Reihenschwingkreis Spannungsüberhöhung darstellen

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo zusammen,

ich möchte wie im Titel erwähnt die Spannungsüberhöhung in einem 
Reihenschwingkreis darstellen. Und zwar das Ganze am Kondensator und an 
der Spule.
Ich habe dazu eine Schaltung in LTSpice entworfen und simuliert wie ihr 
im angehängten Bild sehen könnt.
Doch ich weiß nicht, wie ich die Güte simulieren kann. Deshalb habe ich 
immer das R angepasst, allerdings ist das nicht so korrekt, oder?

Ferner habe ich auch noch die Muster dazu genommen, wie es beim 
Kondensator und Spule in Abhängigkeit der Güte aussehen soll.
Leider stehe ich da komplett auf dem Schlauch wie ich diese Beziehung in 
LTSpice darstellen kann.

Könntet ihr mir bitte weiterhelfen und zeigen, wie die Schaltung hierzu 
aufgebaut werden muss?

Danke im Voraus!

[J. T. (chaoskind)]

Du kannst auch mit dem Verhältnis C/L spielen. Den einen verdoppeln, den 
anderen halbieren. Frequenz gleich, Güte anders.

[Achim S. (Gast)]

Toni M. schrieb:
> Ferner habe ich auch noch die Muster dazu genommen, wie es beim
> Kondensator und Spule in Abhängigkeit der Güte aussehen soll.
> Leider stehe ich da komplett auf dem Schlauch wie ich diese Beziehung in
> LTSpice darstellen kann.

Du hast in deinen Mustern einfach das Verhältnis von U_C zu U_Quelle 
dargestellt. In LTSpice gibst du den Wert der Quelle mit AC 1 als 1V 
vor. Die Division durch 1V kannst du dir schenken, du kannst also 
einfach den Spannungsabfall am Kondensator auftragen (also meinetwegen 
V(n004). Wenn du das wirklich quadriert haben willst wie in deinem 
Muster, dann trage halt das Quadrat auf - also z.B. V(n004)*V(n004).

Um die Güte über den Widerstand zu variieren wäre der übliche Weg, den 
Widerstand durchzusteppen. Also gibt z.B. als Widerstandswer {RSK} an 
und platziere dann noch das Kommando
.step param RSK list 1 2 3 in deiner Simu.

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo zusammen,

zunächst einmal vielen Dank für die schnellen Rückmeldungen.

@JT: du meinst also statt 10u Kondensator auf 5u halbieren und zugleich 
die Spule auf 20mh erhöhen und dann nochmal simulieren im Verhältnis 
C/L?

@Achim: Anbei meine Simulation dazu. Hast du das so gemeint?

In meiner Aufgabenstellung wird konkret folgendes verlangt:
Ich muss einen Reihenschwingkreis untersuchen a) formell unter 
Berücksichti-gung passender Zeigerdiagramme (komplexe Zahlenebene) 
bezüglich ihres Amplituden- und Phasen-Frequenzgangs und b) zahlenmäßig 
mit geeignet selbstgewählten Bauteilparametern. Gehen Sie insbesondere 
auf den Gütefaktor Q der Schaltung und die damit verbundenen Spannung- 
bzw. Stromüberhöhungen ein. Nutzen Sie Matlab, um die zugehörigen 
Bode-Diagramme zu erstellen. Gehen Sie insbesondere auf das Verhalten 
der Schaltung in Abhängigkeit von R ein.

[J. T. (chaoskind)]

Toni M. schrieb:
> @JT: du meinst also statt 10u Kondensator auf 5u halbieren und zugleich
> die Spule auf 20mh erhöhen und dann nochmal simulieren im Verhältnis C/L

Genau das. Oder auch andersherum. Einfach ein wenig rumspielen.

[Achim S. (Gast)]

Toni M. schrieb:
> @Achim: Anbei meine Simulation dazu. Hast du das so gemeint?

jetzt kannst du zwei der drei Schaltkreise in der Simu weglassen (weil 
ja  RSK schon in einem Schwingkreis auf drei verschiedene Zahlenwerte 
durchvariiert wird). Wobei ich immer noch eher gewohnt bin, dass man die 
Spannungsüberhöhung linear darstellt (nicht quadriert wie in deinem 
Beispiel).

