Das Dokument bietet eine umfassende Einführung in Hochfrequenztechnologien und die Rolle von Kupfer in der Elektrotechnik, einschließlich der Konzepte von Induktivität und Kapazität. Es erläutert verschiedene Koppelmechanismen, Resonanzfilter und die Bedeutung von Wellenwiderstand sowie Reflexionen in elektrischen Leitungen. Zudem wird auf die Leonardo Power Quality Initiative hingewiesen, die Bildungsressourcen zur Reduzierung von EMV-Problemen in mehreren Sprachen fördert.

1. Was Sie schon immer über Hochfrequenz wissen solltenStefan FassbinderDeutsches KupferinstitutAm Bonneshof 5D-40474 DüsseldorfTel.: +49 211 4796-323Fax: +49 211 4796-310sfassbinder@kupferinstitut.destf@eurocopper.orgwww.kupferinstitut.de

2. Das Deutsche Kupferinstitut, dieAuskunfts- und Beratungsstellefür die Anwendung von Kupfer unddessen Legierungen, informiert und berät:Handel

3. Handwerk

4. Industrie

5. Forschung

6. Hochschulen

7. Künstler

8. Studenten

9. PrivatpersonenMittelsPost

10. Telefon

11. Telefax

12. E-Mail

13. Web-Seite

14. Online-Datenbank

15. oder persönlichKomplementäre Elemente:Induktivitäten und Kapazitäten

16. Was ist das eigentlich,E = 1 V/m?Die Feldstärkezwischen zweiElektrodenim Abstand von d = 1 m,zwischendenen eineSpannung von U = 1 Vanliegt

17. Was ist das eigentlich,H = 1 A/m?I = 1 AEine Feldlinie von 1m Länge um einen Leiter, durch den ein Strom von 1A fließtIm Abstand vonherrscht eine Feldstärke von 1A/m

18. Was ist das eigentlich, eine magnetische Flussdichte von B = 1 T = 1 Vs/m² ?Eisenweg: Z. B. mittlere Länge 300 mm,µR = 300Entsprichtinsgesamt600 mm Eisen oder2 mm LuftFeldstärkeim Kern:im Luftspalt:imgesamtenFeldverlauf, wobei:Luftspalt: Z. B. 1 mm, µR = 1

19. Komplementäre Elemente: Induktivitäten und Kapazitäten

20. IIILICUUULUCKomplementäre ElementeInduktivität:Strom eilt der Spannung 90° nachbzw.Spannung eilt dem Strom 90° vorKapazität:Strom eilt der Spannung 90° vorbzw.Spannung eilt dem Strom 90° nach

21. ZRXC+ XLXCRXLKomplementäre ElementeFazit:180° Phasen-Versatz zwischen Spannungen an bzw. Strömen in L und C, also: Induktive und kapazitive Reaktanzen subtrahieren sich linear!Vektoriell:Skalar:

22. XCRXLKlärung einiger Begriffe1. Resonanz

23. iWie muss man sich das vorstellen?

24. iiiiiiWie muss man sich das vorstellen?

25. iiiiiiWie muss man sich das vorstellen?

26. iiiiiiWie muss man sich das vorstellen?

27. Reihen-Resonanzfilter (Saugkreise)URRUlassen die Resonanzfrequenz f0 ungehindert passieren vektorielle DarstellungLULUCC

28. Achtung: Man sieht von außen nicht,was drinnen abgeht!URRULULUCSprich: L und C begrenzen den Strom nicht!CI

29. Parallel-Resonanzfilter (Sperrkreise)I≈0Usperren Ströme der Resonanz-frequenzf0(vektorielle Darstellung)CLR≈0

30. Achtung: Man sieht von außen nicht,was drinnen abgeht!I≈0UEs fließt praktisch kein Strom durch den Schwingkreis, aber möglicherweise eine Menge im Schwingkreis!CLR≈0

31. Viele LC-Paare führen zur selben Resonanzfrequenz, ob NF, ob HF…

32. …doch L zu C ist bedeutend für das Verhalten im restlichen Bereich!

33. …doch L zu C ist bedeutend für das Verhalten im restlichen Bereich!Reactor reactanceCapacitor reactanceSerial impedancePhase angle

34. Die Gesamt-Energie im Schwingkreis bleibt erhalten

35. 2. Wellenwiderstanderrechnet sich aus den Leitungsbelägen:Längsinduktivität L‘ und Querkapazität C‘je LängeneinheitModell eines Kabels oder einer Leitung:

36. Leitung mit großemWellenwiderstand:Leitung mit geringem Wellenwiderstand:

37. LeitungmitgeringemWellenwiderstandAusbreitungs-Geschwindigkeit: 299.792,5 km/s

38. LeitungmitgroßemWellenwiderstandAusbreitungs-Geschwindigkeit: 299.792,5 km/s

39. Ach übrigens, wie schnell fließt der Strom eigentlich wirklich?1 Kupferatom hat 29 Elektronen. Davon ist eines beweglich.1 Mol Kupfer (63,546g entsprechend 7,108cm³)enthält L = 6,02*1022 Atome (Loschmidtsche Zahl).1 g Kupfer enthält somit 9,47345*1021 Elektronen.Je Gramm sind also 3,26671*1020 beweglich,das macht 3,654*1019 je Kubikzentimeter.Eine Stromstärke von 1 A bedeutet, dass an jederStelle des Leiters pro Sekunde 6,25*1018 Elektronenvorbei fließen (denn jedes Elektron führt eine Ladungvon e = 1,9*10-19 As mit sich).Das ergibt bei 16 A in einer Installationsleitungmit 1,5 mm² etwa 0,8 mm/s.Im Kurzschlussfall können es auch mal 50 mm/s werden!

