Hallo zusammen, Ich habe eine Frage zu einem Vollwellengleichrichter. Besser gesagt zu einem einfachen Netzteil mit Gleichrichtung und Glättung durch ein C. Es treten ja durch die nicht sinusförmige Stromentnahme durch den C( der sich nur auflädt, wenn die Netzspannung größer als die Kondensatorspg ist) Oberschwingungen auf. Ich hatte irgendwann mal gehört, dass gerade Harmonische "gefährlicher" sind als ungerade. Kann mir jemand helfen, die Auswirkung von geraden und ungeraden Harmonischen zu erklären? Gruß Daniel
Keine Ahnung, vielleicht hängt es damit zusammen, dass bei ungeraden Harmonischen pro Halbwelle der 50 Hz eine Verschiebung des Mittelwerts auftritt. MfG Falk
Dan Kübel schrieb: > Ich hatte irgendwann mal gehört, dass gerade Harmonische "gefährlicher" > sind als ungerade. Ja, ich weiß, was du meinst. Die harmonischen Schwingungen sind höherfrequenter als die Grundschwingung, und werden daher noch besser gesiebt. Deshalb macht sich in der Regel auch niemand mehr Gedanken darum. Wie das Spektrum konkret aussieht, müßte man auch mal wissen. Rechnerisch ist das sehr schwierig zu ermitteln, aber man könnte ja mal eine Simulation z.B. in LTspice aufsetzen, um zu sehen, was da passiert. In einer Klausur mußten wir mal grafisch bestimmen, wie anhand der Kurve am Ladekondensator der Spannungseinbruch zu Kapazität und Strom passen. Einfach, weil es rechnerisch wohl ein Mordsaufwand ist. Da spielt ja alles mit, wie z.B. auch Impedanz des Trafos, Impedanz der Last, und die Nichtlinearitäten an den Halbleitern (Gleichrichter). Die Details weiß ich nicht mehr genau. Früher (tm), z.B. vor 50 Jahren, hatte man im Postnetzteilen (Telefonanlagen) immer PI-Filter in der Gleichrichtung. C-L-C. Da wird wohl auf jeden Fall alles Unerwünschte weggefiltert. Das Ding wirkt als Tiefpaß 2. Ordnung. Die Sprechstromkreise waren höchst empfindlich gegen allergeringste Störspannungen, Netzbrummen durfte man nicht mehr hören. Sehr effektive Sache. Heute kennt kaum jemand noch was, wie man ohne einen integrierten Festspannungsregler eine Ripple-Rejection wirksam gestaltet. Beide C hatten jeweils die Hälfte der Gesamtkapazität, und die Spule mußte niederohmig sein, aber eine hohe Induktivität haben. So ein Teil hatte ich auch mal simuliert, hat noch ein Einschwingverhalten mit langsam ausklingender Einschwingfrequenz nach der Einschaltung. Die Einschwingfrequenz ist einfach die Eigenfrequenz des Schwingkreises, die weit weg unterhalb der Netzfrequenz gewählt wird. Nach der Einschwingung spielt das keine Rolle mehr.
Hi, erstmal danke für die Antworten, aber irgendwie ist meine Frage, warum oder ob gerade Oberschwingungen gefährlicher sind als ungerade immmer noch nicht beantwortet? greez
Die harmonischen haben genau wie die 50Hz Schwingung zur gleichen Zeit ihr Maximum und da sie sich Addieren kann es zu erhöhten Spannugsspitzen kommen
spiel mal mit http://www.falstad.com/fourier/ herum. Dort kannst du die Frequenzen einstellen und siehst direkt das resultierende Zeitsignal. Wenn du jetzt überlegst wann Strom fliest, wirst du feststellen, das der Stromfluss mit einer Rechteckfunktion gut angenähert werden kann. Eine Rechteckfunktion hat nur ungerade Oberschwingungen! Es gibt als keine gerade Oberschwingungen! Das gilt jedenfalls für die Annäherung mit einer Rechteckfunktion. In der Praxis hast du natürlich ein anderes Signal und somit auch gerade Oberschwingungen. Allerdings sind die Geraden seehr viel kleiner.
