Hochspannungsteiler Frequenzantwort

[Damien (Gast)]

Ich will einen Hochspannungsteiler (gedämpften kapazitiven 
Hochspannungsteiler) mittels Matlab im Frequenzbereich (Frequenzantwort 
von 50Hz-5MHz) simulieren. Dies mittels Matlab, da ich variable Größen 
habe und dies mit LTSpice mühsam wird.

Da in diesem Spannungsteiler alle Parameter berücksichtigt werden (siehe 
Schema), wie die parasitären Induktivitäten und Kapazitäten der 
Zuleitung, Messkreises etc., die je nach Baugröße des Teilers variieren, 
will ich dies mit den entsprechenden Impedanzen darstellen. Ist das eine 
gute Idee? Nun habe ich keine Ahnung wie ich mein Problem angehen soll, 
darum wäre ich dankbar für ein paar Tipps.

Danke für eure Hilfe

Damien

[Udo S. (urschmitt)]

Sicher daß deine (parasitäre) Kapazität in Reihe liegt?
Eigentlich ist die bei einem Tastkopf parallel zu den Ohmschen 
Widerständen.

[Raymund H. (raymund_h)]

http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ug/introducing-the-phasor-simulation-method.html

[Damien (Gast)]

Die parasitäre Kapazität Ce liegt parallel, ja. Hab ich auch so 
eingezeichnet. Alle Grössen mit dem Index "l" sind parasitäre Parameter 
der Zuleitung und der Index "m" steht für den Messkreis.

R1 und C1 sind die Widerstände und Kondensatoren im Hochspannungsteil 
und R2 und C2 die ihm Niederspannungsteil.

Hochspannungseingang U1=220kV und Messspannung U2=100V

[Damien (Gast)]

Hat jemand eine Idee wie man zur Übertragungsfunktion im LaPlace Bereich 
gelangt? (Scheint mir sehr kompliziert)

[Helmut S. (helmuts)]

Damien schrieb:
> Hat jemand eine Idee wie man zur Übertragungsfunktion im LaPlace Bereich
> gelangt? (Scheint mir sehr kompliziert)


Mit 6 L/C wird das von Hand schon sehr mühsam.
Das Programm SapWin kann dir das symbolisch berechnen(Formel). 
Allerdings wirst du an den elend langen Formeln nicht mehr das Verhalten 
im Kopf beurteilen können. Für Matlab oder LTspice zum rechnen reichts 
aber. SapWin gibts im Internet. Die Schaltplaneingabe in SapWin ist 
allerdings eine Strafarbeit.

http://cirlab.det.unifi.it/Sapwin/Download.htm

[Damien (Gast)]

Danke Helmut. War sehr hilfreich. Nun kann man mit Sapwin auch 
gleichzeitig die Frequenzantwort darstellen (Vergleiche diese z.B. mit 
der Frequenzantwort von LTSPice). Jedoch zeigt es mir bei einer 
Eingangsspannung von 20.2kV und einer Ausgangsspannung von 160V eine 
Magnitude von +64dB an.

Diese sollte jedoch bei etwa -40dB liegen. Muss man die Eingangsspannung 
noch explizit vermerken?

Besten Dank

Damien

[Falk B. (falk)]

Es gibt keine Frequenzantwort, bestenfalls einen Frequenzgang oder eine 
Sprungantwort.

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Damien,
gib mir die Datei von Sapwin und den Scahltplan von LTspice(.asc)) und 
ich sage dir wie es richtig geht.
Gruß
Helmut

[Damien (Gast)]

Beiliegend findest du die .asc (LTSpice) und die .sch (Sapwin) Datei.

Danke dir schon im voraus

Damien

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Damien,
hier die versprochene Hilfe. Nach den Änderungen stimmen beide 
Ergebnisse überein.

Das Geheimnis deines "unerklärlichen" Ergebnisses in LTspice liegt an 
dessen erweiterten Kondensatormodell. Es hat neben Lser, Rser auch ein 
Cpar das im Control Panel auf 1e-6*C gesetzt ist. Siehe auch die "Help" 
in LTspice. Dieses Cpar verursacht zusammen mit Lser bei extrem hohen 
Frequenzen eine Parallelresonanz. Cpar muss man auf 0 setzen um das zu 
vermeiden.
Tipp: Mit Ctrl Rechtsklick auf das Symbol kann man die Parameter 
sichtbar/unsichtbar machen.



