . . 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 291 292 293 294 295 Funk-LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Identifizierungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . AS-i-Bussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messumformer und Signalumsetzer für Fernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Programmierbarer Messumformer für Fernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anschluss an das Telefonnetz . . . . . . . . . . . . . . . . Telekommunikation mit ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . Einrichten von ISDN-Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . Internet-Zugang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Suchen im Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sichern und Schützen von Daten . . . . . . . . . . . . . Antennen, Betriebsmittel für Antennanlagen . . . . Satellitenempfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SAT-Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Satellitenantennenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Digitales Fernsehen über terrestrische Antenne, DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gemeinschaftsantennenanlagen . . . . . . . . . . . . . . Errichtung von Antennenanlagen . . . . . . . . . . . . . Breitband-Kommunikatiosanlagen (BK-Anlagen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Multimediaverkabelung im Heimbereich . . . . . . . 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 B C 317 318 Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme, Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Verstärker-Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen des Operationsverstärkers . . . . . . . . Schaltungen mit Operationsverstärkern . . . . . . . . Aufgaben von Stromrichtern . . . . . . . . . . . . . . . . . Benennung von Stromrichterschaltungen . . . . . . Schaltungen für Gleichrichter und Stromrichter . Wechselwegschaltung, Steuerkennlinie . . . . . . . . Betriebsquadranten bei Antrieben, Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Halbgesteuerte Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . Vollgesteuerte Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gleichstromsteller, U-Umrichter-Prinzip . . . . . . . . U-Umrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ansteuerschaltungen für Halbleiter . . . . . . . . . . . Glättung und Spannungsstabilisierung . . . . . . . . Grundlagen der Schaltnetzteile . . . . . . . . . . . . . . . Schaltnetzteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schalttransistor, Kippschaltungen . . . . . . . . . . . . . Halbleiterrelais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kleinsteuerung easy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kleinsteuerung LOGO! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Struktogramme und Programmablaufpläne . . . . Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS . . . Signalkopplungen für SPS und Mikrocomputer . Steueranweisungen für SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . Programmbeispiele für SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zähler und Zeitglieder in SPS . . . . . . . . . . . . . . . . Programmiersprachen Strukturierter Text ST, Ablaufsprache AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Programmstruktur für SPS S7 . . . . . . . . . . . . . . . . Ablaufsteuerung mit GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . Alphanumerische Kennzeichnung der Anschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Steuerung von Verbrauchsmitteln . M 320 321 322 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 347 348 E A K W 349 350 351 353 354 355 BU 8 M B C E A K W BU Inhaltsverzeichnis Contents Grenzwerte der Anschlussleistung im öffentlichen Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hilfsstromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen . . . . Architekturen von Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . Elektrische Niederspannungsausrüstung von Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schütze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Schützarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kennzeichnung und Antriebe der Schütze . . . . . . Gebrauchskategorien und Prüfbedingungen von Schützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schützschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vollelektronischer Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . Steuerung durch Motorschalter . . . . . . . . . . . . . . Optoelektronische Näherungsschalter (Lichtschranken) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Näherungsschalter (Sensoren) . . . . . . . . . . . . . . . Ultraschall-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unstetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Digitale stetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . Analoge stetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einstellung von Regelkreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . Betriebsarten und Grenzübertemperaturen . . . . . Effizienzklassen von elektrischen Antrieben . . . . . Betriebsdaten von Käfigläufermotoren . . . . . . . . . Oberflächengekühlte Käfigläufermotoren (Normmotoren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauformen von drehenden elektrischen Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsformeln für drehende elektrische Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leistungsschilder von drehenden elektrischen Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drehstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polumschaltbare Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fehlerbeseitigung bei DrehstromAsynchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einphasen-Wechselstrommotoren . . . . . . . . . . . . Gleichstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ansteuerung von Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kleinstmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Daten von Kleinstantrieben, Getriebe für Kleinstmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lineare Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piezo-Aktoren und Piezo-Antriebe . . . . . . . . . . . . . Prüfung elektrischer Maschinen . . . . . . . . . . . . . . Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wahl des Antriebsmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anlassen von Kurzschlussläufermotoren . . . . . . . 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 Teil W: Werkstoffe, Verbindungstechnik . . . . . . . . . . . . . . 403 Periodensystem, chemische Bindung . . . . . . . . . . Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stahlnormung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitende Werkstoffe der Elektrotechnik (Nichteisenmetalle) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Magnetisierungskennlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . Magnetwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lote, Thermobimetalle, Kohlebürsten . . . . . . . . . Kontaktwerkstoffe, Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . 404 405 406 407 408 409 410 411 Isolierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kunststoffe als Isolierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weitere Isolierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitungen und Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isolierte Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weitere Leitungen für feste Verlegung . . . . . . . . . Leitungen zum Anschluss ortsveränderlicher Betriebsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitungen und Kabel für Melde- und Signalanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitungen in Datennetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitungen für Kleinspannungsbeleuchtung . . . . . Code zur Farbkennzeichnung, Starkstromkabel . . Kabel für die Energieverteilung . . . . . . . . . . . . . . . Steckvorrichtungen der Energietechnik . . . . . . . . Steckverbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Steckverbinder RJ45 und RJ11 . . . . . . . . . . . . . . . Lötfreie Anschlusstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Installationsrohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bezeichnungsbeispiele für Schrauben und Muttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metrische ISO-Gewine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 Teil BU: Betrieb und sein Umfeld, Umwelttechnik, Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 Organisationsformen der Unternehmen . . . . . . . Organisation der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arbeitsplanung, Netzplantechnik . . . . . . . . . . . . . Arbeiten im Team . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umgang mit Konflikten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prozesse analysieren und gestalten . . . . . . . . . . . Vorbereitung einer Präsentation . . . . . . . . . . . . . . Präsentation eines Projektes . . . . . . . . . . . . . . . . . Diagramme für Präsentationen . . . . . . . . . . . . . . . Durchführung von Projekten . . . . . . . . . . . . . . . . . Systematisches Marketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kommunikation mit Kunden . . . . . . . . . . . . . . . . . Durchführung von Kundenschulungen . . . . . . . . . Bestandteile eines Tarifvertrages . . . . . . . . . . . . . Qualifikationen für elektrotechnische Arbeiten . . Rechtsgeschäfte des Betriebes . . . . . . . . . . . . . . . Kosten und Kennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kalkulation der Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erstellen eines Angebotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lastenheft, Pflichtenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Computerunterstützte Planung einer Elektroinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reale Ausführung von Installationsschaltungen . Zertifizierung, Auditierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gefährliche Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Risiko-Sätze (H-Sätze) für Gefahrstoffe . . . . . . . . . Sicherheitsratschläge (P-Sätze) für Gefahrstoffe . Umgang mit Elekroschrott . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wichtige Teile des VDE-Vorschriftenwerkes . . . . . Teile von DIN VDE 0100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kurzformen von Fachbegriffen . . . . . . . . . . . . . . . Fachliches Englisch (Englisch-Deutsch) . . . . . . . . Sachwortverzeichnis (mit fachlichem Englisch) . . Bildquellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unterstützende Firmen und Dienststellen . . . . . . 