Prüfungsvorbereitung aktuell - Europa-Lehrmittel · Created Date: 7/20/2020 12:04:06 AM
Ta bellenbuchElektrotechnik - Europa-Lehrmittel
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Tabellenbuch Elektrotechnik
E U R O PA - FA C H B U C H R E I H Efür elektrotechnische, elektronische,mechatronische und informations-technische Berufe
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 30103Europa-Nr.: 30160 XXL, mit CD
Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulenund Produktionsstätten (siehe Rückseite)
27. neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Tabellen Formeln Normenanwendung
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Autoren des Tabellenbuchs Elektrotechnik:
Häberle, Gregor Dr.-Ing., Abteilungsleiter Tettnang
Häberle, Heinz Dipl.-Gewerbelehrer, VDE Kressbronn
Isele, Dieter Ing. (HTL), Berufsschullehrer Lauterach
Jöckel, Hans-Walter Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Friedrichshafen
Krall, Rudolf Dipl.-Päd. Ing., Berufsschuloberlehrer St. Leonhard
Schiemann, Bernd Dipl.-Ing. Durbach
Schmid, Dietmar Dipl.-Ing., Oberstudienrat Biberach a.d. Riß
Schmitt, Siegfried staatl. gepr. Techniker, Techn. Oberlehrer Bad Bergzabern
Tkotz, Klaus Dipl.-Ing. (FH) Kronach
Leitung des Arbeitskreises:Dr.-Ing. Häberle, Tettnang
Bildbearbeitung:Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern
Auszüge aus DIN-Normen mit VDE-Klassifikation sind für die angemeldete limitierte Aufla-ge wiedergegeben mit Genehmigung 372.015 des DIN Deutsches Institut für Normung e.V.und des VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Für weitereWiedergaben oder Auflagen ist eine gesonderte Genehmigung erforderlich.
Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Aus-gabedatum, die bei der VDE-VERLAG GmbH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin,www.vde-verlag.de, erhältlich sind.
27. Auflage 2016
Druck 5 4 3 2 1Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unter-einander unverändert sind.
ISBN 978-3-8085-3430-4ISBN 978-3-8085-3433-5 XXL, mit CD
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlichgeregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.deSatz: Tutte Druckerei & Verlagsservice GmbH, 94121 SalzwegUmschlag: braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldUmschlagfotos: © erdquadrat-fotolia.com; Gossen Metrawatt GmbH, Nürnberg; Siemens AG, München;
ZF Friedrichshafen AG , FriedrichshafenDruck: B.O.S.S Medien GmbH, 47574 Goch
MATHEMATIK, PHYSIK, SCHALTUNGS-THEORIE, BAUELEMENTE 11 … 66 GG
TECHNISCHE DOKUMENTATION,MESSEN 67 … 122 TTMM
ELEKTRISCHE INSTALLATION123 … 210 EEII
SICHERHEIT, ENERGIEVERSORGUNG211 … 304 SSEE
INFORMATIONS- UND KOMMUNIKA-TIONSTECHNISCHE SYSTEME
305 … 352IIKK
AUTOMATISIERUNGS- UND ANTRIEBS-SYSTEME, STEUERN UND REGELN
353 … 446AASS
WERKSTOFFE, VERBINDUNGSTECHNIK447 … 480 WW
BETRIEB UND SEIN UMFELD,UMWELTTECHNIK, ANHANG
481 … 560BBUU
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Vorwort zur 27. Auflage
Die Weiterentwicklungen der Technik und der Lernorganisationen führte wie schon in der 26. Auflage zu einerÜberarbeitung und Erweiterung des Buches zu einem Kompendium. Der Leser kann sich dadurch auch bezüg-lich der Anforderungen aus Industrie 4.0 selbst weiterbilden. Neue und aktualisierte Inhalte sind nachstehendkursiv (schräg) gedruckt.
Normänderungen wurden übernommen. Allgemein ist zu beachten, dass vielfach die Normen verschiedeneFormen zulassen, z. B. in DIN EN 61082 (Dokumente der Elektrotechnik, Regeln) Stromverzweigung mit oderohne „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 desBuches führten. Gerne nehmen wir auch künftig konstruktive Verbesserungsvorschläge dankbar entgegen. Die-se können auch mit E-Mail an [email protected] gerichtet sein.
Frühjahr 2016 Der Autoren-Arbeitskreis
• Teil GMathematik,Physik,Schaltungstheorie,Bauelemente
Formelzeichen, Größen und Einheiten, Mathematische Zeichen, Dezimale Vorsätze, Binä-re Vorsätze, Kraft, Kraftmoment, Arbeit, Leistung, Wärme, Ladung, Spannung, Stromstär-ke, Widerstand, elektrisches und magnetisches Feld, Wechselgröße, Schaltungen von R,L, C, Drehstrom, Widerstände und Kondensatoren, Dioden, Transistoren, Thyristoren,magnetfeldabhängige und fotoelektronische Bauelemente.
• Teil TMTechnischeDokumentation,Messen
Technisches Zeichnen, Stromkreise und Schaltzeichen, Schaltpläne, Erstellen einer Doku-mentation, Aufbau einer Betriebsanleitung, Messgeräte und Messwerke, Messkategorien,Messen in elektrischen Anlagen, Elektrizitätszähler, Kennzeichnungen in elektropneumati-schen Steuerungen, Elektropneumatische Grundschaltungen, Oszilloskop, Messen mitSensoren.
• Teil EIElektrischeInstallation
Arbeiten in elektrischen Anlagen, Installationsschaltungen, Sprechanlagen, Videoanlagenfür Hauskommunikation, Dimmertypen, feldarme Elektroinstallation, Gebäudeleittechnikund Gebäudesystemtechnik, Hausanschluss, Leitungsberechnung, Induktivitätsbelag undSpannungsfall, Strombelastbarkeit von Leitungen für 90 °C, Lichttechnik, Beleuchtungs-technik, LED-Leuchtmittel, Retrofit-Leuchtstofflampen, Lichtwerbeanlagen mit Nieder-spannung, Leuchtröhrenanlage, Gebäudeautomation über bestehende Stromleitungen.
• Teil SESicherheit,Energieversorgung
Arbeitssicherheit, Stromgefährdung durch DC, Unfallverhütung, Differenzstromgeräte,Basisschutz, Fehlerschutz, zusätzlicher Schutz, Leiter für die Schutzmaßnahmen, Kraft-werksarten, Isolierstoffklassen, Transformatoren, Freileitungsnetze, Erdkabel, PV-Anlagen,Brennstoffzellen, Elektrochemie, Primärelemente, Akkumulatoren, SSV-Anlagen, Energie-versorgung von Baustellen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Blitzschutz, Qualität derStromversorgung, Kompensation, Messen von Oberschwingungen, THD-Werte, Rege-lung der Netzspannung und Netzfrequenz, Sicherheitstechnik, Raumheizung, Heizwärme-verbrauch, Energie-Effizienz, Hausgerätetechnik, Stromtarife.
• Teil IKInformations- undkommunikations-technische Systeme
Zahlensysteme, Codes, Schaltalgebra, Flipflops, DA-Umsetzer, AD-Umsetzer, Modulationund Demodulation, Netze der Informationstechnik, Ethernet, Funk-LAN, AS-i-Bussysteme,Interbus, PROFIBUS, Identifizierungssysteme, Anschluss an das Telefonnetz, Internet,Antennenanlagen, SAT-Anlagen, Multimediaverkabelung, Fernwirken, Fernwarten, Biblio-theksfähige SPS-Bausteine, Funktionale Sicherheit SIL, Sensor-Anschlusstechnik.
• Teil ASAutomatisierungs-und Antriebs-systeme, Steuernund Regeln
Hilfsstromkreise von Steuerungen, Stromrichter, Schaltnetzteile, Kippschaltungen,Steuerrelais, Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS, Ablaufsteuerung GRAFCET,Schütze, Motorschutz, elektrische Ausrüstung von Maschinen, Regelungstechnik, Dreh-strommotoren, Wechselstrommotoren, Gleichstrommotoren, Effizienz von Antrieben,Servomotoren, Kleinstmotoren, Linearantriebe.
• Teil WWerkstoffe,Verbindungstechnik
Periodensystem, Stoffwerte, Stahlnormung, Magnetwerkstoffe, Isolierstoffe, Leitungen,Erdkabel, Steckverbinder, lötfreie Anschlusstechnik, Gewinde, Schrauben und Muttern.
• Teil BUBetrieb, Umfeld,Umwelttechnik,Anhang
Organisationsformen, Arbeiten im Team, Arbeitsplanung, Kosten und Kennzahlen, Quali-fikationen der Elektrofachkraft, Durchführung von Projekten, Umgang mit Konflikten,Kommunikation mit Kunden, Statistische Auswertung im Qualitätsmanagement, Umwelt-technische Begriffe, gefährliche Stoffe, Normen, Kurzformen, fachliches Englisch, Sach-wortverzeichnis, Firmen und Dienststellen.