Du musst natürlich die Zahlenwerte des RSK noch so wählen, dass die Güte 
die gewünschten Werte hat. Für Q=1..4 kommt es ungefähr so raus wie im 
Anhang. Im Augenblick beträgt die Güte deiner Schwingkreise noch 
zwischen 32 und 11.

Und dann solltest du dir überlegen, ob du wirklich mit LTSpice arbeiten 
willst wenn in der Aufgabenstellung explizit Zeigerdiagramme und 
MATLAB-Plots verlangt werden ;-)

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo Achim,

danke für deine Ausführung. Ich bin ehrlich gesagt nicht so bewandert in 
der Elektrotechnik und wusste nicht, dass es unüblich ist das Ganze in 
einer quadrierten Form anzuzeigen. Das habe ich nur in einem Fachbuch 
gefunden. Dann würde ich auf das Quadrieren verzichten.

Wie kommst du denn auf meine Werte? Ich hätte das selbst nicht gewusst 
wie meine Güte momentan ist...

Ja in Matlab habe ich den Phasen- und Frequenzgang und das Bode-Diagramm 
dargestellt. Doch diese Spannungsüberhöhung übersteigt meine 
Programmier-Fähigkeit, da ich auch das erste Mal mit MATLAB arbeite. 
Hast du mir vielleicht dazu einen Code oder einen Tipp wie ich das 
schreiben muss?

Zu den Zeigerdiagrammen: Ich habe ewig gesucht wie man diese in MALAB 
darstellt und habe wirklich nichts gefunden...Aus diesem Grund habe ich 
sie über PowerPoint gezeichnet. Das ist aber dann nicht richtig, oder?

[Achim S. (Gast)]

Toni M. schrieb:
> Ich bin ehrlich gesagt nicht so bewandert in der Elektrotechnik

wir kommt es dann dazu, dass du eine solche Aufgabe lösen musst?

Toni M. schrieb:
> Wie kommst du denn auf meine Werte? Ich hätte das selbst nicht gewusst
> wie meine Güte momentan ist...

in einem Lehrbuch nachschlagen. Oder als Einstieg mindestens mal bei 
Wikipedia nachschauen:
https://de.m.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCtefaktor

[Fritzchen Freudenstadt (Gast)]

Achim S. meinte im Beitrag #6502324:
> Toni M. schrieb:
>> Ich bin ehrlich gesagt nicht so bewandert in der Elektrotechnik
>
> Wie kommt es dann dazu, dass du eine solche Aufgabe lösen musst?

Vielleicht muss er ja nicht - sondern will (Autodidakt).

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo zusammen,

ich mache nebenher meinen Techniker und da kam dies als Aufgabenstellung 
vor.
Nun habe ich nur eine Schaltung, allerdings ist bei mir genau der 
umgekehrte Fall, dass bei R=4 der kleinste Wert herauskommt und je höher 
die Güte, desto höher muss doch die Amplitude sein...
Danke Achim für den Link ich habe es nun verstanden bzgl. der Gütewerte 
im vorigen Beitrag.

Könnt ihr mir bitte sagen, was ich hier vertauscht habe?

Danke

[Günter Lenz (Gast)]

von Toni M. schrieb:
>und je höher
>die Güte, desto höher muss doch die Amplitude sein...

Ja, je kleiner R1 + Innenwiderstand des Generators,
um so höher ist die Güte. R1 ist hier aber kein Bauteil
sondern symbolisiert die gesamten Verluste des
Schwingkreises.

>Könnt ihr mir bitte sagen, was ich hier vertauscht habe?

Was meinst du den vertauscht zu haben?
Wo siehst du denn einen Widerspruch?

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo Günter,

achso ich hatte gar nicht bedacht, dass R1 die gesamten Verluste des 
Schwingkreises symbolisiert. Nun passt das auch bei mir soweit.

Abschließend würde ich noch gerne wissen, wie man die 
Spannungsüberhöhung bei der Spule hier simuliert. Ich habe zwar ein 
wenig rumgespielt mit den Daten, allerdings nicht mit einem zutreffenden 
Ergebnis...

