Grundlagen der Elektrotechnik 2: Wechselstromkreise: Übungsaufgaben und Prüfungsfragen

Eingeschwungener sinusförmiger Zustand: Impedanz, Zeiger, Resonanz und Wechselstromleistung, zusammen mit den Ausgleichsvorgängen, die Gleich- und Wechselstromverhalten verbinden. Prüfungen testen, ob du schnell mit komplexen Zahlen rechnen kannst und die Winkel im Blick behältst.

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Lernpaket (PDF)Formelsammlungen, Lösungsschritte und Übungsaufgaben mit vollständigen Lösungen, druckfertig.

Themen in diesem Kurs

  1. Komplexe ZahlenRechnen in kartesischer Form · Polar- und Exponentialform · De Moivre, Wurzeln und GleichungenRechenaufgaben
  2. Wechselstrom: Impedanz und ZeigerRL-Reihenschaltung · RLC-Reihenschaltung · Kondensatorspannung und ResonanzRechenaufgaben
  3. Wechselstromleistung und LeistungsfaktorP und Q einer Last · Leiterstrom · BlindleistungskompensationRechenaufgaben
  4. LC-Resonanz, Gütefaktor und BandbreiteEigenfrequenz, Q und Energie · Reihen- und Parallel-RLC · Entwurf, Verluste und AbklingenRechenaufgaben
  5. DrehstromleistungSpannungen und Ströme in symmetrischer Stern- und Dreieckschaltung · Drehstromleistung · BlindleistungskompensationRechenaufgaben
  6. RC- und RL-AusgleichsvorgängeRC-Aufladung · RL-Schaltung · Kondensator mit AnfangsladungRechenaufgaben
  7. Thévenin und NortonSpannungsteiler · mit Reihenwiderstand und Last · mit Stromquelle und LastRechenaufgaben
  8. Bode-Diagramme und ReservenFilter und Asymptoten · Betrag und Phase · StabilitätsreservenRechenaufgaben

Prüfungstipps für Grundlagen der Elektrotechnik 2: Wechselstromkreise

  • Rechne die Frequenz in ω = 2πf um, bevor du einen Blindwiderstand berechnest.
  • Gib alle Winkel in derselben Einheit an und prüfe, ob dein Taschenrechner auf Grad oder Bogenmaß steht.
  • Wirkleistung wird nur im Widerstand umgesetzt; Blindleistung gehört zu Spulen und Kondensatoren. Der Leistungsfaktor ist P/S.

Beispielaufgaben

Komplexe ZahlenLeicht
ReIm55−5−5z₁z₂

Bestimme für z₁ = −7 + j und z₂ = 4 + j2 den Realteil des Produkts z₁·z₂.

z₁ = −7 + jz₂ = 4 + j2

Gesucht: Re(z₁z₂)

Tipps anzeigen
  1. Multipliziere die Klammern wie (a + b)(c + d) aus, das ergibt vier Terme.
  2. Ersetze j² durch −1, damit einer der vier Terme reell wird.
  3. (−7 + j)(4 + j2) = (−28) + j(−14) + j4 + j²·2
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Komplexe Zahlen: z = a + jb hat den Realteil a und den Imaginärteil b, mit j² = −1 (Mathematiker schreiben i). Addiere und subtrahiere Teil für Teil; multipliziere die Klammern aus und ersetze j² durch −1; dividiere, indem du Zähler und Nenner mit der konjugiert komplexen Zahl des Nenners, z̄ = a − jb, multiplizierst, denn z·z̄ = a² + b² ist reell. In der Gaußschen Zahlenebene ist z der Punkt (a, b): Sein Abstand vom Ursprung ist der Betrag |z| = √(a² + b²), und der Winkel von der positiven reellen Achse ist das Argument θ.

Ausmultiplizieren

(−7 + j)(4 + j2) = (−7)·4 + j·(−7)·2 + j·1·4 + j²·1·2

Verwende j² = −1

Re = (−28) − 2 = −30
Im = (−14) + 4 = −10
z₁z₂ = −30 − j10
Re(z₁z₂) = −30

Antwort

Re(z₁z₂) = −30
Wechselstrom: Impedanz und ZeigerMittel
Vf0​ = 1000 HzRL = 200 mHC = ?

Ein RLC-Reihenschwingkreis mit L = 200 mH soll bei 1000 Hz in Resonanz sein. Bestimme die nötige Kapazität C.

f0 = 1000 HzL = 200 mH

Gesucht: C (µF)

Tipps anzeigen
  1. Bei Resonanz gilt XL = XC, woraus f₀ = 1/(2π√(LC)) folgt.
  2. Umstellen: C = 1/((2πf₀)²·L).
  3. (2πf₀)² = 3,948 × 10⁷ s⁻².
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Wechselstromkreise mit Zeigern: Widerstände, Spulen und Kondensatoren haben die Impedanzen R, jωL und 1/(jωC), mit ω = 2πf. In Reihe addieren sich Impedanzen wie Widerstände, aber als komplexe Zahlen. Effektivwerte von Strom und Spannung folgen dem ohmschen Gesetz mit |Z|.

Resonanzbedingung

Bei Resonanz heben sich induktiver und kapazitiver Blindwiderstand auf: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·1000 = 6283 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(6283²·0,2) = 0,1267 µF

Antwort

C = 0,1267 µF

So funktioniert das Üben

  • „Diesen Kurs üben“ mischt Aufgaben aus allen Themen des Kurses, wie in einer echten Prüfung.
  • Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort.
  • Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.
  • Probeklausuren haben ein Zeitlimit und keine Tipps, und am Ende bekommst du deine Punktzahl und eine vollständige Auswertung.

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