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 466 467 469 475 481 488 509 510 Lernfelderauswahl und Buchabschnitte Selection of Fields of Learning and relevant Sections in this Book Lernfeld Lernfeldinhalt Hauptabschnitte im Tabellenbuch Elektrotechnik, zusätzliche Inhalte weiterer Hauptabschnitte Lernfeldübersicht für industrielle und handwerkliche Elektroberufe (Beispiel) 1 Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen Teil M: Schaltungstheorie, Bauelemente Teil TM: Technische Dokumentation, Messen 2 Elektrische Installationen planen und ausführen Teil EI: Elektrische Installation Teil TM: Technische Dokumentation 3 Steuerungen analysieren und ausführen Teil AS: Steuern und Regeln Teil M: Schaltungstheorie, Bauelemente Teil TM: Technische Dokumentation 4 Informationstechnische Systeme bereitstellen Teil IK: Informations- und kommunikationstechnische Systeme Teil TM: Technische Dokumentation 5 Elektroenergieversorgung und Sicherheit von Betriebsmitteln gewährleisten Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung Teil TM: Technische Dokumentation, Messen Teil W: Werkstoffe, Verbindungstechnik Teil BU: Betrieb und sein Umfeld 6 Anlagen analysieren und deren Sicherheit prüfen Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme 7 Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren Teil AS: Steuern und Regeln Teil IK: Informations- und kommunikationstechnische Systeme 8 Antriebssysteme auswählen und integrieren Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme, Steuern und Regeln Teil TM: Technische Dokumentation Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung Steuerungssysteme und Kommunikationssysteme integrieren Teil AS: Steuern und Regeln Teil IK: Informations- und kommunikationstechnische Systeme Teil TM: Technische Dokumentation, Messen 10 Automatisierungssysteme in Betrieb nehmen und übergeben Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme Teil BU: Betrieb und sein Umfeld Teil TM: Technische Dokumentation, Messen 11 Automatisierungssysteme in Stand halten und optimieren Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme Teil EI: Elektrische Installation Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung Teil BU: Umwelttechnik Teil TM: Technische Dokumentation, Messen 12 13 Automatisierungssysteme planen, Automatisierungssysteme realisieren Teil AS: Automatisierungssysteme Teil EI: Elektrische Installation Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung Teil BU: Umwelttechnik Teil W: Werkstoffe, Verbindungstechnik 9 9 M B C E A K Lernfeldübersicht für elektrische Teile der Lernfelder Mechatronik 1 Analysieren von Funktionszusammenhängen in mechatronischen Systemen Teil TM: Technische Dokumentation Teil W: Werkstoffe, Verbindungstechnik 3 Installieren elektrischer Betriebsmittel unter Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung Teil EI: Elektrische Installation 4 Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen Baugruppen Teil AS: Automatisierungssysteme Teil W: Werkstoffe, Verbindungstechnik 5 Kommunizieren mithilfe von Datenverarbeitungssystemen Teil IK: Informations- und kommunikationstechnische Systeme 8 Design und Erstellen mechatronischer Teilsysteme Teil TM: Technische Dokumentation, Messen Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme W BU 10 M B C E A K W BU Literaturverzeichnis List of Literature Automatisierungstechnik Verlag Europa-Lehrmittel, HaanGruiten Baumann u. a. Betrieb von elektrischen Anlagen VDE-Verlag, Berlin DIN VDE 0105 Digitale Übertragungstechnik B. G. Teubner, Stuttgart Gerdsen Drehzahlvariable Drehstromantriebe mit Asynchronmotoren VDE-Verlag GmbH, Berlin Budig Elektrische Niederspannungsanlagen von Gebäuden VDE-Verlag, Berlin DIN VDE 0100 Elektrische Anlagen in Wohngebäuden Beuth-Verlag, Berlin DIN 18015 Fachwissen Betriebs- und Antriebstechnik Verlag Europa-Lehrmittel, HaanGruiten Fritsche u. a. Elektrische Energieversorgung Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden Heuck u. a. Elektrische Messgeräte und Messverfahren Springer-Verlag, Berlin Jahn u. a. EMV nach VDE 0100 VDE-Verlag, Berlin Rudolph u. a. Fachkunde Elektrotechnik Verlag Europa-Lehrmittel Bastian u. a. Fachkunde Industrieelektronik und Informationstechnik Verlag Europa-Lehrmittel, HaanGruiten Grimm u. a. Handbuch Elektromagnetische Verträglichkeit VDE-Verlag GmbH, Berlin Habiger u. a. Handbuch Elektrotechnik Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig, Wiesbaden Böge u. a. IT-Handbuch Westermann-Schulbuchverlag, Braunschweig Hübscher u. a. Leistungselektronik Carl Hanser Verlag, München Bystron Moderne Leistungselektronik und Antriebe VDE-Verlag, Berlin Hofer Netzrückwirkungen VDE-Verlag, Berlin und VWEWEnergieverlag, Frankfurt a. M. Hörmann u. a. Optische Übertragungstechnik Hüthig Buch Verlag, Heidelberg Wrobel u. a. Professionelle Stromversorgung Franzis-Verlag GmbH, München Freyer Praxis Elektrotechnik Verlag Europa-Lehrmittel, Haan Bastian u. a. Schutz durch DIN VDE 0100 Verlag Europa-Lehrmittel, Haan Fritsche u. a. Sensoren, Messaufnehmer expertverlag, Renningen Bonfig u. a. Tabellenbuch industrielle Computertechnik Verlag Europa-Lehrmittel, HaanGruiten Grimm u. a. Tabellenbuch Informations- und Systemtechnik Verlag Europa-Lehrmittel, HaanGruiten Burgmaier u. a. Tabellenbuch Mechatronik Verlag Europa-Lehrmittel, HaanGruiten G. Häberle u. a. Taschenbuch Elektrotechnik Carl Hanser Verlag, München Philipow u. a. Transformatoren VDE-Verlag, Berlin und VWEWEnergieverlag, Frankfurt a. M. Janus u. a. 32 Wechselgrößen, Wellenlänge Alternating Quantities, Wavelength Wechselgrößen G N S B Frequenz [f] = 1 = Hz s [w] = 1 1 ; [n] = s s f= Signalform Innenpolmaschine mit einem Polpaar Crestfaktor FC Periode u, i 1 T f=p·n 1 Effektivwert bei Sinusform 02 2= 1,41 02 3= 1,73 1 1 U= T ti U= 6 øt ƒ0 u1 j=2p· ƒ u u2 t Liniendiagramm u: FC I= 7 : i FC j° 360° ; j° = Dt · 360° T 10 ab Zeitpunkt Nulldurchgang (j0 = 0): i i =2·: ;: u ;: = 2 · u: Zeigerdiagramm u =u : · sin (360° · f · t) 12 11 13 Wellenlänge Wellenlänge Ausbreitung u= u= u= u= u= u 0 -u 0 u G _ im Vakuum: c0 = 299 792,458 E t ¬ W BU 8 u = u: · sin (360°· f · t + j0°) Spitze-Tal-Werte Phasenverschiebung K 5 9 [j] = rad; [j°] = ° ƒ _ #t A 4 : i 02 2 u =u : · sin (wt + j0) u1 eilt u2 um den Phasenverschiebungswinkel j voraus. u1 u2 I= Augenblickswert Sinusspannung mit Nullphasenwinkel E u: 02 2 Effektivwert allgemein u : = U · FC C 3 ti T Scheitelwert der Spannung u, i w=2p·f 2 c Ausbreitungsgeschwindigkeit c0 Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder in Luft E elektrische Feldstärke f Frequenz FC Scheitelfaktor, Crestfaktor i Augenblickswert des Stromes i: Scheitelwert des Stromes I Effektivwert der Stromstärke i ;: Œ n p t ti T u fi 300 000 km s = 0,3 · 109 m s km s allgemein: c l= 0 f l= 14 l = c0 · T Spitze-Tal-Wert des Stromes Leiterlänge Drehfelddrehzahl Polpaarzahl der Maschine Zeit Impulszeit Periodendauer Augenblickswert der Spannung 15 l=c·T 16 u: U u : ; a j j0 l w c f 17 Scheitelwert der Spannung Effektivwert der Spannung Spitze-Tal-Wert der Spannung Winkel Phasenverschiebungswinkel Nullphasenwinkel Wellenlänge Kreisfrequenz, Winkelgeschwindigkeit 33 Leistung bei Sinuswechselstrom, Impuls Power of Alternating Sine-wave Current, Impulse ¡ ¡ Uw R Uw R U Der Spannungserzeuger gibt eine Scheinleistung an eine beliebige Schaltung ab. [S] = V · A = VA UbC C Im Wirkwiderstand tritt Wirkleistung auf. G P = Uw · Iw [P] = V · A = W 2 P ƒ S ƒ QL QC S P ¡w ¡bL R ¡w ¡bC Bei Sinusform: Blindleistung Q sin j = S cos j = ƒ P S QC ƒ S P 100 90 Dach Rückflanke 50 Impulsdauer t i 10 0 Anstiegszeit t r l= 7 Scheinleistung P S 8 V A oder s s 9 Für Spannungsimpuls: S= Du Dt Di Dt V= 1 T 1 g Kenngrößen beim Impuls P Q S T t tf ti tp tr A 11 Periodendauer Wirkleistung Blindleistung Scheinleistung, Flankensteilheit Periodendauer Zeit Abfallzeit Impulsdauer Pausendauer Anstiegszeit K T = ti + tp 12 Tastverhältnis T 10 Für Stromimpuls: S= Frequenz t E S = 1P 2 + Q 2 t u, i Index für kapazitiv Frequenz Tastgrad Stromstärke Blindstrom kapazitiver Blindstrom induktiver Blindstrom Wirkstrom Index für induktiv Q = U · I · sin j 6 Die Impulsdauer und die Pausendauer misst man zwischen den 50-%-Werten der Impulsgröße. f= tp 5 Die Anstiegszeit und die Abfallzeit werden zwischen dem 10-%-Wert und dem 90-%Wert der Impulsgröße gemessen. [S] = Abfallzeit t f ti P S B C Q = Ub · Ib 4 Bei Nichtsinusform: Parallelschaltung von Wirkwiderstand und Blindwiderstand Vorderflanke 3 Q ist Q C oder Q L, Ub ist UbC oder UbL und Ib ist IbC oder IbL. U QL P = U · I · cosj var = Volt-Ampere-reaktiv (reaktiv = rückwirkend) C R L U Im Blindwiderstand tritt Blindleistung auf. [Q] = V · A = var Reihenschaltung von Wirkwiderstand und Blindwiderstand Impulsgröße/% 1 U UbL L C f g I, i Ib IbC IbL Iw L S=U·I 13 Tastgrad g= 14 ti T 15 Blindspannung Ub Uw Wirkspannung V Tastverhältnis (nicht genormt) D Zeichen für Differenz j Phasenverschiebungswinkel l Leistungsfaktor Bei Sinusform: cos j Leistungsfaktor, Wirkfaktor sin j Blindfaktor W BU 34 Magnetisches Feld, Spule Magnetic Field, Coil Durchflutung Ï l G [Q] = A Q=I·N 1 A [H] = m [Rm] = magn. Feldstärke 1 A = Vs H H= magn. Leitwert B L= ¡ I·N Œ 2 magn. Widerstand 1 Rm Rm = 3 Œ q0 · qr · A 4 magn. Fluss Magnetische Feldstärke [G] = Vs = Wb (Weber) C [B] = Ï G= Vs = T (Tesla) m2 [q0] = 1,257 Q Rm 5 magn. Flussdichte B= µVs = 1,257 µH/m Am G A 6 In Luft: q = q0 · qr E A= 1 m2 B = q0 · H Die Permeabilitätszahl qr gibt den Faktor 7 an, um den die magnetische Leitfähigkeit In Magnetwerkstoffen: des Kernes größer ist als die der Luft. qr siehe Seite 410 Magnetische Flussdichte, Induktion B = q0 · qr · H Für Luft: qr = 1 A B Fe nicht linear Luft linear [L] = Vs = H (Henry) A [W] = H A Vs · A2 = Ws = J (Joule) A W l BU w= Induktivität A AL B F H I L ·A 2 q0 L= N 2 · q0 · qr · A Œ Polfläche, Spulenquerschnitt Spulenkonstante magnetische Flussdichte Kraft (bei Elektromagneten) magnetische Feldstärke Stromstärke Induktivität Œ 9 10 L = N 2 · AL 11 Energiedichte w= ¡ F= B2 Induktivität J [w] = 3 m Magnetisierungskennlinien K 8 T2 · m2 · Am Ws [F] = = = N (Newton) Vs m 1 ·B·H 2 W= 12 B2 1 2 q0 · qr 1 · L · I2 2 w= 14 mittlere Feldlinienlänge, Länge der Spule N Windungszahl Rm magnetischer Widerstand V Volumen W Energie w Energiedichte G L Q q q0 qr W V 13 15 magnetischer Fluss magnetischer Leitwert (Lambda) Durchflutung, magnetische Spannung Permeabilität magnetische Feldkonstante Permeabilitätszahl Feldeffekttransistoren, IGBT Field Effect Transistors, IGBT Prinzip, Bezeichnung Gehäuse (Beispiele) Schaltzeichen, Bezugspfeile Source N D G S P D G ¡G S auch SDG statt SGD J-FET mit N-Kanal UDS UGS Anwendung, Spezialformen Kennlinien ¡D UGS 0V -2V ¡D -4V ¡S S P Drain D Gate G UDS Ersatzschaltung D + P K N S J-FET als Strombegrenzer G N+ A, D Selbstleitender IG-FET mit N-Kanal G S G D Su G2 D G D Su G1 C P N E IGBT G2 D UG2S S + Su P + 2V EC G etwa M 1:2 ¡D C UGE Typische Grenzwerte für Leistungsverstärker: maximale Verlustleistung Ptot = 75 W E A In Operationsverstärkern, in integrierten Schaltungen. Verstärker und Mischstufen bis 300 MHz + 1V 0V In integrierten Schaltungen K - 1V 0 UG1S ¡C UCE G N N SiO2 UG2S ¡D UDS UG1S z. B. TO 220 G -UDS Su G1 Dual-GateIG-FET mit N-Kanal - 1V G2 P Su - 3V -¡D UGS S N+ N - 5V UDS D G1 S S Selbstsperrender IG-FET mit P-Kanal N N N - 7V Verstärkerschaltungen, insbesondere für Eingangsstufen, HF-Verstärker, Regelglieder, Leistungsverstärker. UDS = 50 V UGS = ( 20 V ID = 25 A UGS ¡D Su G Su N+ UDS P+ P Is UDS UGS S N D - 1V - 2V - 4V ¡D S Su P+ + 2V + 1V 0V Su G Is C UGS ¡D N+ P D UDS - S N B ¡A K, S D Is D G ¡A