Guten Abend zusammen,
ich habe mit dem Messgerät Agilent 4294A das frequenzabhängige
Impedanzverhalten verschiedener Spulen untersucht. Nun möchte ich die
Werte entsprechend in die Simulation einpflegen. Die Spulen werden weit
außerhalb der Sättigung betrieben, es geht um die Simulation anderer
Effekte Berücksichtigung. Wisst ihr ob und wie die Umsetzung möglich
ist? Ich freue mich sehr über eine Antwort.
Hallo Philip,
es gibt die Möglichkeit von freq-tables. Die funktionieren hervorragend
in der .AC Analyse, aber sie sie funktionieren schlecht in .TRAN in
vielen SPICE-Programmen und auch schlecht in LTspice. Sprich mit .TRAN
kann man das vergessen.
Ich habe dir ein Beispiel gemacht. Parallel dazu habe ich ein
Ersatzschaltbild mit Skin-Effekt gemacht. Man könnte etwas ähnliches
auch noch mit Laplace-Funktionen machen aber auch das hat das gleiche
Problem bezüglich .TRAN. Völlig problemlos in .TRAN ist das hier
gezeigte Näherungsmodell für Skin-Effekt.
Gruß
Helmut
Hallo Helmut,
die Simulation soll tatsächlich als .AC Analyse betrieben werden.
- Kannst du eine verständliche Anleitung zur Erstellung von freq-tables
empfehlen?
- Bzgl. des Skin effekt modell, hast du Erfahrungswerte genutzt oder
kennst du einen allgemeinen Weg zur Approximation?
Ich habe nun eine weitere Frage und ich vermute, dass du schon mit
dieser gerechnet hast :) Besteht die Möglichkeit, ebenfalls die
Stromabhängigkeit zu Simulieren? Wie du sicher schon gesehen hast
verhält sich die Spule von 0 bis 10 A gleich, danach verliehrt sie einen
Teil der Induktivität. Den Stromverlauf habe ich in der Grafik der
Induktivität ( zweite y-Achse) ergänzt. Des Weiteren habe ich den
gemessenen ohmschen Widerstand hinzugefügt. Dieser macht nur einen
kleinen Teil der Impedanz aus, aber würde eine weitere Verbesserung der
Simulation bedeuten.
Beste Grüße,
Hochachtungsvoll,
Philip
Noch eine kurze Erklärung zu den Grafiken: Ich habe die Spule mit
verschiedenen DC Strömen gemessen um das Verhalten der Induktivität und
des ohmschen Widerstandes bei unterschiedlichen Arbeitspunkte zu
untersuchen.
> nur AC
Wenn du nur .AC simulierst ließe sich die frequenzabhängige Induktivität
auch mit einer Laplaceformel approximieren.
> Bzgl. des Skineffekt-Modells, hast du Erfahrungswerte genutzt oder
kennst du einen allgemeinen Weg zur Approximation?
Ich habe das einfach mal von Hand probiert.
Die Induktivität von Spulen mit Ferrit- oder Eisenkernen nimmt mit
steigendem Strom ab. Das läßt sich beim normalen Spulenmodell mit einer
Formel flux=523u*b*tanh(x/b) statt nur 523u einstellen. Allerdings ist
da keine Frequenzabhängigkeit drin.
Die freq-tables sind ein reines AC-Modell. Da fällt mir auf Anhieb
nichts ein die Spule zusätzlich stromabhängig zu machen.
Hi Philip
Interessante Messung! Könntest du noch verraten wie die Verkabelung des
4294 und der Spule genau ist? Wo kommt der DC strom Offset her?
Danke
Michael
Hallo Michael,
das Agilent 4294A habe ich zur Impedanzmessung verwendet, den DC Strom
habe ich über ein HP 4284A (Precision LCR Meter 20 Hz – 1 MHz)
eingestellt. Den Anschluss der Spule habe ich über den Test Fixture des
Agilent vorgenommen. Bei weiten Fragen gebe ich gerne genauere Infos.
Liebe Kameraden, ich habe eine Idee wie man die Stromabhängigkeit in der
Simualation realisieren könnte - da ich wenig Erfahrung im Bereich der
Programmierung habe bräuchte ich euren Rat bzgl. der Umsetzbarkeit.
Da die Induktivität von 0 A bis 10 A homogen ist würde ich die
Simulation in diesem Bereich mit den gemittelten Werten fahren. Da meine
Schaltung im realen Versuch bis maximal 16 A betrieben wird würde ich
mit dem Agilent und dem HP ebenfalls die Induktivität für 11, 12, 13,
14, 15 und 16 A messen. Meine Idee wäre nun über eine "if" Schleife, die
den Strom abfragt, die jeweilige frequenzabhängige Impedanz
wiederzugeben. Kann man diese Bedingung in die freq-tablets intergieren?
