Table Of ContentMoeller, Leitfaden der Elektrotechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Fricke, Braunschweig, Prof. Dr.-Ing. H. Frohne, Hannover,
und Prof. Dr.-Ing. P. Vaske, Hamburg
Band I
Grundlagen der Elektrotechnik
Herausgegeben und bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. H. Fricke, Braunschweig, Prof. Dr.-Ing. H. Frohne,
Hannover, und Prof. Dr.-Ing. P. Vaske, Hamburg
16., neubearbeitete und erweiterte Auflage. XVI, 548 Seiten mit 381 teils mehrfarbigen Bildern,
25 Tafeln und 239 Beispielen. Geb. DM 44,- ISBN 3-519-26400-5
Band II
Elektrische Maschinen und Umformer
Tell 1: Aufbau, Wlrkungswelse und Betrlebsverhalten
Von Prof. Dr.-Ing. P. Vaske, Hamburg
12., neubearbeitete und erweiterte Auflage. XII, 289 Seiten mit 248 teils zweifarbigen Bildern,
12 Tafeln und 61 Beispielen. Kart. DM 38,- ISBN 3-519-16401-9
Tell 2: Berechnung elektrlscher Maschlnen
Von Prof. Dr.-Ing. P. Vaske, Hamburg, und Dipl.-Ing. J. H. Rigger! t, Koln
8., uberarbeitete Auflage. X, 178 Seiten mit 108 Bildern und 17 Beispielen. Kart. DM 34,
ISBN 3-519-16402-7
Band III
Bauelemente der Halbleiterelektronik
Von Prof. Dr. rer. nat. H. Tholl, Hamburg
Tell 1: Grundlagen, Dloden und Translstoren
XII, 236 Seiten mit 203 Bildern, 18 Tafeln und 60 Beispielen. Kart. DM 36,- ISBN 3-519-06418-9
Tell 2: Feldeffekt-Translstoren, Thyrlstoren und Optoelektronlk
XII, 324 Seiten mit 309 Bildern, 32 Tafeln und 77 Beispielen. Kart. DM 38,- ISBN 3-519-0641-7
Band IV
Elektrlsche MeBtechnlk
Von Dr.-Ing. M. StlSckl, Nurnberg, und Prof. Dr.-Ing. K. H. Wlnterllng, Frankfurt/M.
unter Mitwirkung von Prof. Dr.-Ing. H. Fricke, Braunschweig, Prof. Dr.-Ing. R. Thiel, Darmstadt,
und Prof. Dr.-Ing. P. Vaske, Hamburg
6., uberarbeitete Auflage. XIV, 330 Seiten mit 325 Bildern und 39 Beispielen. Geb. OM 39,
ISBN-3-519-26405-6
Band V
Grundlagen der Regelungstechnik
Von Prof. Dr.-Ing. F. DlSrrscheldt, Paderborn, und Prof. Dr.-Ing. W. Latzel, Paderborn
ca. 300 Seiten. Kart. ca. OM 44,- ISBN 3-519-06421-9
Fortsetzung niichste Seite
B. G. Teubner Stuttgart
Moeller
Leitfaden der Elektrotechnik
Herausgegeben von
Dr.-Ing. Hans Fricke
Professor an der Technischen Universitiit Braunschweig
Dr.-Ing. Heinrich Frohne
Professor an der Technischen Universitiit Hannover
Dr.-Ing. Paul Vaske
Professor an der Fachhochschule Hamburg
Band VII
B. G. Teubner Stuttgart
Programmierbare Taschenrechner
in der Elektrotechnik
Anwendung der TI 58 und TI 59
Von
Dr.-Ing. Paul Vaske
Professor an der Fachhochschule Hamburg
Dr.-Ing. Frank Dorrscheidt
Professor an der Universitiit - Gesamthochschule - Paderborn
Dr.-Ing. Dieter Selle
Professor an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbiittel
Unter Mitwirkung von
Dipl.-Ing. Rene Flosdorff
Professor an der Fachhochschule Aachen
und Dr.-Ing. Giinther Hilgarth
Professor an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbiittel
Mit 143 Bildern, 32 Tafeln, 129 Beispielen und 40 Programmcn
B. G. Teubner Stuttgart 1981
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Leitfaden der Elektrotechnik / Moeller. Hrsg. von Hans Fricke ... -
Stuttgart: Teubner
NE: Moeller, Franz [Begr.[ ; Fricke, Hans [Hrsg.]
Bd. 7. ~ Vaske, Paul: Programmierbare Taschenrechner in der Elektrotechnik
Vaske, Paul:
Programmierbare Taschenrechner in der Elektrotechnik : Anwendung d.
