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Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

Diskutiere Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern im Elektronik allgemein Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; Hallo! Zunächst einmal ein herzliches Hallo an alle hier im Forum. Ich bin neu hier und hoffe auch meinen Beitrag einmal leisten zu können, wenn...

  1. Groggy

    Groggy Schlitzeklopfer

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    Hallo!
    Zunächst einmal ein herzliches Hallo an alle hier im Forum. Ich bin neu hier und hoffe auch meinen Beitrag einmal leisten zu können, wenn andere Elektronik-Interessierte Probleme haben oder einfach über neue Entwicklungen diskutiert wird. Ich freue mich jedenfalls drauf! :)

    Nun zu meinem Anliegen. Ich beschäftige mich momentan mit der grundsätzlichen Funktionsweise von Gleichspannungsstellern. Meine Frage ist ganz grundsätzlicher Art, jedoch will ich der Einfachheit halber den Abwärtswandler als Beispiel nutzen. Als Referenz, worum es nochmal geht, den Wiki-Link: Abwärtswandler Wikipedia

    Was mich beschäftigt ist die Stromkennlinie Ia auf der Ausgangsseite. Während der Einschaltphase steigt der Strom in der Spule linear an. Logisch, wenn man die mathematische Beschreibung des Spulenstroms betrachtet: -> Integral über die angelegte Gleichspannung auf der Eingangsseite.
    Wird der Leistungsschalter nun geöffnet fließt der Strom durch die Spule physikalisch bedingt weiter. Die Spannung an der Spule ist nun die Ausgangsspannung.
    Was ich nun nicht verstehe ist: Warum nimmt der Strom durch die Spule schneller ab als er bei der Einschaltphase ansteigt? In einer Periode wird ja (für mich unerklärlich) das selbe Delta I bei der Einschaltphase überwunden als bei der Ausschaltphase, nur in unterschiedlicher Zeit.
    Und dieser Zusammenhang scheint bei beliebigem Tastverhältnis zu bestehen.

    In dem mir vorliegenden Buch "Schaltnetzteile und ihre Peripherie" von Ulrich Schlienz wird in einem Abschnitt so argumentiert:

    Wir betrachten den eingeschwungenen oder stationären Zustand. Der Wandler arbeite mit konstanter Last und mit konstanter Eingangsspannung und wir haben damit eine strenge Periodizität aller Größen mit der Wandlerfrequenz f. Damit ist das in Bild 2.1 definierte Delta I während t(ein) und während t(aus) betragsmäßig gleich groß. Wäre es nicht so, würde der Ausgangsstrom Ia fortlaufend zu oder abnehmen und das würde dem stationären Zustand widersprechen.

    Ich finde den Wunsch nach einer Gleichspannung und eines Gleichstromes am Ausgang aber für wenig hilfreich für mein Verständnis. Woher sollte die Spule denn das wissen?

    Ich hoffe mein Anliegen ist verständlich beschrieben und hoffe auf eine Antwort. Ich habe nun schon 2 Tage über dieses Problem sinniert und komme einfach auf keinen vernünftigen Trichter! Help

    Ich hoffe ihr könnt mir dabei etwas helfen.

    Viele Grüße,

    Julian
     
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  3. #2 trekmann, 30.12.2008
    trekmann

    trekmann Spannungsgeprüft

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hallo,

    analysiere einfach die Maschen mit Hilfe von Kirchhof und setzte diese Gleichungen mal in die Formel für den Stromanstieg ein (Formel für die Induktionsspannung).

    U1 = Eingangsspannung
    U2 = Ausgangsspannung
    UD = Spannung an der Diode

    Stromaufbau:

    di/dt = ( U1 - U2) / L

    Stromabbau:

    di/dt = (U2 - UD) / L

    MFG MArcell
     
  4. Groggy

    Groggy Schlitzeklopfer

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hallo!
    Vielen Dank für die Rasche Antwort. Ich habe es mal wie folgt analysiert:

    U1: Eingangsspannung
    U2: Ausgangsspannung
    UD: Spannung an der Diode
    UL: Spannung an der Induktivität
    Tein: Zeitabschnitt des Aufladens
    Taus: Zeitabschnitt des Entladens

    Kirchhoff'sche Maschenregel für den leitenden Zustand:

    U1 - U2 - UL = 0
    U1 = U2 + UL

    einsetzen in die Gleichung der Induktionsspannung:

    U2 + UL - U2 = L * di/dt
    UL = L * di/dt

    Kirchhoff'sche Maschenregel für den sperrenden Zustand:

    UD - U2 - UL = o
    UD = U2 + UL

    einsetzen in die Gleichung der Induktionsspannung:

    U2 - U2 - UL = L * di/dt
    UL = -L * di/dt

    Was sagt mir das nun:
    In der Phase, in der der Schalter geschlossen ist gilt:

    UL = L * di/Tein

    In der Phase, in der der Schalter geöffnet ist gilt:

    UL = -L * di/Taus

    Es tut mir leid, aber das sagt mir nun nicht viel. Anhand beider Formeln gibt es zwei mathematische Möglichkeiten: Entweder UL ist konstant, aber damit müssten in beiden Gleichungen die Stromänderungen unterschiedlich sein, da außer im Ausnahmefall Tein != Taus ist. Oder UL ist beim Aufladevorgang und Entladevorgang unterschiedlich. Aber damit habe ich mathematisch noch nicht die Konstanz von di bewiesen, denn woher kann ich die eine oder andere Behauptung untermauern?
    Sorry, wenn ich vielleicht in deinen Augen so auf dem Schlauch stehe. Aber ich finde das immer noch ziemlich undurchsichtig. :(

    Gruß Julian
     
  5. #4 trekmann, 02.01.2009
    trekmann

    trekmann Spannungsgeprüft

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hallo,

    kein Thema, das kriegen wir auch irgendwie hin ;).

