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elektrotechnik_1:analyse_von_gleichstromnetzen [2020/11/13 03:33] – tfischerelektrotechnik_1:analyse_von_gleichstromnetzen [2023/09/19 22:28] (current) – mexleadmin
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-====== 4. Analyse von Gleichstromnetzen ======+====== 4 Analyse von Gleichstromnetzen ======
  
 <callout> <callout>
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 ===== 4.2 Zweigstromverfahren ===== ===== 4.2 Zweigstromverfahren =====
 +
 +<WRAP right>
 +<imgcaption BildNr12 | Beispielschaltung>
 +</imgcaption>
 +{{drawio>Beispielschaltung}}
 +</WRAP>
  
 Im Zweigstromverfahren werden nun "einfach mal" (fast) alle Gleichungen der Schaltung aufgestellt. Konkret werden für jeden Knoten und jede __unabhängige__ Masche die Knoten- und Maschengleichungen aufgeschrieben: Im Zweigstromverfahren werden nun "einfach mal" (fast) alle Gleichungen der Schaltung aufgestellt. Konkret werden für jeden Knoten und jede __unabhängige__ Masche die Knoten- und Maschengleichungen aufgeschrieben:
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 Damit bildet sich ein lineares Gleichungssystem. Dieses kann dann als Matrixgleichung betrachtet werden und mit den Regeln der (mathematischen) Kunst gelöst werden. Damit bildet sich ein lineares Gleichungssystem. Dieses kann dann als Matrixgleichung betrachtet werden und mit den Regeln der (mathematischen) Kunst gelöst werden.
  
-<WRAP right> 
-<imgcaption BildNr12 | Beispielschaltung> 
-</imgcaption> 
-{{drawio>Beispielschaltung}} 
-</WRAP> 
  
 +<WRAP onlyprint>
 Für das Beispiel (<imgref BildNr12>) wären dies die Gleichungen:  Für das Beispiel (<imgref BildNr12>) wären dies die Gleichungen: 
 +
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 +
 +Die Matrizen müssen noch bei den Spannungs- und Stromquellen korrigiert werden!!
  
 <WRAP group><WRAP column half> <WRAP group><WRAP column half>
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 Aufstellen der einzelnen Gleichungen:  Aufstellen der einzelnen Gleichungen: 
 \begin{align*} \begin{align*}
-\scriptsize +\scriptsize\text{Knoten 'a'} & \scriptsize : -I_0          - I_9  - I_7    = 0 \\ 
-\text{Knoten 'a'} &: -I_0          - I_9  - I_{10}    = 0 \\ +\scriptsize\text{Knoten 'b'} & \scriptsize : +I_0  - I_1   - I_3          = 0 \\ 
-\text{Knoten 'b'} &: +I_0  - I_1   - I_3          = 0 \\ +\scriptsize\text{Knoten 'c'} & \scriptsize : + I_1 - I_2   - I_4         = 0 \\ 
-\text{Knoten 'c'} &:   + I_1 - I_2   - I_4         = 0 \\ +\scriptsize\text{Knoten 'd'} & \scriptsize :  - I_5  + I_4        - I_{11}  = 0 \\ 
-\text{Knoten 'd'} &:    - I_3  + I_4        - I_{11}  = 0 \\ +\scriptsize\text{Knoten 'e'} & \scriptsize :   + I_5    + I_6  - I_7      = 0 \\ 
-\text{Knoten 'e'} &:     + I_3    + I_6  - I_7      = 0 \\ +\scriptsize\text{Knoten 'f'} & \scriptsize :  - I_2  + I_3    - I_6    + I_9   +  I_{11}  = 0 
-\text{Knoten 'f'} &:    - I_2  + I_3    - I_6    + I_9   +  I_{11}  = 0 +
 \end{align*} \end{align*}
  