40. Wichtig zur Beurteilung der Reflexion von Stoß-wellen z. B. beim Über-gang von Freileitungen auf Kabel

41. Wichtig zur Vermeidung von Reflexionen:Abschluss-Widerstand, z. B. in einer Antennen-Steckdose, die als Durch-gangsdose konzipiert ist, dann aber als Enddose eingesetzt wird.Der Widerstandswert muss gleich dem Wellen-Widerstand sein,hier z. B. 75 Ω:

42. Anwendbar natürlich nur in der Nachrichtentechnik! Denn:Leitungsbeläge eines 380-kV-Kabels: VPE ÖlLeitungsbelägeeiner 380-kV-Freileitung:

43. Das ergäbe eine »natürliche Leistung« von:

44. 3. Grenzfrequenzen,4. Bandbreite und somit5. die Güteeiner Spule,eines Kondensators,eines Schwingkreises

45. 3. Grenzfrequenzen f1 und f24. Bandbreite Bf2f0f1B

46. 3. Grenzfrequenzen f1 und f24. Bandbreite Bf2f0èf1 èB

47. Sperrkreise

48. 5. Ach du meine Güte!Beschrieben durch den Gütefaktor QWichtig ist das Verhältnis des reaktiven zum aktiven Anteil der Impedanz, denn Wirklast bedeutet Wirkleistung, und Wirkleistung bedeutetVerlustleistung

49. DämpfungZwischen Netz- und Hoch-frequenz: TonfrequenzWelche Leitung gehört am Lautsprecher denn nun zum guten Ton?

50. 6. InterferenzAddition zweierSpannungen von50 Hz und 51 Hzund gleicher Amplitude

51. Gleichspannung; Niederfrequenz:Elektrische FelderGleichstrom; Niederfrequenz:Magnetische FelderHochfrequenz (ab ≈30 kHz):Elektromagnetische Felder

52. Wie muss man sich das vorstellen?

53. Wie muss man sich das vorstellen?

54. Wie muss man sich das vorstellen?

55. Wie muss man sich das vorstellen?

56. Wie muss man sich das vorstellen?

57. Wie muss man sich das vorstellen?

58. Wie muss man sich das vorstellen?

59. Wie muss man sich das vorstellen?

60. Wie muss man sich das vorstellen?

61. Wie muss man sich das vorstellen?

62. Wie muss man sich das vorstellen?

63. So muss man sich das vorstellen!Diese Felder strahlenab undkönnenzur Über-tragung vonNachrichtenüber kleine und große Entfer-nungen genutzt werden…

64. …oder eben solche Übertragungen stören!Warum heißt es bloß Rundfunk?Na, wenn man nicht entstört, dann…

65. Dieses ≈30 cm neben einer Leuchtstofflampe aufgestellte Batterie betriebene Thermometerzeigte die Raumtemperatur ganz ordentlich an, bis man die Leuchtstofflampe…… ein paar Mal geschaltet hatte – dann wurde die Anzeige plötzlich etwas kryptisch!

66. Aller schlechten Dinge sind drei: KoppelmechanismenGalvanisch:Elektrisch leitfähige VerbindungêElektronen fließen »persönlich« von der Störquelle zur Störsenke.Störungsart:Die »verPENnte«InstallationInduktiv:StromêMagnetfeldêInduktionKapazitiv:êSpannungelektrisches FeldêInfluenzNFNFHFElektromagnetische Felder,Abstrahlung / Einstrahlung (HF)

67. 1. Galvanische KopplungWas möchte dieser Herr Ihnen hier zeigen?Das Parade-Beispiel für galvanische Kopplung:Mehrfach-Verbindungen zwischen N und PA/PE, also zwischen Energie- und Nach-richtentechnik (Betriebserde)

68. U2.InduktiveKopplungBei Betriebsströmen: di/dt≈ 50 A/msSignalpegelDatenkabel Kat. 3: 1 VSignalpegelDatenkabel Kat. 5: 500 mVDatenkabel 10Gbit/s am Anfang: 130 mVDatenkabel 10Gbit/s am Ende: 600 µV!Bei Kurzschlussströmen: di/dt≈ 1 kA/msBei Schaltspitzen: di/dt≈ 10 kA/msIn Umrichtern: di/dt≈ 50 kA/msBei Blitzströmen: di/dt≈ 50 kA/µs!ld~I

69. 3. Kapazitive KopplungIUI