S P Verstärkerschaltungen, Analogschalter, Vorverstärker Mikrofon, HF-Verstärker, Oszillatoren, Quarzoszillatoren, Mischstufen, Stellglieder bei Reglern. Stabilisierung, Strombegrenzung S D E A 57 UGE ¡C UCE UF von 2 V bis 5 V, UR ‰ 1600 V, IF ‰ 1 kA, Frequenzen bis 20 kHz. In IGBT-Modulen sind oft Freilaufdioden (Rückstromdioden) enthalten. IGBT von Insulated Gate Bipolar Transistor. A Anode, D Drain, G Gate, Is Isolierung mit SiO2, K Katode, N N-dotiert, N+ stark N-dotiert, P P-dotiert, P+ stark P-dotiert, S Source, Su Substrat W BU 58 Bipolare Transistoren Bipolar Transistors Prinzip, Bezeichnung G Gehäuse (Beispiele) C B C 0,6 ¡B E UBE CBE E ¡C C ¡C N B P ¡B E C –0,6 UBE PNP-Transistor C B C E N B P P ¡B N N N B E C P N A P N N P B E P B N C UCE 0,7 0,6 UBE C C ¡E E ¡C C 0,7 0,6 E ¡C C UCE 200 lx ¡C 100 lx B2 E P B1 DoppelbasisTransistor (UJT) BU B2 UCE ¡v ¡E UBB UEB1 B1 PNP-Transistoren: IC = – 10 mA bis – 30 A UBE = – 0,7 V Leistungsverstärker für Relaissteuerungen. Der Stromverstärkungsfaktor ist sehr groß. Typische Daten: b = 200 bis 1000 B = 100 bis 30 000 IC = 0,1 A bis 30 A Optische Abtastung von Barcodes, Optokoppler. Zum Zünden von Thyristoren ¡E E NPN-Transistoren: IC = 10 mA...30 A UBE = 0,7 V Fototransistoren gibt es mit und ohne Basisanschluss. B2 B1 E E EV lx UCE Foto-Transistor W UBE V UCE ¡E Verstärkerschaltungen, Oszillatoren, Leistungsstufen in Netzteilen. Darlingtonstufen bestehen aus zwei Transistoren in einem Gehäuse. UCE B UBE UBE V UCE B B E N ¡C ¡B E Licht E E ¡C C KomplementärDarlington-Transistor K ¡E UBE E UBE V UCE ¡C Darlington-Transistor B –0,7 Anwendungen, Bemerkungen Typische Daten: h21e = 100 bis 500 B = 50 bis 700 UCE P B UBE V UCE ¡E NPN-Transistor C 0,7 ¡C B P N B Typische Kennlinie ¡C C E N B Schaltzeichen, Bezugspfeile ¡p Uv UEB1 Up Iv Ip Uv Up Talstrom Höckerstrom Talspannung Höckerspannung B Basis, B Gleichstromverhältnis, C Kollektor, E Emitter, Ev Beleuchtungsstärke, b Kurzschluss-Stromverstärkungsfaktor, IC Kollektorstrom, UJT Unijunction Transistor 70 Zeichnerische Darstellung von Körpern Graphical Representation of Bodies Anordnung der Ansichten Draufsicht (D) U Rückansicht (R) Seitenansicht von links (SL) Seitenansicht von rechts (SR) SR TM V SL R Vorderansicht (V) D Untersicht (U) Axonometrische Projektionen Rechtwinklige Parallelprojektion Dimetrische Projektion H H T A B T B B 30} 7} 42} 45} CE Isometrische Projektion 30} B H T B : H : T = 1 : 1 : 0,5 B : H : T = 1 : 1 : 0,5 B:H:T=1:1:1 Anwendung für Skizzen. Zeigt in der Vorderansicht Wesentliches. Zeigt drei Ansichten gleichrangig. Normalprojektionen Projektionsmethode 1: Kennzeichen: Projektionsmethode 3: Kennzeichen: K V V SR SL W U D BU Anwendung in europäischen Ländern. Anwendung in amerikanischen Ländern und in Datenbüchern. Maßpfeile, besondere Darstellungen Dimension Arrows, Special Representations Maßlinienbegrenzung Schreibrichtung Immer anwenden bei Radien, Kreisbögen, Durchmessern. 90 } 62} 74 } 30} 20 nicht ausgefüllt: † ≈ 2,5 d 20 20 20 20 26 20 20 20 20 Für jede Zeichnung ist nur eine Art anzuwenden. Bei Platzmangel sind Kombinationen möglich. Leserichtung vorzugsweise von unten und rechts. Zulässig auch in Leselage des Schriftfeldes, nichthorizontale Maßlinien werden unterbrochen. Schnitte Bruchlinien und besondere Darstellungen Merkregeln Darstellung 45} b a c a Schraffur: Dünne Volllinie unter 45° zur Achse oder zu den Hauptumrissen. Schnittflächen und Ausbrüche des gleichen Teiles in einer oder mehreren Ansichten werden in gleicher Art und Richtung schraffiert. b Aneinanderstoßende Werkstücke erhalten entgegengesetzt gerichtete oder verschieden weite Schraffur. d h i k c Der Schraffurlinienabstand ist umso größer, je größer die Schnittfläche ist. e f A g Schnitt A-D d Umlaufkanten, die durch den Schnitt sichtbar geworden sind, werden eingezeichnet. e Trennfugen sind als Kanten zu zeichnen. f C B D g Darstellung Vollkörper einfacher Form werden in der Längsrichtung nicht geschnitten. Beispiele: Niete, Bolzen, Wellen, Stifte, Rippen, Schrauben. g Ist der Schnittverlauf nicht ohne weiteres ersichtlich, so ist er durch dicke Strichpunktlinien zu kennzeichnen. Die Blickrichtung auf den Schnitt deuten Pfeile an. Buchstaben verwendet man nur zur besseren Übersicht. Merkregeln h Ausbrüche werden durch dünne Freihandlinien begrenzt. Bei der Darstellung „halb Ansicht – halb Schnitt“ wird bei waagrechter Mittellinie (Beispiel d) der Halbschnitt unterhalb, bei senkrechter Mittellinie rechts von ihr angeordnet. Durch dünne Freihandlinien werden dargestellt: i TM 20 20 29 † ≈ 1,5 d 20 49 35 60} 20 45 27 ausgefüllt: 32 28 19 45} l 13} 16} 60} Verlaufen von links unten nach rechts oben, bezogen auf die Maßlinie. Œ ≈ 6d Dürfen nur bei Platzmangel verwendet werden, Punkte: 60} 86} } 90 l d Linienbreite Schrägstriche: 60} 90 } } 77 å nicht ausgefüllt offen a = 15° bis 90° Œ ≈ 3 d bis 5 d 30} 71} ausgefüllt a ≈ 15° Œ ≈ 5d å 60} 47} } 90 l 8} Maßpfeile: 71 E A der Bruch flacher Werkstücke, k der Abbruch von Rundkörpern, l l n p m o der Abbruch von hohlen Rundkörpern, z.B. Rohre. m Spitzkörper sind in abgebrochener Darstellung zusammengeschoben zu zeichnen. n Der Bruch geschnittener, hohler Rundkörper wird durch eine Freihandlinie begrenzt. o Gerundete Übergänge und Kanten können durch dünne Volllinien (Lichtkanten), die vor den Körperkanten enden, dargestellt werden, wenn das Bild dadurch anschaulicher wird. p Flach verlaufende Durchdringungskurven dürfen weggelassen werden. K W BU 98 Vergleich von Schaltzeichen 1 Comparison of Circuit Symbols 1 USA, z.B. ANSI, NEMA Europa, praxisüblich, z.B. DIN EN Benennung USA, z.B. ANSI, NEMA allgemeine Betriebsmittel Widerstand, Wirkwiderstand (RES von Resistanz) a) b) RES TM b) b) Öffner b) Diode b) Wechsler a) a) Steckerverbindung b) b) a) b) schließender Taster, druckbetätigt Schmelzsicherung öffnender Taster, druckbetätigt PB LS Endschalter (Schließer) LS Endschalter (Öffner) Leuchtmelder a) b) Masse PB a) K a) SO b) SO Antrieb mit Anzugsverzögerung b) SR Antrieb mit Abfallverzögerung Näherungsschalter (Schließer) b) a) a) SR W G MTR BU Schalter mit Raste, druckbetätigt elektromechanischer Antrieb, z.B. für Schütz b) M 3_ Rechteckgenerator Drehstrommotor (MTR Motor) Schließer mit Verzögerung beim Schließen Steuergeräte gepolte Suppressordiode a) b) PB c) b) CE A a) Z-Diode b) a) b) Schließer a) a) B a) Kondensator b) Benennung Schaltglieder a) a) a) Europa, praxisüblich, z.B. DIN EN P PB p> Druckwächter, öffnend (p von pressure) Taster mit Schließer und Öffner Schwimmerschalter, öffnend ANSI American National Standard Institute, NEMA National Electrical Manufacturer Association, DIN EN Deutsches Institut für Normung Europa-Norm. * steht für Kennbuchstabe, z.B. Farbe oder Gerät. PB Pushbutton = Druckknopf, LS Limit switch = Grenzschalter 247 Kompensation Compensation Schaltungsprinzip 50 Hz 400 V L1 L2 L3 Last Erklärung Bemerkungen Schädliche Einflüsse auf die Stromversorgung, z.B. Blindleistung, periodische Spannungseinbrüche, Flicker (periodische Schwankungen der Spannung mit etwa 10 Hz), Spannungsänderungen durch Lastschwankung, Oberschwingungen (Harmonische) kann man durch Schaltungen kompensieren (aufheben). Bei der Blindleistungskompensation wird die induktive Blindleistung von Motoren meist durch Kondensatoren kompensiert. Durch Verdrosselung der Kondensatoren werden die Oberschwingungen nicht kompensiert, die sonst ohne Drosseln oft verstärkt werden. Außerdem werden die Tonfrequenz-Signale der Rundsteueranlagen nicht geschwächt. Bei der elektronisch gesteuerten Kompensation wird der Spannungszustand der Lastspannung durch eine fortlaufende Messung im Regler ständig geprüft. Bei Bedarf wird über einen verzögerungsarmen elektronischen Schalter, z.B. mit Thyristoren, die erforderliche Kondensator-Kapazität zugeschaltet oder abgeschaltet. Die zum Zuschalten vorgesehenen Kondensatoren sind ständig geladen, sodass beim Zuschalten im richtigen Zeitpunkt kein Stromstoß auftritt (sanftes Schalten). Die schwankende Blindleistung, z.B. durch Lastschwankungen von Motoren, wird innerhalb weniger Perioden der Netzspannung kompensiert. Auch Flicker werden oft dadurch beseitigt. Verdrosselte Kompensation L1 L2 L3 50 Hz 400 V Regler Last Elektronisch gesteuerte Kompensation 50 Hz L 230 V U1 _ _ 250 Hz 150 Hz U2 Last N Die Kompensation von Oberschwingungen (Harmonischen) erfolgt durch elektrische Filter. Ein passives Filter besteht z.B. aus einer Schaltung von Induktivitäten und Kapazitäten. Beim Bandsperrenfilter sorgt eine 150-Hz-Bandsperre für die Sperre der 3. Harmonischen von der Last und zur Last. Für jede zu sperrende Harmonische ist ein Filter erforderlich. 50 Hz 230 V Last N _ 150 Hz SE U2 U1 0 0 250 Hz f A Übertragungskurve einer Bandsperre von 250 Hz Bandsperrenfilter L 1 _ 300 Hz LC-Filter Das Saugkreisfilter ist ein passives Filter. Bei ihm ist ein Saugkreis (Reihenschaltung von L und C) oder ein Bandpass auf die abzusaugende Harmonische abgestimmt, z.B. auf 150 Hz. Für jede abzusaugende Harmonische ist ein eigenes Filter erforderlich. Der Anschluss erfolgt an die Leiter des Netzes und an Erde, z.B. an die Haupterdungsschiene. Alle passiven Filter werden durch Alterung der Kondensatoren verstimmt, sodass Überlastungen der Komponenten und auch unerwünschte Resonanzen für die verschiedenen Harmonischen auftreten können. Deshalb sind ständige Überwachung und bei Bedarf Wartung der Filter erforderlich. Ein aktives Filter ist ein System der Leistungselektronik. Es besteht im Prinzip aus einem gesteuerten Gleichrichter, einer PFC-Steuerung (PFC von Power Factor Correction, Seite 238) und einem davon gesteuerten Wechselrichter. Der Laststrom wird ständig überwacht und an die Erfordernisse angepasst. Die Oberschwingungskompensation kann für jede Harmonische getrennt eingestellt werden. Außerdem ermöglicht dasselbe aktive Filter die Blindleistungskompensation, die Beseitigung von Flickern und den Ausgleich von Unsymmetrien der Spannungen. Aktive Filter sind die modernste Technik zur Kompensation von schädlichen Einflüssen. K Saugkreisfilter L1 3AC L2 L3 L+ L- DC Aktives Filter PFC DC 3AC Last W BU 248 Kompensation der Blindleistung 1 Compensation of Reactive Power 1 U S1 = C ƒ1 ƒ2 S Kom2 nach de pens r ation vor de rK om pe nsa tio n 1 QL1 QL2 QC Parallelkompensation L1 C P2 SE Sk P P1 QC QL2 L3 L1 L2 Reihenkompensation A ¡bC# UbC ¡bC C# C Einzelkompensation bei 3 AC C W BU C = Hinweis zur Reihenkompensation: Eine Reihenkompensation auf cos j = 1 ist wegen der Spannungsüberhöhung an den Bauteilen nicht möglich. Deshalb wird z.B. bei der Duoschaltung von Leuchtstofflampen der Kondensator so gewählt, dass der kapazitive Zweig der Schaltung den kapazitiven Phasenverschiebungswinkel jk besitzt. jk ist etwa gleich groß wie der induktive Phasenverschiebungswinkel ji im induktiven Zweig, aber entgegengesetzt. jk ≈ – ji. Dadurch geht j der gesamten Schaltung gegen Null. UbC = C# 3_ 2 4 6 sin j = sin (arccos j) tan j = tan (arccos j) Umrechnungen sin j π cos j π tan j siehe auch Seite „Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen“ Parallelkompensation bei Einphasenwechselspannung: Bei Kondensatoren in Y : C# M QC = QL1 – QL2 5 7 QL1 P cos j2 