Für Interessierte die Formel die SapWin3 aus dm Schaltplan berechnet.

(  + C1 R3) s

(  + C2 C1 R2 R3) s^2

(  + C2 C1 L2 R3) s^3

------------------------------------------------------------

(  +1)

(  + C1 R3 + C1 R1 + C2 R3 + C2 R2) s

(  + C2 C1 R2 R3 + C2 C1 R1 R3 + C2 C1 R1 R2 + C1 L1 + C2 L2) s^2

(  + C2 C1 L2 R3 + C2 C1 L2 R1 + C2 C1 L1 R3 + C2 C1 L1 R2) s^3

(  + C2 C1 L1 L2) s^4

[Damien (Gast)]

Hallo Helmut

Ich danke dir vielmals für deine Hilfe. Da wäre ich jetzt echt nie 
darauf gekommen!

Liebe Grüsse und noch einen schönen Abend.

Damien

[Walter Braun (Gast)]

Die Übertragungsfunktion lässt sich von hand gerade noch so mit der 
Spannungsteilerformel und den Operatorimpedanzen p*L bzw. 1/p*C rechnen. 
Ist aber mühselig.

[Damien S. (damien1992)]

Hallo Helmut, bzw. alle zusammen;-)

Ich hätte da noch eine Frage. Ich simuliere jetzt einen parallel 
kapazitiven Spannungsteiler. Das Hauptproblem ist, dass ab einer 
bestimmen Frequenz die Kapazitäten wie ein Kurzschluss wirken und der 
Teiler unbrauchbar wird. Nur kann ich dies in meinem Simulationsresultat 
nicht beobachten, bzw. habe Mühe das Resultat ab 1MHz richtig zu 
interpretieren.

Wäre euch dankbar wenn ihr mal drüber schauen würdet und mich auf 
allfällige Fehler meinerseits aufmerksam machen könntet. Beiliegend 
findet ihr die .asc Datei meiner Simulation.

Gruss
Damien

[Abdul K. (ehydra)]

Wenn du es plottest, siehst du eigentlich nur die Resonanz jenseits 
1MHz. Da schwingen die Cs mit ihren parasitären Induktivitäten. Plottest 
du nur bis 1MHz, kannst du klar den Stromanstieg aus V1 erkennen.

[Damien S. (damien1992)]

Ok. Danke dir. Jedoch verstehe ich den "negativen" Peak des Ausgangs bei 
1MHz nicht, bei einem Kurzschluss sollte ja die Magnitude direkt auf 0dB 
steigen (da kein Spannungsabfall mehr) und nicht zuerst noch weiter 
hinunter oder täusche ich mich? Den Kurzschluss sollte man doch auch mit 
der Frequenzantwort interpretieren können... verstehe nicht was du mit 
den parasitären Induktivitäten meinst? Die "Lser" der Kapazitäten habe 
ich ja definiert.

Gruss

Damien

[Abdul K. (ehydra)]

Du hast mehrere Resonanzen.

[Helmut S. (helmuts)]

Bei 1MHz hast du Serienresonanz des unteren LC-Kreises. Dessen Z wird 
0Ohm und deshalb fällt an dem 0V ab.
I*0Ohm = 0V
0 = -unendlich dB

[Damien S. (damien1992)]

Bei der Simulation des parallelen Teilers (siehe Bilder) bei 558kHz 
bekomme ich keine stabile Ausgangsspannung. (Schon bei einigen kHz ist 
dies der Fall) Wie ist das zu erklären? Beim seriellen Teiler ist dies 
nicht der Fall!

Gruss

Damien

[Damien S. (damien1992)]

Hat wahrscheinlich wieder mit den Resonanzfrequenzen des LC Teils zu 
tun? Es herrschen 2 Frequenzen. Die 558kHz und die f=1/(L1*C1*2*PI). 
Verstehe einfach nicht wie diese 2te Frequenz zustande kommt.

[Helmut S. (helmuts)]

Du musst die Einschwingvorgänge des Filters abwarten.

.tran 0 1m 0 0.01u