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Inhaltsverzeichnis Contents
Lernfelderauswahl, Hauptabschnitte des Buches,Prüfungsteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . U2
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Teil G: Mathematik, Physik, Schaltungstheorie,Baueelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . 12
Indizes und Zeichen für Formelzeichen diesesBuches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Internationale Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Mathematische Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Potenzen, Vorsätze, Logarithmen,Dreisatzrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Logarithmisches Maß Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . 19
Winkel, Winkelfunktionen, Prozentrechnen . . . . 20
Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen . . 21
Längen und Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Körper und Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Masse, Kraft, Druck, Kraftmoment . . . . . . . . . . . . 24
Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Mechanische Arbeit, mechanische Leistung,Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Rollen, Keile, Winden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . 30
Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . . 31
Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . 32
Wechselgrößen, Wellenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Leistung bei Sinuswechselstrom, Impuls . . . . . . 34
Magnetisches Feld, Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Elektrische Feldstärken und magnetischeFeldstärken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Strom im Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . 37
Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Bezugspfeile, Kirchhoffsche Regeln,Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Potenziometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Ersatzspannungsquelle, Ersatzstromquelle,Anpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Grundschaltungen von Induktivitäten undKapazitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . 43
Reihenschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Parallelschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Ersatz-Reihenschaltung und Ersatz-Parallel-schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Einfache Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) . . . . . . . . 48
Unsymmetrische Last, Netzwerkumwandlung,Brückenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . 50
Anwendungsgruppen und Aufbau vonKondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
IGBTs, Feldeffekttransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Thyristoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Gehäuseformen von Dioden, Transistoren undICs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Magnetfeldabhängige Bauelemente . . . . . . . . . . 62
Fotoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . 63
Schutzbeschaltung von Dioden undTransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Bauelemente für den Überspannungsschutz . . . 65
Kühlung von Halbleiter-Bauelementen . . . . . . . . 66
Teil TM: Technische Dokumentation, Messen . . 67
Grafische Darstellung von Kennlinien . . . . . . . . . 68
Allgemeines technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . 69
Maßpfeile, besondere Darstellungen . . . . . . . . . 71
Maßeintragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Maßeintragung, Schraffur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Schaltpläne als funktionsbezogene Dokumente . 74
Ortsbezogene und verbindungsbezogeneDokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Kennzeichnung in Schaltplänen . . . . . . . . . . . . . . 77
Kennbuchstaben der Objekte (Betriebsmittel) . . 78
Kontaktkennzeichnung in Stromlaufplänen . . . . 80
Stromkreise und Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . 81
Allgemeine Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Zusatzschaltzeichen, Schalter in Energieanlagen 83
Messinstrumente und Messgeräte . . . . . . . . . . . 84
Halbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Binäre Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Analoge Informationsverarbeitung, Zähler undTarifschaltgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Audioumsetzer, Videoumsetzer und Antennen-anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Schaltzeichen für Installationsschaltpläne undInstallationspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Installationsschaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . . . . . . 93
Spulen, Transformatoren, Transduktor, drehendeGeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Einphasenwechselstrommotoren und Anlasser . 95
Drehstrommotoren und Anlasser . . . . . . . . . . . . 96
Motoren mit Stromrichterspeisung . . . . . . . . . . . 97
Vergleich von Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Kurzzeichen an elektrischen Betriebsmitteln . . . 100
Hydraulische und pneumatische Elemente . . . . . 101
Kennzeichnung in elektropneumatischenSteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
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Inhaltsverzeichnis Contents
Elektropneumatische Grundschaltungen . . . . . . 103
Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . 104
Erstellen einer Dokumentation über Geräte undAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Aufbau und Inhalt einer Betriebsanleitung . . . . . 106
Elektrische Messgeräte und Messwerke . . . . . . . 107
Piktogramme für die Messtechnik . . . . . . . . . . . . 108
Mess-Schaltungen zur Widerstandsbestimmung 109
Messbereichserweiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Messung in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . 111
Niederspannungs-Schaltungen für Leistungs-messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Elektrizitätszähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Kraftmessung und Druckmessung mit Sensoren 120
Bewegungsmessung mit Sensoren . . . . . . . . . . . 121
Temperaturmessung mit Sensoren . . . . . . . . . . 122
Teil EI: Elektrische Installation . . . . . . . . . . . . . . . 123
Qualifikationen für elektrotechnische Arbeiten . 124
Arbeiten in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . 125
Werkstattausrüstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Leitungsverlegung, Leitungsbearbeitung . . . . . 127
Ausschaltung, Serienschaltung . . . . . . . . . . . . . . 128
Wechselschaltung, Kreuzschaltung . . . . . . . . . . . 129
Reale Ausführung von Installationsschaltungen 130
Treppenlichtzeitschalter, Hausklingelanlage mitTüröffner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Schaltungen mit Stromstoßschaltern . . . . . . . . . 132
Jalousieschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Sprechanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Videoanlagen für Hauskommunikation . . . . . . . . 137
Lampenschaltungen mit Dimmern . . . . . . . . . . . 138
Tastdimmer, Dimmertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Automatikschalter mit Wärmesensor . . . . . . . . . 140
Automatikschalter mit Ultraschall-Bewegungs-sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Elektroinstallation mit Niedervolt-Halogen-lampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Feldarme Elektroinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Gebäudeleittechnik und Gebäudesystemtechnik 144
Linien und Bereiche des KNX-TP . . . . . . . . . . . . 145
Schaltzeichen des KNX-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Systemkomponenten zum KNX-TP . . . . . . . . . . . 147
Sensoren für den KNX-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Aktoren für den KNX-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Installationsbus mit FSK-Steuerung . . . . . . . . . . 150
Projektierung und Inbetriebnahme beim KNX . . 151
Smart Home Bush-free@home . . . . . . . . . . . . . . 153
LON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Elektroinstallation mit Funksteuerung . . . . . . . . 156
Gebäudeautomation über bestehendeStromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Hausanschluss mit Schutzpotenzialausgleich . . 160
Fundamenterder im Beton oder in Erde . . . . . . . 161
Hauptleitungen in Wohnanlagen . . . . . . . . . . . . . 162
Zählerplatzinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Elektrische Mindestausstattung in Wohn-gebäuden, Zählerplätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Leitungsführung in Wohngebäuden . . . . . . . . . . 165
Leitungsberechnung ohne Verzweigung . . . . . . 166
Leitungsberechnung mit Verzweigungen . . . . . . 168
Induktivitätsbelag und Spannungsfall . . . . . . . . . 169
Überlastschutz und Kurzschlussschutz vonLeitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Verlegearten für feste Verlegung . . . . . . . . . . . . . 171
Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungenbei h = 25 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungenbei h = 30 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungen fürLeitertemperatur bis 90 °C und Al 20 mm² . . . . . 174
Strombelastbarkeit von flexiblen oder wärme-festen Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Umrechnungsfaktoren für die Strombelastbar-keit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Leitungsberechnung bei Oberschwingungen . . . 177
Mindest-Leiterquerschnitte, Strombelastbarkeitvon Starkstromkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . 179
Räume mit Badewanne oder Dusche . . . . . . . . . 182
Räume und Anlagen besonderer Art, Arbeitenunter Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Saunaanlagen, Schwimmbecken, begehbareBecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Elektroinstallation in feuergefährdeten Betriebs-stätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Elektroinstallation in landwirtschaftlichenBetrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Elektroinstallation in medizinisch genutztenBereichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Elektroinstallation in Unterrichtsräumen mitExperimentiereinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Elektroinstallation in explosionsgefährdetenBereichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Energieversorgung von Werkstätten undMaschinenhallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Energieversorgung für Baustellen . . . . . . . . . . . . 192
Ladestationen für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . 193
Lichttechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Planung der Arbeitsstättenbeleuchtung vonInnenräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Wartungsfaktoren von Arbeitsstätten-beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Berechnung von Beleuchtungsanlagen . . . . . . . . 197
Beleuchtung und Blendung . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
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Inhaltsverzeichnis Contents
Leuchtstofflampen für 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Glühlampen, Metalldampflampen . . . . . . . . . . . . 200
Energiesparlampen, Farbwiedergabe . . . . . . . . . 201
Induktionslampen und Lichtleiter . . . . . . . . . . . . 202
Elektronische Vorschaltgeräte EVG für Leucht-stofflampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Schaltungen von Entladungslampen . . . . . . . . . . 204
LED-Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
LED-Leuchtmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Lichttechnische Daten von Leuchten . . . . . . . . . . 207
Leuchtstofflampenersatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Lichtwerbeanlagen mit Niederspannung . . . . . . 209
Leuchtröhrenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung . . . . . . . 211
Erste Hilfe am Arbeitsplatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Persönliche Schutzausrüstung PSA . . . . . . . . . . . 213
Zeichen zur Unfallverhütung . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . 218
Berührungsarten, Stromgefährdung,Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Schutzmaßnahmen, Schutzklassen . . . . . . . . . . . 221
Verteilungssysteme (Netzformen) . . . . . . . . . . . . 222
Schutz gegen elektrischen Schlag . . . . . . . . . . . 223
Differenzstromgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Fehlerschutz durch automatische Abschaltungder Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Weitere Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Weiterer Fehlerschutz in fachlich überwachtenAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Leiter für die Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . 229
Prüfung der Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . 230
Wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Instandsetzung, Änderung und Prüfungelektrischer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Geräteprüfung bei Instandsetzung oderÄnderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Transformatoren und Drosselspulen, Prüfungder Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Berechnung von Transformatoren . . . . . . . . . . . . 236
Weitere Betriebsgrößen von Transformatoren . . 237
Kleintransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Kraftwerksarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Drehende Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Isolierstoffklassen, Leistungsschilder vonTransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Netze der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Verlegung von Erdkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Eigenerzeugungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Vergütung erneuerbarar Energien nach demEEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Windkraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Fotovoltaik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Intelligente Stromnetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Brennstoffzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Schutzarten elektrischer Betriebsmittel . . . . . . . . 257
Elektrochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Primärelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Akkumulatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Notstromversorgung und Notbeleuchtung . . . . 262
Sicherheits-Stromversorgungsanlagen(SSV-Anlagen)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
USV-Systeme (Unterbrechungslose Strom-versorgungssysteme) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . . . . . . 265
Elektromagnetische Störungen EMI . . . . . . . . . . 266
Maßnahmen gegen EMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Innerer Blitzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Äußerer Blitzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Fangeinrichtungen und Ableitungen . . . . . . . . . . 271
Qualität der Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . 272
Oberschwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Regelung der Netzspannung . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Regelung der Netzfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Überwachung der Endstromkreise . . . . . . . . . . . 281
Melde- und Überwachungsanlagen . . . . . . . . . . . 282
Sicherheitstechnik in Gebäuden . . . . . . . . . . . . . 283
Rauchwarnmelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Brandschutzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Gefahrenmeldeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Einbruchmeldeanlagen EMA . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Videoüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Energieeinsparverordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Heizwärmeverbrauch und Energieverbrauchs-kennwert von Gebäuden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Raumheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Fußboden- und Deckenheizung . . . . . . . . . . . . . . 293
Klimatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Kochstellen für Elektroherde . . . . . . . . . . . . . . . . 296
Warmwassergeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Hausgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
CE-Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Energieeffizienzklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Energie-Einsparpotenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Wärmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Stromtarife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Teil IK: Informations- und kommunikations-technische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Dualzahlen und Binärcodes . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Sedezimalzahlen und Oktalzahlen . . . . . . . . . . . . 307
8
M
B
C
E
A
K
W
BU
B
C
E
A
K
W
BU
Inhaltsverzeichnis Contents
ASCII-Code im Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Schaltalgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Entwicklung von Schaltnetzen . . . . . . . . . . . . . . . 311
Code-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Komparatoren und Flipflops . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Digitale Zähler und Schieberegister . . . . . . . . . . 314
DA-Umsetzer und AD-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . 315
Modulation und Demodulation . . . . . . . . . . . . . . 316
Mikrocomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Bildschirmgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Schnittstellen und Steckverbinder des PC . . . . . 319
Schnittstellenkopplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
Betriebssysteme Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Elemente von Windows-Benutzeroberflächen . . 322
Netze der Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . 323
Komponenten für Datennetze . . . . . . . . . . . . . . . 324
Kommunikation bei Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Errichten eines Ethernet-Netzwerkes . . . . . . . . . . 326
Industrial Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Signalübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Datenübertragung mittels Funk . . . . . . . . . . . . . . 329
Funk-LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
Identifizierungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
AS-i-Bussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
Querkommunikation bei Feldbussen . . . . . . . . . . 333
PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Fernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
Messumformer und Signalumsetzer für Fern-wirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Anschluss an das Telefonnetz . . . . . . . . . . . . . . . 339
Telekommunikation mit ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . 340
ISDN und Internet-Telefonie (VoIP) . . . . . . . . . . . 341
Internet-Zugänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Anwendungen des Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Sichern und Schützen von Daten . . . . . . . . . . . . . 344
Antennen, Betriebsmittel für Antennenanlagen . 345
Satellitenempfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Digitales Fernsehen über terrestrische Antenne,DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Gemeinschaftsantennenanlagen . . . . . . . . . . . . . 350
Errichtung von Antennenanlagen . . . . . . . . . . . . 351
Breitbandkommunikatiosanlagen (BK-Anlagen) 352
Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme,Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
Verstärker-Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . 354
Grundlagen des Operationsverstärkers . . . . . . . . 355
Schaltungen für Gleichrichter und Stromrichter 360
Wechselwegschaltung, Steuerkennlinie . . . . . . . 361
Betriebsquadranten bei Antrieben,Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
Halbgesteuerte Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Vollgesteuerte Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
Gleichstromsteller, U-Umrichter-Prinzip . . . . . . . 366
U-Umrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Ansteuerschaltungen für Halbleiter . . . . . . . . . . . 368
Glättung und Spannungsstabilisierung . . . . . . . . 369
Grundlagen der Schaltnetzteile . . . . . . . . . . . . . . 370
Schalttransistor und Kippschaltungen . . . . . . . . 372
Halbleiterrelais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Kleinsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Struktogramme und Programmablaufpläne . . . . 377
Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS . . 378
Signalkopplungen für SPS und Mikrocomputer . 379
Steueranweisungen für SPS . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Zähler und Zeitglieder in SPS . . . . . . . . . . . . . . . . 383
Programmiersprachen Strukturierter Text ST,Ablaufsprache AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
Wortverarbeitung bei SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
Bibliotheksfähige SPS-Bausteine . . . . . . . . . . . . . 387
Ablaufsteuerung mit GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . 388
Alphanumerische Kennzeichnung derAnschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Elektronische Steuerung von Verbrauchsmitteln 391
Grenzwerte der Anschlussleistung imöffentlichen Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Hilfsstromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen . . . 394
Architekturen von Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . 395
Funktionale Sicherheit SIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
EU-Maschinenrichtlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
Elektrische Niederspannungsausrüstung vonMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Grenztaster, Befehlsgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
Schütze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
Gebrauchskategorien und Prüfbedingungen vonSchützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Schützschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
Steuerung durch Motorschalter . . . . . . . . . . . . . . 409
Optoelektronische Näherungsschalter (Licht-schranken) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
Ultraschall-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
Sensor-Anschlusstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
Unstetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Digitale stetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
Analoge stetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
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11
G
B
C
E
A
K
W
BU
Schaltungstheorie
Physik
Bauelemente
Mat
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,Phy
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Sch
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tung
sthe
orie
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auel
e-m
ente
Mathematik
Längen und Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Körper und Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Masse, Kraft, Druck, Kraftmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Mechanische Arbeit, mechanische Leistung, Energie . . 26Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . . . . . . . 30Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . . . . . . . 31Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Wechselgrößen, Wellenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Magnetisches Feld, Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Elektrische Feldstärken und magnetische Feldstärken . 36Strom im Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Indizes und Zeichen für Formelzeichen dieses Buches . 13Internationale Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Mathematische Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Potenzen, Vorsätze, Logarithmen, Dreisatzrechnung . . 18Logarithmisches Maß Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Winkel, Winkelfunktionen, Prozentrechnen . . . . . . . . . . 20Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen . . . . . . . . 21
Schaltungen von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Bezugspfeile, Kirchhoff’sche Regeln, Spannungsteiler . 39Ersatzspannungsquelle, Ersatzstromquelle, Anpassung 41Grundschaltungen von Induktivitäten und Kapazitäten 42Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . . . . . . 43Ersatz-Reihenschaltung und Ersatz-Parallelschaltung . 46Einfache Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) . . . . . . . . . . . . . . 48Unsymmetrische Last, Netzwerkumwandlungen,Brückenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55IGBTs, Feldeffekttransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Thyristorarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Gleichrichterbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Gehäuseformen von Dioden, Transistoren und ICs . . . . 61Magnetfeldabhängige Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . 62Fotoelektrische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Schutzbeschaltung von Dioden und Transistoren . . . . . 64Kühlung von Halbleiter-Bauelementen . . . . . . . . . . . . . . 66
Teil G: Mathematik, Physik, Schaltungstheorie, BauelementePart G: Mathematics, Physics,Theory of Circuits, Components
43
G
B
C
E
A
K
W
BU
Schalten von Kondensatoren und Spulen Switching Capacitors and Coils
Schaltung, Zeitkonstante Spannungsverlauf Stromverlauf
Ladevorgang und Entladevorgang beim Kondensator an DC
Einschaltvorgang und Ausschaltvorgang (Kurzschließen) bei der Spule an DC
exp (–t/t) ist die genormte Schreibweise von e–t/t. Beim Taschenrechner muss man bei der Berechnung die Tasteex verwenden und nicht die Taste exp.Die Zeitkonstante gibt die Zeit an, nach der ein nach exp (x) = ex verlaufender Vorgang beendet wäre, wenn derVorgang mit der Anfangsgeschwindigkeit weiter verlaufen würde. Das ist aus den Tangenten der Bilder erkenn-bar. Endwerte von u und i sind erreicht nach t fi 5t.