TI 58 u. TI 59 / von Paul Vaske; Frank Diirrscheidt ; Dieter Selle. Unter
Mitw. von Rene Flosdorff u. Gunter Hilgarth. - Stuttgart: Teubner, 1981.
(Leitfaden der Elektrotechnik ; Bd. 7)
ISBN 978-3-519-06420-6 ISBN 978-3-322-94047-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-94047-6
NE: Diirrscheidt, Frank; Selle, Dieter:
Das Werk ist urheberrechtlich geschutzt. Die dadurch begrundeten Rechte,
besonders die der tibersetzung, des Nachdrucks, der Bildentnahme, der Funk
sen dung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege, der
Speicherung und Auswertung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei
Verwertung von Teilen des Werkes, dem Verlag vorbehalten.
Bei gewerblichen Zwecken dienender Vervielfiiltigung ist an den Verlag ge
mill> § 54 UrhG eine Vergutung zu zahlen, deren Hiihe mit dem Verlag zu
vereinbaren ist.
© B. G. Teubner, Stuttgart 1981
Satz: Elsner & Behrens GmbH, Oftersheim
Umschlaggestaltung: W. Koch, Sindelfingen
Vorwort
Band VII der Buchreihe "Moeller, Leitfaden der Elektrotechnik" hatte bisher die
Aufgabe, Band I in fUr Studenten wiinschenswerter Weise durch "Beispiele zu
Grundlagen der Elektrotechnik" zu erganzen. Diese Beispiele werden zukiinftig
weitgehend in Band I integriert sein. Andererseits hat in der Zwischenzeit der pro
grammierbare Taschenrechner eine neue Entwicklung fUr das L6sen elektrotech
nischer Aufgaben eingeleitet. Es lag daher nahe, Band VII auf diese veranderte Be
handlungsweise auszurichten und so ein Lehrbuch fUr das zweckmaBige Anwenden
von Taschenrechnern in der Elektrotechnik zu schaffen. Es solI mit vie len Beispie
len aus den wichtigsten Gebieten die tibrigen Leitfadenbande sinnvoll erganzen.
Die Kenntnis der elektrotechnischen Grundlage wird vorausgesetzt; sie bzw. die
benutzten Bestimmungsgleichungen werden daher nur als Postulat in knapper
Form wiederholt. Ftir ihre Ableitung wird auf das im Anhang zusammengestellte
weiterfUhrende Schrifttum und insbesondere auf die tibrigen Leitfadenbande (s.
Verzeichnis auf den Innenseiten des Bucheinbands) verwiesen.
Das vollstandige L6sen von Aufgaben aus der Praxis laBt sich nur mit einem be
stimmten Rechnertyp zeigen. Es wurden hierfUr die programmierbaren Taschen
rechner TI 58 und TI 59 ausgewahlt, da sie ein besonders gtinstiges Verhaltnis von
Leistungsfahigkeit (z.B. verfUgbare Schrittzahl, Speicherkapazitat, Rechenebenen,
Software-Module) zu Anschaffungspreis aufweisen und mit ihren Spielarten (z.B.
Permanentspeicher) und den lieferbaren Hilfseinrichtungen (z.B. mehrere Module,
Magnetkarten, Drucker) die meisten Wiinsche erfUllen k6nnen. Auch wenn es zu
kiinftig noch leistungsfahigere Mikrocomputer geben dUrfte, wird man fUr sie ein
iihnliches Vorgehen, wie hier vorgefUhrt, und die gleichen Berechnungsverfahren
anwenden. Darilber hinaus stellt das Arbeiten mit Taschenrechnern eine gute Vor
tibung fUr spatere Tatigkeiten an Mikroprozessoren und GroBrechenanlagen dar.
Es wird vorausgesetzt, daB der Leser sich in das Handhaben der Taschenrechner
TI 58 und TI 59 eingearbeitet und daB er die entsprechenden Gebrauchsanwei
sungen und Benutzeranleitungen fUr die angewandten Standard-Modul-Programme
griffbereit zur VerfUgung hat. Ftir die hier neu mitgeteilten Taschenrechnerpro
gramme sind in Abschn. 4 alle erforderlichen Unterlagen zusammengestellt.
Die meisten Programme von Abschn. 4 sind vielseitig einsetzbar und auch leicht
erweiterbar; sie k6nnen daher auf die Bedtirfnisse der verschiedenen Benutzer zuge
schnitten werden. Sie zeigen unterschiedliche Ein- und Ausgabetechniken bzw.