Weiterhin würde ich das gleiche mit dem ohmschen Anteil machen, lässt
sich dieser auch über freq-tablets einstellen?
Auf jeden Fall ist es möglich die freq-table in LTspice mit einem Faktor
zu multiplizieren. Siehe Anhang.
Ganz verschiedene Tabellen könnte man mit einem Schalter SW auswählen.
Hallo Helmut,
kannst du mir bitte die Zeilen deiner Programmierung erläutern? Außer:
+ Frequenz, {Induktivität*Frequenz*2*pi}, Phasenverschienbungswinkel
verstehe ich es nicht.
Ich habe die Werte der 10 Ampere Messung und der 15 Ampere Messung zu je
einer Tabelle verarbeitet, den Syntax der if/else Befehle kennt LTspice
jedoch nicht. Die Simulation soll mit einer U-Quelle durchgeführt
werden.
Mit zwei getrennten Quellen könnte man das machen. Eine von beiden hat
dabei immer den Wert 0.
Achtung, ich habe IL<=10 genommen weil ich eigentlich verstanden habe,
daß eine Kurve für 10A und die andere für 15A ist.
Außerdem haben da bei eingen Werten "u"(micro) gefehlt und bei der 2.
Tabelle war bei 2137Hz ein Anstieg der Induktivität. Den Anstieg habe
ich geändert.
Hallo Helmut,
das hast du richtig verstanden, mir ging es erst mal um das Verständnis
der Programmierung. Jetzt kommt die entscheidende Frage, lässt sich die
Verwendung mehrer Quellen in einer gemischt Schaltung umsetzen, da es
nicht um die isolierte Betrachtung der Spulen geht? Die Simulation und
der Messaufbau enthalten nämlich drei verschiedene Spulen. Zum besseren
Verständnis habe ich den gesamten Messaufbau in LTspice programmiert,
inkl. des Lastwiderstandes der den Strom auf 16 A begrenzt. Die erste
Spule mit ca 500uH (L2) haben wir bereits besprochen. Die zweite Spule
(L3) habe ich mit mehreren Tabellen beschrieben, da diese stark
stromabhängig ist, bzw. früh die Sättigungsmagnetisierung erreicht. Die
dritte Spule (L4) hat nur eine geringe Abweichungen und kann mit den
frequenzabhängigen Mittelwerten der Induktivität simuliert werden.
Beste Grüße,
Philip
Ich habe dir mal die ganzen Fehler behoben.
1. Kurzschlüsse auf Grund gleicher Netznamen
2. Die Spulen L2, L3, L4 müssen zu Subcircuits gemacht werden.
Ctrl plus klick mit rechter Maustaste auf die Spule. L -> X siehe
Bilder.
2. Reihenschaltung notwendig in Subcircuit LF3 statt Parallelschaltung
3. IF-cases korrigiert in Subcircit LF3
Noch ein Tipp. Schaltpläne lassen sich besser lesen, wenn der Signalfluß
von links nach rechts geht, also links mit der Quelle beginnen.
Lieber Helmut,
die Simulation bedient sich nun aber nicht der diskreten Werten der
jeweiligen if- Bedingung sondern simuliert die Ströme und Spannungen mit
allen Kombinationsmöglichkeiten der Tabellen, siehe Bild. Ich habe
versucht die Spannungsquellen mit einer stromgeführten Stromquelle zu
ersetzen die den Stromwert in den Subcircuit übertrgägt, dies hat jedoch
auch nicht das gewünschte Ergebnis geliefert. Hast du eine Idee?
Das ist die gleiche Schaltung die du mir geschickt hast, mit dem
Unterschied, dass die IL Werte nun alle bei .step parametrisiert sind
und das zwei Widerstände mit Tabellen definiert wurden. Die Widerstände
und die Spule L4 funktionieren wie programmiert, da diese nicht
stromabhängig sind. Die Simulation gibt wegen der Interpretierebarkeit
von L2 und L3 eine Kurvenschar für Strom- und Spannungsverläufe wieder.
Ziel der Programmierung ist für jeden Augenblicks-wert des Stroms die
entsprechende Tabelle bzw. Kurve der Induktivität der Spule zu
simulieren.