Zeitkonstante
[t] = O · F = O · = sAsV
t = R · CLaden:
Entladen:
LadenundEntladen:
Laden:
Entladen:
uC = U0[1–exp (–t /t)]
uC = U0 · exp (–t /t)
iC = · exp (–t /t)U0
R
iC = – · exp (–t /t)U0
R
exp (x) = ex mit e = 2,71828 ...
12
4
3
5
uR = i · R6
Zeitkonstante
[t] = = = sHO
VsAO
t = LR
uL = U0 · exp (–t /t)
uL = – U0 · exp (–t /t)
iL= · [1–exp (–t /t)]U0
R
iL = · exp (–t /t)U0
R
Einschalten:
Kurz-schließen:
Ein-schalten:
Kurz-schließen:
exp (x) = ex mit e = 2,71828 ...
7
8
10
9
11
C Kapazitäti Stromstärke (Augenblickswert)L Induktivität
R Wirkwiderstandt Zeitt Zeitkonstante
uC KondensatorspannunguL SpulenspannunguR Spannung an RU0 Gleichspannung
uR = U0 [1–exp (–t /t)]12
Einschalten:
uCC
Laden
U0 uR
i
Entladen
R
EntladenLaden
† † t
uC
0,63 • U0U0 = konst.
0,37 • U0
†
†i
t
U0-R
U0
R
U0- 0,37 •R
U00,37 •R
EntladenLaden
Kurz-schließen
Ein-schalten
i
R
L
U0
uR
uL
Einschalten
†
†
t
uL
Kurzschließen
0,37 • U0
U0
- 0,37 • U0 † † t
i 0,37 •
0,63 •U0
R U0
R
U0
R
Einschalten Kurzschließen
71
TM
E
A
K
W
BU
Maßlinienbegrenzung Schreibrichtung
Darstellung
Für jede Zeichnung ist nur eine Art anzuwenden. BeiPlatzmangel sind Kombinationen möglich.
Leserichtung vorzugsweise von unten und rechts.Zulässig auch in Leselage des Schriftfeldes, nichthori-zontale Maßlinien werden unterbrochen.
DarstellungMerkregeln Merkregeln
Schraffur: Dünne Volllinieunter 45° zur Achse oder zuden Hauptumrissen. Schnitt-flächen und Ausbrüche desgleichen Teiles in einer odermehreren Ansichten werdenin gleicher Art und Richtungschraffiert.
Aneinanderstoßende Werk-stücke erhalten entgegen-gesetzt gerichtete oder ver-schieden weite Schraffur.
Der Schraffurlinienabstandist umso größer, je größerdie Schnittfläche ist.
Umlaufkanten, die durchden Schnitt sichtbar gewor-den sind, werden einge-zeichnet.
Trennfugen sind als Kantenzu zeichnen.
Vollkörper einfacher Formwerden in der Längsrich-tung nicht geschnitten.Beispiele: Niete, Bolzen, Wel-len, Stifte, Rippen, Schrau-ben.
Ist der Schnittverlauf nichtohne weiteres ersichtlich, soist er durch dicke Strich-punktlinien zu kennzeichnen.Die Blickrichtung auf denSchnitt deuten Pfeile an.Buchstaben verwendet mannur zur besseren Übersicht.
Ausbrüche werden durchdünne Freihandlinien be-grenzt.Bei der Darstellung „halbAnsicht – halb Schnitt“wird bei waagrechter Mit-tellinie (Beispiel d) derHalbschnitt unterhalb, beisenkrechter Mittellinierechts von ihr angeordnet.Durch dünne Freihandlini-en werden dargestellt:
der Bruch flacher Werk-stücke,
der Abbruch von Rund-körpern,
der Abbruch von hohlenRundkörpern, z.B. Rohre.
Spitzkörper sind in ab-gebrochener Darstellungzusammengeschoben zuzeichnen.
Der Bruch geschnittener,hohler Rundkörper wirddurch eine Freihandliniebegrenzt.
Gerundete Übergänge undKanten können durch dün-ne Volllinien (Lichtkanten),die vor den Körperkantenenden, dargestellt werden,wenn das Bild dadurch an-schaulicher wird.
Flach verlaufende Durch-dringungskurven dürfenweggelassen werden.
a h
i
k
l
m
p
n
o
b
c
d
e
f
g
Maßpfeile: Immer anwenden bei Radien,Kreisbögen, Durchmessern.
ausgefüllt a ≈ 15°Œ ≈ 5 d
nicht ausgefülltoffen a = 15° bis 90°
Œ ≈ 3 d bis 5 d
d Linienbreite
Verlaufen von links unten nachrechts oben, bezogen auf dieMaßlinie.Œ ≈ 6 d
Dürfen nur bei Platzmangel ver-wendet werden,
ausgefüllt: † ≈ 1,5 d
nicht ausgefüllt: † ≈ 2,5 d
Schrägstriche:
Punkte:
Schnitte Bruchlinien und besondere Darstellungen
l
l å
å
l
45}
2020
20 20
20 2020
20 20
20 20
20
60}
60}60}
60}
30}
60}
16}13}
90}
90}
90}
90}
47}
71}
74}77}
62}
86}
8}
30}
29
26
20
49
28
19
45
27
35
32
45}b
ca
d
f
A
D
g
C B
g
e
SchnittA-D
h
i
m
o
k
l
n
p
Maßpfeile, besondere Darstellungen Dimension Arrows, Special Representations
103
TM
E
A
K
W
BU
Elektropneumatische GrundschaltungenElectropneumatical Basic Circuits
Pneumatikschaltung mit Steuerstromkreis Beschreibung
M2
M1
2Q1
L+
S1
L-31
M1
K1
K1
S1 wird betätigt.●K1 zieht an.●M1 bringt Q1.●M2 fährt aus.●S1 wird losgelassen.●K1 fällt ab.●Q1 wird durch die Feder rückge-●stellt.M2 fährt ein durch Federrück-●stellung.
Einfach wirkender Zylinder mit Federrückstellung und elektrisch vorge-steuertem 3/2-Wegeventil
M2
M1
4 2Q1
L+
S1
L-351
M1
K1
K1
S1 wird betätigt.●K1 bringt M1.●M1 bringt Q1.●M2 fährt aus.●S1 wird losgelassen.●K1 fällt ab.●Q1 wird durch die Feder rückge-●stellt.M2 fährt ein.●
Doppelt wirkender Zylinder mit elektrisch vorgesteuertem 5/2-Wege-ventil
M3
M1 M2
4 2Q1
L+
S1
L-351
M1M2
K1
B1 K2
K1 K2S2 S3
K2
S4
R1 R2
Die Türe kann mit S1 oder S2●geschlossen werden.Der Sensor B1 meldet, wenn●sich jemand in der Tür befindetund verhindert ein Schließender Türe.Die Türe kann mit S3 oder S4●geöffnet werden.Das Öffnen der Türe hat Vor-●rang.
Türsteuerung mit jeweils zwei Bedienstellen zum Öffnen undSchließen der Türe
M3
M1
4 2Q1
L+
S1 S1 S2
L-351
M1K1
K2
K1
K1
S2
K20,5 s
R1 R2
S1 und S2 müssen innerhalb●von 0,5 s betätigt werden, damitK1 anzieht.Wird nur ein Taster betätigt,●zieht K1 nicht an. Nach 0,5 sunterbricht K2 die Zuleitung zuK1.Wird ein Taster festgeklemmt, so●verhindert K2 ebenfalls einAnziehen von K1, wenn derzweite Taster nicht innerhalbvon 0,5 s betätigt wird.
Zweihandsicherheitsschaltung für eine Presse mit Arretierungsüber-wachung
Hinweis: Kennzeichnung der Betriebsmittel nach DIN EN 81346-2.
130
EI
CE
A
K
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BU
Reale Ausführung von InstallationsschaltungenReal Execution of Installation Circuits
Änderungen gegenüber den Grundschaltungen
Grund Erklärung Beispiel
Lagerhaltung desMaterials
dreiadrige Leitunganstelle einerzweiadrigen
grüngelbe Ader,blaue Ader
PE erleichtert dieÜberwachung
RCD verhindertMissbrauch
fünfadrige Leitunganstelle vondreiadriger
übrig bleibendeAder
Die Anzahl der vorzuhaltenden Leitungen solltewegen der Kosten möglichst niedrig bleiben. Sowird in vielen Betrieben der Elektroinstallation dieAderzahl von vorrätigen kabelähnlichen Leitungenauf 3 und 5 beschränkt. Dabei ist immer eine Adergrüngelb, also nur als PE, PB oder Erde verwendbar.