Programmierweisen und sind so Beispiele fUr mehr oder minder groBen Bedienungs-
VI Vorwort
komfort. Der Leser kann auf diese Weise selbst beurteilen lemen, welcher Art er
den Vorzug geben mochte.
Die Programme 4.37 bis 4.41 stammen von Prof. Dr.-Ing. Frank Dorrscheidt, die
Programme 4.22 bis 4.25 von Prof. Dipl.-Ing. Rene Flosdorff, die Programme 4.26
bis 4.29 sowie 4.31 bis 4.35 von Prof. Dr.-Ing. Dieter Selle und die ubrigen von
Prof. Dr.-Ing. Paul Vaske. 1m Inhaltsverzeichnis sind die Verfasser der einzelnen
Abschnitte angegeben.
Niemand kann den Anspruch erfilllen, optimale Programme aufgestellt und jeden
Umweg, Fehler oder andere Mangel vermieden zu haben. Die Verfasser bitten da
her urn Nachsicht, wenn der Leser Moglichkeiten fUr Verbesserungen entdecken
oder Druckfehler u.a. finden sollte; sie werden fUr Hinweise auf solche Miingel und
bessere Losungen stets dank bar sein.
Hamburg, Paderbom, Wolfenbllttel, im Sommer 1980
Paul Vaske Frank Dorrscheidt Dieter Selle
Inhaltsverzeichnis
1 Ingenieurgerechtes Anwenden von Taschenrechnern (Paul Vas k e )
1.1 Anforderungen und Anwendungen 2
1.1.1 Neue M6g1ichkeiten. . . 2
1.1.2 Leistungsverm6gen . . . 3
1.1.2.1 Begriffe. 1.1.2.2 Aufbau. 1.1.2.3 Taschenrechner oder Mikrocom-
puter. 1.1.2.4 Taschenrechner flir elektrotechnische Aufgaben. 1.1.2.5
Anforderungen an programmierbare Taschenrechner. 1.1.2.6 Weitere Aus
stattung.
1.1.3 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9
1.1.3.1 Bevorzugte Einsatzgebiete. 1.1.3.2 Anwendungsgrenzen.
1.2 Einstellen auf Ingenieuraufgaben 11
1.2.1 Wiedergabe von SchrittfOlgen . 12
1.2.2 Genauigkeit . . . . . . 12
1.2.2.1 Vollstandige Anzeige der Registerinhalte. 1.2.2.2 Rechnerfehler.
1.2.2.3 Verfahrensfehler. 1.2.2.4 Datenfehler. 1.2.2.5 Register-Vergleich.
1.2.3 Anzeigeformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.3.1 Standardanzeige. 1.2.3.2 Exponentialformat. 1.2.3.3 Technisches
Anzeigeformat. 1.2.3.4 Festkomma-Einstellung. 1.2.3.5 Kombinierte An
zeigeformate. 1.2.3.6 Unterdriicken falscher Anzeigen.
1.2.4 WinkeImodus. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25
1.2.5 Niitzliche Besonderheiten. . . . . . . . . . . . . . .. 26
1.2.5.1 T-Register. 1.2.5.2 Besseres Nutzen des Anzeigeregisters. 1.2.5.3
Hyperbel-und Area-Funktionen. 1.2.5.4 Erweiterung der Dekrement-Be-
fehle. 1.2.5.5 Hire-Register. 1.2.5.6 Besondere Wirkungen einiger Tasten.
1.2.5.7 Weitere Wirkungen bestimmter Schrittfolgen.
1.3 Aufbereiten der Aufgaben. . . . . . . 40
1.3.1 Gr6Bengleichungen . . . . . . . 40
1.3.2 Taschenrechnerfreundliche Gleichungen 41
1.3.3 Weitere Beispiele. . 43
1.4 Anwenden von Programmen . . . 44
1.4.1 Programmieren . . . . . 44
1.4.1.1 Vorgehen. 1.4.1.2 Eingabe und Ausgabe von Daten. 1.4.1.3 Un
terprogramme. 1.4.1.40ptimierung. 1.4.1.5 Programmierfehler.
1.4.2 Benutzeranleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
1.4.2.1 Vollstiindige Unterlagen. 1.4.2.2 Rationelles Arbeiten mit Pro
grammen. 1.4.2.3 Benutzerfehler.
VIII Inhaltsverzeichnis
1.4.3 Software-Module. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53
1.4.3.1 Standard-Modul. 1.4.3.2 Modul Elektrotechnik. 1.4.3.3 Modul
Praktische Mathematik. 1.4.3.4 Modul Statistik.