    Erstmal zwei interessante Link:

    S.m.i.L.E
    Interactive Power Electronics Seminar (iPES)

    Betrachten wir einfach mal eine Induktivität (ideale spule) mit einem idealen Schalter und eine DC Quelle.

    Aufladen:
    Die Induktivität lädt sich nach der Funktion di/dt = U /L auf.

    Entladen:
    Wie entlädt diese Induktivität sich jetzt beim Öffnen eines idealen Schalters?
    Die Strom geht sofort auf 0A (in t = 0s). Dies würde eine Unendlich hohe Abschaltinduktionsspannung hervorrufen. Somit währe der Strom in t = 0s abgebaut. Auch gibt es hier KEINE Strombegrenzenden Widerstände.

    Bei dem Gleichspannungssteller verhält es sich generell ähnlich. Der Stromaufbau wird bestimmt durch die angelegte Spannung und der Induktivität.
    Durch das Öffnen der Schalters wird nun die Schaltung verändert. Die Spannung an der Induktivität verändert sich also.

    di/dt gibt hier die Steilheit der Geraden an. Diese Steilheit wird verändet durch das Schalter, also die veränderten Spannungen an der Induktivität.

    MFG MARcell
     
  6. Groggy

    Groggy Schlitzeklopfer

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hallo!
    Erst mal ein großes Dankeschön für die Links. Ist ja toll, dass es solche Kompendien auch im WWW so frei verfügbar gibt. Bisher hat mir der Herr Dr. Prof. Google (Hauptberuf ist bekanntlich Spion) derartiges nicht ausgespuckt... Also Dankeschön hierfür.
    Außerdem: Ein frohes neues Jahr und viel Gesundheit und Erfolg für das selbige!

    Ich habe meine Frage heute auch noch ein paar Studienkollegen gestellt und wir haben drüber diskutiert. Das Ergebnis deckt sich mit deiner Aussage.

    Der eingeschaltete Zustand ist indiskutabel. Der Strom steigt linear an. Hier gilt ja U = di/dt. In diesem Zustand ist U = Ue-Ua, also Eingangsspannung minus Ausgangsspannung.

    Bei geöffnetem Schalter liegt nur noch Ua an. Das müsste folgendes bedeuten. Physikalisch bedingt fließt der Strom zunächst durch die Spule unverändert über die Diode weiter. Jedoch führt Ua dazu, dass sich ein negativer Strom aufbaut, der schließlich einen je nach Spannungsverhältnissen schnelleren oder langsameren Stromabbau hervorruft. Ich denke, so ließe sich das darstellen.
    Aber ich finds toll, dass du dir auch Gedanken dazu gemacht hast. Ich werde das ganze folgenden Donnerstag von unserem Prof noch verifizieren lassen. Er seinerseits ist schließlich Verfasser des obig zitierten Buches! :)

    In diesem Sinne noch einen schönen Abend! :D

    Gruß Julian
     
  7. #6 trekmann, 02.01.2009
    trekmann

    trekmann Spannungsgeprüft

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hallo,

    was bleibt mir anderes Übrig :D. Schreib in 2 Wochen eine Klausur zu dem Thema :D ;).

    Das hört sich durchaus richtig an ;).

    MFg Marcell
     
  8. Groggy

    Groggy Schlitzeklopfer

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hey!
    Ich schätze dann sind wir ja Leidensgenossen, wenn man das so ausdrücken will! :) Bei mir nennt sich das Leistungselektronik an der Hochschule Reutlingen und ich schreibe das in 3 Wochen. *g* Aber ich darf mich ja nicht beschweren. Habs mir ja selbst ausgesucht.
    Wie sieht es bei dir aus? Um was handelt es sich bei dir?
    Außerdem: Man kann hier in diesem Forum ja jemandem sein "Danke" ausdrücken und das steht dann bei jedem bei seinem Nickname dabei. Ich würde dir das ja gerne sozusagen zu Neujahr "schenken"! Wie aber verdammt geht das?! :D

    Viele Grüße,
    Julian
     
  9. #8 trekmann, 02.01.2009
    trekmann

    trekmann Spannungsgeprüft

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Hallo,

    na einfach "Danke sagen" drücken bei dem Beitrag ;).
    Schreib meine auch in 2-3 Wochen an der FH Wolfenbuettel. So zu sagen Leidensgenossen :D.
    WinkeWinke Wünsche dir viel Glück bei deinen Klausuren ;).

    MFg Marcell
     
  10. Groggy

    Groggy Schlitzeklopfer

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    AW: Stromkennlinie von Gleichspannungsstellern

    Ja ich wünsche dir auch viel Glück bei deinen Prüfungen! Hau rein! ;)
    Das mit dem Danke ist aber schwieriger als gedacht. Entweder ich bin verdammt blind oder ich hab so ne Funktion gar nicht... Ich habe die Funktionen "Zitieren" und "Direkt antworten" Ich könnte deinen Beitrag auch bewerten unter Renommee aber das "Danke" suche ich vergeblich! Haeh
     
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