Für die Leitung zu einem Ausschalter oder Tasterkann eine dreiadrige Leitung verwendet werden,wobei die grüngelbe Ader am Ausschalter bzw. Tas-ter nicht zur Stromleitung angeschlossen wird.
Die blaue Ader kann als N verwendet werden oderanderweitig, nicht aber als PE oder PEN.
Ein PE in der Schalterleitung dient der Überwa-chung der Leitungsanlage. Der PE ermöglicht z.B.im betreffenden Leitungszweig die Messung desIsolationswiderstandes.
Die missbräuchliche Verwendung des PE als PEN-Leiter wird verhindert, wenn der Fehlerschutz durchAbschaltung mittels RCD erfolgt.
Ermöglicht bei der Ausschaltung eine Steckdoseund Verwendung des Ausschalters als Kontroll-schalter.
Wenn bei Verwendung von nur 3- und 5-adrigenMehraderleitungen eine Ader übrig bleibt, so ist die-se an die entsprechende Klemme anzuschließen,sofern die vorliegt. Andernfalls legt man die Aderan eine zusätzliche lose Klemme oder isoliert sie.
L
zusätzlicheAder
PE
Dreiadriger Schalteranschluss
N
PE
L
Q1
1 Aderunbe-nutzt
E1
X1
Ausschaltung mit fünfadrigerSchalterleitung und Steckdose
Weitere Beispiele mit kabelähnlichen Mehraderleitungen
Schaltung Erklärung
NPEL
Q1X1 E1 Q2
Bei der üblichen Wechselschaltungermöglichen fünfadrige Schalter-leitungen zu den Schaltern eineSteckdose nur unter dem Schalter,der an L angeschlossen ist. Dage-gen ist als Kontrollschalter nur derSchalter möglich, an den der Schal-terdraht angeschlossen ist. Dabeimuss die Glimmlampe des Schal-ters parallel zur Last geschaltet sein.Dasselbe Verhalten erfolgt an denWechselschaltern einer Kreuzschal-tung.
Wechselschaltung mit einer Steckdose unter einem Schalter
NPEL
Q1 X2E1 Q2X1
Mit der Sparwechselschaltung(Prinzip vorhergehende Seite) ist esmöglich, bei Verwendung von fünf-adrigen Schalterleitungen, unterjedem Schalter eine Steckdose zuinstallieren. Desgleichen sind beideSchalter als Kontrollschalter ver-wendbar, wenn die Glimmlampender Schalter parallel zur Lastgeschaltet sind.
Die Sparwechselschaltung kannnicht zur Kreuzschaltung erweitertwerden.
Sparwechselschaltung mit Steckdosen an beiden Schaltern
163
EI
E
A
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BU
163Zählerplatzinstallation Installation for the kWh-meter Location
Mehrtarifzähler mit Funkrundsteuerempfänger und Steuerung zur Warmwasserbereitung
L1X1 L2 L3 N PE
EHZ
obererAnschlussraum
mittlererAnschlussraum
untererAnschlussraum
gesteuerteWarmwasser-versorgung
optischeDatenleitung
vom HAK
Die in VDE 0100-444 vorgesehene Auftrennung des PEN in PE und Nkann nach VDE-AR-N 4101 innerhalb von Gebäuden erfolgena) im Hausanschlusskasten HAK oderb) im unteren Anschlussraum des Zählerschrankes bei gemeinsamer
Anordnung von HAK und Zählerschrank.
FRSE, TSG
X2X3
E
F1
F2
K1
6 A
TM
1 3 4 6 7 9 10
87654321
L1 L2 L3 N PE1 2 3 4 5 6 7
Schaltplan einer Standardverdrahtung mit indirekter Ansteuerung für Neuanlagen
Merkmal Erklärung Bemerkungen
Verdrahtung Bis 63 A (Hausanschlusssicherung) mit 10 mm2 Kupferleitungen,bis 100 A mit 16 mm2 Kupferleitungen.
Feindrähtig
Anschlussraum Unterer Anschlussraum: Strom ist noch ungezählt.Oberer Anschlussraum: Enthält Klemmen für Abgangsleitungenund Abgangssicherungen.
Der untereAnschlussraum istverplombt.
Haushaltszähler Der Raum für EHZ-Anwendungen befindet sich oben im mittlerenAnschlussraum und ist 150 mm hoch. In ihm befindet sich eineHutschiene mit 12 Teileinheiten. In ihm wird das Tarifmodul TMmontiert, das die Kommunikation zwischen Tarifschaltgerät undZähler herstellt.
Bestückung aus-schließlich nachden Angaben desMessstellenbetrei-bers.
Leitungsführung Zwischen den Zählerplätzen im unteren Anschlussraum. Die verti-kale Leitungsführung im Zählerplatz erfolgt mittig unter der Trag-platte für den Zähler.
Für das TSG ist eineigenes Zählerfelderforderlich.
E Funkempfänger, EHZ elektronischer Haushaltszähler, FRSE Funkrundsteuerempfänger, F1 selektiver Haupt-schalter, F2 Schmelzsicherung für Tarifschaltgerät (plombierbar), HAK Hausanschlusskasten, K1 Relais für Gerä-testeuerung, TM Tarifmodul, TSG Tarifschaltgerät, X1, X2 Hauptleitungsklemmen, X3 Steuerleitungsklemme (7-polig).
Stromgefährdung bei verschiedenen Wegen des Körperstromes
Der Stromweg des Körperstromes ist umso gefährlicher,je mehr er zu einem Strom über das Herz führt. Der Herz-stromfaktor F gibt an, um welchen Faktor die Stromwir-kung anders ist als bei einem Strom derselben Größe, dervon der linken Hand zum Fuß fließt.
HerzstromfaktorIB KörperstromIBn Körperstrom
Hand zu Fuß
Beispiel 1: Bei einer sitzend verricheten Arbeit erhält Ottobei Arbeit unter Spannung einen Schlag von Hand zuHand mit z. B. 50 mA. Wie groß hätte der Schlag sein kön-nen, wenn Otto auf einem leitenden Fußboden gestan-den wäre?Lösung: F = 0,4∫ IBn = 50 mA · 0,4 = 20 mA
Stromweg bei DC oder AC Herzstrom-faktor F
Linke Hand zu einem Fuß oder bei-den Füßen
1,0
Beide Hände zu beiden Füßen 1,0
Linke Hand zur rechten Hand 0,4
Rechte Hand zu einem oder beidenFüßen
0,8
Rücken zur rechten Hand 0,3
Rücken zur linken Hand 0,7
Brust zur rechten Hand 1,3
Brust zur linken Hand 1,7
Gesäß zur linken Hand, rechten Handoder beiden Händen
0,7
Linker Fuß zum rechten Fuß 0,04
220
SE
A
K
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BU
Weitere Stromgefährdungen Other Current Hazards
Stromgefährdung bei Gleichstrom vgl. VDE V 0140-479-1
Sicherheitskurven nach VDE V 0140-479-1 für DC vonlinker Hand zu den Füßen
Körperstrom ÜB /mA
Du
rch
strö
mu
ng
sdau
ert/
s
0,10,01
0,02
10
0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 200 1000
0,05
0,1
0,2
0,5
1
2
5
DC-1 DC-2 DC-3
DC-4.1DC-4.2
DC-4.3
Zone Physiologische Wirkung
DC-1 Leicht stechende Empfindung bei schnellerÄnderung des Stroms.
DC-2 Unwillkürliche Muskelkontraktion beischneller Stromänderung, aber meist keineschädliche Wirkung.
DC-3 Starke Muskelkontraktion und Störungender Reizleitung im Herzen können mitzunehmender Stromstärke und Dauer auf-treten, meist kein organischer Schaden.
DC-4 Schädliche Wirkungen wie Herzstillstand,Atemstillstand, Zellschäden und Verbren-nungen.Wahrscheinlichkeit Herzkammerflimmern:DC-4.1 ‰ 5 %, DC-4.2 ‰ 50 %, DC-4.3 › 5 %.
Sich ändernde Bedeutung von Gleichstrom
Jahre Anwendungsbeispiele Einige Normen wegen Gleichstrom
bis 1800 Entwicklung der Elektrophysik mit DC,Anwendungen von DC, z.B. Telegrafie.DC-Generator.
Norm Bezeichnung (gekürzt)
VDE 0122-1 Laden von Elektrofahrzeugen an DCbis 1500 V.
1801 bis1900
Entwicklung Nachrichtentechnik mit DC.Antriebe mit DC wegen der Steuerbarkeit,sonst AC und 3AC. Netztechnik zunehmend3AC.
VDE-AR-E2100-712
Maßnahmen für den DC-Bereicheiner PV-Anlage zum Einhalten derelektrischen Sicherheit bei einertechnischen Hilfeleistung.
1901 bis2000
AC und 3 AC hat sich durchgesetzt bis aufwenige DC-Anwendungen in der Schienen-fahrzeugtechnik und Kommunikationstechnik.
VDE 0117-3 Sicherheitsanforderungen mit Nenn-spannungen bis 240 V für Flurförder-fahrzeuge.
ab 2001 DC wird wichtiger, bleibt aber bisher ener-getisch weiter hinter AC und 3AC. Ausnah-men: Netztechnik über große Entfernungen(HGÜ = Hochspannungs-Gleichstrom-Über-tragung), Energieversorgung über Photo-voltaik, Elektromobilität mit Akkumulatoren,Energieausgleich mit Akkumulatoren.
VDE 0553-1 Hochspannungs-Gleichstrom-Energieübertragung
E DIN ENISO16230-1
Sicherheit in Landmaschinen mitNennspannungen AC 50 V–1000 Voder DC 75 V bis 1500 V
VDE0845-3-1
Überspannungsschutzgeräte in IT-Netzwerken mit DC bis 1500 V
F = IBIBn
1
250
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Zählerschaltungen (Beispiele)
einphasige Erzeugungseinheit
Nennleistung:≤ 4,6 kVAZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitVolleinspeisung
dreiphasige Erzeugungseinheit
Nennleistung:≤ 13,8 kVAZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitVolleinspeisung
dreiphasige Einheit
Nennleistung:< 30 kVAZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitÜberschuss-einspeisung zwei dreiphasige Einheiten
Nennleistung:≤ 4,6 kVApZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitenÜberschuss-einspeisung
EEG erneuerbare Energiengesetz, kVA = Kilo-Voltampere, Bemessungswert, p (von peak) Spitzenwert, PV Pho-tovoltaik, VDE-AR-N VDE-Anwendungsrichtlinie Netz, VNBW Verteilungs-Netzbetreiber
Eigenerzeugungsanlagen 2 Private Power Generating Systems 2
Abrechnungsmessung vgl. VDE-AR-N 4105
Benennung Erklärung Beispiele, Bemerkungen
VolleinspeisungDie gesamte erzeugte Energie wirdin das VNB-Netz eingespeist undnach EEG vergütet. Erfordert zweiZähler, der Zweirichtungszähler Z2für Lieferung und Bezug Genera-toreigenverbrauch.
Die selbst verbrauchte Energie ausdem VNB-Netz und der Eigenerzeu-gungsanlage wird vom Bezugs-zähler erfasst und nach dem VNB-Tarifberechnet. Dieser ist niedrigerals die EEG-Vergütung.
Eigentlich genügen für die Vollein-speisung zwei normale Zähler mitRücklaufsperre. Die VDE-AR-Nschlägt Z2 als Zweirichtungszählervor, damit der Eigenverbrauch desGenerators erfasst wird.
ÜberschusseinspeisungNur der ins VNB-Netz eingespeisteEnergieüberschuss wird mit demhohen Tarif nach EEG vergütet.Erfordert 3 oder 2 Zähler mitzusammen 3 Messwerken.
Der selbst verbrauchte Anteil derEigenerzeugung wird vom VNBauch vergütet, aber mit einem klei-neren Tarif. Der Bezug aus demVNB-Netz wird vom VNB berechnetund ist zu bezahlen.
