Grundlegendes:

• Zweipol und Vierpol
   
  Die Begriffe beziehen sich auf die Darstellung in Schaltplänen.
  
• Begriffe periodische WechselgrößeDie Augenblickswerte einer physikalischen Größe ändern sich mit einem periodischen Verlauf. Der Mittelwert innerhalb einer Periode ist Null. und MischgrößeDie Augenblickswerte einer physikalischen Größe ändern sich periodisch. Der Mittelwert innerhalb einer Periode ist jedoch nicht Null.
• WechselstromDie Richtung des Stromflusses ändert sich periodisch. Zur Bezeichnung wird der Kleinbuchstabe i verwendet. und WechselspannungBei einer Wechselspannung ändert sich ständig die Polarität. Zur Bezeichnung wird der Kleinbuchstabe u verwendet
   
  Folgende Begriffe, ihre Formelzeichen und Einheiten sollten Sie kennen: Scheitelwert (Amplitude), Augenblickswert (Momentanwert), Effektivwert, Spitze-Tal-Wert, Periode, Frequenz, Kreisfrequenz
  Nutzen Sie dazu das Buch ² auf den Seiten 53 bis 55 oder die Materialsammlung.
• Zeigerdarstellung und Liniendiagramm
   
  Bei den üblichen Darstellungen von Kennlinien in Diagrammen handelt es sich um Liniendiagramme. Mit der Zeigerdarstellung können sowohl die Werte der Wechselgrößen als auch der Phasenverschiebungswinkel dargestellt werden. Eine Veranschaulichung finden Sie im Buch ² auf der Seite 52 sowie in der Materialsammlung.
• Komplexe Zahlen
   
  Eine komplexe Zahl z ist die Summe aus einer reellen Zahl und einer imaginären Zahl i. Um Verwechslungen mit der Stromstärke zu vermeiden, wird in der Elektrotechnik statt i der Buchstabe j verwendet.
  Es gilt: j = √-1
   
  In der Wechselstromtechnik werden die Zusammenhänge zwischen Stromfluss, Spannung und Widerstand mit Zeigerbildern dargestellt. Hierfür werden Kenntnisse zu den komplexen Zahlen benötigt. Eine Zusammenstellung der wichtigsten Fakten finden Sie in der Materialsammlung im Kapitel 2.

Frequenzabhängige Zweipole:

Für alle Schaltungen sollten Sie die Darstellung der Zusammenhänge mittels Zeigerbilder zeichnen können. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen nur die Lage der Zeiger. Rote Pfeile stellen die Stromstärke dar. Blaue Pfeile symbolisieren die Spannung. Ihre Länge ist nicht von Bedeutung.

• elektrischer Widerstand R (Wirkwiderstand)
   
  Strom i und Spannung u sind phasengleich. Für den Winkel gilt: φ = 0 °. Die Leistung ist unabhängig von der Frequenz des Wechselstromes und wird als Wirkleistung Die Leistung kann in andere Energieformen umgewandelt werden und damit außerhalb vom Stromkreis genutzt werden. bezeichnet.
  
• Kondensator C
   
  Der Strom i ist der Spannung u um 90 ° voraus. Für den Winkel gilt im Idealfall: φ = 90 °.
  
  Der Kondensator ist im Wechselstromkreis durch den Blindwiderstand Die Spannung, auf die der Kondensator aufgeladen wird, wirkt als Gegenspannung im Stromkreis → kapazitiver Blindwiderstand. Er wird auch als Reaktanz bezeichnet. X_C gekennzeichnet. Dieser wird mit zunehmender Frequenz kleiner. Den Blindleitwert Kehrwert des Blindwiderstandes bezeichnet man mit B_C.
  Am realen Kondensator entstehen durch Erwärmung Verluste. Damit ist die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Stromstärke kleiner als 90 °. Dies wird durch das Parallelschalten eines Wirkwiderstandesohmscher Widerstand, Resistanz in der Ersatzschaltung dargestellt.
  Die Verluste des realen Kondensators werden mit dem Verlustfaktor d angegeben.
  Informationen zu diesem Thema finden Sie im Buch ² auf den Seiten 119f und 125f.
• Spule L
   
  Die Spannung u ist dem Strom i um 90 ° voraus. Für den Winkel gilt im Idealfall: φ = 90 °.
  
  Die Spule ist im Wechselstromkreis durch den Blindwiderstand Die Spule speichert Energie im Magnetfeld und es tritt Selbstinduktion auf → induktiver Blindwiderstand. Er wird auch als Reaktanz bezeichnet. X_L gekennzeichnet. Dieser wird mit zunehmender Frequenz größer. Den Blindleitwert Kehrwert des Blindwiderstandes bezeichnet man mit B_L.
  Bei der realen Spule entstehen durch Erwärmung und Wirbelströme Verluste. Damit ist die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Stromstärke kleiner als 90 °. Dies wird durch einen in Reihe geschalteten Wirkwiderstandohmscher Widerstand, Resistanz in der Ersatzschaltung dargestellt.
  Die Verluste der realen Spule werden mit dem Verlustfaktor d angegeben.
  Informationen zu diesem Thema finden Sie im Buch ² auf den Seiten 120f und 126f.
• gemischte Schaltungen mit R, L und C
   
  Werden die Bauelemente gemeinsam in einem Stromkreis betrieben, so wird mittels Zeigerbildern der Gesamtwiderstand der Schaltung (Scheinwiderstand Z oder Impedanz), die Gesamtspannung U bzw. die resultierende Stromstärke I ermittelt. Ein Zeigerbild kann bei maßstäblicher Darstellung eine geometrische Lösung liefern oder als Anschauungsmittel für die geometrischen Beziehungen zwischen den Größen zur Herleitung der Berechnungsvorschrift dienen.
   