QL2 = S2 · sin j2 3 w = 2π·f ¡bC K QC = P · (tan j1 – tan j2) L2 Si S2 = 1 QL1 = S1 · sin j1 P S P cos j1 CY = 1 ·C 3 IbCY = IbC 8 mF · Hz 230 V 2 ±UbC ≤ ·QC C = 3000 kvar f 9 Bei 50 Hz/230 V sind zur Kompensation 60 mF/kvar erforderlich, bei 50 Hz/400 V nur 20 mF/kvar. Reihenkompensation bei Einphasenwechselstrom: C = IbC2 w · QC 10 Bei Kondensatoren in ™ : U 12 3 QC w · UbC2 UbC = U 11 C™ = 13 1 ·C 3 IbC™ = 12 3 · IbC 15 12 14 16 Die Berechnung von QC und C erfolgt wie bei Einphasenwechselstrom. berechnete Kapazität der L Induktivität Kompensationskondensatoren P aufgenommene Wirkleistung C™ Kapazität eines der in ™ QC kapazitive Blindleistung geschalteten Kondensatoren QL induktive Blindleistung CY Kapazität eines der in Y S Scheinleistung geschalteten Kondensatoren Si Scheinleistung f Frequenz im induktiven Zweig IbC Kondensatorstrom Scheinleistung Sk IbC™ Leiterstrom zur Kondensatorim kapazitiven Zweig batterie in ™-Schaltung UbC Spannung an den KondenIbCY Leiterstrom zur Kondensatorsatoren zur Kompensation batterie in Y-Schaltung Bedeutung weiterer Formelzeichen aus den Bildern erkennbar. U j ji jk ™ Y Netzspannung (Leiterspannung) des Drehstromnetzes Phasenverschiebungswinkel induktive Phasenverschiebung kapazitive Phasenverschiebung Dreieckschaltung Sternschaltung Bedeutung der Indizes 1 und 2: 1 vor der Kompensation 2 nach der Kompensation 249 Kompensation der Blindleistung 2 Compensation of Reaktive Power 2 Ermittlung der Kondensatorleistung Erwünschter cos j2 Vor der Kompensation 0,80 0,85 0,90 0,95 0,98 cos j1 tan j1 0,48 0,50 0,52 0,54 1,83 1,73 1,64 1,56 1,08 0,98 0,89 0,81 1,21 1,11 1,03 0,94 1,34 1,25 1,16 1,08 1,50 1,40 1,31 1,23 1,63 1,53 1,44 1,36 0,56 0,58 0,60 0,62 1,48 1,41 1,33 1,27 0,73 0,66 0,58 0,52 0,86 0,78 0,71 0,65 1,00 0,92 0,85 0,78 1,15 1,08 1,01 0,94 1,28 1,21 1,13 1,07 0,64 0,66 0,68 0,70 1,20 1,14 1,08 1,02 0,45 0,39 0,33 0,20 0,58 0,52 0,46 0,40 0,72 0,66 0,59 0,54 0,87 0,81 0,75 0,69 0,99 0,94 0,88 0,82 0,72 0,74 0,76 0,78 0,96 0,91 0,86 0,80 0,21 0,16 0,11 0,05 0,34 0,29 0,23 0,18 0,48 0,43 0,37 0,32 0,64 0,58 0,53 0,47 0,76 0,71 0,66 0,59 0,80 0,82 0,84 0,75 0,70 0,65 – – – 0,13 0,08 0,02 0,27 0,21 0,16 0,42 0,37 0,32 0,55 0,49 0,45 Kompensationsfaktor FK = tan j1 – tan j2 Beispiel: Vor der Kompensation beträgt cos j1 = 0,68; gewünscht cos j2 = 0,9. Aufgenommene Wirkleistung P1 = 8 kW. Gesucht: Kondensatorleistung QC = ? kvar Lösung: Aus Tabelle Faktor FK = 0,59 Kondensatorleistung QC = FK · P1 = 0,59 · 8 = 4,72 kvar QC Kondensatorleistung FK Kompensationsfaktor aus Tabelle P1 Aufnahmeleistung QC = FK · P1 SE Schaltungen L3 L1 L2 Einzelkompensation bei Stern-Dreieckschaltung L3 L2 L1 Einzelkompensation bei Direkteinschaltung W2 L1 U1 U2 L2 V1 V2 L3 W1 U1 V1 W1 U2 W2 M 3_ V2 bei Rundsteueranlage A K Kondensator -Betriebsspannung bei Sternschaltung bei Dreieckschaltung 230V 400V Gruppenkompensation wirtschaftlich für Mittelbetriebe M M M Zentralkompensation wirtschaftlich für Großbetriebe M M M M W M M M M M M BU Komponenten für Datennetze 1 Components for Data Networks 1 Bezeichnung Erklärung Bemerkungen, Anwendung, Daten AUI-Anschluss Von Access Unit Interface = Zugriff-EinheitSchnittstelle. Spezielle Steckverbindung von Datengeräten. Balun (Mehrzahl Balune) Von Balanced/unbalanced. Modul zur Impedanz-Anpassung Ursprünglich Modul zum Übergang von Koax zu Twisted Pair. Bridge Von bridge = Brücke. Eine Bridge kann zwei LAN-Segmente miteinander verbinden oder ein LAN in zwei Segmente teilen. Sobald die Bridge mit dem Netzwerk verbunden ist, lernt sie automatisch die Adressen. Bridges sind protokollunabhängig, sodass sie Daten übertragen, z.B. zwischen PCs. Elektronischer Switch (elektronisch wirkender Mehrstellenschalter) Von switch = Schalter. Umschaltvorgänge laufen über Halbleiterbauteile, z.B. Transistoren. Umschalten kann über Computer, Modem oder Tastentelefon erfolgen. Ein codegesteuerter Switch ermöglicht einem Gerät die Steuerung von bis 64 Geräten, z.B. wenn ein Modem acht Geräte steuern soll. Beim Matrix-Switch kann jeder Port mit jedem anderen Port verbunden werden. Ein MatrixSwitch ermöglicht mehr als einem Gerät die Steuerung anderer Geräte, z.B. wenn vier PC sich zwei Drucker und ein Modem teilen. Ethernet-Switch Der Ethernet-Switch übernimmt die Daten und verschickt sie paketweise zur Zieladresse. Sender und Empfänger werden entsprechend ihrer Adressen durchgeschaltet. Jeder Port am Switch stellt einen Weg mit der vollen Bitrate dar, z.B. 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s oder 10 Gbit/s. Das Frame-Relay ist eine ÜbertragungstechFrame-Relay (Rahmen-Relais) nik. Es multiplext und sendet Daten in Form von Paketen. Wird in Komponenten wie Bridges, Routers, Switches umgesetzt. Diese ermöglichen Verbindungen zu LANs und WANs. HDSL-Modem HDSL von High Bitrate Digital Subscriber Loop = digitale Übertragungs-Schleife mit hoher Bitrate. Ermöglicht Breitbanddienste über vorhandene Kupferleitungen ohne Repeater. Verfügbar sind Versionen für 2 oder für 3 Aderpaare. Bei Drahtdurchmesser 0,4 mm Reichweite bei 2-Paar-Version z.B. 3,6 km, bei Drahtdurchmesser 1,2 mm und 3-Paar-Version 15,4 km. Hub Von hub = Mittelpunkt, Radnabe. Gerät, an das mehrere PC oder PC-Linien angeschlossen werden können. Die zu übertragenden Daten werden ungefiltert an alle angeschlossenen Teilnehmer gesendet. Beim Repeater-Hub erfolgt zusätzlich eine Regenerierung der zum Hub eintreffenden Signale. Die Signale gehen an alle Teilnehmer. Konverter Von to convert = umsetzen. Sammelbezeichnung für Geräte, die Übergänge von einem System in ein anderes erlauben. Medienkonverter für Übergang von z.B. Glasfaserleitung auf Twisted-Pair-Leitung oder umgekehrt. Load Balancer Ist ein Lastverteiler, der Antwortzeiten und Auslastung (Performance) von Netzwerk-Servern beurteilt und Anfragen aus dem Internet zum Server mit aktuell bester Performance weiterleitet. Die öffentliche Internet-Domain einer Firma ist dem Load-Balancer-Computer zugewiesen. Die eigentlichen Firmen-Web-Server besitzen nach außen nicht bekannte Adressen. Manueller Switch Im Wesentlichen mechanisch wirksamer Schalter zum Umschalten ohne Stromversorgung. Benutzer können sich ein Peripheriegerät teilen oder ein Benutzer kann zwischen zwei Peripheriegeräten wählen. 289 IK K Ethernet-Switch Server 10 BASET-Hub 10 Mbps 100 BASET-Hub W EthernetWorkstation 100 Mbps Drucker Netzwerk mit Ethernet-Switch und Hubs BU 290 Komponenten für Datennetze 2 Components for Data Networks 2 Bezeichnung Modem IK K Erklärung Bemerkungen, Anwendung, Daten Kunstwort aus Modulator und Demodulator. Ermöglicht den Anschluss von Digitalgeräten, z.B. einem PC, an das analoge Telefonnetz. Multiplexer, loka- In der Datentechnik Gerät, welches das Zeitler (Mux, lokaler) multiplexverfahren ermöglicht. Lokale Muxe machen den Anschluss von z.B. 48 Kanälen über ein einziges Kabel möglich. Netzwerkkarte (Ethernet-Karte) Steckkarte für den Steckplatz (Slot = Schlitz) im PC, womit ein Ethernet-Netzwerk ermöglicht wird. Außer der Netzwerkkarte müssen SoftwareTreiber installiert werden. Parallel-SeriellKonverter Der Konverter macht einen parallelen Anschluss kompatibel zu einem seriellen Gerät. Ermöglicht den Anschluss eines seriellen Druckers an einen parallelen Anschluss. Patchfeld (Rangierfeld) Ein Umsteckfeld, das dem Anschluss, dem Verteilen und Rangieren (Verändern) von Netzverbindungen dient. Das Patchfeld erleichtert durch das Umstecken auch den Anschluss von Analysegeräten. Puffer (Spooler, Cache) Einrichtung zur zeitweisen Speicherung (Zwischenspeicher). Puffer enthalten RAMs zur Aufnahme und anschließender Ausgabe von Daten. Cache ist ein Zwischenspeicher für oft verwendete Daten. Ein Puffer sorgt z.B. für den Ausgleich von Geschwindigkeitsunterschieden beim Datenfluss zwischen zwei Geräten. Puffer können serielle und parallele Ports haben. Router Von route = Weg. Gerät zur Verbindung verschiedener LANs. Untersuchen Pakete und stellen sie bei Fehlern wieder her, ohne Fehler weiterzugeben. Multiprotokoll-Router unterstützen eine Vielzahl von LAN-Protokollen. Router müssen konfiguriert und installiert werden. Repeater Von to repeat = wiederholen. Gerät, welches Signale regeneriert und so umbildet, dass Netzsegmente miteinander kommunizieren können. Infolge Signaldämpfung sind Netzsegmente ohne Repeater in der Länge begrenzt, z.B. auf 500 m. Sharer (Drucker- Der Sharer (to share = aufteilen) teilt einem Switch) Gerät bis z.B. sechs Geräte zu. Enthält meist einen Puffer. Print-Sharer ermöglichen den Anschluss von mehreren PC an einen einzigen Drucker. Terminaladapter ISDN-Terminaladapter wandelt die digitalen ISDN-Signale in Signale des anzuschließenden Endgerätes um und umgekehrt. Häufigster Typ ist der Terminaladapter a/b. Terminaladapter Mit diesem Adapter können analoge Endgeräa/b te an das ISDN-Netz angeschlossen werden, z.B. Fax oder Telefon. Terminaladapter mit Bonding (to bond = bündeln) ermöglichen Datenverkehr mit 128 kbit/s durch Bündelung beider 64-kbit/s-Kanäle. Transceiver, SendeEmpfänger Kunstwort von to transmit = übertragen und to receive = empfangen. Gerät, welches in den Datenweg geschaltet wird, um die Übertragung zu ermöglichen oder zu verbessern. Z.B. setzen Fiberoptik-Transceiver die elektrischen Signale in Lichtsignale oder InfrarotSignale zur Übertragung über LWL um und optische Signale der LWL in elektrische Signale. Verstärker Gerät, welches die Datenübertragung über längere Strecken als ohne Verstärker ermöglicht, und zwar oft auch bei größeren Bitraten als ohne Verstärker. Anders als bei einem analogen Signalverstärker sind zusätzlich Signalregenerierer und Konverter enthalten. Bei der Datenübermittlung im ISDN muss auch der Empfänger mit einem Terminaladapter a/b arbeiten. Drucker W Sharer BU Bandlaufwerk Netzwerk mit Sharer und einem Drucker Hilfsstromkreise Auxiliary Circuits Begriff Erklärung Hilfsstromkreis Ein Hilfsstromkreis ist ein Stromkreis, der kein Hauptstromkreis ist. Steuerstromkreise und Messstromkreise sind Hilfsstromkreise. Stromversorgung des Hilfsstromkreises erfolgt durch AC 50 Hz bis 230 V, AC 60 Hz bis 227 V oder DC bis 220 V. Meist erfolgt sie aus dem Hauptstromkreis, bei DC über einen Gleichrichter. Ein Transformator bewirkt die erwünschte Trennung vom Hauptstromkreis. Bei SELV oder PELV muss das ein Sicherheitstransformator sein. Stromversorgung Transformator Trennung vom Hauptstromkreis ÜberstromSchutzeinrichtung Die Transformatoren müssen beim Drehstromnetz eingangsseitig (primärseitig) an zwei Außenleiter angeschlossen sein. Hilfsstromkreise ohne Trennung vom Hauptstromkreis muss man an einen Außenleiter und den Neutralleiter anschließen. Ungeerdete Hilfsstromkreise erfordern eine Isolationsüberwachungseinrichtung. Überstromschutz dient nur dem Kurzschlussschutz. vgl. DIN VDE 0100-557 357 Schaltungen, Bemerkungen L1 L2 L3 N Stromversorgungen für den Hilfsstromkreis L1 L2 L3 N PE Anordnung der Überstrom-Schutzeinrichtungen Messstromkreis Direktmessung Wandlermessung Bei direktem Anschluss von Messstromkreisen an den Hauptstromkreis sind anzuzwenden Überstrom-Schutzeinrichtungen zum Kurzschlussschutz oder kurzschluss- und erdschlusssichere Verlegung, z.B. Mantelleitung, Verlegung