Übliche Anlage für Anlagenbemes-sungsleistung ≤ 100 kVA, z. B. mitt-lere für PV-Anlagen oder Anlagenfür Blockheizkraftwerk BHKW.
Generator, EinheitJede Art von Spannungserzeuger,also z. B. PV-Anlage oder kleineWindkraftanlage.
Die erzeugte Energie jeder Genera-torart ist getrennt zu messen. Beizwei Geratorarten sind erforderlich4 Zähler.
Kombinationen der Arten vonGeneratoren sind z. B. PV-Genera-tor und BHKW oder Kleinwind- undWasserkraftanlage.
Anschluss einer Erzeugungsanlage von zwei verschiedenen Generatoren ≤ 30 kVA mit Überschusseinspeisungnach VDE-AR-N 4105
Stro
mkr
eisv
erte
iler
Haus
ansc
hlus
skas
ten
Erze
ugun
gsan
lage
4,6 kVAp
4,6 kVAp
G1_
HAKZ1Z3
_1_/N/PE
1_/N/PE
NA-Schutz
NA-SchutzZ2b
Z2a
HAK
Z1 Z2
vomGenerator
HAK
Z1 Z2
HAK
Z1 Z2
von Generatoren
HAK
Z1
Z2b
Z3
Z2a
275
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BU
THD-Werte von Oberschwingungen Total Harmonic Distortions
Vorgang, Aufgabe Erklärung, Lösung Bild, Formeln
Zum Messen der Oberschwin-gungen verwendet man Netz-analysegeräte, z. B. beim Einpha-sennetz einen speziellen Zangen-stromwandler (Bild). Dieser hatwie ein ScopeMeter (Seite 117)ein Display zur Darstellung vonStrom- und Spannungsverlauf.Außerdem können die Ober-schwingungen grafisch ange-zeigt werden.www.fluke.de/fluke345
Aus dem Oszillogramm von Uund I kann der Anwender erken-nen, ob Oberschwingungen vor-liegen. Diese können getrenntnach ihren Ordnungszahlen ge-messen werden, z. B. die Grund-schwingung und die 3. Teil-schwingung. Angezeigt werdendie Effektivwerte. Auch dergesamte Effektivwert ist mess-bar und zusammen mit den ein-zelnen Effektivwerten als Histo-gramm anzeigbar (Bild unten). Netzqualitätsmesszange
Beispiel 1:In einer Einphasenanlage wur-den gemessen:U1 = 230 V, U3 = 120 V, U5 = 50 V,U7 = 8 V.Wie groß ist der THD-Wert?
Die Angabe erfolgt meist in %.Hier also nach Lösung0,3207 = 32,07 %
Lösung:
THD =
=
=
= 0,3207
U32 + U5
2 + U72
U12
(120 V)2 + (50 V)2 + (8 V)2
(230 V)2
14 400 + 2500 + 6452 900
THD-Wert der Spannung
Ux mit x = 1, 3, 5, 7 Spannung der Ord-nungszahl xIn entsprechender Weise mit I ist derTHD-Wert des Stromes zu ermitteln.
Für die Energietechnik ist derTHD-Wert der Spannung alsTHDV-Wert festgelegt.Beispiel 2: Der Effektivwert einerSpannung beträgt 232 V, derEffektivwert der Grundschwin-gung ist 230 V. Wie groß ist derTHDV-Wert?Die Angabe erfolgt meist in %.Hier also nach Lösung0,132 = 13,2 %
Lösung:
THDV =
=
=
= 0,132
13333V2 + V12
V1
1333333323(232 V)2 − (230 V)2
230 V
1333333353 824 − 52 900230
THDV-Wert der Spannung in der Ener-gietechnik nach IEEE-Standard 1459
V Spannung mit OberschwingungenV1 Grundschwingung(V von Voltage)
Histogramm zu Beispiel 1
1 3 5 7
300
100
200
230 V
130 V
65 V
8 V
n
VUn
Bei Erzeugungsanlagen, z.B. PV-Anlagen, Biogasanlagen oderWindrädern, dürfen die Ober-schwingungsströme Grenzennach Tabelle 1 nicht überschrei-ten, da sonst die Oberschwin-gungsspannungen im Netz zugroß würden. Wenn durch Mes-sungen festgestellt wird, dasszulässige Grenzen überschrittenwerden, muss der Anteil anOberschwingungen reduziertwerden, z. B. durch Kompensa-tion (Seite 278).
Tabelle 1: Zulässige Oberschwingungs-ströme bei Erzeugungsanlagenvgl. VDE-AR-N 4105
v Iv in mA je kVA derAnlage
3 3
5 1,5
7 1
9 0,7
11 0,5
v (griech. Nü) Ordnungszahl
Die Verzerrung von Spannungoder Strom wird oft als THDuoder als THDi angegeben. Dergesamte Oberschwingungs-strom THC (Total Harmonic Cur-rent) ist ein Effektivwert (For-mel 3).
Ix mit x = 2, 3, 4 … 40 Stromder Ordnungszahl x
THD =U3
2 + U52 + U7
2 + … + Ux2
U12
1
THDV =13333V2 + V1
2
V12
THC = 1233333333I22 + I32 + I42… I402
3
THDi =THCI1
4
THDu mit U1, U2 …entsprechendFormel 3, 4
I1 Grundschwingungstrom
276
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Regelung der Netzspannung Controlling of Grid Voltage
Begriffe Erklärung Schaltung, Daten
Umsteller
stromloseBetätigung
nicht fürRegelung
Die Änderung der Spannung erfolgtdurch Änderung der Windungszahldurch einen Umsteller genanntenSchalter, und zwar über Anzapfungender OS-Wicklung in Stufen bis etwa4% der Nennspannung vom Trafo. DerUmsteller darf gegen Kurzschlüssebeim Umschalten nur stromlos be-tätigt werden und ist deshalb ungeeig-net für eine fortlaufende Regelung.
1U2
1U3 1U4
1U
1V2
1V3 1V4
1V
1W2
1W3 1W4
1W
Schaltung des Umstellers
Stelltrans-formator
Wicklungs-anzapfung
Stufen-wicklung
Stamm-wicklung
Für die fortlaufende Regelung sindStelltransformatoren geeignet, beidenen die Windungszahl unter Netz-spannung geändert werden kann.Dafür wird wegen des kleinerenStroms die Windungszahl der Ober-spannungswicklung über Anzapfun-gen mittels eines Stufenschalters ein-gestellt. Meist genügt eine Änderungder Windungszahl bis etwa 4 %. Des-halb sind etwa 4 % der OS-Wicklungals Stufenwicklung mit Anzapfungenausgeführt. Der Teil der OS-Wicklungohne Anzapfungen ist die Stammwick-lung.
...
AntriebStufen-
wicklung F
Stamm-wicklung
...
bis 15
... . . .
. . .
vom2. Schenkel
vom3. Schen-
kel
Eisenkern
Stufen-schalter
(alles imÖlkessel)
OS US
bis 15
bis 15
Anschluss des Stelltransformators
Stufenschalter
häufigeSpannungs-änderung
elektronischeRegelung
Stufenwähler
Lastwähler
Thyristoren
Wendeschalter
Die Trafospannung muss wegen dertäglichen Änderung von Last und Ein-speisung, z. B. bei Änderung von Windoder Beleuchtung, täglich bis zu 1000Mal geregelt werden. Dazu wird dieSpannung im 400-V-Netz gemessenund elektronisch im Oberspannungs-netz geregelt. Beim dafür erforderli-chen Stufenschalter wird die beab-sichtigte Windungszahl der Stufen-wicklung stromlos über Stufenwählereingestellt und dann über dämpfendeWiderstände durch Lastwähler umge-schaltet. Die Umschaltung erfolgt z. B.mit Tyristoren. Ein Wendeschalter Q1ermöglicht das Umschalten der Stu-fenwicklung von Erhöhung der Span-nung auf Herabsetzung derselben.
Sternpunkt
Stamm-wicklung
Wendeschalter Stufenwicklung
1U2
1U1
R1
S4
S2 A2A3
Q1
Lastwähler Q2 R2
S1
S3
S5
Prinzip eines Stranges des Stufenschaltersfür 3AC-Transformator
Zusatz-transformator
Längsregelung
Querregelung
Beim obigen Stelltransformator habendie Spannungszeiger von Stufen- undStammwicklungen dieselbe Richtung.Man spricht von Längsrichtung undLängsregelung. Man kann aber dieStränge der Stufenwicklung mit Teilender Stammwicklung zu einem Zusatz-transformator schalten. Hat dieserstatt der Sternschaltung eine Dreieck-schaltung, so können die Zeiger derSpannungen von Stamm- und Stufen-wicklung quer zueinander liegen. DieRegelung ist dadurch eine Querrege-lung.
Haupttrafo
Längsregelung Querregelung
Zusatztrafo
Y y Y d
Zeiger bei Längs- und Querregelung von Dreh-stromtransformatoren
277
SE
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Regelung der Netzfrequenz Control of Frequency in a Grid
Begriffe Erklärung Bemerkungen, Daten, Bilder
Frequenzhal-tung 50 HzeuropäischesVerbundnetzToleranz± 0,2 HzSynchrongene-rator
Unter Frequenzregelung des Netzes verstehtman Regelvorgänge, die zu einer an denHausanschlüssen annähernd konstanten Fre-quenz von 50 Hz führen. Man spricht dabeiauch von Frequenzhaltung. Im europäischenVerbundnetz ist die Toleranz ± 0,2 Hz. Die Fre-quenz soll also mindestens 49,8 Hz und höch-stens 50,2 Hz betragen.
Die Netzfrequenz geben die Synchrongene-ratoren der Großkraftwerke vor. Deren Fre-quenz f ist proportional der Drehzahl n ihrerLäufer.
Netzfrequenzf Frequenzn Drehzahlp Zahl der Polpaare
Netzlast
Großkraftwerke
Primärregelung
Turbinen-leistung
Sekundär-regelung
Dämpfung vonLaststößen
Netzlast bremst die Synchrongeneratorenund ihre Drehzahl und Frequenz sinken. Beiabnehmender Netzlast nehmen die Genera-tordrehzahl und Frequenz zu. Es muss alsodie Drehzahl der Turbinen von Großkraftwer-ken auf konstante Drehzahl nach Formel 1geregelt werden.Bei der Primärregelung wird die Leistung derTurbinen geregelt, bei der Sekundärregelungdie Netzfrequenz. Zu einer Dämpfung vonLaststößen führt die mechanische Energieder rotierenden Läufer von Generatoren undMotoren im Netz.
NetzTurbine
p -Sensor
P-Regler
ep nsoll
n ist
G3_
-
Primärrregelung eines Synchrongenerators
P-Regelung
Sekundär-regelung
PI-Regelung
positive Regel-energie
Spannungs-regelung
Für die Primärregelung liegt eine P-Regelungvor, die einen Fehler schnell, aber nicht voll-ständig, ausregelt. Bei der Sekundärregelungist die zusätzliche Regelgröße die Netzfre-quenz. Hier liegt eine PI-Regelung vor, dieden Fehler der P-Regelung langsam aus-gleicht.Bei zu niedriger Netzfrequenz wird zusätzli-che Einspeisung oder kleinere Netzlastgebraucht (positive Regelenergie). Bei zukleiner Netzfrequenz ist auch die Generator-spannung zu klein, sodass die Spannungs-regelung des Netzes wirksam wird.
p -Sensor f -Sensor
PI-Regler
Dn
Dfp
nsoll
f soll
f ist
n ist
G3_
-
NetzTurbine
-
Wirkungsweise der Sekundärregelung
negative Regel-energie
ZuständigkeitÜBN
Sekunden-reserve
Bei zu hoher Netzfrequenz wird kleinere Ein-speisung oder größere Netzlast gebraucht(negative Regelenergie). Zuständig für dieNetzregelung sind die ÜBN. Die Primärrege-lung erfolgt dezentral in für die Regelung vor-gesehenen Großkraftwerken, die ihre Netz-frequenz messen und danach die Leistungsteuern.