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 \begin{align*} \begin{align*}
 \begin{smallmatrix} \begin{smallmatrix}
-\text{Knoten 'a'}: & -I_0 & & & & & & &   - I_9 & - I_{10} & &  = 0 \\ +\text{Knoten 'a'}: & -I_0 & & & & & & & - I_7 & - I_9 & &  = 0 \\ 
-\text{Knoten 'b'}: & +I_0 & - I_1 & & - I_3   & & & & & & & = 0 \\ +\text{Knoten 'b'}: & +I_0 & - I_1 & & - I_3  & & & & & & & = 0 \\ 
-\text{Knoten 'c'}: &  & + I_1 &- I_2 & & - I_4   & & & & & & = 0 \\ +\text{Knoten 'c'}: &  & + I_1 &- I_2 & & - I_4  & & & & & & = 0 \\ 
-\text{Knoten 'd'}: &  & & &- I_3 & + I_4  &  & & & & - I_{11} & = 0 \\ +\text{Knoten 'd'}: &  & & & & + I_4  & - I_5 & & & & - I_{11} & = 0 \\ 
-\text{Knoten 'e'}: &  & & & + I_3 & &  + I_6 & - I_7  & & & & = 0 \\ +\text{Knoten 'e'}: &  & & & & & + I_5 & + I_6 & - I_7  & & & = 0 \\ 
-\text{Knoten 'f'}: &  & & - I_2 & + I_3 & &  - I_6 & &  + I_9 & & +  I_{11} & = 0 \\+\text{Knoten 'f'}: &  & & - I_2 & + I_3 & & & - I_6 & &  + I_9 & +  I_{11} & = 0 \\
 \end{smallmatrix} \end{smallmatrix}
 \end{align*} \end{align*}
Line 147: Line 152:
 +1 & -1 &  0 & -1 & 0  &  0 & 0 & 0  & 0  & 0  \\ +1 & -1 &  0 & -1 & 0  &  0 & 0 & 0  & 0  & 0  \\
 0  & +1 & -1 & 0  & -1 &  0 & 0 & 0  & 0  & 0  \\ 0  & +1 & -1 & 0  & -1 &  0 & 0 & 0  & 0  & 0  \\
-0  & 0  &  0 & -1 & +1 &  0 & 0 & 0  & 0  & -1   \\ +0  & 0  &  0 & 0  & +1 & -1 & 0 & 0  & 0  & -1   \\ 
-0  & 0  &  0 & +1 & 0  & +1 & -1& 0  & 0  & 0  \\ +0  & 0  &  0 & 0  & 0  & +1 & +1& -1 & 0  & 0  \\ 
-0  & 0  & -1 & +1 & 0  & -1 & 0 & +1 & 0  & +1  \\+0  & 0  & -1 & +1 & 0  &  0 & -1& 0  & +1 & +1  \\
 \end{smallmatrix} \right)  \cdot \end{smallmatrix} \right)  \cdot
 \left( \begin{smallmatrix}  \left( \begin{smallmatrix} 
-I_0 \\ I_1 \\ I_2 \\ I_3 \\ I_4 \\ I_6 \\ I_7 \\ I_9 \\ I_{10} \\ I_{11} +I_0 \\ I_1 \\ I_2 \\ I_3 \\ I_4 \\ I_5 \\ I_6 \\ I_7 \\ I_9 \\ I_{11} 
 \end{smallmatrix} \right) = \vec{0} \end{smallmatrix} \right) = \vec{0}
 \end{align*} \end{align*}
Line 164: Line 169:
 Aufstellen der einzelnen Gleichungen:  Aufstellen der einzelnen Gleichungen: 
 \begin{align*} \begin{align*}
-\text{Masche 'abf'} &: -U_0 + U_3  - I_9    &= 0 \\ +\scriptsize\text{Masche 'abf'} & \scriptsize : -U_0 + U_3  - U_9    = 0 \\ 
-\text{Masche 'bcf'} &: +U_1  - U_2   - U_3          &= 0 \\ +\scriptsize\text{Masche 'bcf'} & \scriptsize : +U_1  - U_2   - U_3          = 0 \\ 
-\text{Masche 'cdf'} &:   + U_2 + U_4   - U_{11}         &= 0 \\ +\scriptsize\text{Masche 'cdf'} & \scriptsize :   + U_2 + U_4   - U_{11}         = 0 \\ 
-\text{Masche 'def'} &:    + U_5  - U_6        + U_{11}  &= 0 \\ +\scriptsize\text{Masche 'def'} & \scriptsize :    + U_5  - U_6        + U_{11}  = 0 \\ 
-\text{Masche 'eaf'} &:     + U_6    - U_7 + U_{10} + U_9      &= 0 \\+\scriptsize\text{Masche 'eaf'} & \scriptsize :     + U_6    - U_7 - U_{10} + U_9      = 0 \\ 
 +\quad \\ 
 \end{align*} \end{align*}
  