nicht in der Nähe von brennbaren Stoffen. Bei Spannungswandlern muss die Ausgangsseite (Sekundärseite) geerdet und gegen Kurzschluss gesichert sein. Bei Stromwandlern erfolgt nie eine Sicherung gegen Kurzschluss und bei Niederspannung auch keine Erdung. Einschalten Abschalten Wirkglieder, z.B. Schützspulen Doppelte Schlüsse (Körperschlüsse, Erdschlüsse) Hilfsstromkreise müssen so ausgeführt sein, dass ein einzelner Leiterbruch, Körperschluss oder Erdschluss die Anlage in einem sicheren Zustand, z.B. AUS, erhält oder in einen solchen überführt. Deshalb erfolgt das Abschalten durch Öffner und das Einschalten durch Schließer. Wirkglieder, z.B. Schützspulen, sind auf einer Seite direkt (ohne Schaltglieder) mit dem geerdeten Leiter zu verbinden. Beim IT-System dürfen Wirkglieder an zwei Außenleiter angeschlossen sein. Dann sind die Außenleiter durch zweipolige Schaltglieder zu schalten. Die Außenleiter sind gegen Kurzschluss zu sichern. Hilfsstromkreise müssen auch bei doppelten Schlüssen gegen Fehlschaltungen, z.B. Einschalten ohne Einschaltsignal, geschützt sein. Das wird bei geerdeten Hilfsstromkreisen durch Überstrom-Schutzeinrichtungen bewirkt, die beim 1. Körperschluss oder Erdschluss innerhalb von 5 s die Stromversorgung abschalten. Bei ungeerdeten Hilfsstromkreisen muss eine Anzeige den Isolationsfehler optisch und/oder akustisch melden. Der Isolationswiderstand muss je V der Nennspannung mindestens 100 O betragen. L1 L2 bei Hochspannung 50 Hz 20 kV bei Niederspannung ohne k-Erdung K L k l 1.1 1.2 2.1 2.2 A V Wandlermessungen L1 L2 N L1 L2 PE AS üblich im IT-System zulässig Anordnung der Taster L1 L2 PE 1 oder 2 löst F1 aus 3 löst F1 aus, wenn S2 betätigt W F1 T1 Richtig S1 1 2 Verhinderung von Fehlschaltungen bei Erdschluss S2 Q1 3 BU 358 Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen Safety Related Machine Controls Beurteilung von Risiko und Steuerung Verletzung leicht Gefährdung selten Vermeidung möglich P1 a (–) F1 B P2 S1 b (1) P1 F2 mittlere MTTF P2 Start c (1) P1 F1 P2 S2 schwer etwa PL, (SIL) Kategorie d (2) P1 F2 1 2 bei hoher MTTF 3 oft P2 kaum möglich e (3) 4 Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen müssen dort verwendet werden, wo bei Versagen der Steuerung eine Gefährdung eintritt. Man erhält den erforderlichen Performance Level PL durch eine Risikoabschätzung mittels Risikograph (Bild). Der PL ist abhängig von der Architektur (logischer Aufbau) der Schaltung und von der mittleren Ausfallzeit MTTF der Komponenten. Die Architektur der Schaltung wird durch Kategorien Cat angegeben (folgende Seite). Bei MTTF genügt die Unterscheidung in niedrige, mittlere und hohe MTTF. Ergibt die Risikoabschätzung einen PL der Größe c, dann muss mindestens Cat 1 mit hoher MTTF angewendet werden. Anstelle von PL wird bei fertigen Steuerungen, z.B. SPS, der Wert von SIL angegeben, z.B. SIL2. Damit liegt ein PL der Größe d vor. Bei SIL2 muss mindestens Cat 2 mit hohem MTTF vorliegen. Risikograph nach EN ISO 13849-1 Abkürzungen und Begriffe Erklärung Bemerkungen PL Performance Level = Gütepegel. Man unterscheidet die PL a bis e zur Festlegung der Fähigkeit von sicherheitsbezogenen Teilen einer Steuerung hinsichtlich des Ausführens einer Sicherheitsfunktion. Der PL ist abhängig von der Kategorie und der MTTF. PL e ist der höchste Level (Pegel). Eine Sicherheitsfunktion ist die Funktion einer Steuerung, z.B. Funktion zum Stillsetzen einer Maschine im Notfall. Der Ausfall solch einer Funktion erhöht die Sicherheitsrisiken unmittelbar. SIL Safety Integrity Level = Sicherheits-lntegritäts-Pegel. Nach SIL erfolgt meist das Zertifizieren einer Es gibt vier Stufen (Levels) von SIL. SIL 3 ist die höch- Steuerung bzw. Maschine. ste, praktisch vorkommende Stufe. Begriff PL SIL AS b 1 c 1 d 2 e 3 Kategorie (Cat) Cat von category = Kategorie. Ermöglicht die Beurteilung der Leistungsfähigkeit sicherheitsbezogener Teile einer Steuerung beim Auftreten von Fehlern, d.h. Einstufung bzgl. Widerstand gegen Fehler und Verhalten im Fehlerfall. SRP/CS Safety-Related Parts of Control Systems = sicher- Maschinensteuerungen, heitsbezogenes Teil einer Steuerung, das auf sicher- Sicherheitsschaltgeräte. heitsbezogene Eingangssignale reagiert und sicherheitsbezogene Ausgangssignale erzeugt. MTTF Mean Time To Failure = mittlere Zeit bis zum Ausfall MTTF eines Gerätes. Die Angabe erfolgt als Wahrschein- niedrig lichkeit, z.B. > 10–5 bis 10–4 je Stunde. mittel hoch FMEA Failure Mode Effect Analysis = Fehlermöglichkeits- Eine FMEA ist während der Konzeptionsphase und Einflussanalyse. Analytische Methode zur syste- einer Steuerung durchzuführen. matischen und vollständigen Erfassung potenzieller Fehler und Ausfallzuständen von Komponenten eines Systems sowie deren Auswirkungen. Diversität Zum Erfüllen der Sicherheitsaufgabe mit hoher Eine Drehzahlüberwachung wird z.B. durch Zuverlässigkeit sind die Betriebsmittel derart redun- einen elektrischen Tachogenerator und einen dant auszulegen, dass die Umsetzung mit ungleichar- mechanischen Fliehkraftschalter verwirklicht. tigen Mitteln erfolgt. W BU a – Kategorie B ist die Basiskategorie (Grundkategorie), bei den Kategorien 1 bis 4 nimmt die Sicherheit steigend zu, die Steuerungsstrukturen (Architekturen) werden komplexer. Auswerteeinheiten, Zeit 3 Jahre bis 10 Jahre 10 Jahre bis 30 Jahre 30 Jahre bis 100 Jahre 377 Digitale Regelung Automatic Digital Control Merkmal Computergestützte Regelung Erklärung Darstellungen, Bemerkungen Bei der computergestützten Regelung ist ein Computer, z.B. ein PC, die Regeleinrichtung. Der Computer muss mit entsprechenden Boards (Steckkarten) für die Signaleingabe und Signalausgabe ausgestattet sein. Das Regelungsprogramm ist im Computer mittels CD-Eingabe oder über entsprechende Speicherchips installiert. In den Computer sind der Sollwert der Regelgröße sowie, über einen Sensor erfasst, der Istwert der Regelgröße (Prozessgröße), z.B. ein Temperaturwert, einzugeben. Regeleinrichtung Taster, w Tastatur, Sollwertgeber Regelstrecke y Regelungsprogramm Aktoren, Schütze, Stromrichter, Motor x Sensor Regelkreis mit PC Digitalisierung Die meist analogen Prozessgrößen werden von einem Analog-Digital-Umsetzer (ADU) der Datenerfassungskarte des PC digitalisiert. Die Digitalsignale werden dann vom PC mittels des installierten Regelungsprogrammes bearbeitet. Die Ergebniswerte des Regelungsprogrammes stellen das digitale Ausgangssignal des Computers dar. Dieses ist bei Bedarf vor seiner Weitergabe an eine entsprechende Stelleinrichtung mit einem Digital-Analog-Umsetzer (DAU) in ein analoges Signal umzuwandeln. Digitale Regelungsfunktionen Digitale Regler besitzen meist mehrere Funktionen: Handregelung, automatische Regelung, Festwertregelung, Folgeregelung, Zweipunktregelung, Dreipunktregelung, P-Regelung, PI-Regelung, PD-Regelung, PIDRegelung. Neben Regelungsaufgaben können auch Steuerungsaufgaben bewältigt werden. Universalregler SIPART SIPART besteht aus einem Grundgerät mit Bedienfeld, analogen und binären Eingängen und Ausgängen, in welches rückseitig Steckkarten für DAU, ADU, weitere Eingänge und Ausgänge (analog, digital), Schnittstellen für RS232 oder Profibus gesteckt werden können. Die Bedienung erfolgt über eine Folientastatur mit Schutzart IP64. 1 Anzeige Regelgröße, 2 Anzeige Regelgrößen-Sollwert, 3 Taste für Sollwertänderung, 4 Anzeige Stellgröße, 5 Taster intern/extern, 6 Taster Hand/Automatik, 7 Taster für Stellgröße. www.siemens.com Einstellung Mit drei Bedienebenen erfolgt das Einstellen des Reglers. In der Auswahlebene wird eine Parameterliste ausgewählt, deren Parameter in der Konfigurierebene geändert und aktiviert werden können. Es gibt Listen für Parameter des Online-Betriebs, des Offline-Betriebs, von Zeitprogramm-Reglern sowie der Strukturschalter. Mit Strukturschaltern (menügeführter Dialog) werden die Funktion und Struktur des Reglers, z.B. Festwertregler, Folgeregler, Zweipunktregler, P-Regler und Ansprechschwellen, einschließlich der Art der Eingangssignale und Ausgangssignale, festgelegt. In der Liste für die Parameter des Online-Betriebs sind z.B. enthalten die Reglerparameter für den ProportionalBeiwert KP, die Nachstellzeit Ti, die Vorhaltezeit Td und die Vorhalteverstärkung Vd. In der Konfigurierebene werden den jeweiligen Parametern der ausgewählten Liste ihre Werte manuell zugewiesen. Signal u 10 V Abtastungen 0 t quantisiert: 10 digitalisiert: 1010 Abtastung und Quantisierung Mit einem digitalen Regler können meist mehrere Regelkreise unabhängig voneinander betrieben werden. Die Regelparameter für eine optimale Regelung der Anlage sind meist nicht bekannt. Die Werkseinstellungen der Regelparameter sorgen für einen stabilen Regelkreis. Die Optimierung der Regelparameter erfolgt durch empirisches Vorgehen (vorhergehende Seite). 5 1 2 3 Bedienfeld des Universalreglers SIPART 4 6 7 Prozessbedienebene: • Anzeige und • Eingabe, z. B. Sollwert, Stellwert AS Auswahlebene: Strukturschalter . .. W On-line-Betrieb Parameter Konfigurierebene: • Parametername: xxx • Parameterwert: yyy Bedienebenen des digitalen Reglers SIPART BU 378 Einstellung von Regelkreisen 1 Setting of Control Loops 1 Reglerwerte und Einstellkennwerte für Regelstrecken höherer Ordnung Reglertyp P-Regler Einstellbereich Proportionalbereich Xp% = 1% bis 30% Kp PI-Regler PID-Regler Einstellkennwerte für Regelstrecken 100% = 100 bis 3,3 Xp% = Kp fi 0,3 T T bis 0,7 Tt · Ks Tt · Ks T T bis 0,7 Tt · Ks Tt · Ks Proportionalbereich Xp% = 2% bis 40% Kp = 50 bis 2,5 Kp fi 0,3 Nachstellzeit Ti = 2 s bis 150 s oder 0,5 min bis 30 min Ti fi 1 T bis 4 T T = Tt + Ti Proportionalbereich Xp% = 2% bis 40% Kp Nachstellzeit Vorhaltezeit T T bis 1,2 Tt · Ks Tt · Ks Kp fi 0,6 = 50 bis 2,5 Ti = 2 s bis 150 s oder 0,5 min bis 30 min Td = 0,5 s bis 30 s oder 0,1 min bis 5 min Ti fi 1 T bis 2 T Td fi 0,4 Tt bis 0,5 Tt Einzustellende Parameter für die wichtigsten verfahrenstechnischen Regelgrößen Reglertyp Temperatur Druck Durchfluss Analyse Niveau Niveau PID PI PI PID P PI Kp Regelgröße 10 10 1 0,5 20 20 bis bis bis bis bis bis Xp% 2 3 0,5 0,2 1 2 10% 10% 100% 200% 5% 5% Ti 1 min bis 50% 10 s bis 30% 10 s bis 200% bis 500% 10 min bis 100% 1 min bis 50% bis bis bis bis – bis Td 20 min 0,2 min 60 s 30 s 2 min 20 min 20 min bis 3 min – – bis 5 min – – Kennwerte von Regelstrecken AS W Regelgröße Regelstrecke (Beispiele) Tt bzw. Te Ts bzw. Tb Kis · yh Temperatur Kleiner, elektrisch beheizter Ofen Großer, elektrisch beheizter Ofen Destillationskolonne Dampfüberhitzer Raumheizung Großer, gasbeheizter Glühofen Autoklav (2,5 m3) Hochdruckautoklav (1000 °C, 40 bar) 0,5 min bis 1 min 1 min bis 5 min 1 min bis 7 min 30 s bis 2,5 min 1 min bis 5 min 0,2 min bis 5 min 0,5 min bis 0,7 min 12 min bis 15 min 5 min bis 15 min 10 min bis 60 min 40 min bis 60 min 1 min bis 4 min 10 min bis 60 min 3 min bis 60 min 10 min bis 20 min 200 min bis 230 min 1 K/s 0,3 K/s 0,1 bis 0,5 K/s 2 K/s 1 K/min – – – Druck Gasrohrleitung Trommelkessel mit Ölfeuerung 0 0 0,1 s 150 s – – Drehzahl Kleiner elektrischer Antrieb Großer elektrischer Antrieb 0 0 0,2 s bis 10 s 5 s bis 40 s – – Elektrische Spannung Kleine Generatoren Große Generatoren 0 0 1 s bis 5 s 5 s bis 10 s – Niveau Trommelkessel 0,6 s