Phasenverschiebung

TEILE UND MATERIALIEN

• Niederspannungs-Wechselstromversorgung
• Zwei Kondensatoren, je 0,1 µF, nicht polarisiert (Radio Shack Katalog # 272-135)
• Zwei 27-kΩ-Widerstände

Ich empfehle Keramikscheibenkondensatoren, da sie unempfindlich gegen Polarität (unpolarisiert), kostengünstig und langlebig sind. Vermeiden Sie Kondensatoren mit jeglicher Polaritätskennzeichnung, da diese bei Netzbetrieb zerstört werden!

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 1:„Grundlegende AC-Theorie“

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 4:„Reaktanz und Impedanz – kapazitiv“

LERNZIELE

• Wie sich phasenverschobene Wechselspannungen nicht algebraisch addieren, sondern vektoriell (phasor) arithmetisch

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Bauen Sie die Schaltung auf und messen Sie die Spannungsabfälle an jeder Komponente mit einem AC-Voltmeter. Messen Sie die Gesamtspannung (Versorgungsspannung) mit demselben Voltmeter. Sie werden feststellen, dass die Spannungsabfälle nicht addieren sich zur Gesamtspannung. Dies ist auf Phasenverschiebungen in der Schaltung zurückzuführen:Der Spannungsabfall an den Kondensatoren ist mit dem Spannungsabfall an den Widerständen phasenverschoben, und daher addieren sich die Spannungsabfallzahlen nicht wie erwartet. Unter Berücksichtigung des Phasenwinkels tun addieren sich zum Gesamtwert, aber ein Voltmeter liefert keine Phasenwinkelmessungen, sondern nur die Amplitude.

Versuchen Sie, den Spannungsabfall an beiden Widerständen gleichzeitig zu messen. Dieser Spannungsabfall wird gleich der Summe der Spannungsabfälle, die an jedem Widerstand separat gemessen werden. Dies sagt Ihnen, dass die Spannungsabfallwellenformen der beiden Widerstände phasengleich sind, da sie sich einfach und direkt addieren.

Messen Sie den Spannungsabfall an beiden Kondensatoren gleichzeitig. Dieser Spannungsabfall wird, wie der an den beiden Widerständen gemessene, wird gleich der Summe der an jedem Kondensator separat gemessenen Spannungsabfälle. Dies sagt Ihnen auch, dass die Spannungsabfallwellenformen der beiden Kondensatoren in Phase sind.

Berechnen Sie die Impedanzen für alle Komponenten und bestimmen Sie alle Spannungsabfälle mit dem Ohmschen Gesetz (E=IZ; I=E/Z; Z=E/I). Die polaren Größen der Ergebnisse sollten eng mit Ihren Voltmeter-Messwerten übereinstimmen.

COMPUTER-SIMULATION

Schema mit SPICE-Knotennummern:

Die beiden großohmigen Widerstände R_bogus1 und R_bogus1 sind über die Kondensatoren geschaltet, um einen Gleichstrompfad zur Erde bereitzustellen, damit SPICE funktioniert. Dies ist ein "Fix" für eine der Macken von SPICE, um zu vermeiden, dass die Kondensatoren in seiner Analyse als offene Stromkreise betrachtet werden. Diese beiden Widerstände sind in der realen Schaltung völlig unnötig.

Netzliste (erstellen Sie eine Textdatei mit dem folgenden Text, wörtlich):

Phasenverschiebung v1 1 0 ac 12 sin r1 1 2 27k r2 2 3 27k c1 3 4 0.1u c2 4 0 0.1u rbogus1 3 4 1e9 rbogus2 4 0 1e9 .ac lin 1 60 60 * Spannung an jeder Komponente:. print ac v(1,2) v(2,3) v(3,4) v(4,0) * Spannung zwischen Paaren ähnlicher Komponenten .print ac v(1,3) v(3,0) .end 

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Wechselstrom-Arbeitsblatt
• AC-Phase Arbeitsblatt