Übung AFB II

Eine 20 km lange Freileitung hat den Widerstand R = 4,0 Ω. Über sie wird die Leistung P = 2,0 MW übertragen. Für die Verlustleistung der Leitung gilt P_V = R · I².

a) Berechne die Verlustleistung bei einer Übertragungsspannung von U = 20 kV. b) Rechne dasselbe für U = 200 kV und sieh, um welchen Faktor der Verlust sinkt.

Ein Klingeltransformator hat n₁ = 1150 Windungen auf der Primär- und n₂ = 40 Windungen auf der Sekundärseite. Er liegt an U₁ = 230 V, sekundär fließt I₂ = 1,5 A. Er darf als idealer Transformator gelten.

a) Ermittle die Sekundärspannung. b) Ermittle daraus die Primärstromstärke in Milliampere.

Der Motor einer Seilwinde nimmt an U = 230 V die Stromstärke I = 4,0 A auf. In t = 20 s hebt er eine Last und verrichtet dabei die Hubarbeit W = 12 kJ.

a) Bestimme die elektrische Energie, die der Motor in diesen 20 s aufnimmt. b) Bestimme damit seinen Wirkungsgrad in Prozent.

Ein Haushalt verbraucht 3500 kWh im Jahr, der Arbeitspreis beträgt 36 ct/kWh. Geräte im Bereitschaftsbetrieb ziehen rund um die Uhr zusammen 50 W. Ein Jahr hat 8760 h.

a) Werte die Jahresrechnung aus: Wie hoch sind die Stromkosten für das Jahr? b) Welchen Anteil am Jahresverbrauch haben die Bereitschaftsverluste?

Ein Pumpspeicherkraftwerk pumpt nachts 6,0 h lang mit P = 300 MW Wasser in das Oberbecken. Tagsüber gibt es 4,0 h lang mit P = 400 MW Energie ins Netz zurück.

a) Vergleiche aufgenommene und abgegebene Energie: Wie viel Energie gibt das Kraftwerk ab? b) Wie groß ist der Wirkungsgrad des Speichers in Prozent?

Ein Oszilloskop zeigt die Spannung einer Steckdose. Die Zeitachse ist auf 5 ms pro Kästchen eingestellt, eine volle Periode nimmt 4 Kästchen ein. Die Spannungsachse ist auf 50 V pro Kästchen eingestellt, der höchste Punkt der Kurve liegt 6,5 Kästchen über der Nulllinie.

a) Deute das Bild: Welche Frequenz hat die Spannung? b) Welchen Effektivwert hat sie?

Eine Siliziumdiode mit der Schwellenspannung 0,7 V liegt in Durchlassrichtung in Reihe mit dem Widerstand R = 100 Ω an der Gleichspannung U = 12 V.

a) Untersuche den Stromkreis: Wie groß ist die Stromstärke in Milliampere? b) Wie viel Leistung setzt die Diode selbst in Wärme um (in Milliwatt)?

Ein Fahrraddynamo liefert bei 15 km/h die Spannung U = 6,0 V und die Stromstärke I = 0,50 A. Verdoppelt man die Geschwindigkeit, verdoppelt sich die induzierte Spannung; der Widerstand der Lampe bleibt gleich.

a) Begründe mit P = U · I, welche Leistung die Lampe bei 15 km/h aufnimmt. b) Welche Leistung nimmt sie bei 30 km/h auf?

Der Generator eines Kraftwerks erzeugt U₁ = 20 kV. Der Maschinentransformator setzt diese Spannung auf U₂ = 380 kV für das Höchstspannungsnetz hoch. Die Unterspannungsseite hat n₁ = 500 Windungen.

a) Stelle die Transformatorgleichung für diesen Fall auf: Wie groß ist das Übersetzungsverhältnis n₂ : n₁? b) Wie viele Windungen hat die Oberspannungsseite?

Ein Netzteil setzt die Netzspannung mit einem Transformator auf U_eff = 12 V herunter. Danach folgen ein Brückengleichrichter aus vier Siliziumdioden und ein Glättungskondensator. Im Strompfad liegen immer zwei Dioden in Reihe, jede mit 0,7 V Schwellenspannung.

a) Erkläre, auf welche Spannung der Kondensator aufgeladen wird: Wie groß ist der Scheitelwert der Wechselspannung? b) Welche Gleichspannung liegt im Leerlauf am Ausgang?