> Ziel der Programmierung ist für jeden Augenblicks-wert des Stroms die
entsprechende Tabelle bzw. Kurve der Induktivität der Spule zu
simulieren.
Das geht nicht. Ich hatte ja schon früher geschrieben, dass daß es bei
Verwendung von Freq-Tabellen nur mit Parametern als Kriterium
funktioniert aber nicht mit dem aktuellen Strom.
Damit sind wieder am Anfang der Diskussion.
Überhaupt kennt die .AC Simulation gar keinen DC-Strom. SPICE bestimmt
bei nichtlinearen Schaltungen am Anfang den DC-Arbeitspunkt(Strom) und
linearisiert dann die Schaltung für die .AC-Analyse. In der .AC Analyse
ist es dann völlig egal ob du mit 1mA oder 1000A AC-Strom simulierst.
Das sind dann nur entsprechende Multiplikatoren. Deshalb ist schon das
Konzept der AC-analyse falsch angewendet, wenn man meint die
Nichtlinearität der AC-Ströme in der .AC-Analyse simulieren zu wollen.
Hallo Helmut,
ich habe mich nun entschlossen eine Spule auszuwechseln und dann die
Tabellen mit Durchschnittswerten bei den gemessenen Frequenzen zu
betreiben, da die Abweichung der Induktivität bei verschiedenen Strömen
max. 1 % beträgt.
Um die neue Spule zu testen habe ich das CHAN Modell angewendet. Dort
kommt allerdings etwas anderes raus als die Berechnungen mit den
Datenblättern aussagen.
Ich habe zur Überprüfung des rechnerischen Vorgehens und des CHAN
Modells die Daten der Spule L2 verwendet, da ich hier bereits den
Induktivitätsverlauf gemessen habe (siehe weiter oben). Meine Rechnung
geht auf, da die Spule mit 494uH berechnet und dimensioniert wurde.
(L=(ALWert)*(N=Anzahl der Windungen)² = 630E-6 * 28² = 494uH) Bei der
Anwendung des CHAN Modells kommt hier jedoch 440 uH heraus. Ist dir
dieses Problem bekannt?
Im Anhang schicke ich dir die Programmierung des ersten
Induktivitätsmodells und des CHAN Modells sowie die markierten
Datenblätter mit den Relevanten Informationen. Der Spulenkern ist ein
PM-114/93 N-27 mit 28 Windungen. Die Tabellen des Hc,Br,Bs, A und Lm
stammen aus dem Handbuch von Würth-Elektronik. Der Luftspalt Lg und der
AL-Wert aus dem EPCOS Datenblatt.
Beste Grüße
Philip
> Meine Rechnung
geht auf, da die Spule mit 494uH berechnet und dimensioniert wurde.
(L=(ALWert)*(N=Anzahl der Windungen)² = 630E-6 * 28² = 494uH) Bei der
Anwendung des CHAN Modells kommt hier jedoch 440 uH heraus.
> Ist dir dieses Problem bekannt?
Ich habe damit keine Erfahrung.
Die Frage ist natürlich auch ob die Werte im Würth-Buch so genau sind.
Du könntest ja dem Buchauthor nach der Quelle der Parameter fragen.
Die Parameter Hc Bs und Br entsprechen ebenfalls den Angaben aus der
gegebenen Sekundärliteratur:
http://en.tdk.eu/blob/528850/download/4/pdf-n27.pdf
Abweichungen von 16% klingen viel, sind aber durchaus denkbar bei nicht
linearen Bauteilen.
Ich habe eine weitere Frage bzgl. der Simulation des CHAN Modells. Kann
das Chan Modell eine magnetische Sättigung in der AC Analyse darstellen,
bzw. wie? Da die weiter oben angegebene Simulation mit dem CHAN model im
.AC den gleichen Induktivitätswert über alle Frequenzen und Ströme
hinweg konstant mit 440u angibt?
Beim Beginn der .AC-Analyse wird zunächst der DC-Arbeitspunkt bestimmt
und die Steigung bestimmt. Ab da wird die Schaltung für die AC-Analyse
als linear betrachtet. Egal ob man 1mV oder 1kV Wechselspannung anlegt,
das Ergebnis ist einfach proportional zur Eingangsspannung. Die Frage
ist nun wo ist beim Chan-Modell der Arbeitspunkt bei der AC-Analyse. Ist
es auf der Neukurve? Ich weiß es nicht. Du könntest das entweder durch
probieren herausfinden oder du schreibst einfach dem Entwickler Mike
Engelhardt. Er hat die email Adresse die in der Help->About von LTspice
steht.
500uH.PNG
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