bis 1 s – 0,1 cm/s bis 0,3 cm /s Durchfluss Rohrleitung (Gas) Rohrleitung (Flüssigkeit) 0 s bis 5 s 0 0,2 s bis 10 s 0 – – Kp kpkrit (Kps) Ks BU Kis Proportionalbeiwert des Reglers Kritischer Proportionalbeiwert, bei dem die Regelgröße ungedämpft schwingt Übertragungsbeiwert einer Regelstrecke mit Ausgleich Übertragungsbeiwert einer Regelstrecke ohne Ausgleich Q Ti Td Tb Ts Tt Te Tkrit Ausgleichswert der Strecke Nachstellzeit des I-Reglers Vorhaltezeit des D-Reglers Ausgleichszeit der Strecke Zeitkonstante der Strecke Totzeit der Strecke Verzugszeit der Strecke Schwingungszeit des instabilen Regelkreises T Xpkrit (Xps) Xp% XR yh Verzögerungszeit der Strecke, Regelbereich des P-Reglers Regelbereich des P-Reglers, bei dem der Regelkreis gerade instabil wird prozentualer Regelbereich (Skalenbereich) Reglereingangsgröße größter Stellbereich der Stellgröße Einstellung von Regelkreisen 2 Setting of Control Loops 2 379 Einstellregeln (nach Ziegler und Nichols) und Einstelldaten aus der Sprungantwort Reglertyp Einstellregeln Einstelldaten aus der Sprungantwort Ts Ks · Tt P Kp = PI Kp = 0,9 · Ts , Ti = 3,3 · Tt Ks · Tt Xp = 1,1 · XR , Ti = 2,5 bis 3,5 (Tt + Te) PID Kp = 1,2 · Ts , Ti = 2 · Tt , Td = 0,5 · Tt Ks · Tt Xp = 0,8 · XR , Ti = 2 · (Tt + Te), Td = 0,5 (Tt + Te) Xp = 1 bis 1,5 · XR Reglereinstellung nach der Stabilitätsgrenze (Verfahren nach Ziegler und Nichols) Reglertyp kritische Einstellwerte kritische Reglerbereiche P Kp = 0,5 · Kpkrit Xp% ≈ 2 · Xpkrit% PI Kp = 0,45 · Kpkrit , Ti = 0,83 · Tkrit Xp% ≈ 2,2 · Xpkrit% , Ti ≈ 0,85 · Tkrit PID Kp = 0,6 · Kpkrit , Ti = 0,5 · Tkrit , Td = 0,125 · Tkrit Xp% ≈ 1,7 · Xpkrit% , Ti ≈ 0,5 · Tkrit , Td ≈ 0,12 · Tkrit Liegen die Daten der Strecke nicht vor, so lässt sich die optimale Reglereinstellung auf folgendem Weg finden: Man betreibt den Regler als reinen P-Regler (Ti ∫ ∞, Td = 0) und wählt den Übertragungsbeiwert Kp so klein, dass der Regelkreis stabil ist. Anschließend wird Kp so lange vergrößert, bis im Regelkreis Dauerschwingungen einsetzen und der Regelkreis instabil, d.h. kritisch wird. Die kritischen Daten werden zur Einstellung verwendet. Zeitverhalten von Regelstrecken Sprungantwort-Verfahren Beim Sprungantwort-Verfahren wird die Übergangsfunktion experimentell ermittelt. y 1 Einheitssprung 0 Bezeichnung Kenngrößen Regelstrecke ohne Verzögerung P0-Strecke x Kps = y Beispiel y x x t U@x t R t Ts Kps • y Tangente x folgt proportional der Eingangsgröße, aber bei Änderungen verzögert nach einer e-Funktion. RC-Glied Ts = Zeitkonstante Ue @ y AS Ua @ x C t Mischung zweier Flüssigkeiten y Regelstrecke x folgt proportional unverzögert der Eingangsgröße y. Kps • y y Ausgang Übergangsverhalten ¡B @ y x Regelstrecke mit Totzeit PTt -Strecke x Kps = y y t Stell-Sprungantwort x Regelstrecke 1. Ordnung PT1-Strecke x∞ Kps = y Eingang z.B. 1 V Tt = Totzeit Kps • y t Tt = ö v Säure t Tt Wasser verdünnte x Säure v Mischstelle Fühler y ö x folgt proportional der Eingangsgröße y, jedoch um die Zeit Tt verzögert. Te Für Regelstrecken ohne Ausgleich sind statt Ks der Ausdruck Kis und statt der Ausdruck Te einzusetzen. Kg Œ Länge, v Strömungsgeschwindigkeit, I B Basisstrom, Ue Eingangsspannung, Ua Ausgangsspannung, x∞ Reglerausgangsgröße nach Einschwingvorgang, sonstige Erklärung der Formelzeichen siehe vorhergehende Seite. W BU 380 Betriebsarten und Grenzübertemperaturen Operating Modes and Temperature Rise Limits Betriebsarten S1 bis S9 Betriebsart Dauerbetrieb S1 Leistung, Temperatur c P c P Zeit t Kurzzeitbetrieb S2 P c P c Zeit t Aussetzbetriebe1 S3, S4, S5 t1 t1 Spieldauer P c c P Zeit t AS Betriebsbedingungen, Bemerkungen, Anwendungen Unter Bemessungslast wird eine gleichbleibende Temperatur erreicht, die auch bei längerem Betrieb nicht mehr ansteigt. Das Betriebsmittel kann pausenlos unter Bemessungslast arbeiten, ohne dass die zulässige Temperatur überschritten wird. Beispiel: Antriebsmotor für Wasserwerkspumpe. Die Betriebsdauer unter Bemessungslast ist kurz im Vergleich zur Pause. Genormte Betriebsdauern 10 min, 30 min, 90 min. Diese Zeit kann das Betriebsmittel unter Bemessungslast arbeiten, ohne dass die zulässige Temperatur überschritten wird. Beispiel: Antriebsmotor für Garagentor. Betriebsdauer unter Bemessungslast und die folgende Pause sind kurz. Das Betriebsmittel kann unter Bemessungslast nur während der angegebenen ED (Einschaltdauer) in % der Spieldauer arbeiten. Genormte ED: 15%, 25%, 40%, 60%. Die Spieldauer beträgt 10 min, wenn nicht anders angegeben. Beispiele: Hebezeugmotor (S3), Antriebsmotor für Schalttisch (S4), Antriebsmotor für Positionierung (S5). Diese Betriebsart entspricht S3, jedoch bleibt in den Belastungspausen das Betriebsmittel eingeschaltet, arbeitet also im Leerlauf. Einschaltdauer und Spieldauer werden wie bei S3 angegeben. Beispiel: Bohrmaschine (sofern leer durchlaufend). Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Aussetzbelastung S6 c P Ununterbrochener periodischer Betrieb mit elektrischer Bremsung S7 Die Maschine läuft an, wird belastet und danach elektrisch gebremst, z.B. durch Einspeisen von Gleichstrom. Anschließend läuft sie sofort wieder hoch. Die Maschine kann in dieser Weise pausenlos arbeiten, wenn die angegebenen Trägheitsmomente JM des Motors und Jext der Last sowie die Spieldauer nicht überschritten werden. Wenn keine Spieldauer angegeben ist, so beträgt sie 10 min. Beispiel: Antriebsmotor für Fertigungseinrichtung. Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Drehzahländerung S8 Die Maschine läuft dauernd unter wechselnder Last und mit häufig wechselnder Drehzahl. Die Maschine kann in dieser Weise pausenlos arbeiten, wenn für jede Drehzahl die angegebenen Werte nicht überschritten werden (Trägheitsmomente JM und Jext , Spieldauer, wenn von 10 min abweichend, Bemessungsleistungen und Einschaltdauer. Beim Trägheitsmoment von 1 kg · m2 liegt ein Verhalten gegen Beschleunigung wie bei einer Masse von 1 kg im Abstand von 1 m von der Drehachse vor). Beispiel: Aufzugsmotor. Ununterbrochener Betrieb mit nichtperiodischer Last- und Drehzahländerung S9 Ein Betrieb, bei dem sich Last und Drehzahl innerhalb des Betriebsbereiches nichtperiodisch ändern. Dabei treten Lastspitzen auf, die weit über der Bemessungsleistung liegen können. Beispiel: Motor für Presse. 1 P c Zeit t Bei S3 ist der Anlaufstrom für die Erwärmung unerheblich. Bei S4 ist der Anlaufstrom für die Erwärmung erheblich. Bei S5 erwärmt zusätzlich der Bremsstrom die Maschine. Bei S4 und S5 sind zusätzlich zur Einschaltdauer ED das Trägheitsmoment JM des Motors und das externe (äußere) Trägheitsmoment Jext der Last angegeben. Grenzübertemperaturen in K (Kelvin) W BU Thermische Klasse/Isolierstoffklasse 105/A 120/E 130/B 155/F 180/H 1. Einlagige Feldwicklungen 2. Sonstige Wicklungen 3. Stromwender, Schleifringe 4. Sonstige Teile in Berührung mit Wicklungen 65 60 60 60 80 75 70 75 90 80 80 80 110 105 90 100 135 125 100 125 Übersteigt die Eintrittstemperatur des gasförmigen Kühlmittels, z.B. Luft, 40 °C oder von Wasser 25 °C, so ist die höchstzulässige Übertemperatur im gleichen Umfang zu verringern. Bei Betrieb in 1000 m bis 4 000 m über Meeresspiegel sind die zulässigen Übertemperaturen kleiner. Bei Maschinen: Um 1% je 100 m Höhenzunahme über 1000 m. Bei Transformatoren mit Selbstkühlung (S): Öltransformatoren um 2%, Trockentransformatoren um 2,5% /100 m, mit Fremdlüftung (F): Öltransformatoren um 3%, Trockentransformatoren um 5% je 500 m Höhenzunahme über 1000 m. Effizienz von elektrischen Antrieben Efficiency of Electrical Drives Daten Erklärung Bemerkungen Elektromotoren benötigen etwa die Hälfte des erzeugten Stromes. Bei elektrischen Antrieben besteht ein großes Potenzial zum Energiesparen. Deshalb werden elektrische Antriebe nach ihrer Effizienz unterschieden. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Effizienz ist der Einsatz von Cu anstelle von Al für den Läuferkäfig und von besserem Magnetmaterial (Elektroblech) mit kleineren Verlusten bei Käfigläufermotoren. 381 Standards für effiziente Antriebe IEC-Bezeichung US-Bezeichnung alte EU-Bezeichnung IE1 Standard Efficiency EFF3 IE2 High Efficiency EFF2 IE3 Premium Efficiency EFF1 IE4 Super Premium Efficiency – Wirkungsgrade nach IEC 60034 bei vierpoligen Motoren (gerundete Werte) Wirkungsgrad 1 IE3 0,9 IE2 0,8 IE1 0,7 0,1 1 10 Nennleistung 100 kW 1000 Mindestwirkungsgrade von vierpoligen Elektromotoren bei voller Last für Nennleistungen von 0,75 kW bis 370 kW für 50 Hz Der Wirkungsgrad großer Motoren ist höher als bei kleinen Motoren, weil durch die kompakte Bauart weniger verloren geht vom Magnetfeld und von der magnetischen Wirkung des Stromes. Der Wirkungsgrad von vierpoligen Motoren ist meist am größten, weil für diese häufige Bauart die Abmessung der Maschine günstiger als bei anderen Motoren gewählt wird. Bei sechspoligen Motoren ist dagegen der Wirkungsgrad kleiner, weil bei gleicher Leistung das Kraftmoment größer sein muss. Der Wirkungsgrad von Motoren für 60 Hz ist größer als der von 50 Hz, weil bei 60 Hz die Drehzahl größer ist als bei 50 Hz. Die angegebenen Wirkungsgrade gelten nur für den Betrieb bei Nennlast. Bei herabgesetzter Belastung sinkt der Wirkungsgrad stark ab, weil dann der Leistungsfaktor der Maschine sinkt. Deshalb wird bei von Umrichtern gespeisten Antrieben bei Teillast die Spannung oft herabgesetzt. Dadurch verhält sich der Motor wie ein Motor mit kleinerer Nennlast. Für niedrige Drehzahlen sind Motoren mit großer Polzahl weniger geeignet als Getriebemotoren mit hoher Drehzahl. Mindestwirkungsgrade von Motoren verschiedenen Effizienzklassen und Polzahlen vgl. IEC 60034-30 Nennleistung kW IE1 2 Pole IE2 IE3 4 Pole 6 Pole 2 Pole 4 Pole 6 Pole 2 Pole 4 Pole 6 Pole 0,72 0,77 0,82 0,85 0,86 0,88 0,89 0,94 0,7 0,75 0,80 0,83 0,85 0,86 0,88 0,94 0,77 0,81 0,85 0,87 0,88 0,89 0,90 0,95 0,79 0,83 0,86 0,88 0,89 0,90 0,91 0,95 0,76 0,80 0,83 0,86 0,87 0,89 0,90 0,95 0,81 0,84 0,87 0,89 0,90 0,91 0,92 0,958 0,82 0,85 0,88 0,90 0,90 0,91 0,92 0,96 0,79 0,82 0,86 0,88 0,89 0,90 0,91 0,958 Motoren für 50 Hz 0,75 1,5 3,0 5,5 7,5 11 15 375 0,72 0,77 0,82 0,85 0,86 0,88 0,89 0,94 AS Bei 50 Hz entsprechen 2 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 3 000/min, 4 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1500/min und 6 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1000/min. W Motoren für 60 HZ 0,75 1,5 5,5 15 375 0,77 0,81 0,86 0,89 0,94 0,78 0,82 0,87 0,90 0,95 0,73 0,77 0,85 0,90 0,94 0,76 0,84 0,89 0,90 0,95 0,83 0,84 0,90 0,91 0,95 0,80 0,87 0,90 0,90 0,95 0,77 0,86 0,90 0,91 0,96 0,86 0,87 0,92 0,93 0,96 Bei 60 Hz entsprechen 2 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 3 600/min, 4 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1800/min und 6 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1200/min. 0,83 0,89 0,91 0,92 0,96 BU 382 Betriebsdaten von Käfigläufermotoren Operating Data of Squirrel Cage Motors Größe PN in kW nN in 1/min IN in A MN in Nm n in % cos j IA IN MA MN MK MN m in kg Drehstrommotoren bei 50 Hz/400 V, nicht polumschaltbar Drehfelddrehzahl ns = 3 000/min 56 63 71 80 0,12 0,25 0,55 1,1 2 760 2 765 2 800 2 850 0,4 0,7 1,3 2,4 0,42 0,86 1,88 3,69 55 65 70 77 0,80 0,81 0,85 0,85 4,5 