Grundlagen der Technische Elektrizitätslehre für MW

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Anmerkung: Anmeldung zur Veranstaltung erfolgt durch die Studierenden in TUMonline

Durch das erfolgreiche Absolvieren des Moduls erhalten die Studierenden ein grundlegendes Verständnis für die im Maschinenwesen angewandten Methoden der Elektrotechnik. Sie verstehen die physikalischen Wirkungsweisen von Strom, Spannung, elektrischen und magnetischen Feldern. Darüber hinaus beherrschen die Studierenden die Analyse linearer elektrischer Netzwerke und sind in der Lage, diese Kenntnisse auf Wechsel- und Drehstromsysteme anzuwenden. Die Studierenden kennen den grundlegenden Aufbau sowie die Funktionsweise elektrischer Maschinen (Gleichstrommaschine und Drehfeldmaschinen). Des Weiteren erhalten die Studierenden Verständnis der physikalischen Wirkungsweise sowie der Drehmomententstehung in elektrischen Maschinen. Die Studierenden sind vertraut mit der Funktionsweise von Halbleiterbauelementen und deren Anwendung zur Regelung und Steuerung von elektrischen Maschinen. Abschließend können die Studierenden die verschiedenen Betriebsarten von Drehfeldantrieben beschreiben.

Die Vorlesung beschäftigt sich mit den allgemeinen Grundlagen der Elektrotechnik. Neben dem Ohm‘schen Gesetz spielen auch Netzwerk-Ersatzschaltungen, magnetische Größen und transiente Vorgänge an Induktivitäten bzw. Kapazitäten eine Rolle. Diese Kenntnisse werden auf Wechsel und Drehstromsysteme ausgeweitet, deren mathematische Beschreibung unter Einführung der komplexen Rechnung erfolgt. Weiterhin gibt die Vorlesung einen Einblick in die Themengebiete der Antriebstechnik sowie Grundlagen der Die Vorlesung beschäftigt sich mit den allgemeinen Grundlagen der Elektrotechnik und zielt auf die elektrische Antriebstechnik ab. Die Vorlesung ist in elf Kapitel unterteilt, die sich wie folgt voneinander abgrenzen. Kapitel 1 beschäftigt sich mit den elektrischen Gleichstromkreisen. Kapitel 2 und 3 führen in das elektrische bzw. magnetische Feld ein. In Kapitel 4 werden die Grundlagen zu Halbleitern gezeigt, gefolgt von der Leistungselektronik in Kapitel 5. In Kapitel 6 wird die Gleichstrommaschine präsentiert. Kapitel 7 und 8 behandeln die Wechsel- bzw. Drehstromrechnung. Kapitel 9 führt in die Theorie der Drehfeldmaschinen ein. Abschließend werden die erlernten Methoden und Theorien in Kapitel 10 in den Drehfeldantrieben zur Anwendung gebracht.

Folgende Themen bzw. Schlagwörter werden in der Vorlesung abgedeckt:
Kirchhoffsche Gesetze, Ersatzschaltungen, Wirkungsgrad, Kapazität, Potential, Spannung, RC-Schaltungen, elektrische Feldenergie, Kraftwirkung, Kondensator, Durchflutung, Induktion, magnetischer Kreis, Induktivität, magnetische Feldenergie, RL-Schaltungen, Transformator, Hall-Effekt, pn-Übergang, Dioden, Durchbrüche, Transistoren, Schaltungen, MOSFET, Spannungsregler, Leistungsendstufen, Modulationsverfahren, DC/DC-Wandler, Gleichstrommaschine, Ersatzschaltbild, Systemgleichungen, Kennlinien, Betriebsverhalten am DC/DC-Steller, zeitvariante Schaltungen, harmonische Schwingungen, komplexe Wechselstromrechnung, Leistungsanpassung, Drehspannung, komplexe Darstellung, Leistung im Drehstromsystem, Drehfeldmaschinen (Synchronmaschine, Asynchronmaschine), Ersatzschaltbilder, Systemgleichungen, Kennlinien, Leistungselektronik AC/DC,
Betriebsverhalten Drehfeldmaschine mit Umrichter.

Die Vorlesung und Übung finden in Präsenz, in Form von Präsentationen statt. Alle zugehörigen Medien werden in Moodle zur Verfügung gestellt:
- Foliensatz der Vorlesung
- Handschriftliche Anmerkungen in den Vorlesungsfolien
- Formelsammlung
- Übungsaufgaben mit Lösungen
- Wissenstests zur Selbstkontrolle
- Forum für Diskussionen

Die Prüfungsleistung wird in Form einer insgesamt 120-minütigen, schriftlichen Klausur erbracht, in der die Studierenden durch korrektes Lösen von Verständnis- und Rechenaufgaben nachweisen, dass sie die physikalischen Wirkungsweisen von elektrischen und magnetischen Feldern verstehen, den Aufbau, die Funktionsweise sowie das Zusammenwirken von elektrischen Maschinen und Leistungselektronik verstehen, die Analyse linearer elektrischer Netzwerke beherrschen und diese Kenntnisse auf Gleich-, Wechsel- und Drehstromsysteme anwenden können. Verbindliche Informationen zu zugelassenen Hilfsmitteln werden spätestens zum Prüfungsanmeldezeitraum bekanntgegeben.

Alle Bücher können über die TUM Universitätsbibliothek gelesen werden (https://www.ub.tum.de/en/eaccess).
• Stiny, Grundwissen Elektrotechnik und Elektronik, Springer Vieweg, Wiesbaden 2018, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-18319-6
• Ose, Elektrotechnik für Ingenieure Grundlagen, 5. Au., Hanser 2014, https://www.hanser-elibrary.com/doi/book/10.3139/9783446439559
• Boeck, Lehrgang Elektrotechnik und Elektronik, Springer Vieweg, Wiesbaden 2017, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-10625-6
• Böker, Paerschke und Boggasch, Elektrotechnik für Gebäudetechnik und Maschinenbau, Springer Vieweg, Wiesbaden 2019, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-20971-1
• Bernstein, Elektrotechnik/Elektronik für Maschinenbauer, 3. Au., Springer Vieweg, Wiesbaden 2018, https://doi.org/10.1007/978-3-658-20838-7
• Busch, Elektrotechnik und Elektronik, 7. Au., Springer Vieweg, Wiesbaden, 2015, https://doi.org/10.1007/978-3-658-09675-5