@ Stefan B. (sbs) >Wenn du jetzt überlegst wann Strom fliest, wirst du feststellen, das der >Stromfluss mit einer Rechteckfunktion gut angenähert werden kann. So ein Unsinn! >Eine Rechteckfunktion hat nur ungerade Oberschwingungen! >Es gibt als keine gerade Oberschwingungen! Unsinn die 2te. Ein Rechtecksignal mit 50% Tastverhältnis hat keine geraden Oberschwingungen. >Allerdings sind die Geraden seehr viel kleiner. Blabla!
Dan Kübel schrieb: > Hi, erstmal danke für die Antworten, > > aber irgendwie ist meine Frage, warum oder ob gerade Oberschwingungen > gefährlicher sind als ungerade immmer noch nicht beantwortet? > greez Da müsste die Frage präziser sein: Welche "Gefahr" ist denn gemeint? elektrischer Schlag? Brand? Überschlag in der Isolierung? schlechter Wirkungsgrad? Überlastung der Dioden? .....
Hallo Falk, Lassen wir die Gefahr außer Acht....warum sind die Oberschwingungsströme in der Norm bei geraden Harmonischen sehr viel kleiner als bei ungeraden? @Falk: Wie meinst die Verschiebung des Mittelwerts bei geraden OS?
Dan Kübel schrieb: > aber irgendwie ist meine Frage, warum oder ob gerade Oberschwingungen > gefährlicher sind als ungerade immmer noch nicht beantwortet? OK, die gleichgerichteten 50Hz haben mal eine neue Grundfrequenz von 100Hz. Da ist die neue Grundwelle ja schon mal eine erste geradzahlige Harmonische der Netzfrequenz. Aber was soll da groß passieren? Interessant finde ich die Frage aber schon.
@ Wilhelm.... Ich finde, du solltest nicht von Wellen sprechen ( die sind Zeit und Ortsabhängig), wohingegen Oberschwingungen nur Zeitabhängig sind. Passieren hin oder her......In der Norm werden die ja nicht einfachso die Ströme ohne einen Grund für Gerade OS kleiner wählen........
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Falk Brunner schrieb: > @ Stefan B. (sbs) > >>Wenn du jetzt überlegst wann Strom fliest, wirst du feststellen, das der >>Stromfluss mit einer Rechteckfunktion gut angenähert werden kann. > > So ein Unsinn! Der Stromverlauf durch einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem C ist durch eine Funktion siehe Anhang gut beschrieben. > >>Eine Rechteckfunktion hat nur ungerade Oberschwingungen! >>Es gibt als keine gerade Oberschwingungen! > > Unsinn die 2te. Ein Rechtecksignal mit 50% Tastverhältnis hat keine > geraden Oberschwingungen. Ok, das stimmt. Ich habe von 50% auf beliebige Tastverhältnisse falsch verallgemeinert. > >>Allerdings sind die Geraden seehr viel kleiner. > > Blabla!
Störungen durch Oberwellen: Je nach Schaltung der Trafowicklung oder Motorwicklung kann für die Oberwelle ein Kurzschluss entstehen. z.B. die 3. Harmonische ergibt bei Drehstrom und Dreieckschaltung der Wicklungen einen Kurzschluss. Die Oberwellen bewirken bei Motoren und Transformatoren Blindleistung. Die Oberwellen erzeugen im Motor Drehfelder mit der n-fachen Drehzahl der Grundfrequenz. Ein Kurzschlussläufer läuft dann bezüglich der Oberwellen in Anlaufdrehzahlen. Die in Form der Oberwelle aufgenommene Leistung wird dann verheizt. Bei Zusammenarbeit von Kondensatoren und Induktivitäten (Blindleistungskompensation) kann es zu Resonanzen an Geräten oder im Netz kommen. Bei Phasenverschiebungen im Netz kann es zu Spannungsüberhöhungen kommen. usw.
Die dritte Harmonische OberSCHWINGUNG ist aber ungerade......ich hatte nach geraden gefragt....