4,5 4,9 5,2 2,0 2,3 2,3 2,4 2,0 2,2 2,2 2,3 3,5 4,0 6,5 8,1 90S 90L 1,5 2,2 2 860 2 860 3,2 4,6 5,0 7,3 82 82 0,82 0,85 6,2 6,8 2,5 2,8 2,4 2,6 12,9 14,8 100L 112M 3 4 2 895 2 895 6,1 7,8 9,9 13 83 84 0,85 0,88 7,2 7,6 2,4 2,4 2,6 2,8 21 25 132S 132M 5,5 7,5 2 925 2 925 10,6 14,3 18 24 85 86 0,88 0,88 7,0 7,5 2,2 2,4 2,6 2,6 43 50 160M 160L 15 18,5 2 935 2 940 29 34 49 60 90 91 0,84 0,86 7,1 7,5 2,1 2,3 3,0 3,1 82 92 52 60 62 74 0,75 0,77 0,78 0,80 2,7 2,7 3,2 5,0 1,7 1,7 1,7 2,3 2,0 2,0 2,0 2,1 3,3 3,8 4,5 8,0 Drehfelddrehzahl ns = 1500/min 56 63 71 80 0,09 0,18 0,37 0,75 1300 1325 1375 1400 0,3 0,6 1,1 1,8 0,66 1,30 2,6 5,1 90S 90L 1,1 1,5 1405 1410 2,6 3,5 7,5 10 75 75 0,81 0,82 5,0 5,2 2,1 2,2 2,2 2,2 12,3 14,5 100L 112M 3 4 1415 1435 6,5 8,4 20 27 81 83 0,82 0,83 6,2 7,0 2,7 2,9 2,5 2,6 24 29 132S 132M 5,5 7,5 1450 1450 11 15 36 49 84 86 0,85 0,85 7,0 7,6 2,2 2,4 2,3 2,7 39 53 180S 180M 18,5 22 1460 1460 35 41 121 144 91 91 0,85 0,85 6,2 6,4 2,6 2,6 2,8 2,8 165 180 Polumschaltbare Drehstrommotoren in Dahlanderschaltung ns = 1500/min bzw. 3 000/min AS 71 0,37 0,55 1370 2 760 1,2 1,7 2,6 1,9 62 65 0,72 0,74 3,2 3,3 1,6 1,7 2,0 2,0 5,0 80 0,55 0,75 1400 2 850 1,6 2,0 3,8 2,6 65 70 0,75 0,77 4,3 4,5 1,7 1,8 1,9 2,0 8,0 90S 1,0 1,2 1430 2 890 2,7 3,0 6,7 4,0 69 75 0,77 0,78 5,3 5,4 1,8 1,9 2,0 2,0 13 100L 2,0 2,6 1450 2 900 5,0 5,8 13 8,36 72 76 0,80 0,85 5,9 6,6 2,1 2,2 2,1 2,1 21 UC in V MK MN m in kg 5 Einphasenwechselstrommotoren mit Betriebskondesator bei 50 Hz/230 V W BU IA IN MA MN 0,94 3,0 0,6 4 400 2,0 0,95 3,0 0,45 10 400 2,0 8 6,2 0,97 4,0 0,35 20 400 2,0 11 7,4 0,97 3,4 0,38 30 400 2,6 14 0,97 3,5 0,35 40 400 2,8 17 1,2 0,94 2 0,54 5 400 3,0 5 1380 1,6 0,95 2,6 0,52 12 400 3,0 8 1380 4,1 0,94 3,3 0,64 16 400 2,9 11 PN in kW nN in 1/min IN in A cos j 63 0,12 2 800 1,2 71 0,5 2 760 2,4 80 0,9 2 800 90S 1,1 2 820 90L 1,7 2 800 63 0,12 1390 71 0,3 80 0,6 Größe 11 CB in mF CB Kapazität des Betriebskondensators, cos j Leistungsfaktor, I A Anzugsstrom, I N Bemessungsstrom, m Masse, MA Anzugsmoment, MK Kippmoment, MN Bemessungsmoment, nN Bemessungsdrehzahl, ns Drehfelddrehzahl, PN Bemessungsleistung, UC Kondensatorspannung, n (Eta) Wirkungsgrad, j (Phi) Phasenverschiebungswinkel. S von short = kurz, L von long = lang, M von medium = mittel Die Werte der Tabelle wurden Firmenkatalogen entnommen und entsprechen nicht immer den Normen. 383 Oberflächengekühlte Käfigläufermotoren (Normmotoren) Surface-cooled Squirrel Cage Motors (Standard Motors) Wellenenden bei IM B3, IM B6, IM B7, IM B8, IM V5, IM V6 und Bemessungsleistungen d x Œ in mm Größe (h in mm) (siehe Bild) 3 000/min 1500/min Bemessungsleistung in kW 3 000/min 1500/min 1000/min 750/min – – – 0,37/0,55 – – – – 56 63 71 80 9 x 20 11 x 23 14 x 30 19 x 40 0,09/0,12 0,18/0,25 0,37/0,55 0,75/1,1 0,06/0,09 0,12/0,18 0,25/0,37 0,55/0,75 90 S 90 L 24 x 50 1,5 2,2 1,1 1,5 0,75 1,1 – – 100 L 112 M 28 x 60 3 4 2,2/3 4 1,5 2,2 0,75/1,1 1,5 132 S 132 M 38 x 80 5,5/7,5 – 5,5 7,5 3 4/5,5 2,2 3 160 M 160 L 42 x 110 11/15 18,5 11 15 7,5 11 4/5,5 7,5 180 M 180 L 48 x 110 22 – 18,5 22 – 15 200 L 55 x 110 30/37 30 – 37 225 S 55 x 110 60 x 140 250 M 60 x 140 280 S 65 x 140 225 M – 11 18,5/22 15 – 18,5 45 30 22 65 x 140 55 37 30 75 x 140 75 45 37 Abmessungen bei IM B3, IM B6, IM B7, IM B8, IM V5, IM V6 Baugröße h in mm a in mm b in mm w in mm Schraube s XA in mm XB in mm Y in mm Z in mm 56 63 71 80 71 80 90 100 90 100 112 125 36 40 45 50 M5 M6 M6 M8 62 73 78 96 104 110 130 154 174 210 224 256 166 181 196 214 90 S 90 L 100 125 140 56 M8 104 176 286 298 244 100 L 112 M 140 140 160 190 63 70 M 10 122 134 194 218 342 372 266 300 132 S 132 M 140 178 216 89 M 10 158 232 406 440 356 160 M 160 L 210 254 254 108 M 12 186 274 545 562 480 180 M 180 L 241 279 279 121 M 12 208 312 602 632 554 200 L 305 318 133 M 16 240 382 680 600 225 S 225 M 286 311 356 149 M 16 270 428 764 675 349 406 168 M 20 300 462 874 730 368 419 457 190 M 20 332 522 984 1036 792 h d Z 250 M 280 S 280 M l w a Y b XA s XB Bauformen IM siehe folgende Seite. Bei Größenangabe bedeuten L lange Form, S (von short) kurze Form, M mittelkurze Form. Die Motoren brauchen der nebenstehenden Zeichnung nicht zu entsprechen. Die angegebenen Maße sind jedoch einzuhalten. AS W BU 384 Bauformen von drehenden elektrischen Maschinen Types of Construction of Rotating Electrical Machines Bild Erklärung IEC-Code I IEC-Code II Maschinen ohne Lager Ohne Welle, Füße hochgezogen A2 IM 5510 Wie IM 5510, aber mit Fußplatte – IM 5710 Maschinen mit Schildlagern für waagerechte Anordnung IM B10 IM 4001 Wie IM B34, aber ohne Füße IM B14 IM 3601 Wie IM B3, aber ohne Lager auf Antriebsseite IM B3 IM 1001 Ohne Füße, ohne Flansch (Einbau in Rohr) Wie IM B35, aber kein Zugang von der Gehäuseseite IM B34 IM 2101 Wie IM B35, aber ohne Füße (Flanschanbau) IM B5 IM 3001 Wie IM B3, aber für Wandbefestigung; Füße links IM B6 IM 5051 IM B30 IM 9201 Maschinen mit Schildlagern und Stehlagern 2 Schildlager, 1 Stehlager, Grundplatte C2 IM 6010 Wie IM 6010, ohne Grundplatte – IM 6100 Maschinen mit Stehlagern Ohne Schildlager, 1 Stehlager, mit Füßen Wie IM B3, aber für Wandbefestigung; Füße rechts IM B7 IM 1061 – IM 7001 Wie IM B3, aber für Deckenbefestigung D9 IM 7201 IM B8 IM 1071 Wie IM B5, aber ohne Lagerschild BU Wie IM B35, aber ohne Füße IM B15 IM 1201 IM B35 IM 2001 W Erklärung IEC-Code I IEC-Code II 2 Schildlager, 1 freies Wellenende Flanschmotor mit Füßen AS Bild IM B9 IM 9101 2 Stehlager, mit Füßen Maschinen für senkrechte Anordnung Mit 2 Führungslagern, Flansch und Wellenende unten, Flansch in Lagernähe IM V 1 IM 3011 Bild Erklärung IEC-Code I IEC-Code II 2 Schildlager, Flansch unten, mit Füßen zur Wandbefestigung IM V15 IM 7201 Wie IM V 1, aber Wellenende oben IM V2 IM 3231 Wie IM V2, aber mit Flansch oben IM V3 IM 3031 Wie IM V3, aber Wellenende unten IM V4 IM 3211 Wie IM V15, aber ohne Flansch IM V5 IM 1011 Wie IM V5, aber Wellenende oben IM V6 IM 1031 1 Schildlager, ohne Wälzlager am Wellenende IM V8 IM 9111 Wie IM V1, aber Flansch in Gehäusenähe IM V10 IM 4011 Ohne Füße, ohne Flansch, zum Einbau in Rohr IM V31 IM 9231 Querlager oben, Kupplungsflansch unten W1 IM 8015 385 Berechnungsformeln für drehende elektrische Maschinen Calculation Formulas for Rotating Electrical Machines Synchronmotor, Synchrongenerator n ns f p Asynchronmotor, Asynchrongenerator Moment bei voller Spannung bei halber Spannung MK MS Nenndrehzahl MN MA M(n)-Kennlinie für Kurzschlussläufer Kraftmoment beschleunigende Momente Kraftmoment-Kennlinien Lastmoment 1 2 3 5 Schleifringe kurzgeschlossen Drehzahl M(n)-Kennlinien für Schleifringläufer A2 1L+ 1L- M ¡a Ui A1 RV F1 F2 Ue 2L+ 2L- ¡e Schaltung Ua @ 100 % Ua @ 50 % M n Belastungskennlinie Reihenschlussmotor s = M · 100% MSt D1 D2 A2 M A1 RV 12 (ns – n) · 100% s= ns Ui = CU · Ge · n 2 15 s= ≤ Ia · 100% ISt ISt Ua = Ra + Rv Pa Ia = n · U a 13 14 Ui ≈ Pa Ia Ua = Ui + (Ra + Rv) · Ia ISt = ¡ 1 f p 16 17 M = CM · Ge · Ia 19 18 20 Ie = Ue Re AS 21 W 24 BU Formelzeichenbedeutung wie oben. L+ LU ns = Formelzeichenbedeutung wie oben. f f·s Zusätzlich: ns = p fL = 100% fL Frequenz im Läufer 3 4 s Schlupf (in %) (n – n) · 100% f·n s Kraftmoment, Moment M fL = f – ns s= ns MA Anzugsmoment 5 6 MK Kippmoment 2 M = MN Bemessungsmoment f s n= 1– MK s + sK MS Sattelmoment p 100 s s K sK Kippschlupf (Schlupf beim 8 7 Kippmoment) CM Kraftmoment-Koeffizient M = C M · UStr2 der Maschine 9 UStr Strangspannung I Stromstärke (Leiterstrom) Bei Einphasenmotoren: P Leistungsabgabe P (mechanisch) I = n · U · cos j n Wirkungsgrad 10 U Netzspannung, bei Drehstrom Dreieckspannung Bei Drehstrommotoren: cos j Leistungsfaktor P Berechnung des Läuferstromes I = n · 12 3 · U · cos j von Schleifringläufermotoren 11 siehe Anlasser für Elektromotoren. Formelzeichenbedeutung wie oben. Zusätzlich: s Abnahme in % gegenüber Leerlauf Ia Ankerstrom MSt Kraftmoment im Stillstand ISt Ankerstrom im Stillstand Ui induzierte Spannnung CU Spannungskoeffizient der Maschine Ge Erregerfluss mechanische Ankerleistung Pa Ua Ankerspannung (Netzspannung des Ankerkreises) Ankerwiderstand Ra Vorwiderstand Rv Erregerstrom Ie Ue Erregerspannung Widerstand der Re Erregerwicklung Fremderregter Motor (Nebenschlussmotor) Ua n = ns ± Drehzahl 4 Drehzahl, Umdrehungsfrequenz Drehfelddrehzahl Netzfrequenz Polpaarzahl (halbe Polzahl) Ui I = Ia U Re + Rv + Ra P I = n·U 22 M = 23 CM n2 386 Leistungsschilder von drehenden elektrischen Maschinen Nameplates of Rotating Electrical Machines Motoren, Generatoren, Umformer Feld Erklärung Feld 1 Firmenzeichen 2 Typenbezeichnung der Maschine 3 Stromart 4 Arbeitsweise (z.B. Motor, Generator) 5 Maschinennummer der Fertigung 6 Schaltart der Ständerwicklung bei Synchronund Induktionsmaschinen, und zwar Phasenzahl 12 Schaltung Zeichen offen 1, Stern 15 Doppeldreieck Sechseck Stern l2 2, verkettet, allgemein, z.B. in L-Schaltung n, unverkettet bei Gleichstrommaschine und Synchronmaschine 16 „Läufer“ bzw. „Lfr“ „Erreger“ bzw. „Err“ 17 Schaltart, wenn keine 3 AC-Schaltung 18 Läuferstillstandsspannung in V 19 Läuferstrom Erregerstrom in Bemessungsbetrieb. Angabe entfällt, falls Ströme kleiner als 10 A. 20 Isolierstoffklasse (Y, A, E, B, F, H, C). Gehören Ständer und Läufer zu verschiedenen Klassen, wird zuerst die Klasse des Ständers, dann die Klasse des Läufers angegeben (z.B. E/ F). 21 Schutzart, z.B. IP 23 22 Angenähertes Gewicht in Tonnen (t). Angabe entfällt, wenn leichter als 1 t. 23 Zusätzliche Vermerke, z.B. VDE 0530/ …, Kühlmittelmenge bei Fremdbelüftung und bei Wasserkühlung. Bemessungsspannung, Nennspannung Bemessungsstrom, Nennstrom 9 Bemessungsleistung (Abgabe). Bei Synchrongeneratoren in kVA oder VA, sonst in kW oder W. 10 Einheiten kW, W, kVA, VA 11 Betriebsart (entfällt bei S1 = Dauerbetrieb) und Bemessungsbetriebszeit bzw. relative Einschaltdauer. Beispiel: S2 30 min, S3 40% ED 1 2 Nr. 4 6 5 7 8 A cos ƒ 12 11 10 13 14 15 Hz /min 19 A 16 17 18 V Is. Kl. 20 IP 21 22 t 23 9 – Bemessungserregerspannung in V Wird die Wicklung einer Maschine neu gewickelt oder umgeschaltet, so muss zusätzlich ein weiteres Schild mit Firmenbezeichnung, Jahreszahl und gegebenenfalls neuen Angaben angebracht werden. (Leistungsschilder von Transformatoren siehe Seite 217). Geräte mit elektrischen Maschinen Typ 752 2011 _ Mot. Nr. 2732 300 W 230 V 1,5 A 700/min BU ln 8 3 Bemessungsfrequenz, Nennfrequenz bei Schleifringläufer Stern mit herausgeführtem Mittelpunkt unverkettet W 14 Bemessungsdrehzahl. Außerdem wird angegeben: Bei Motoren mit Reihenschlussverhalten die Höchstdrehzahl nmax ; bei Generatoren, die von Wasserturbinen angetrieben werden, die Durchgangsdrehzahl nd der Turbine; bei Getriebemotoren die Enddrehzahl nz des Getriebes. Dreieck 6, verkettet in Schaltung AS Drehrichtung (auf die Antriebseite gesehen): ∫ (Rechtslauf) ª (Linkslauf) unverkettet 3, verkettet in Schaltung 7 13 mit Hilfsstrang 3, Erklärung Bemessungsleistungsfaktor l bzw. cos j. Bei Synchronmaschinen ist das Zeichen u (untererregt) anzufügen, wenn Blindleistung aufgenommen werden soll. Leistungsschild einer Handbohrmaschine Außerdem sind anzugeben: Bemessungsaufnahme in W; bei Schutzklasse II Symbol ; ein Symbol für die FeuchtigkeitsSchutzart, z.B. ) . Bei Kleingeräten, wie tragbaren Elektrowerkzeugen,Staubsaugern, Küchenmaschinen, Tonbandgeräten, wird kein genormtes Leistungsschild verwendet. Die Inhalte folgender Felder sind aber meist auf dem Leistungsschild angegeben: Felder 1, 2, 3, 6, 7, 11, 14, 15 (teilweise). 