Die Primärregelung muss innerhalb von30 Sekunden wirksam werden, wennDf › 20 mHz = 0,02 Hz. Diese Sekunden-reserve muss mindestens für 15 Minutenverfügbar sein zum Aufwärtsregeln vongroßen Wärmekraftwerken mit über1000 MW Leistung oder zum Abwärtsregelnauch von Wasserkraftwerken der ÜBN.
Pumpspeicher-kraftwerke
Gaskraftwerke
Minutenreserve
Übertragungs-distanzen
Die Sekundärregelung erfolgt im Übertra-gungsnetz in Pumpspeicherkraftwerken undGaskraftwerken innerhalb von maximal 15Minuten (Minutenreserve). Ein zentraler Reg-ler erfasst die Netzfrequenz und die Leistun-gen der verschiedenen Regionen und regeltin diesen die Frequenz so, dass Leistungenmöglichst über kurze Übertragungsdistanzenbewegt werden.
Für die Sekundärregelung wird ein PI-Reglereingesetzt. Der Beitrag des I-Reglers (Inte-gralregler) steigt ständig an, auch wenn50 Hz erreicht sind. Dadurch schwankt dieFrequenz um etwa 10 mHz = 0,01 Hz um50 Hz . Die Regelung soll den Mittelwert derNetzfrequenz längere Zeit hindurch bei50 Hz halten, damit die mit Netzfrequenzgesteuerten Uhren genau gehen.
f = n · p1
e Regeldifferenzf Frequenzn Drehzahl, Umdrehungsfrequenzp Polpaarzahl, halbe Polzahl; Druck
Df FrequenzabweichungP-Regler ProportionalreglerPI-Regler Proportional-Integral ReglerÜBN Übertragungsnetzbetreiber
E1
E2A&
E1
E2A>1
E1
E2A&
E1
E2A>1
E1
E2A&
E1
E2A>1
E1
E2A
E1
E2A>1 &
E1
E2A
E1
E2A
E A E A1
&>1
1
b
x
a x
b
ax
a
xa b
x
ab
xa b
xa
b
xa
b
xa b
xa c
c
bc
b
b
a
a
309
IK
K
W
BU
SchaltzeichenBenennung
derVerknüpfung
Kontaktschaltung Schaltfunktion(Sprechweise)
NICHT(Negation)
x = a_
oder x = fla(a nicht)nicht genormt:x = a\ oder x = \a
0 11 0
0 0 00 1 01 0 01 1 1
0 0 00 1 11 0 11 1 1
0 0 10 1 11 0 11 1 0
0 0 10 1 01 0 01 1 0
0 0 00 1 11 0 11 1 0
0 0 10 1 01 0 01 1 1
0 0 00 1 01 0 11 1 0
0 0 10 1 01 0 11 1 1
x = 1, nur wenn anm von n EingängenWert 1 anliegt(m < n).
UND(Konjunktion)
x = a _ b(a und b)
ODER(Adjunktion,Disjunktion)
x = a ∂ b(a oder b)
NANDx = a
_∂ b
_= a _ b
_____
= a __
b(a nand b)
NORx = a
__ b
_= a ∂ b
_____
= a ∂_
b(a nor b)
Exklusiv-ODERAntivalenz,Exklusiv-OR,XOR
x = (a _ b_) ∂ (a
__ b)
= a∑ b(a xor b)
Exklusiv-NOR,Äquivalenz,XNOR
x = (a _ b) ∂ (a__ b
_)
= a∑ b(a Doppelpfeil b)
Inhibition(Sperrelement) x = a
__ b
Implikation,Subjunktion
x = a_∂ b = a∫ b
(a Pfeil b)
(m aus n)-Element
Z.B. bei 2 aus 3:x = (a
__ b _ c) ∂
(b__ a _ c) ∂
(c__ a _ b)
Wertetabelle
b a x
fl
Ein gleichwertiges Schaltzeichen wird entsprechend den de Morgan‘schen Regeln wie folgt gebildet (Ausnahmebeim NICHT-Element):1. Alle & werden 1;2. Alle 1 werden &;3. Alle Anschlüsse werden gegenüber dem Ausgangszustand invertiert.
Gleichwertige Darstellung von binären Verknüpfungselementen mit & und 1
1a x
&b
x
bx
&b
x
bx
=1b
x
bx
&b
x
bx
=mm
x
a
a >1
a
a
a
a =
ab
n
>1a
a
>1
Binäre Verknüpfungen Binary Operations
Modulation und Demodulation Modulation and Demodulation
Prinzip, Vorgang Erklärung Bemerkungen
Digitale Modulation und Demodulation
Bei Amplitudenumtastung ASK (vonAmplitude Shift Keying) wird vomModulator, z.B. einem Multiplizierer,eine hochfrequente Trägerspannunggetastet.
Bei Frequenzumtastung FSK (vonFrequency Shift Keying) wird z.B.beim Datenbit 1 eine höhere Fre-quenz als beim Datenbit 0 gesendet.
Bei PSK (Phase Shift Keying = Ver-schlüsselung durch Phasenände-rung) liegt die Information im Pha-senwechsel einer hochfrequentenTrägerspannung. Bei PSK mitBezugsphase bezieht sich der Pha-senwechsel auf die nicht modulierteTrägerspannung, beim Differenz-PSKauf den vorhergehenden Zustand.
Die Bitrate ist umso höher, je mehrBits bei einem Phasenwechsel über-tragen werden.
Bei Quadraturmodulation QAM sindASK und PSK kombiniert, z.B. bei4-QAM, 8-QAM usw. bis 1024-QAM.
Analoge Modulation und Demodulation
G___
B1amplituden-modulierteSchwingunguAM
Signalus, fs
G1
T1
Träger uT, fT
Prinzip der AmplitudenmodulationAMDie Amplitude der TrägerspannunguT wird von der Signalspannung uSmoduliert.
Bei der Frequenzmodulation FM wirddie Frequenz fT eines Trägers mit derSignalspannung uS moduliert. DieAmplitude von uS erzeugt den Fre-quenzhub (Abweichung der Frequenzvon der fT), die Frequenz (Tonhöhe)von uS erzeugt die Zahl der Frequenz-änderungen je Zeit.
Arten von PSK
Art Winkel Bits jeWechsel
2-PSK 180° 1
4-PSK 90° 2
8-PSK 45° 3
16-PSK 22,5° 4
316
IK
K
W
BU
Sende-pause
us
H
t
110 0 1 0
L0
Modulator für ASK
Bei Datenbit 1 wird ein höhererPegel der Trägerspannung ver-wendet.ASK mit Kontrolle auf Sendepause
us
uT
uD
1 10
Modulation von 2-PSK
us
uT
uD
Demodulation von 2-PSK
t
uAM
Spannungen bei Amplituden-modulation
t t
uFM uFM
niedrige Signal-spannung
hohe Signal-spannung
FM-Spannungen (frequenzmodulierteSpannungen)
uASKuD
uT
Modulator für 2-PSK
Die Modulation bei 2-PSKerfolgt durch einen Ringmi-scher (Umsetzglied von 0 auf 1mit einem Multiplizierer). Beihöheren PSK-Verfahren wer-den IQ-Modulatoren verwen-det.
u2PSKuD
uT
0
-1
Demodulator von 2-PSK
_
uT
uDus_
Prinzip der DemodulationDie Demodulation kann auchdurch eine Diode mit nachge-schaltetem Tiefpass erfolgen.
U1 Z1uAM Signal
uT
__
Prinzip der Demodulation beiFM
NF
fus
AMFM
Modu-lations-wandler
AM-Demo-dulator
FM
AM
f
uD Datenspannungus SignalspannunguT Trägerspannung
341
IK
K
W
BU
ISDN und Internet-Telefonie (VoIP) ISDN and Voice over IP
Verfahren Erklärungen Bemerkungen, Daten, Formeln
ISDN
Weitere Einstellungen:Einstellung des Wahlverfahrens IWV (Impuls-wahl) oder MFV (Mehrfrequenzwahl) fürjedes der angeschlossenen Telefone,Festlegung eines Programmierpassworts,Klingelton, Anklopfen, Anrufweiterschaltung,Amts-Berechtigung, Gebührenerfassung und-zuteilung, ISDN-Diensterkennung, direkterAmtszugang, Konferenz, Kurzwahl, Freigabe-und Sperrnummern, Vorzugsamt, Wählton,Makeln (Hin- und Herschalten).
Anlagenmerkmale:Interner S0-Bus (Anschluss von ISDN-Telefo-nen),Schnittstelle zu Türsprechanlagen („FTZ123D12“),Schnittstelle zu Alarmanlagen,potenzialfreie Schaltrelais,Einspeisung von Wartemusik,ADSL-Modem,LAN-Router,LAN-Switch mit WLAN.
Programmierschritte:Anlagenanschluss:
„Anlagenanschluss“ in der Anlage einstellen,Eintragung der Anlagenrufnummer und derDDIs (direct dial in Durchwahlnummern),Festlegung, welches Telefon bei welcher DDIklingelt.
Mehrgeräteanschluss:„Mehrgeräteanschluss“ einstellen,Eintragung der MSNs (Rufnummern),Festlegung, welches Telefon bei welcherMSN klingelt,Festlegung, welche MSN einen abgehendenRuf übernimmt.
VoIP-Prinzip
Wählpro-gramm
VoIP-Endgeräte
VoIP bedeutet Sprach- und Bildübertragungüber IP-Netzwerke, z. B. Internet, Intranet, LAN.
Funktionsprinzip:Verbindungsaufbau und Verbindungsabbauerfolgen über SIP. Der Teilnehmer erhält voneinem Provider, z. B. sipgate, eine SIP-Adresse,z. B. sip:[email protected]. Endgeräte mussman einmalig während der Startphase bei demzugewiesenen SIP-Server, z. B. sipgate.de, re-gistrieren.
Verbindungsaufbau:Endgerät schickt Nachricht an den Server.Der Server leitet den Verbindungswunsch andas Endgerät des Anzurufenden weiter.Das Endgerät schickt eine entsprechendeNachricht zurück an den Server, die von die-sem an den Anrufer weitergeleitet wird.Beim Angerufenen klingelt es, der Anruferhört ein Rufzeichen.
Gesprächsübertragung:Die Endgeräte senden sich die Sprachdatenpa-kete direkt über das Protokoll RTP in Echtzeit mitüblich 93,6 kBit zu.
Endgeräte:IP-Telefon,Headset, Soundkarte im PC,Analogtelefon mit Gateway.
VoIP-Anbieter können freie Rufnummern ausdem Nummernvorrat von Ortsnetzen erhaltenund an ihre Kunden vergeben.Dialer-Programme, z. B. PhonerLite, ermögli-chen das Telefonieren direkt über PC.