2 Netzwerkanalyse (Paul Vas k e )
2.1 Gleichstromnetzwerke 56
2.1.1 Grundgesetze . . 56
2.1.2 Ersatzquellen. . 60
2.1.3 Leistungsanpassung 62
2.1.4 Berechnung von Zweigstromen 64
2.1.4.1 Maschenstrom-Verfahren. 2.1.4.2 Knotenpunktpotential-Verfahren.
2.1.5 Weitere Beispiele . 68
2.2 Sinusstromnetzwerke 70
2.2.1 Grundgesetze . . 71
2.2.2 Zeigerdiagramm . 77
2.2.3 Komplexe Rechnung 80
2.2.4 Leistungsanpassung und Resonanztransformation 83
2.2.5 Berechnung komplexer Teilstrome 87
2.2.6 Weitere Beispiele. . . . 91
2.3 Umformung von Netzwerken 96
2.3.1 Stern-Dreieck-Umwandlung 96
2.3.2 Umrechnen von Reihen-und Parallelschaltungen 99
2.3.3 Unbedingt aquivalente Schaltungen . 103
2.4 Frequenzgang. . . . . . . . 104
2.4.1 Obertragungsfunktion . . . 104
2.4.2 Ortskurve und Bodediagramm 105
2.4.3 Pol-Nullstellen-Diagramm. . 110
2.5 Obergangsverhalten linearer Netzwerke 113
2.5.1 Laplace-Transformation 113
2.5.2 Zeitfunktionen 114
2.5.3 Faltungsintegral . . . 119
2.6 Nichtlineare und nichtsinusformige Vorgange 121
2.6.1 Approximation von Kennlinien . . . 121
2.6.2 Fourier-Analyse und -Synthese . . . 124
2.6.3 Obergangsverhalten nichtlinearer Schaltungen 128
3 Praktische Anwendungen
3.1 Mefbtechnik (Paul Vas k e) . 131
3.1.1 Regressionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . .. 132
3.1.1.1 Zwei RegressionskoeffIzienten. 3.1.1.2 Drei und vier Regressions·
koeffIzienten. 3.1.1.3 Rekursive Regressionsanalyse.
3.1.2 Versuchsauswertung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
3.1.2.1 Belastungsversuch des Gleichstrom-Nebenschlufbmotors. 3.1.2.2
Leerlauf-und Kurzschlufbversuch des Drehstrom-Asynchronmotors.
Inhaltsverzeichnis IX
3.2 Elektrische Energietechnik. (paul Vas k e und Rene Flo s d 0 r f f unter Mit-
wirkung von Giinther Hi I gar t h) . . . . . . . . . . . . .. 149
3.2.1 Dreiphasen-Wechselstrom. . . . . . . . . . . . . . .. 150
3.2.1.1 Unsymmetrische Sternschaltung. 3.2.1.2 Symmetrische Kompo-
nenten.
3.2.2 Elektrische Maschinen und Antriebe 153
3.2.2.1 Spannungsiinderung und Wirkungsgrad des Transformators. 3.2.2.2
KurzschluBstrom der Synchronmaschine. 3.2.2.3 Langsamer Hochlauf eines
Antriebs mit Drehstrom-Asynchronmotor. 3.2.2.4 Schneller Hochlauf eines
Antriebs mit Gleichstrom-NebenschluBmotor. 3.2.2.5 Zuleitungsunterbre
chung des Dreiphasen-Asynchronmotors.
3.2.3 Elektrische Energieverteilung . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.2.3.1 Kennwerte von dreiphasigen Freileitungen. 3.2.3.2 Lastverteilung
in Maschennetzen. 3.2.3.3 Zusatzlast flir einseitig gespeiste Drehstromlei-
tungen. 3.2.3.4 Dreistrangiger KurzschluBstrom. 3.2.3.5 Begrenzung des
einstrangigen KurzschluBstroms. 3.2.3.6 Schrittspannung. 3.2.3.7 Gas
durchschlag koaxialer Zylinderelektroden.
3.3 Nachrichtentechnik. (Dieter Sell e). . . . . . . . . . . . . . . 179
3.3.1 Schwingkreise und Bandfilter. . . . . . . . . . . . . . . . 179
3.3.1.1 Reihenschwingkreis. 3.3.1.2 Parallelschwingkreis. 3.3.1.3 Schwing
kreise mit groBem GUtefaktor. 3.3.1.4 Bandfilter.
3.3.2 Grundgleichungen linearer Zweitore ... . . . . . .. 190
3.3.2.1 Obertrager. 3.3.2.2 HF-Transistor. 3.3.2.3 Symmetrische T-und
n-
Ersatzschaltungen.