Danke

[Achim S. (Gast)]

Toni M. schrieb:
> Könnt ihr mir bitte sagen, was ich hier vertauscht habe?

wahrscheinlich die Zuordnung der Kurven zu den Widerstandswerten.

Du kannst die Kurven mit dem Cursor durchlaufen. Durch die Simulation 
mit "gestepped"ten Widerstandswerten wird der Cursor zunächst auf der 
ersten Kurve dargestellt - also bei dir für den Widerstandswert 1Ohm mit 
der größten Überhöhung.

Wenn du dann die Pfeil-nach-oben  Taste drückst durchläuft der Cursor 
nacheinander die Widerstandswerte - wird bei dir also auf die Kurven 
weiter unten springen.

Falls das nicht eindeutig ist: du kannst auch einzelne Kurven aus dem 
parameter-stepping anzeigen: V(n002)@2 zeigt dir z.B. nur die Kurve für 
den zweiten Widerstandswert. Damit solltest du eindeutig zuordnen 
können, dass der größte Widerstandswert zur geringsten Güte und zur 
geringsten Überhöhung führt.

Toni M. schrieb:
> Abschließend würde ich noch gerne wissen, wie man die
> Spannungsüberhöhung bei der Spule hier simuliert.

du trägst den Spannungsabfall an der Spule auf. Also z.B. 
V(n003)-V(n002) (die Namen der Netze musst du noch anpassen). Oder als 
Kurzform: V(n003,n002)

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo Achim,

vielen Dank für die detaillierte Erläuterung. Nun habe ich es mal so 
ausgewählt und man sieht es hier, dass R=1 die rote Kurve bildet und der 
größte Widerstand R=4 die niedrigste darstellt. Ich freu mich, dass das 
geklappt hat :) ob ich das noch in MATLAB hinbekomme mal schauen bis 
Ende dieser Woche...

Im Anhang habe ich die Parameter die ich zur Auswahl habe dargestellt. 
Doch ein Vn003 ist nicht vorhanden und mit dieser Form klappt das 
nicht...

Sorry für so viel fragen aber wie füge ich das Vn003 ein? Für den 
Widerstand R können auch Spannungsüberhöhungen auftreten habe ich 
gelesen, stimmt das? Dazu muss man wohl dann das R anwählen 
oder(Hoffentlich meine letzte Frage zu diesem Thema)

[Achim S. (Gast)]

Toni M. schrieb:
> Im Anhang habe ich die Parameter die ich zur Auswahl habe dargestellt.
> Doch ein Vn003 ist nicht vorhanden und mit dieser Form klappt das
> nicht...
>
> Sorry für so viel fragen aber wie füge ich das Vn003 ein? (Hoffentlich
> meine letzte Frage zu diesem Thema)

Ich weiß nicht, wie bei dir die Spannungsnetze heißen. Du kannst 
draufklicken und siehst deren Namen, ich sehe sie nicht. Ich habe 
"geraten", dass das Netz am oberen Ende deiner Spule vielleicht n003 
heißt, aber offenbar habe ich da falsch geraten.

Eine Möglichkeit da Klarheit zu schaffen besteht darin, den Netzen über 
Labels eindeutige Namen zu geben. Siehe mein Beispiel im Anhang.

Toni M. schrieb:
> Für den
> Widerstand R können auch Spannungsüberhöhungen auftreten habe ich
> gelesen, stimmt das?

Na ja:überlegt dir, wie der Gesamtwiderstand deines Schwingkreises sich 
verhält und welchen Wert dementsprechend der Stromfluss bei der Resonanz 
hat.

[Toni M. (toni_elektro)]

Hallo Achim,

klasse! Mit deiner Veranschaulichung habe ich es auch geschafft.

So habe mal überlegt. Bei der Resonanzfrequenz verschwindet der 
Blindwiderstand, und die volle Spannung liegt an R. Gut dann erübrigt 
sich das ja.

Toller support hier und bzgl. meines Problems mit der Darstellung der 
Zeigerdiagramme eröffne ich lieber einen gesonderten Beitrag.

Wünsche eine gute Woche.

[Carlo (Gast)]

hier eine weitere Berechnungsmöglichkeit
mit Scilab dem freien Math-Progamm :-)
https://www.scilab.org/software/xcos/electronics