In der Elektrotechnik besteht oftmals die Aufgabe, einen Verbraucher
mit Blindanteil durch Zuschalten eines geeigneten Blindwiderstandes für
eine vorgegebene Frequenz zu einer reinen Wirklast zu machen. In der Energietechnik
geht es meistens darum, induktive Blindlast durch einen Kondensator zu
kompensieren. In der Nachrichtentechnik geht es meistens um die Neutralisation
kapazitiver Blindlast, z.B. bei der Anpassung einer Antenne an den Ausgangswiderstand
einer Senderendstufe.
Das folgende Beispiel demonstriert den Einsatz von PSPICE bei der Auswahl
eines Kompensationskondensators zur Neutralisation induktiver Blindlast.
Die Ermittlung eines geeigneten Kondensators ist bei komplizierteren
Schaltungen ohne Nutzung der komlexen Rechnung nicht möglich.
Mit PSPICE geht es auch ohne! Dabei kommt die Performance-Analyse zum Einsatz. Die
folgende Beschreibung bezieht sich an einigen Stellen auf einzelne Rezepte
meines Buches.
Gegeben sei die nachfolgende Schaltung eines Generators (f=1kHz, Ri=1kΩ).
Der Generator wird mit einer gemischt Ωsch-induktiven Schaltung belastet.
Bild 1: Unkompensierte Schaltung
Ein AC-Sweep ergibt für den Amplituden-Frequenzgang (grün) und für
den Phasen-Frequenzgang (gelb) der Generatorausgangsspannung (V(R2:1) die folgenden
PROBE-Diagramme:
Bild 2: Amplitudengang (grün) und Phasengang (gelb) der unkompensierten Schaltung
Zur Kompensation wird ein Parallelkondensator C2 eingesetzt:
Bild 3: Schaltung von Bild 1 mit Kompensationskondensator
Um die geeignete Kapazität zur Kompensation der Last bei f=1kHz
zu ermitteln, wird für die Schaltung ein Einpunkt-AC-Sweep für
f=1kHz in Verbindung mit einem Parametric-Sweep von C2 durchgeführt. In PROBE
müssen Sie zur Darstellung des Diagramms
der Klemmenspannung in Abhängigkeit vom Kondensator Cvar die Schaltfläche
für die Performance-Analyse aktivieren und anschließend
aus der Trace-Liste heraus die Generatolrspannung (V(R2:1) und die Phase
der Generatorspannung (P(V(R2:1))) aufrufen. Die Rezepte 3.1, 8.1 und 9.6
der Rezeptsammlung meines Lehrbuchs helfen Ihnen weiter, falls Sie mit der
nicht ganz einfachen Simulation Probleme haben. Das Ergebnis der Performance-Analyse
zeigt das folgende PROBE-Diagramm:
Bild 4: Amplitude (grün) und Phase (rot) in Abhängigkeit von der Größe des
Kompensationskondensators
Dort wo der Phasenwinkel Null wird, ist die Schaltung kompensiert. Die
Analyse ergibt den passenden Kompensationskondensator zu C2=162nF.
Die nachfolgenden PROBE-Diagramme zeigen den Amplituden- und den Phasengang
der kompensierten Schaltung. Für Kenner der komplexen Rechnung ist
der Frequenzgang auch noch getrennt nach Real- und Imaginärteil (R(V(R2:1)))
und Img(V(R2:1))) dargestellt:
Bild 5: Amplitudengang nach Real- und Imaginärteil, sowie Phasengang (gelb)
der kompensierten Schaltung
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