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Ingenieurwesen » Elektrotechnik » Gleichrichterschaltung B2
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Universität/Hochschule Gleichrichterschaltung B2
Sinnfrei
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  Themenstart: 2021-08-30

Aufgabe: In der Abbildung ist eine Gleichrichterschaltung dargestellt. Der Effektivwert der Sekundärspannung des Universal-Transformators beträgt $12 ~\mathrm{V}$, wenn an der Primärseite die Netzspannung ($230 ~\mathrm{V}$ eff.) mit einer Frequenz von $50~\mathrm{Hz}$ anliegt. Die Innenwiderstände der Transformatorwicklungen können vernachlässigt werden. Für die Gleichrichterdioden soll bei den weiteren Betrachtungen idealisiert die Schleusenspannung $0.7~\mathrm{V}$ und der differenzielle Widerstand $r_{Diode} = 0~\mathrm{\Omega}$ gelten. In Sperrrichtung soll der fließende Strom durch die Dioden vernachlässigt werden. In die angeschlossene Last fließt bei Spannungen über $5~\mathrm{V}$ ein konstanter Strom $i_a = 10~\mathrm{mA}$. Der Pufferkondensator besitzt die Kapazität $C = 10~\mathrm{\mu F}$ https://matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/b/54796_Gleichrichterschaltung.png a) Wie wird die Gleichrichterschaltung in der Abbildung bezeichnet? b) Skizzieren Sie zeichnerisch untereinander die Spannungsverläufe $u_2(t)$ und $u_a(t)$ sowie den Strom $i_{D1}(t)$ durch die Diode D1, wenn die Schaltung schon längere Zeit an der oben genannten Netzspannung angeschlossen ist. Beschriften Sie die Zeitachsen sowie die Achsen der Spannungen mit Werten. c) Bestimmen Sie von der Brummspannung den Spitze-Spitzewert, den Sie genähert bei der angeschlossenen Last erwarten. d) Für welche maximale Spannung in Sperrrichtung müssen die Dioden mindestens ausgelegt werden, wenn keine Last angeschlossen ist und somit $i_a = 0~\mathrm{A}$ gilt? e) Welchem Zweck dient der Transformator? Erläutern Sie in diesem Zusammenhang, ob dieser hinsichtlich der Schutzkleinspannung auf der Sekundärseite gegebenenfalls durch einen einfachen Spannungsteiler aus Ohm'schen Widerständen ersetzt werden könnte. Anregungen/Fragen: a) Wäre eine Brückengleichrichterschaltung (Zweipuls-Brückenschaltung B2) b) Wie bestimmt man für die Spannungsverläufe $u_2(t)$, $u_a(t)$ und den Strom $i_{D1}(t)$. Also wie geht man bei der Aufgabe vor? c) Die Formel, für die Brumspannung, wäre: $U_{ab} = C_L \cdot U_{Br_{pp}} = I_a \cdot (\frac{T}{N} - (t_2 - t_1))$ mit N: Anzahl Halbwellen pro Periode, somit wäre N = 2, weil es eine B2-Schaltung ist. Ich denke daran, dass man die Brummspannung mal 2 rechnen müsste, um auf den Spize-Spitzewert davon zu kommen. Dafür bräuche man, jedoch die Verläufe aus Aufgabe b) d) Wie berechnet man die maximale Spannung in Sperrrichtung, aus den Gegebenheiten. Ich denke mal das es eine Formel dazu gibt, komm da momentan nicht drauf. e) Bei der Aufgabe, sehe ich noch nicht, wieso man den Transformator bezüglich der Sekundärseite, durch einen Spannungsteiler ersetzen könnte. Der Zweck des Transformators ist glaube ich, dass eine Spannung induziert wird, die durch die Primärseite erzeugt wird. Mehr fällt mir dazu nicht ein.


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rlk
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Hallo Sinnfrei, \quoteon(2021-08-30 22:30 - Sinnfrei im Themenstart) Anregungen/Fragen: a) Wäre eine Brückengleichrichterschaltung (Zweipuls-Brückenschaltung B2) \quoteoff das ist richtig. Es handelt sich um einen Zweiweggleichrichter. Skizziere oder beschreibe die beiden Wege, die der Strom für $u_2>0$ und $u_2<0$ nimmt. Sie werden später benötigt. \quoteon(2021-08-30 22:30 - Sinnfrei im Themenstart) b) Wie bestimmt man für die Spannungsverläufe $u_2(t)$, $u_a(t)$ und den Strom $i_{D1}(t)$. Also wie geht man bei der Aufgabe vor? \quoteoff Die Sekundärspannung $u_2(t)$ des Transformators ist gleich der mit dem Faktor $12/230$ multiplizierten Eingangsspannung. Für die Bestimmung der Ausgangsspannung $u_a(t)$ betrachte die beiden Wege aus Antwort a und stelle die entsprechenden Maschengleichungen auf. Wenn die Dioden in Durchlassrichtung gepolt sind liegt die Flussspannung $U_F$ an und der Kondensator wird geladen, die Maschengleichung liefert $u_a(t)$ für diese Phase. Aus dem Zusammenhang zwischen Spannung und Strom am Kondensator kannst Du den Strom $i_{D1}(t)$ durch die Diode bestimmen. Sobald die Spannung an den Dioden kleiner wird als die Flussspannung, werden sie nichtleitend und der Kondensator wird mit dem konstanten Strom $i_a$ entladen. Wie verändert sich daher die Spannung $u_a(t)$? \quoteon(2021-08-30 22:30 - Sinnfrei im Themenstart) c) Die Formel, für die Brumspannung, wäre: $U_{ab} = C_L \cdot U_{Br_{pp}} = I_a \cdot (\frac{T}{N} - (t_2 - t_1))$ mit N: Anzahl Halbwellen pro Periode, somit wäre N = 2, weil es eine B2-Schaltung ist. Ich denke daran, dass man die Brummspannung mal 2 rechnen müsste, um auf den Spize-Spitzewert davon zu kommen. Dafür bräuche man, jedoch die Verläufe aus Aufgabe b) \quoteoff Was bedeutet $U_{ab}$ in der Formel? Die Terme $C_L \cdot U_{Br_{pp}}$ und $I_a \cdot (\frac{T}{N} - (t_2 - t_1))$ haben die Dimension einer Ladung. Der Index $pp$ in $U_{Br_{pp}}$ steht für peak-peak, diese Spannung ist also der gesuchte Spitz-Spitze-Wert der Brummspannung. Welche Bedeutung haben die Zeiten $t_1$ und $t_2$? $N=2$ ist richtig. \quoteon(2021-08-30 22:30 - Sinnfrei im Themenstart) d) Wie berechnet man die maximale Spannung in Sperrrichtung, aus den Gegebenheiten. Ich denke mal das es eine Formel dazu gibt, komm da momentan nicht drauf. \quoteoff Dazu kannst Du die Maschengleichung für den zweiten Stromweg aufstellen. \quoteon(2021-08-30 22:30 - Sinnfrei im Themenstart) e) Bei der Aufgabe, sehe ich noch nicht, wieso man den Transformator bezüglich der Sekundärseite, durch einen Spannungsteiler ersetzen könnte. Der Zweck des Transformators ist glaube ich, dass eine Spannung induziert wird, die durch die Primärseite erzeugt wird. Mehr fällt mir dazu nicht ein. \quoteoff Der Transformator erzeugt ein mit dem Faktor $12/230$ skaliertes Abbild der Eingangsspannung $u_1(t)$, das könnte man auch mit einem Spannungsteiler machen. Dieser hätte aber keinen vernachlässigbaren Widerstand und würde viel Leistung verbrauchen. Die Last wäre dann nur durch zwei Dioden mit dem Nullleiter verbunden. Was könnte passieren, wenn die Anschlüsse N und L1 vertauscht würden und jemand eine der Ausgangsklemmen berührt? Ich hoffe, das hilft Dir, Roland


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