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@ Stefan B. (sbs) >Der Stromverlauf durch einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem C ist >durch eine Funktion siehe Anhang gut beschrieben. Nö. Nur weil du die mal fix in einem Generator so erzeugt hast, ist das real noch lange nicht so. Siehe Anhang, eine kleine Simulation. Der Strom ist eher dreieckförmig. MfG Falk
Dan Kübel schrieb: > @ Wilhelm.... > Ich finde, du solltest nicht von Wellen sprechen ( die sind Zeit und > Ortsabhängig), wohingegen Oberschwingungen nur Zeitabhängig sind. OK. Aber bei den gleichgerichteten Halbwellen erhält man schon wieder ein bestimmtes Spektrum. Und wenn die Grundwelle Ortsabhängig ist, sind es die Oberwellen im Grunde auch. Wie sind denn eigentlich deine Annahmen? Idealer Trafo (mit Null Impedanz), ideale Gleichrichtdioden, Konstantstrom oder einfacher Widerstand am Ausgang? Du solltest mal eine LTspice-Simulation zu so einem Gleichrichter machen, um zu sehen, was da passiert. Und etwas mit den Bauteilwerten spielen. Daraus können sich weitere Überlegungen bilden, aber ich kann es nicht garantieren. Rechnerisch bist du da wochenlang beschäftigt. Ein Fourier-Spektrum kann das Ding auch. Das Ding rechnet numerisch, und was es sich da in einer Sekunde zusammen rechnet, das schaffst du von Hand im Rest deines Lebens nicht mehr. Dann kann man mal weiter überlegen.
Hi, ein Brückengleichrichter sollte keine geraden Oberwellen bzgl. der Einspeisung erzeugen. Auf der Verbraucherseite gibt es hingegen nur gerade Oberwellen (Frequenzverdopplung) und den DC-Anteil. Bei einem Einweggleichrichter wirken die geraden Oberwellen auch auf die Einspeise-Seite, aus dem Trafo fließt nur während einer Halbwelle Strom, es ergibt sich ein mittlerer Gleichanteil, der den Kern in die Sättigung treibt.
Ich nehme an, hier geht es um die Netzrückwirkung. Ich kenne mich zwar auf diesem Gebiet nicht aus, könnte mir aber vorstellen, dass die geradzahligen Harmonischen nicht deswegen stärker limitiert werden, weil sie "gefährlicher" sind, sondern weil es für den Gerätehersteller eher zumutbar ist, sie zu unterdrücken. Letztendlich sind alle Oberschwingungen unerwünscht. Wenn man schon die ungeradzahligen Harmonischen nur teilweise unterdrücken kann, sollte man wenigstens die geradzahligen nahezu vollständig eliminieren. Dies ist relativ leicht möglich, wenn man bspw. statt Einweggleichrichtern Brückengleichrichter einsetzt, bei Dimmerschaltungen nicht nur eine, sondern beide Halbwellen anschneidet usw.
Dan Kübel schrieb: > Die dritte Harmonische OberSCHWINGUNG ist aber ungerade......ich hatte > nach geraden gefragt.... Lese bitte Deinen ersten Beitrag in diesem thread nach! Da steht: "... von geraden und ungeraden Harmonischen..." Dass gerade Harmonische das kleinere Problem sind, ergibt sich daraus, dass die meisten Schaltungen durch ihre Symmetrie bezüglich beider Halbwellen weniger gerade Harmonische als ungerade erzeugen."gefährlich" ist da der falsche Ausdruck. Die Probleme bestehen aber bei allen Oberwellen, im wesentlichen unabhängig von der Ordnungszahl: Erzeugung von Blindleistung, die in den Zuleitungen zusätzliche ohmsche Verluste bewirkt. Kurzschlüsse bei bestimmten Trafo- oder Motorschaltungen. Zusätzliche Verluste in Motoren, wegen zusätzlicher Drehfelder. Resonanzeffekt bei Kompensationsschaltungen Resonanzeffekte bei Freileitungen.
OK.......also bisher ist der Stand, dass die geraden harmonischen leichter unterdrückt werden können, weswegen sie in der Norm mit einem geringeren Effektivstrom beziffert werden.? Die Begründung ist meines Erachtens nach noch ein wenig schwammig.....
Falk Brunner schrieb: > Siehe Anhang, eine kleine Simulation. Dein Brückengleichrichter ist echt witzig. Wie hier: Beitrag "Warum zwei parallele Dioden?" So bekomme ich jedenfalls keine Vollweggleichrichtung hin :D mfg mf
Dafür aber eine Einweggleichrichtung mit sehr hoher Zuverlässigkeit: Eine beliebige der vier Dioden darf auf eine beliebige Art und Weise ausfallen (Unterbrechung, Kurzschluss oder irgendetwas dazwischen), und die Gleichrichtung funktioniert immer noch. So werden ordentliche Schaltungen gebaut ;-) Nachteil der Schaltung: Der Eingangsstrom hat einen hohen Anteil an geradzahligen Harmonischen :D
Jetzt bin ich echt mal auf die Antwort von Heißblut Falk gespannt. Nix für ungut. Gehe belustigt Schlafen...