387 Drehstrommotoren Three-phase Motors M U1 3 3 2 2 2 M MN 0 1 n/ns V1 L3 L2 L1 L3 W1 3 M 1 MN 0 Drehrichtungsumkehr 1 0 W1 M 1 MN Nutform 0 0 n/ns RV = 0 0 n/ns 1 1 U1 V1 W1 W2 U2 V2 F1 F2 Läufer in V (zweiphasig) L3 L bei Sternschaltung L2 Q Läufer in oder L1 M K L M L - L K + K K Läuferanschluss L3 L1 Der Ständer ist wie beim Käfigläufermotor anzuschließen. L2 Durch Vertauschen zweier Außenleiter Q Schaltung an den Anschlussklemmen M U1 W1 V1 Käfigläufermotor K L M F2 - + F1 L2 L3 L2 M U1 Kraftmomentkennlinien V1 Schleifringläufermotor L1 Synchronmotor L1 Motorart Schaltzeichen und Anschluss für Rechtslauf U1 V1 W1 bei Dreieckschaltung Entfällt bei Dauermagneterregung W2 U2 V2 Häufigstes Anlassen bei Anlaufkäfig: direktes Einschalten ohne Erregung Anlasswiderstände im Läuferkreis direktes Einschalten (falls möglich bei Einstellung für niedrige Drehzahl) MA / MN 0,5 bis 1 mit Anlaufkäfig kleine Motoren bis 4, große Motoren bis 2 0,4 bis 2 IA / IN 3 bis 7 ≈1 bei Anlauf mit MN 3 bis 7 Kurzzeitige Überlastbarkeit 1,5- bis 4-fach 1,6- bis 2,5-fach 1,6- bis 3-fach Steuern der Drehzahl Steuern der Frequenz durch FU (Frequenzumrichter) Läuferzusatzwiderstände Polumschaltung, Frequenzsteuerung Drehzahlstellbereich bis 1: ∞ bei Servomotoren bis 1:10 bei Schiffsantrieben bei Läuferzusatzwiderständen bis 1: 3 bei Polumschaltung mit 4 Stufen bis 1: 8 Elektrisches Bremsen ohne zusätzliche Bremse Nutzbremsung durch Betrieb als Generator. Mit Anlaufkäfig auch Gegenstrombremsung. Nutzbremsung durch Betrieb als Generator, insbesondere bei Polumschaltung. Verlustbremsung durch Gegenstrombremsung sowie durch Speisen des Ständers mit Gleichstrom oder Einphasenwechselstrom. Anwendungsbeispiele Servomotoren, Kolbenverdichter, Umformer, Propellerantriebe auf Schiffen Hebezeuge, Förderanlagen, Verdichter, Steinbrecher, Verschiebebühnen AS bei Frequenzsteuerung mit Umrichter bis 1:100, mit Drehzahlregler bis 1: ∞ W Werkzeugmaschinen, Verarbeitungsmaschinen, Landwirtschaftsmaschinen, Hebezeuge IA Anzugsstrom, IN Bemessungsstrom, M Moment, Kraftmoment, MA Anzugsmoment, MN Bemessungsmoment, n Drehzahl, ns Drehfeldzahl (synchrone Drehzahl), RV Anlasswiderstand, ∞ unendlich. BU 395 Kleinstmotoren Micromotors Erklärung, typische Daten Leistungsarten Umgebungstemperatur Typenleistung ist die im empfohlenen Leistungsbereich maximale Abgabeleistung. Dauerbetriebsbereich ist der Bereich für dauernde Belastung bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C. Empfohlener Leistungsbereich ist kleiner als der Dauerbetriebsbereich. Leistungsbereich Kurzzeitbetrieb Anwendungen DC-Motor mit Edelmetallbürsten Permanentmagnete eisenloser Außenläufer Spezialwicklung Motor darf kurzzeitig und wiederholt überlastet werden. Roboter, Positionierungsantriebe, zahnärztliche Geräte, Dialysegeräte, Lüfter, KfzMechatronik, Nivelliergeräte, Beamer, Fahrtenschreiber, Lesegeräte. Ansichten Grenzdrehzahl 15000 Dauerbetrieb 1/min 0,5 W 10000 Drehzahl Begriffe 5000 empfohlener Leistungsbereich 0 Kurzzeitbetrieb Kraftmoment T/mNm Betriebsbereiche eines Kleinstmotors 0,5 W Der Läufer ist eisenlos mit einer Spezialwicklung aus Cu-Drähten und läuft als Außenläufer um den innen liegenden Dauermagnet-Ständer. Die Welle besteht oft aus Keramik. Ptyp = 0,5 W bis 8 W, 7 4 5 6 3 1 2 11 z.B. bei Ptyp = 0,5 W: n ≤ 16 000/min, T ≤ 0,6 mNm n = 0,6, UN = 12 V, Ia ≤ 130 mA 8 1 Flansch, 2 Permanentmagnet, 3 Gehäuse (magnetischer Rückschluss), 4 Welle, 5 Wicklung, 6 Kollektor-Wicklung-Platte, 7 Kollektor, 8 Gleitlager, 9 Bürsten, 10 Deckel, 11 Anschluss DC-Motor mit Edelmetallbürsten www.maxonmotor.com DC-Motor mit Graphitbürsten Ptyp = 1,5 W bis 250 W, z.B. bei Ptyp = 60 W: n ≤ 7 800/min, T ≤ 47 mNm n = 0,79, UN = 12 V, Ia ≤ 60 A Aufbau entsprechend wie bei DC-Motor mit Edelmetallbürsten, jedoch hier mit Graphitbürsten, Kupferkollektor und Kugellagern. Geeignet für größere Leistungen. EC-Motor Im Prinzip liegt ein dreiphasiger Synchronmotor vor, der über die Elektronik mit Gleichspannungen angesteuert wird. Die drei Stränge sind in Stern oder in Dreieck geschaltet. Ptyp = 1,5 W bis 400 W, z.B. bei Ptyp = 15 W: n ≤ 50 000/min, T ≤ 44 mNm bei 10 000/min, n = 0,68, UN = 24 V elektronische Kommutierung Ständer mit Spezialwicklung Innnen- oder Außenläufer mit Permanentmagneten Ansteuerung der drei Stränge 8 10 9 1 2 4 5 Je nach Elektronik der Steuerschaltung wird jeder Strang mit blockförmiger oder sinusförmiger Spannung angesteuert. Dadurch entsteht ein magnetisches Drehfeld. AS U1 6 7 U2 8 3 W U3 0 60 120 180 240 300 360 Drehwinkel/º Ansteuerung der Stränge Ia maximaler Anlaufstrom T maximales Dauerdrehmoment EC-Motor mit Innenläufer 1 Flansch, 2 Gehäuse, 3 Ständerpaket, 4 Wicklung, 5 Permanentmagnet (Läufer), 6 Welle, 7 Leiterplatte mit Hall-Sensoren, 8 Kugellager www.maxonmotor.com n Grenzdrehzahl Un Bemessungsspannung Ptyp Typenleistung n Wirkungsgrad BU 396 Daten von Kleinstantrieben, Getriebe von Kleinstmotoren Data of Microdrives, Gearboxes of Mini Drives Typ † in mm Länge in mm Kommutierung Typenleistung in W Masse in g maximaler Wirkungsgrad in % Schaltung zur Stromversorgung DC-Motoren mit eisenlosem Läufer (Beispiele) www.maxonmotor.com RE8 8 16 EB 0,5 4,1 68 RE13 13 19,2/21,6 EB 1,2 12/15 68/70 RE13 13 31,4/33,8 EB 2,5 12–15 78/80 RE15 15 22,3 EB CLL 1,6 20 71 bis 74 RE35 35 70,9 GB 90 340 66 bis 86 RE40 40 71 GB 150 480 83 bis 92 RE75 75 201,5 GB 250 2 800 77 bis 84 L N 4-Q-Servoverstärker _ M DC-Motor DC Servomotor, umrichtergespeist (Beispiele) www.maxonmotor.com EC6 6 21 BL 1,2 2,8 41 bis 50 EC16 16 40,2 BL 15 34 67 bis 68 EC22 22 bis 67,7 BL bis 50 85 bis 130 73 bis 86 EC6 flach 6 2,2 BL 0,03 0,32 – EC14 flach 13,6 11,7 BL 1,5 8,5 39,4 EC20 flach 20 9,5 BL 3 15 62,5 EC90 flach 90 27,1 BL 90 648 86 4-Q-EC-Servoverstärker L N _ 3_ EC-Motor Getriebe von Kleinstmotoren 4 1 2 3 6 Oft sollen Kleinstmotoren ein größeres Kraftmoment abgeben als ihrer Baugröße entspricht. Mechanische Getriebe setzen die Drehzahl herunter, das Kraftmoment aber fast im umgekehrten Verhältnis herauf. Wird z.B. die Drehzahl auf 1/10 herabgesetzt, steigt das Kraftmoment auf das 10-Fache. Besonders große Untersetzungsverhältnisse bis 6 000 :1 werden mit Planetengetrieben möglich. Diese besitzen mehrere Planetenzahnräder, die um ein Sonnenzahnrad kreisen. Stirnradgetriebe 1 AS 23 4 11 10 89 7 5 Stirnradgetriebe bestehen meist aus mehreren Stufen. Jede Stufe besteht aus der Paarung eines kleinen Zahnrades mit einem großen. Das erste Zahnrad ist direkt auf die Motorwelle gesetzt. Je nach Stufenzahl sind Untersetzungen bis etwa 5 000 :1 möglich. 8 11 9 8 1 Abgangswelle, 2 Flansch, 3 Lager Abgangswellle, 4 axiale Sicherung, 5 Zwischenplatte, 6 Zahnrad, 7 Motorritzel, 8 Planetenräder, 9 Sonnenrad, 10 Planetenträger, 11 Hohlrad Planetengetriebe Prinzip des Planetengetriebes Getriebedaten BU ø in mm Länge in mm Getriebeart GP6 6 7 bis 17,3 PG GS 16 K 16 11,8 bis 20,8 GP 81 81 84 bis 127 A BL CLL DC Metallausführung, bürstenlos, Capacitor Long Life, Gleichstrom, Moment (je nach Länge in Nm 0,002 bis 0,03 Masse (je nach Länge) in g 1,8 bis 3,4 Untersetzung (je nach Länge) 3,9 :1 bis 854 :1 SG 0,01 bis 0,03 9 bis 11,7 12,1 bis 5752 :1 PG 20 bis 120 2 300 bis 3 700 3,7 :1 bis 308 :1 EB Edelmetallbürsten, EC elektronisch kommutiert, GB Graphitbürsten, K PG SG Q 1-stufig 1 2-stufig Wirkungsgrad W Typ 10-stufig 0,5 0 Kraftmoment Kunststoffausführung, Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Quadrant 397 Linearantriebe Linear Drives Begriff, Name Erklärung, Prinzip Bemerkungen, Ansichten, Daten Arten der Linearantriebe LA Linearmotoren Elektromagnetischer, nicht drehender Motor, beruhend auf der Kraftwirkung von Strom im Magnetfeld. AC-Linearmotoren (Seite 328) und DCLinearmotoren. Hydraulische LA Lineare Verstellung eines Kolbens durch eine Flüssigkeit unter Wirkung einer Pumpe. Ähnliche Wirkung durch Pneumatik möglich. (Siehe Seite 100) LA mit drehendem Motor Die Drehbewegung des drehenden Motors wird durch mechanische Mittel in eine Linearbewegung (Längsbewegung) umgesetzt. Typische Größen: Geschwindigkeiten 0,2 mm/s bis 150 mm/s, Positioniergenauigkeit 0,04 mm. Sonstige LA Wirkung von Piezoeffekt und Ultraschall oder Wirkung von Joule-Effekt (Magnetostriktion). Beim Piezo-LA erreichbare Genauigkeit bis 0,02 mm. Linearantriebe mit drehenden Elektromotoren Zahnriementrieb Zahnriemen, Antriebswelle, Schlitten Zahnstangentrieb Die motorisch angetriebene Antriebswelle greift mit ihren Zähnen in einen Zahnriemen ein und bewegt ihn. Am Zahnriemen ist ein Schlitten befestigt. Dieser bewegt sich mit dem Zahnriemen in einer Führung und trägt das Arbeitsgerät, z.B. eine Transportwanne oder auch ein Werkzeug. Beim Zahnstangentrieb greift ein Zahnrad als Antrieb in eine Zahnstange ein, sodass ein Schlitten bewegt wird. Die Genauigkeit ist wegen des Spiels bei beiden Antrieben gering. Führung Antriebsrad Schlitten Zahnriemen oder Kette Zahnriementrieb Spindelantriebe Bei Spindelantrieben wird eine Mutter durch die Spindeldrehung axial zur Spindel bewegt. Die Mutter ist dabei verbunden mit dem zu bewegenden Teil, z.B einem Werkzeugträger. Spindelarten metrische Spindel mit metrischem Gewinde, Trapezspindel mit Trapezgewinde, Kugelumlaufspindel (Kugelspindel) mit Rundgewinde. Die Spindelmutter hat ein entsprechendes Gewinde. Spindelmutter metrische Spindel Trapezspindel Spindel Werkzeugträger Kupplung Motor Teile des Spindelantriebs Preiswert, einfache Herstellung, selbsthemmend, niedriger Wirkungsgrad, nicht spielfrei, geringe Genauigkeit, wie metrische Spindel aber stärker belastbar. Kugelumlaufspindel (Kugelspindel) In der Kugelspindel wälzen sich Kugeln durch die geschliffenen Laufrinnen der Spindel und der Mutter und gelangen anschließend über einen Rückführkanal in der Mutter zurück. Antriebsmotor Synchronmotor mit Dauermagneterregung oder Asynchronmotor, meist über Elektronik (Zwischenkreisumrichter) vom Netz gespeist. Oft mit Untersetzungsgetriebe, z.B. Planetengetriebe. Motordrehzahl bis nmot = 8 000/min. Anwendung Mutter AS Metrische Spindel mit Spindelmotor www.maxonmotor.de Daten von Spindelantrieben Spindel M6 x1 Antriebe an Maschinen für die Zustellung von Werkzeugen oder Bearbeitungsmodulen in beliebigen Richtungen mit Verschiebelängen von Kugeluml.sp. 0,10 m bis etwa 2 m. 6x2 imot F ‰ 350 N 1:1 bis 850 :1 500 N v mm/s n 0,2 bis 5,6 0,2 bis 0,35 0,3 bis 150 0,47 bis 0,81 F Vorschubkraft, imot Untersetzung, v Vorschubgeschwindigkeit, n Wirkungsgrad W BU ">
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Welche Arten von Regelstrecken gibt es basierend auf dem Zeitverhalten und wie lauten die Standardbeschriftungen eines Regelkreises?
Regelstrecken werden in P0-Strecken (ohne Verzögerung), PT1-Strecken (1. Ordnung) und PTt-Strecken (mit Totzeit) unterteilt. Die Standardbeschriftungen umfassen w (Sollwert), x (Regelgröße), y (Stellgröße) und K_P (Proportionalbeiwert).
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