Kompensationskondensator dimensionieren (Parallelkompensation)

Kompetenzbereich/Fach:
Berufsfachliche Kompetenz

Klasse/Jahrgangsstufe:
2. Ausbildungsjahr

Schulart/Berufsfeld/Beruf:
Berufsschule / Elektrotechnik / Mechatroniker/Mechatronikerin

Lehrplan-/Lernfeldbezug:
LF3 - Installation elektrischer Betriebsmittel unter Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte
LF8 - Design und Erstellung mechatronischer Systeme

Zeitumfang:
2 UE

Betriebssystem/e:
Windows

Apps:
Online-Schaltungssimulator „Falstad“ (http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html)
Mediaplayer, z. B. VLC Player (https://www.videolan.org/vlc/index.de.html)
Screenshot-Dienstprogramm z. B. Greenshot (http://getgreenshot.org/)
Textbearbeitungsprogramm z. B. LibreOffice (https://de.libreoffice.org/)
Geometriesoftware GeoGebra, Datei von Herrn Buchmacher (https://www.geogebra.org/u/buchmacher)

Technische Settings:
Beamer, Auszubildenden-Tablets (1:1), WLAN

Kurzbeschreibung und Lernziele dieser Unterrichtssequenz für den Tablet-Einsatz :

Den Schülerinnen und Schüler (SuS) sind die Eigenschaften der Betriebsmittel Spule und Kondensator im Wechselstromkreis bekannt. Der Einstieg erfolgt in einem Versuch: eine reale Spule (= dient als Motorenmodell) wird an einen Wechselspannungsgenerator angeschlossen. Es werden Spannung und Stromstärke dieser Spule oszillographiert und mit Hilfe eines Beamers auf eine Leinwand projiziert. Die Phasenverschiebung zwischen diesen Größen wird im Unterrichtsgespräch wiederholt, anschließend schließt die Lehrkraft einen Kondensator parallel zur Spule an. Die Kapazität des Kondensators ist den SuS noch unbekannt. Der Kondensator kompensiert die Phasenverschiebung fast vollständig. Die Fragenstellung der Unterrichtseinheit ist, wie man einen passenden Kondensator ermitteln kann, sodass nahezu keine Blindleistung von der Spule (= Motor) mehr aufgenommen wird.
Die SuS öffnen im Online-Schaltungssimulator „Falstad“ eine von der Lehrkraft zur Verfügung gestellte Datei. Mit Hilfe dieser Datei wird die vorgestellte Schaltung nachgebildet. Ein bereitgestelltes Anleitungsvideo unterstützt die SuS bei den virtuellen Messungen. Zur Auswertung und Ergebnissicherung dient das digitale Arbeitsblatt. Dieses wird mit Screenshots und Messwerten aus dem virtuellen Versuch gefüllt. Die SuS interpretieren die Ergebnisse und fassen ihre Erkenntnisse schriftlich zusammen.
Nachdem ein Berechnungsverfahren von den SuS durchgearbeitet wurde, bestimmen sie die Kapazität des im Eingangsversuch vorgestellten Kondensators. Sie können dabei interaktiv ihre Ergebnisse mit Hilfe der Geometriesoftware GeoGebra überprüfen und ggf. anpassen. Der Einsatz dieser Software ermöglicht auch eine animierte Darstellung des Widerstandsdreieckes. Das abstrakte Thema der Blindleistungskompensation und der Phasenverschiebung wird damit relativ anschaulich.