  Bei einer Reihenschaltung werden die Zeigerdiagramme für die Spannung U und den Scheinwiderstand Z aufgestellt. Bei einer Parallelschaltung erstellt man die Zeigerdiagramme fü den Strom I und den Scheinleitwert Y.
   
  In der Materialsammlung ist der Lösungsweg für eine gemischte Schaltung an einem Beispiel beschrieben.
• Resonanz
   
  Tritt in einer Schaltung ein induktiver Blindwiderstand X_L und ein kapazitiver Blindwiderstand  X_C auf, dann gilt bei Resonanz X_C = X_L. Da die beiden Blindwiderstände frequenzabhängig sind, gibt es eine zugehörige Resonanzfrequenz.
   
  Im Resonanzfall sind bei einer Reihenschaltung die Teilspannungen an der Spule und am Kondensator gleich. Allerdings können sie viel größer sein als die angelegte Gesamtspannung. Die Stromstärke erreicht ihren Höchstwert. Der Scheinwiderstand Z entspricht dem Wirkwiderstand.
   
  Bei einer Parallelschaltung sind im Resonanzfall die Ströme durch Spule bzw. Kondensator gleich groß. Die Teilströme I_C und I_L können erheblich größer sein als der Gesamtstrom. Der Scheinwiderstand Z hat seinen größten Wert.
• Elektrische Leistung
   
  Man unterscheidet zwischen WirkleistungDie von einem Wirkwiderstand aufgenommene Leistung kann in andere Energieformen umgewandelt werden und damit außerhalb vom Stromkreis genutzt werden. P, BlindleistungDie Blindleistung verbleibt im Stromkreis. Sie wird von den Bauelementen Spule und Kondensator dem Stromkreis entnommen und wieder zurückgegeben. Sie kann nicht außerhalb des Stromkreises genutzt werden.  Q und ScheinleistungDie Scheinleistung ist die Gesamtleistung im Stromkreis.  S. Der Zusammenhang zwischen den Größen wird im Leistungsdreieck dargestellt. Zu beachten sind die unterschiedlichen Einheiten: P [Watt], Q [var], S [VA]
   
  
  Der Wert λ = cos φ  = P/S wird als Leistungsfaktor bezeichnet. Er gibt an, wie viel Prozent der Scheinleistung als Wirkleistung zur Verfügung stehen.
  Der Wert sin φ  = Q/S wird als Blindfaktor bezeichnet.
• Blindleistungskompensation
   
  Um den Anteil der Wirkleistung zu erhöhen, wird die Tatsache genutzt, dass sich Spule und Kondensator in ihrer Wirkung im Stromkreis entgegengesetzt verhalten. Die (unerwünschte) Blindleistung wird umso kleiner, je kleiner der Phasenwinkel φ ist.
  
  Durch die Parallelschaltung eines Kondensators zur Spule entsteht ein Parallelschwingkreis. Die induktive Blindleistung wird nicht aus der Spannungsquelle, sondern aus dem Kondensator zugeführt.
  
  Die Kapazität kann so gewählt werden, dass der Gesamtleistungsfaktor cos φ = 1 ist (vollständige Kompensation). In der Praxis erfolgt nur eine Kompensation auf ca. cos φ = 0,9 (Teilkompensation).
   
  Schaltet man einen Kondensator in Reihe zum Verbraucher, so ist der Strom im Verbraucher vom Kondensator abhängig. Im Resonanzfall kann der Stromfluss sehr groß werden.

Frequenzabhängige Vierpole:

• RC-Schaltung als Signalfilter

Laborversuche:

• ET2-1: Wechselspannung (AC1-1, AC1-2, AC1-3)
• ET2-2: Oszilloskop (AC1-4)
• ET2-3: Erzeugen von Wechselspannung, Kenngrößen (AC2-1, AC2-2)
• ET2-4: Ohmscher Widerstand (AC2-3)
• ET2-5: Spule (AC2-4, AC2-5)
• ET2-6: Reihenschaltung und Parallelschaltung von R und L (AC2-6, AC2-7, AC2-8)
• ET2-7: Kondensator (AC2-9, AC2-10)
• ET2-8: Reihenschaltung und Parallelschaltung von R und C (AC2-11, AC2-12, AC2-13)
• ET2-9: Schaltungen mit R, L und C (AC2-14, AC2-15, AC2-16)
• ET2-10: Leistungskompensation (AC2-17, AC2-18)
• ET2-11: Resonanz (AC2-19, AC2-20)