VoIP von Voice over = Sprache über und IP Internet Protocol; MSN von Mutiple Subscribe Number = Mehrfach-rufnummer; SIP von Session Initiation Protocol = Sitzungsbeginn Protokoll; RTP von Real Time Transport Proto-col = Echtzeit-Transportprotokoll; Gateway = Protokollumsetzer
WLAN
LAN USB
S0 bzw. T0
ISDN-Anlage
1 2 34
5 67 8 9
* 0 #
1 2 34
5 67 8 9
* 0 #
herkömmlichesTelefon
Headset
IP-Telefon
Computer Internet
Gateway
De-JitterBuffer
Deco-dierung
IP-Netz
Encoder
Ca. 30 – 50 ms 01010101
U/
/U Kom-pression
Pake-tierung
355
AS
W
BU
U2
+-
U1
DIN-Form
Ue2
Ue1
übliche Form -+ U2
U1
Ue2
Ue1
f /kHz
fC
G0
dB
100
fD
10510410310210110010-1
80
60
40
20
0
-20
U1
U2
¡1
U2Zie
Zia
U1
¡2
U20 = -V0 • U1
V0
E1
Ue1
G
G
+Ub
-Ub
E2R2K2
R4R3
U2
R1K1
UBE1 UBE2
0+-
¡E1 ¡E2
¡0
Prinzip
Schaltung-+ U2
Ue
+Ub
-Ub
Differenzverstärkerals Invertierer geschaltet
Ersatzschaltung desOperationsverstärkers
Ausgangsspannung U2 desInvertierers als Funktion von U1
Frequenzverhalten
Ein Differenzverstärker bestehtaus zwei Transistorstufen miteiner gemeinsamen Konstant-stromquelle. R3 und K1 sowie R4und K2 lassen sich als Zweigeeiner Brückenschaltung auffas-sen. Die Basis E2 des TransistorsK2 wird an Masse gelegt. Diezweite Basis dient als Eingang E1.Durch Anlegen einer kleinenSpannung an E1 wird K1 ange-steuert, d.h. sein Durchlasswider-stand ändert sich. Dadurch än-dern sich gleichzeitig UBE2 ge-gensinnig und damit auch derWiderstand von K2. Die Aus-gangsspannung U2 ist proportio-nal zur Differenz der Eingangs-spannungen an E1 und E2. Jenach Eingangssignal liegt dieAusgangsspannung zwischeneinem positiven oder negativenMaximalwert ((Ub).
Meist werden zur Spannungsver-sorgung zwei Spannungsquel-len benötigt (z.B. Ub = ( 15 V).Diese werden an den Schaltzei-chen des Operationsverstärkersmeist nicht dargestellt.
Die Eingänge werden nach ihrerWirkung auf den Ausgang als– Eingang (invertierender Ein-gang) oder + Eingang (nichtinvertierender Eingang) bezeich-net.
Die meisten Verstärker-IC habenals erste Stufe eine Differenz-verstärkerschaltung.
Konstanter Strom
Ein Operationsverstärker bestehtmeist aus einem Differenzver-stärker als Eingangsschaltungund mehreren gleichspannungs-gekoppelten Verstärkerstufen, so-dass sein Leerlaufverstärkungs-faktor V0 sehr groß ist. Selbstsehr kleine Eingangsspannungenbewirken recht große Ausgangs-spannungsänderungen, die nurdurch (Ub begrenzt werden. Da-her wird der Operationsverstär-ker beschaltet.
Ein Operationsverstärker wirktinvertierend, da U2 positiv beinegativer Ansteuerung an E1 ist.Der Eingang E1 erhält im Schalt-zeichen deshalb ein Minuszei-chen. Ein Operationsverstärkerwirkt dann nicht invertierend,wenn bei positiver Ansteuerungan E2 auch die Ausgangsspan-nung U2 positiv ist.
Infolge interner Phasendrehungbei hohen Frequenzen bestehtSchwingneigung. Daher ist eineReduzierung der Verstärkung um20 dB/Dekade notwendig. Es wirddazu eine Gegenkopplung miteiner RC-Schaltung verwendet(Frequenzkompensation). Meistist diese bereits im IC vorhanden.
Kenngrößen
Größe Typischer Wert Näherung
V0 104 bis 107 6
Zie 100 kO bis 103 GO 6
Zia 10 O bis 5 kO 0
Schaltzeichen und Formelzeichen
Zie =U1
I1Zia =
DU2
DI2
V0 =U2
U1
GCM = 20 lgU2
U1CM
fc =fDV
fc GrenzfrequenzfD DurchtrittsfrequenzG0 Leerlauf-Spannungsverstärkungs-
maß in dBGCM Gleichtaktverstärkungsmaß in dBI1 EingangsstromIE1, IE2 Emitterstöme
I2 AusgangsstromUe1, Ue2 EingangsspannungenU1 DifferenzeingangsspannungU2 DifferenzausgangsspannungU1CM Eingangsspannung bei
gleichphasiger AnsteuerungUb Betriebsspannung
V SpannungsverstärkungsfaktorV0 Leerlauf-Spannungsverstär-
kungsfaktorZie Eingangsinnenwiderstand
bei DifferenzansteuerungZia AusgangsinnenwiderstandD Zeichen für Differenz
Schaltung, Kennlinie Erklärung Bemerkungen
Differenzverstärker
Verhalten des Operationsverstärkers
I0 = IE1 + IE2
1
2 3
5
6
4
7
G0=20 lgU2
U1
Grundlagen des OperationsverstärkersBasics of the Operational Amplifier
388
AS
W
BU
*
1
6 Schrittbeispiele46
Anfangsschritt,Initialschritt
Symbol Beschreibung Beispiel
Anfangsschritt (Quellschritt, Initialschritt). DasSymbol bedeutet, dass dieser Schritt dieAnfangssituation darstellt.Schritte erhalten alphanumerische Kennzeich-nungen.Der * in den Symbolen ist durch die jeweiligeSchrittnummer zu ersetzen.
*
*
Transition
6
7
„Start Automatik“
Taster betätigt (S1)
Zwischen zwei Schritten steht eine Weiterschalt-bedingung (Transition) auf der rechten Seite. Esist immer nur ein Schritt aktiv. Schritte und Tran-sitionen wechseln sich ab. Kommentare werdenin Anführungszeichen angegeben.
*
*
UND (* bzw. •)ODER (+)NEGATION (. . .)
8
9
S1* S2 + S3
Transitionsbedingungen dürfen in Textform,durch grafische Symbole und mithilfe Boole’-scher Ausdrücke beschrieben werden.Für Boole’sche Ausdrücke gilt:UNDπ *, ODERπ +, NEGATIONπ X
*
*
5
A5
Schütz K1
Aktion mit Zuweisungsbedingung ist erfüllt,wenn der zugehörige Schritt aktiv und die Zuwei-sungsbedingung erfüllt ist.Beispiel: Wird der Schritt 5 aktiviert und ist dieZuweisungsbedingung A5 erfüllt, dann wirdSchütz K1 aktiv (Wert 1). In allen anderen Fällenist der Wert „0“.
*
t1/X*15
5s/X15
K1
Zeitliche Transitionen werden durch eine vorge-stellte Zeitangabe beschrieben. Die Transitionkann einen Namen erhalten, der links und inKlammern stehen muss.Wird im Beispiel Schritt 15 aktiviert, so wird nachAblauf von 5 s K1 aktiv.
*
t1/X*
*
Aktivierung:
Deaktivierung:
*
* = Wert
15
5s/X15
K1
15
steigende Signalflanke
„EIN“
a)
b)
„AUS“
fallende Signalflanke
10 Schütz K1: = 1
Schütz K1: = 0
Zeitbegenzte Aktion erhält man durch Negationder Bedingung einer zeitverzögerten Aktion.Im Beispiel wird K1 für 5 s nach Aktivierung desSchrittes 15 aktiv.
Speichernde Aktionen werden zu einembestimmten Zeitpunkt mit einem Befehl einmalausgeführt. Ein weiterer Befehl bestimmt dieRücknahme. Man unterscheidet:
Aktion bei Aktivierung des Schrittes,Aktion bei Deaktivierung des Schrittes.
Beispiele:a) Sobald Schritt 10 aktiv wird, wird das Schütz
K1 aktiv (Wert 1). Ist Schritt 10 nicht mehr aktiv,so bleibt der Wert 1 aktiv.
b) Schütz K1 wird auf 0 gesetzt, wenn Schritt 15deaktiviert wird.
GRAFCET, nach franz. GRAphe Fonctionnel de Commande Étape Transition = Darstellung der Steuerungsfunktionmit Schritten und Weiterschaltbedingungen. Man verwendet GRAFCET für Programmierung und Beschreibungvon Ablaufbeschreibungen in der Automatisierungstechnik.
Ablaufsteuerungen mit GRAFCET 1 Sequential Control by GRAFCET 1
391
AS
W
BU
L
R1
RL
u
N
Q1R3
C1 C2
R2
i
L
R1
RL
u
N
Q1R3
C1 C2
R2
i
0
ui
u, i
a b qt
a0
u
t
i
u, i
0
u
t
i
u, i
0
u
t
i
u, i
å0
u
t
i
u, i
Name Liniendiagramme Bemerkungen, Schaltungsprinzip
SymmetrischeAnschnitt-steuerung(symmetrischePhasen-anschnitt-steuerung)
Häufiges Verfahren zur Steuerung von Wech-selstromlasten, insbesondere von Beleuch-tungsanlagen mittels Dimmer. Nachteil:Induktiver Blindleistungsbedarf und hochfre-quente Störung.
SymmetrischeAbschnitt-steuerung(symmetrischePhasen-abschnitt-steuerung)
Steuerung von Wechselstromlasten, z.B. mitDimmern vom Typ C. Das Einschalten erfolgtmittels Nullspannungsschalter, das Abschal-ten mit IGBT oder Transistor.Vorteile gegen Anschnittsteuerung: Wenigerhochfrequente Störstrahlung. Aufnahme vonkapazitiver Blindleistung, wie Kondensator.
SymmetrischeVielperioden-steuerung(symmetrischeSchwingungs-paket-steuerung)
Häufiges Verfahren zur Steuerung von Wech-selstromlasten, insbesondere von elektri-schen Heizungsanlagen. Nicht geeignet zurBeleuchtungssteuerung und zur Drehzahl-steuerung. Einschalten erfolgt durch Null-spannungsschalter, Abschalten durch Thyris-tor infolge Unterschreiten des Haltestroms.
Unsymmet-rischeAnschnitt-steuerung(SchaltungE1C)
Stromrichter zur Steuerung von kleinenGleichstromlasten. Nachteil: Magnetisierungdes vorgeschalteten Transformators.
Ohne Magnetisierung des Tansformatorsarbeiten B2C oder B2H (Seite 359).
SymmetrischeSektorsteue-rung
Steuerung von Wechselstromlasten, z.B. mitDimmern vom Typ RLC. Die symmetrischeSektorsteuerung ist eine Kombination von An-schnitt- und Abschnittsteuerung. Bei ihr wirdkeine Phasenverschiebung hervorgerufen, sieerzeugt aber eine stoßartige Netzbelastungund ruft Oberschwingungen hervor.
Unsymmet-rischeVielperioden-steuerung
Verfahren zur Steuerung von Gleichstromlas-ten, bei denen stromlose Pausen von mehre-ren Perioden möglich sind, z.B. beim Ladenvon Akkumulatoren. Einschalten und Ab-schalten wie bei der symmetrischen Vielperio-densteuerung. Nachteil ihr gegenüber: Mag-netisierung vorgeschalteter Transformatoren.