Dan Kübel schrieb: > aber irgendwie ist meine Frage, warum oder ob gerade Oberschwingungen > gefährlicher sind als ungerade immmer noch nicht beantwortet? Also ich habe jetzt mal nachgeschlagen. Das Problem ist, dass beim Auftreten gerader Oberschwingungen häufig Gleichanteile entstehen. Das kann die Transformatoren in die Sättigung treiben.
Hi GB, hmm, ok, aber warum entsteht bei geraden Oberschwingungen ein Gleichanteil. Versteh ich net...
Na, dann multiplizier mal: cos(x)*cos(x) Der Anteil, der nicht von x abhängt, ist der Gleichanteil.
Der Gleichanteil kann zwar als 0. Oberschwingung angesehen werden, und 0 ist eine gerade Zahl. In der Norm ist aber gerade der Gleichanteil nicht spezifiziert, sondern nur die echten Oberschwingungen. Weiterhin gehen zwar Gleichanteile oft einher mit geradzahligen Ober- schwingungen (z.B. bei einem Einweggleichrichter), das muss aber nicht immer so sein. Ein Gleichanteil kann auch ohne geradzahlige Oberschwin- gungen (>=2) auftreten und umgekehrt. Wenn man mit der Norm also die Gleichanteile bekämpfen will, sollten diese dort explizit aufgeführt sein.
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Ok, da hab ich wohl einen Bock geschossen mit dem Gleichrichter. Weidmann's Heil! ;-) Hier mal die korrigierte Version. Und wie man sieht, haben wir dann auch Pulse mit beiden Polaritäten. Und was sehen wir? Die geradzahligen Oberwellen sind weg! Huch. Was aber klar ist, weil die bipolaren Pulse eine ungerade Funktion darstellen, rotationssymetrisch zum Koordinatennullpunkt. Allerdings spuckt der erste, fette Ladepuls noch in die FFT, sieht man an dem welligen Sattel des Spektrums. Lässt man den weg, indem man erst nach 100ms die Simulation aufzeichnen lässt, komm ein astreines Linienspektrum einer ungeraden, periodischen Funktion hervor. Damit könnte man die höheren Anforderungen an geradzahlige Oberwellen erklären, sie sind bei symetrisch belasteten Gleichrichtern/Maschinen deutlich schwächer bis nicht vorhanden. MfG Falk
@Falk: Hast du auch mal mit TINA, LTspice oder QUCS gespielt? Findest du PSPICE besser? Mich würde ja mal interessieren, wie man kostengünstig an HSPICE rankommt.
Um noch an den Oberschwingungen weiter rumzudiskutieren... In der Norm wird ja eigentlich nur der Betrag ck einer n-ten OS spezifiziert. Im Umkehrschluß heißt das ja, dass kein eindeutiges Zeitsignal in der Norm festgelegt ist, da die phase der Fourierreihe bzw. die Phase der n-ten OS nicht festgelegt ist???
@ Abdul K. (ehydra) Benutzerseite >Hast du auch mal mit TINA, LTspice oder QUCS gespielt? Nein. > Findest du PSPICE besser? Keine Ahnung, für meine, eher bescheidenen Anforderungen, reicht es. MfG Falk
Dan Kübel schrieb: > Um noch an den Oberschwingungen weiter rumzudiskutieren... > In der Norm wird ja eigentlich nur der Betrag ck einer n-ten OS > spezifiziert. Im Umkehrschluß heißt das ja, dass kein eindeutiges > Zeitsignal in der Norm festgelegt ist, da die phase der Fourierreihe > bzw. die Phase der n-ten OS nicht festgelegt ist??? Mit solchen Fragen überforderst du den typischen E-Techniker deutlich. Vermutlich hat man sich darüber keine Gedanken gemacht. Bei den Normen ist es immer das gleiche Problem: Es steht was drin und keiner kann sich erinnern warum es überhaupt drin landete; und warum genau ein bestimmter Wert definiert wurde. Typisch runder Tisch eben. Da sind unsere Gesetzesgeber noch Waisenknaben dagegen. Aber die holen auf.
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