3.3.3 Wellenparameter passiver Zweitore. . . . . . . . . . . .. 196
3.3.3.1 Wellenparameter und Kettenparameter. 3.3.3.2 Filterelemente flir
Grundketten. 3.3.3.3 Filterelemente flir Zobel-Halbglieder.
3.3.4 Betriebsparameter . . . . . . . 202
3.4 Regelungstechnik. (Frank D 6 r r s c h e i d t) . . . . . . . 205
3.4.1 Lineare stetige Regelkreise . . . . . . . . . . . 206
3.4.1.1 Darstellungsformen linearer Obertragungsglieder. 3.4.1.2 Grund
schaltungen der SignalfluBplan-Algebra. 3.4.1.3 Zeitverhalten einfacher
Obertragungsglieder. 3.4.1.4 Reglerentwurf mit dem Frequenzkennlinien
verfahren. 3.4.1.5 Reglerentwurf nach der Methode des Betragsoptimums.
3.4.2 Nichtlineare stetige Regelungen . . . . . . . . . . . . . . . 228
3.4.2.1 Beschreibungsfunktion. 3.4.2.2 Phasenebene.
4 Programme
4.1 Leitlinien . . . . . . . 245
4.1.1 Auswahl der Programme 245
4.1.2 Aufbau der Programme. 246
4.1.3 Hinweise fUr den Benutzer . 246
4.2 Mathematische Programme und Programmteile 247
4.2.1 Hinweise auf Algorithmen . 247
4.2.2 Periodische Funktionen 248
X Inhaltsverzeichnis
4.3 Parallel-und Kettenschaltungen der Sinusstromtechnik. Komplexe Spannungs-
und Stromteilerregel 251
4.4 Zustandsgroll.en komplexer Verbraucher. Transformationszweitore. Umrechnung
unbedingt aquivalenter Schaltungen 255
4.5 Umrechnung von Reihen-und Parallelschaltungen 259
4.6 Komplexe Stern-Dreieck-Umwandlung 263
4.7 Lasung komplexer Gleichungssysteme 266
4.8 Frequenzgang aus gebrochen rationalen Obertragungsfunktionen 269
4.9 Frequenzgang des komplexen Eingangswiderstands eines Ketten-Netzwerks 273
4.10 Obergangsverhalten. Berechnung von Zeitfunktionen . 277
4.11 Numerische Fourier-Analyse. Kennwerte nichtsinusfbrmiger Wechselvorgange . 283
4.12 Numerische Losung von Differentialgleichungen 1. Grades. Einschalten einer
Eisendrossel an Sinusspannung. Langsamer Hochlauf eines Antriebs mit Dreh-
strom-Asynchronmotor 287
4.13 Regressionsanalyse mit zwei Regressionskoeffizienten 292
4.14 Regressionsanalyse mit drei Regressionskoeffizienten 297
4.15 Regressionsanalyse mit vier Regressionskoeffizienten 302
4.16 Rekursive Regressionsanalyse . 306
4.17 Auswertung des Belastungsversuchs von Gleichstrom-Nebenschlull.motoren 310
4.18 Berechnung der Belastungskennlinien von Drehstrom-Asynchronmotoren aus
Leerlauf-und KurzschluBversuch 313
4.19 Komplexe Strome und Spannungen einer unsymmetrischen Dreiphasen-Stern-
schaltung. Symmetrische Komponenten . 318
4.20 Spannungsanderung von Transformator und einseitig gespeister Leitung. Wirkungs-
grad des Transformators 323
4.21 Zuleitungsunterbrechung des Drehstrom-Asynchronmotors 326
4.22 Kennwerte von dreiphasigen Freileitungen 328
4.23 Zusatzlast fUr einseitig gespeiste Drehstromleitungen 334
4.24 Dreistrangiger Kurzschlull.strom . 338
4.25 Begrenzung des einstrangigen Kurzschlull.stroms. Schrittspannung . 341
4.26 Gasdurchschlag koaxialer Zylinderelektroden 344
4.27 Kennwerte und Frequenzgang einfacher Reihen-und Parallelschwingkreise . 347
4.28 Kennwerte und Frequenzgang fUr Parallelschaltung von Spule und Kondensator 350
4.29 Frequenzgang induktiv und kapazitiv gekoppelter Bandfilter 353
4.30 Umrechnung von Zweitorparametern 357
4.31 Umrechnung von Transistor-Kennwerten 363
4.32 Ketten-und Wellenparameter von T-und TI-Gliedern 369