Anschnittsteuerung (Phasenanschnittsteuerung), Abschnittsteuerung und Sektorsteuerung dürfen nur angewen-det werden, wenn eine andere Steuerung, z.B. mit Schwingungspaketen, nicht ausreicht, z.B. bei der Hellig-keitssteuerung von Lampen. Alle elektronischen Steuerungen rufen störende Einflüsse im Netz (Netzrückwirkung)hervor. Deshalb gelten Grenzwerte der Anschlussleistung (siehe folgende Seite).i Stromstärke, t Zeit, u Spannung, a Zündwinkel, Steuerwinkel, b Löschwinkel
0
u
t
i
u, i
Elektronische Steuerungen von VerbrauchsmittelnElectronic Control of Electrical Consumers
398
AS
W
BU
Art Erklärung Bemerkungen
Strom-versor-gung
Tole-ranzen
Ober-schwin-gungen
EMV
Netz-Trennein-richtung
Halb-leiter-schütze
Basis-schutz,Fehler-schutz,Über-strom-schutz
Motoren
Potenzial-ausgleich
Steuer-strom-kreis
Druck-taster
NOT-AUS
NOT-HALT
Leiter-farben
Doku-men-tation
Toleranzbereiche der VersorgungGröße bei AC bei DCDauerbe- 0,9 bis 1,1 Un bei Bb 0,85 bis 1,15 Untriebs- bei Fz 0,7 bis 1,2 Unspannung bei Ub 0,9 bis 1,1 Un
Frequenz, d 0,99 bis 1,01 fn –Frequenz, k 0,98 bis 1,02 fn –fn Nennfrequenz, Un Nennspannung, Bb Batteriebe-trieb, d dauernd, Fz Fahrzeug, k kurzzeitig, Ub Umrich-terbetrieb
Strombelastbarkeit von PVC-isolierten Cu-Leiternbei Maschinen (Umgebungstemperatur 40 °C)symmetrisch belastete DrehstromleitungA in Verlegeartmm2 B1 B2 C E0,75 8,6 8,5 9,8 10,41 10,3 10,1 11,7 12,41,5 13,5 13,1 15,2 16,12,5 18,3 17,4 21 224 24 23 28 30Steuerstromkreise AC oder DCA in Verlegeartmm2 nicht B2 C E0,2 anwend- 4,3 4,4 4,40,5 bar 7,5 7,5 7,80,75 9,0 9,5 10weitere Werte siehe VDE 0113, Verlegearten Seite 171
Schutzpotenzialausgleichsleiter und Funktions-potenzialausgleichsleiter
Symbole für DrucktasterSTART oder STOPP oder wechsel- Drücken EIN,EIN AUS weise EIN Loslassen
oder AUS AUS
Die Größen müssen im Toleranzbereich liegen.Die Oberschwingungsspannungen bis zur5. Teilschwingung dürfen höchstens 10 % desgesamten Effektivwertes betragen. Bei DC darfdie Welligkeit (Spitze zu Tal) höchstens 15 % derNennspannung betragen.Wegen EMV (Seite 265) sind
Gehäuse strahlungssicher auszuführen,empfindliche Stromkreise zu erden,Leiter möglichst dicht an Masse zu führen.
Netz-Trenneinrichtung muss vorhanden sein,z.B.
ein Leistungsschalter mit Trennstrecke,ein anderes trennendes Schaltgerät, z.B. einRCD oder ein Motorschutzschalter,eine Stecker-Steckdosenkombination bei fle-xibler Zuleitung.
Halbleiterschütze sind zum Trennen nichtgeeignet. Stromkreise zur Instandhaltung soll-ten davon getrennt eine eigene Trenneinrich-tung haben. Basisschutz und Fehlerschutzerfolgen nach Seite 223. Wegen der Erdung derSteuerstromkreise wird PELV an Stelle vonSELV angewendet.Überstrom-Schutzeinrichtungen sind nach derBemessungsstromregel (Seite 170) auszu-wählen, wobei die Belastbarkeit der Leitungenin der Maschine kleiner ist als bei 25 °C (Tabel-le).Motoren mit Bemessungsleistungen über 0,5kW müssen gegen unzulässige Erwärmunggeschützt sein, z.B. durch Motorschutzschalter.
Schutzpotenzialausgleich (Maßnahme für denFehlerschutz) und Funktionspotenzialausgleich(zur Verminderung von Betriebsstörungeninfolge von Isolationsfehlern) sind bei Maschi-nen auszuführen (Bild).Steuerstromkreise sind als Hilfsstromkreise(Seite 393) auszuführen und zu erden, meistdurch Verbindung mit dem Schutzleiter. Steu-ergeräte und optische Anzeigen müssen farbiggekennzeichnet sein (Seite 215). Drucktastersollen zusätzliche Symbole haben (Tabelle).Handlungen im Notfall erfolgen durch Einrich-tungen zum NOT-AUS (Abschalten) oder NOT-HALT (Abschalten und Abbremsen).Verdrahtungstechnik. Anschlüsse müssen ge-gen Lockern gesichert sein, z.B. durch Zahnschei-ben. Jeder Leiter muss an jedem Anschluss wiein der Dokumentation gekennzeichnet sein.Wenn die Leiter durch Farben identifiziert(kenntlich gemacht) werden, so sind die Leiter
schwarz für AC- oder DC-Hauptstromkreise,rot für AC-Steuerstromkreise,blau für DC-Steuerstromkreise,orange für Stromkreise, die nicht von derNetz-Trenneinrichtung abgeschaltet werden.
DokumentationÜber Errichten, Betrieb und Instandhaltungmuss eine Dokumentation angefertigt werdenmit z.B. Schaltplänen, Stücklisten, Betriebsan-weisungen und Instandhaltungshinweisen.
N
PE
L 2.1
2.2
oder
Haupterdungs-schiene
Trafo für PELV empfindlicheElektronik
Schutzpotenzial-ausgleichsleiter
Funktions-potenzial-ausgleichsleiter
Funktions-erder
Steuerstrom-kreise
M3_
Elektrische Niederspannungs-Ausrüstung von MaschinenElectrical Low-Voltage Equipment of Machines vgl. EN 60204-1 (VDE 0113-1)
420
AS
W
BU
Einstellung von Regelkreisen 2 Setting of Control Loops 2
Sprungantwort einer Regelstrecke Bemerkungen
SprungantwortBeharrungs-wert
Toleranzband
Sprungfunktion
Wendetangentex,y
t
Ausregelzeit Taus
Anregel-zeit Tan
TbTe
Tt
xm
y
x Für die Bewertung der Qualität einer Regelung geltendie Kriterien:
GenauigkeitStabilitätSchnelligkeitDämpfung
Die Stabilität einer Regelung kann erreicht werdendurch:
Inbetriebnahme der Regelung mit Erfahrungswer-ten für die Reglerparameter und Anpassung dieser,Ermittlung der Parametrierwerte des Reglersanhand von Einstellregeln (siehe folgende Seite).
Stabilität von Regelvorgängen Bemerkungen
instabil
stabil, periodisch stabil, aperiodisch
Stabilitätsgrenze
Schwingungsdauer
xt
xt
xt
xt
Bei der Beurteilung der Stabilität einer Regelung unter-scheidet man drei Betriebsarten:
stabilBetrieb an der Stabilitätsgrenzeinstabil
Die Regelkeisstruktur und die Reglerparametrierungbestimmen die Stabilität der Regelung.Stellt sich nach einer Stellgrößenänderung derStörung ein neuer stationärer Wert der Regelgröße ein,liegt eine Regelstrecke mit Ausgleich vor.
Zeitverhalten von Regelstrecken
Sprungantwort-VerfahrenBeim Sprungantwort-Verfahren wird dieÜbergangsfunktion experimentell ermittelt. Regel-
streckey x
0
y
t
1Einheitssprung
z.B. 1 V
Eingang Ausgang
BezeichnungKenngrößen Stell-Sprungantwort Beispiel Übergangsverhalten
Po-StreckeProportional-BeiwertKps = x /y Kps ·y
t
x ¡B @ yU @ x
x folgt proportionalunverzögert der Ein-gangsgröße y.
PTt-StreckeProportional-BeiwertKps = x /yTotzeit Tt
Kps ·yT t
t
x
sx
y
vsT t = v
x folgt proportional,um die Zeit Tt verzö-gert, der Eingangs-größe y.
PTt-T1-StreckeProportional-BeiwertKps = x6 /yTotzeit TtZeitkonstante TS
Kps ·y
T t Ts
t
x
x
yMischungim Behälter
x folgt proportional,mit einer e-Funktionund einer Totzeit ver-zögert, der Eingangs-größe y.
√o-StreckeIntegrierzeit TISKis = vx /y
vx = Dx–––DtT Is
DxDt
t
x M
+ +
y x
–
– x ist das Zeitintegralder Eingangsgröße y.
Für Regelstrecken ohne Ausgleich ist statt Ks der Ausdruck Kis einzusetzen, siehe vorhergehende/folgende Seite.IB Basisstrom, x6 Reglergröße nach Einschwingvorgang, sonstige Erklärungen der weiteren Formelzeichen sie-he vorhergehende Seite.
E
A
K
BU
503Statistische Auswertung im QualitätsmanagementStatistical Analysis in Quality Management
Merkmal Erklärung Bemerkungen
Wahr-scheinlich-keit
Häufigkeit
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ereignis Aauftritt, ist gleich der Anzahl der auftreten-den Fälle A dividiert durch die Anzahl allerFälle.Relative Häufigkeit ist die absolute Häufig-keit eines Merkmals einer Menge dividiertdurch die Anzahl aller Merkmale der Menge.
Die Wahrscheinlichkeit von 10 fehlerhaften Teilen ineiner Menge von 400 Teilen eines davon zu ergrei-fen, beträgt nach Formel 1∫2,5 %
Normal-verteilung
Merkmalswert x
Häu
fig
keit
-3s
R
-2s -s +s +2s +3s
xmin xmax
x
Wende-punkt
Kurve er-mittelt aus
x und s
Qualitäts-regelkarte
Mittels Qualitätsregelkarten soll durchBeobachten von Messwerten sowie durcheventuelles Beeinflussen des Prozessesdieser seinen Sollzustand beibehalten.
Die Eingriffs- und Warngrenzen werden über Pro-zessschätzwerte bestimmt.
Mittelwert-Standard-abwei-chungs-karte
NatürlicherProzess-Verlauf
Über-schreitenderEingriffs-grenzen
Trend-verlauf
x_-s-Karte
Verdeutlicht die Tendenz der Mittelwertent-wicklung. Ein computerunterstütztes Füh-ren der Regelkarte ist zweckmäßig.
Alle Werte liegen innerhalb der Eingriffs-grenzen, 2/3 der Werte im Bereich ± s. DerProzess ist unter Kontrolle.
In den Prozess muss eingegriffen werden,z.B. falsch eingestellte Maschine.
Aufeinanderfolgende Werte zeigen eineTendenz, z.B. wegen Werkzeugverschleiß.
M
OEG
UEG
M
OEG
UEG
M
OEG
UEG
1 3 42Probennr.
Prüfmerkmal: œ
4,995,00
5,02
4,98UWGMOWGOEG
UEGMit
telw
erte
xin
mm
0,0200,022
0,026
0,0160,018
OEG
UEGUWGS
tan
dar
dab
-w
eich
un
gs
Stichproben: n = 5
OWG
x4
x3
x1
x5
x2
5,01
0,024
Kontrollmaß: 5¤0,05Kontrollintervall: 60 min
Mes
swer
tem
m
s
Uhrzeit 6 00 8 00 9 007 00
4,984,974,995,01
4,9925,01
0,018
4,964,995,034,99
4,9945,00
0,025
5,035,015,024,99
5,0064,98
0,021
4,974,965,014,99
4,9905,02
0,025x
Mittelwert-Standardabweichungs-Karte
a Anzahl aller Fälleg Anzahl günstiger Fällehj relative Häufigkeit in %nj absolute Häufigkeitn, m Anzahl Einzelwertep Wahrscheinlichkeit
s Standardabweichungxi Einzelmesswertxmax größter Messwertxmin kleinster Messwertx_
arithmetischer Mittelwertx__
Gesamtmittelwert
R SpannweiteM Mittelwert des MerkmalsOEG, UEG obere, untere EingriffsgrenzeOGW, UGW oberer, unterer GrenzwertOWG, UWG obere, untere Warngrenze
x– =x1 + x2 + … + xn
n
arithmetischerMittelwert
3
x__
=x_
1 + x_
2 + … + x_
m
m
Gesamtmittelwert
4
s = 133S(xi – x_)2
n – 1
Standardabweichung
5s_
=s1 + s2 + … + sm
m
Mittelwert der Stan-dardabweichungen
6
R = xmax – xmin
Spannweite
7R_
=R1 + R2 + … + Rm
m
mittlere Spannweite
8
Wahrscheinlichkeit
p = · 100%gm
1
Relative Häufigkeit
hj = · 100%nj
n2