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Aufgabenstellung:

Ein Wechselstrom mit der Periodendauer hat den im Bild dargestellten Verlauf, wobei beträgt.

Abbildung

Bild: Beispiel für den zeitlichen Verlauf eines rechteckförmigen Wechselstromes

 

Es sind die Effektivwerte der in der Funktion enthaltenen Harmonischen bis einschließlich der Ordnungszahl zu bestimmen.

Lösungsweg:

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Bei dem gegebenen Kurvenverlauf (Bild) handelt es sich um eine ungerade Funktion, die zudem keinen Gleichanteil enthält. Daher treten nur Sinusschwingungen auf. Zur Bestimmung der gesuchten Effektivwerte ermitteln wir zunächst die Fourierkoeffizienten . Hierzu können wir (grundsätzlich) die Gleichung

verwenden. Im vorliegenden Fall bietet es sich aber an, die Integrationsgrenzen und ) um zu versetzen und die Bestimmung der Fourierkoeeffizienten durch die Gleichung

vorzunehmen. Die in Bild dargestellte Funktion hat im Bereich den Wert und im Bereich ist In der übrigen Zeit (im Bereich ist Daher wird

Ersetzen wir hierin die Integrationsvariable durch die Variable als Kreisfrequenz der Grundschwingung), so ergibt sich

Mit wird daraus

Durch Integrieren erhalten wir (mit dem Winkel )

Wir setzen die Grenzen ein und finden

Hieraus erhält man (in allgemeiner Form) den Effektivwert einer bestimmten Harmonischen durch

Wir setzen für die Werte 1,2,3,4 ein und erhalten die gesuchten Effektivwerte

Lösung: