Resonanz durch Überkompensation
Im Unterforum Grundlagen - Beschreibung: Grundlagen und Fragen für Einsteiger in der Elektronik
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Resonanz durch Überkompensation |
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BID = 680520
:andi:
Inventar
Beiträge: 3205
Wohnort: Bayern
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Guten Abend zusammen,
beim Lesen dieses Beitrags https://forum.electronicwerkstatt.d.....80376 schoss mir eine nie so richtig verstandene Sache aus der Berufsschule in den Kopf. Dort wurde immer davor gewarnt, einen induktiven Verbraucher zu hoch zu kompensieren, weil sonst Resonanz auftritt und hohe Spannungen mit zerstörerischer Wirkung auftreten.
Im Zusammenhang damit habe ich mich schon immer gefragt, warum das in der Praxis nicht auftritt, wenn ich beispielsweise ein paar unkompensierte Leuchtstofflampen und ein paar Schaltnetzteile zusammen betreibe. Kann man damit nicht das Netz auf den schmalen Grat zwischen induktiv und kapazitiv bringen?
Wer kann mir die (vermutlich simple) Erklärung geben? 
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"Gestern gings noch, da kann net viel sein" |
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BID = 680545
perl
Ehrenmitglied
Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| | weil sonst Resonanz auftritt und hohe Spannungen mit zerstörerischer Wirkung auftreten |
... können, nicht müssen!
Ob die Resonanzkatastrophe eintreten kann, hängt davon ab, ob es sich um eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung von L und C handelt.
Wenn wir einmal die stets auch vorhandenen Wirk- bzw. Verlustwiderstände außer acht lassen, gibt es sowohl an L wie auch an C eine Phasenverschiebung von 90° zwischen Strom und Spannung.
Der Unterschied ist bekanntermaßen ob der Strom der Spannung voreilt oder nacheilt.
Aufgrund der Phasenverschiebung von +90° bzw. -90° haben beidesmal sowohl die Blindleitwerte wie auch die Blindwiderstände von L und C entgegengesetztes Vorzeichen.
Im Resonanzfall sind sie auch noch betragsmäßig gleich und dann können sie sich zu 0 addieren.
Das ist bei exakter Kompensation der Fall.
Bei der Reihenschaltung addieren sich dann die Blindwiderstände zu 0, was einen außerordenlich hohen Strom und dementsprechend extreme Spannungen an L und C zur Folge hat, obwohl die Klemmenspannung der Reihenschaltung praktisch Null ist.
Bie der Parallelschaltung addieren sich die Leitwerte zu 0 und als Folge tritt nahezu kein Stromfluß auf.
Die Spannung an den Komponenten entspricht dann trivialerweise nur der Klemmenspannung.
Die soeben vernachlässigten Wirkwiderstande sorgen in der Praxis dafür, dass immer ein gewisser Restwiderstand bzw. eine Restleitfähigkeit verbleibt und deshalb der Wert 0 nicht erreicht werden kann.
Das führt dazu, daß auch die Resonanzeffekte nicht so extrem ausfallen. Immerhin sind aber bei geeigneter Wahl der Komponenten und der Frequenz resonanzbedingte Spannungs- bzw. Stromüberhöhungen um einige hundert bis hin zum etwa 1000-fachen erreichbar.
Zitat :
| | Im Zusammenhang damit habe ich mich schon immer gefragt, warum das in der Praxis nicht auftritt, wenn ich beispielsweise ein paar unkompensierte Leuchtstofflampen und ein paar Schaltnetzteile zusammen betreibe. Kann man damit nicht das Netz auf den schmalen Grat zwischen induktiv und kapazitiv bringen? |
Einerseits passiert, wie oben erläutert, bei der Parallelschaltung von L und C ohnehin nichts dramatisches, allenfalls kann der Blindstrom 0 werden, was dann einer reinen Widerstandslast entspricht und vom EVU gern gesehen wird.
Zum anderen aber sind Schaltnetzteile keine wirklich kapazitiven Verbraucher.
Zwischen dem großen Siebelko und dem Netzanschluss befindet sich dort ja noch der Gleichrichter, welcher verhindert, dass der Kondensator Strom ins Netz abgibt.
Diese Möglichkeit der Energieabgabe ist aber ganz wesentlich für das Auftreten von Resonanzerscheinungen.
In Dimmerschaltungen hat eine derartige Last i.W. nur die schlechten Eigenschaften eines Kondensators, wie das Auftreten des hohen Einschaltstromstoßes, der hier aber 100mal pro Sekunde auftritt und den Triac im Dimmer beschädigen kann.
Ebenso sind induktive Lasten problematisch, weil sie einerseits die bekannten Spannungsspitzen beim Abschalten zeigen und anderseits fast keinen Gleichstromwiderstand besitzen.
Der erste Effekt kann das Abschalten des Triac im Nulldurchgang verhindern und der zweite führt bei nicht vollkommen perfekter Symmetrie des Phasenanschnitts zu einer Gleichstromvorbelastung des Eisenkerns und sehr hohem Stromfluß wenn dann magnetische Sättigung eintritt.
Beide Effekte können gleichzeitig vorhanden sein und besonders gefährlich ist es, wenn der Triac nur in einer Halbwelle nicht abschalten kann.
Dann arbeitet er als Einweggleichrichter und versorgt die induktive Last mit Gleichspannung - mit allen daraus resultierenden Konsequenzen. 
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BID = 680571
Otiffany
Urgestein
Beiträge: 13763
Wohnort: 37081 Göttingen
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Ich hatte mal ein Riesenproblem mit einer großen Laborzentrifuge bei einem wichtigen Kunden. Von Zeit zu Zeit fiel das Garät während des Laufes plötzlich aus. Keiner fand den Fehler. Schließlich kam ich doch noch der Ursache auf die Schliche. In der Elektroniksteuerung waren
2x µA709 (OPs) verbaut und extern frequenzkompensiert. Irgendwann hatte mal ein Kollege diese ICs durch den Nachfolgetyp µA741 ersetzt.
Dummerweise sind die beiden ICs zwar Pinkompatibel, unterscheiden sich aber dadurch, daß der µA709 nicht intern kompensiert ist, währen es der µA741 ist. Hier war die Überkompensation schuld an den Ausfällen. Als ich die Kompensationskondensatoren abgeknipst hatte, war der Fehler behoben.
Gruß
Peter
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BID = 680605
perl
Ehrenmitglied
Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach
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Was du beschreibst, ist die Frequenzkompensation des Phasengangs eines Opamps.
Das ist etwas anders als die Blindstromkompensation, an die, wie ich meine, :andi: denkt.
Zitat :
| | Als ich die Kompensationskondensatoren abgeknipst hatte, war der Fehler behoben. |
Drücken wir es mal so aus: Dann hat der 741 nicht mehr geschwungen.
Besser hättest du den 741 entfernt, denn diese Art der "Reparatur" hat nicht viel Gutes:
Der 741 hat nämlich gar keine Anschlüsse für Frequenzkompensation. Insofern war er mit der der RC-Kombination an den Anschlüssen 1-5 auch nicht überkompensiert, sondern schlicht falsch beschaltet.
Auch das Poti für die Korrektur der Offsetspannung wird beim 709 völlig anders angeschlossen als beim 741.
Ein korrekt kompensierter 709 ist recht schnell, während der intern kompensierte 741 eine ausgesprochen lahme Ente ist.
Man darf also vermuten, dass sich das Verhalten der Regelschleife durch den Einsatz des "moderneren" 741 auch nicht gerade verbessert hat.
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BID = 680610
Otiffany
Urgestein
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Da magst Du (wie immer) Recht haben; leider war der µA709 nicht mehr so einfach zu beschaffen, deshalb der Wechsel.
Daß der µA 741 geschwungen hat, war mir schon klar; deshalb auch die Fehlfunktion der Regelung. Jedenfalls hatte der externe Kondensator das Schwingen verursacht.
Du hast auch Recht, daß dieses Verhalten etwas Anderes ist, als das was andi meint.
Gruß
Peter
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BID = 696344
:andi:
Inventar
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Wohnort: Bayern
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Thread vergessen! Wird gelesen und gelernt, sobald ich wieder ein Fünkchen Freizeit habe...
Danke Euch.
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"Gestern gings noch, da kann net viel sein"
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