-Sortieren der Ströme in Spalten: +Sortieren der Spannungen in Spalten: 
 \begin{align*} \begin{align*}
-\text{Knoten 'a'} &: &&-I_0 && && && && && && && && && - I_9 && - I_{10} && &&  = 0 \\ +\begin{smallmatrix} 
-\text{Knoten 'b'} &: &&+I_0 && - I_1 && && - I_3 && && && && && && && && && = 0 \\ +\text{Masche 'abf'}: &-U_0 & & & + U_3 & & & & & & - U_9 & & &  = 0 \\ 
-\text{Knoten 'c'} &: && && + I_1 &&- I_2 && && - I_4 && && && && && && && && = 0 \\ +\text{Masche 'bcf'}: & & + U_1 & - U_2 & - U_3 & & & & & & & & & = 0 \\ 
-\text{Knoten 'd'} &: && && && &&- I_3 && + I_4 && && && && && && && - I_{11} && = 0 \\ +\text{Masche 'cdf'}: & & & + U_2 & & + U_4 & & & & & & & - U_{11}& = 0 \\ 
-\text{Knoten 'e'} &: && && && && + I_3 && && && + I_6 && - I_7 && && && && && = 0 \\ +\text{Masche 'def'}: & & & & & & + U_5 & - U_6 & & & & & + U_{11} & = 0 \\ 
-\text{Knoten 'f'} &: && && && - I_2 && + I_3 && && && - I_6 && && && + I_9 && && +  I_{11} && = 0 \\ +\text{Masche 'eaf'}: & & & & & & & + U_6 & - U_7 - U_{10} & & - U_9 & & & = 0 \\ 
- \end{align*}+\quad \\ \quad \\ 
 +\end{smallmatrix} 
 +\end{align*}
  
-Aufstellen der Matrix: +Aufstellen der Matrix, hierbei aber $U_m = R_x \cdot I_m$ beachten: 
 \begin{align*} \begin{align*}
    
-\left( \begin{matrix}  +\left( \begin{smallmatrix}  
--1 & 0  &  0 & 0  & 0  &  0 & 0 & -1 & -1 & 0 \\ +-R_0 & 0    &  0   & +R_3 & 0    &  0   & 0   & -R_9 & 0    & 0 \\ 
-+1 & -1 &  0 & -1 & 0  &  0 & 0 & 0  & 0  & 0  \\ +0    & +R_1 & -R_2 & -R_3 & 0    &  0   & 0   & 0    & 0    & 0  \\ 
-0  & +1 & -1 & 0  & -1 &  0 & 0 & 0  & 0  & 0  \\ +0    & 0    & +R_2 & 0    & +R_4 &  0   & 0   & 0    & 0    & -R_{11}  \\ 
-0  & 0  &  0 & -1 & +1 &  0 & 0 & 0  & 0  & -1   \\ +0    & 0    &  0   & 0    & 0    & +R_5 &-R_6 & 0    & 0    & +R_{11}   \\ 
-0  & 0  &  0 & +1 & 0  & +1 & -1& 0  & 0  & 0  \\ +0    & 0    &  0   & 0    & 0    & 0    &+R_6 &-R_7-U_{10}& -R_9 & 0  \\ 
-0  & 0  & -1 & +1 & 0  & -1 & 0 & +1 & 0  & +1  \\ +\end{smallmatrix} \right) \cdot 
-\end{matrix} \right) \cdot +\left( \begin{smallmatrix}  
-\left( \begin{matrix}  +I_0 \\ I_1 \\ I_2 \\ I_3 \\ I_4 \\ I_5 \\ I_6 \\ I_7 \\ I_9 \\ I_{11}  
-I_0 \\ I_1 \\ I_2 \\ I_3 \\ I_4 \\ I_6 \\ I_7 \\ I_9 \\ I_{10} \\ I_{11}  +\end{smallmatrix} \right) = \vec{0} 
-\end{matrix} \right) = \vec{0}+\quad \\
 \end{align*} \end{align*}
 </WRAP></WRAP> </WRAP></WRAP>
 +</WRAP>
 +
 +Diese Matrizen lassen sich z.B. über das {{wpde>Gau%C3%9Fsches_Eliminationsverfahren#Beispiel|Gaußsche Eliminationsverfahren}} lösen.
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
  
 +=== weiteres Beispiel in Videos ===
  
 <WRAP group> <WRAP half column> <WRAP group> <WRAP half column>
Line 363: Line 376:
  
 > Die Ströme in den Zweigen in einem linearen Netzwerk sind gleich der Summe der Teilströme in den betreffenden Zweigen, die durch die einzelnen Quellen hervorgerufen werden. > Die Ströme in den Zweigen in einem linearen Netzwerk sind gleich der Summe der Teilströme in den betreffenden Zweigen, die durch die einzelnen Quellen hervorgerufen werden.
- 
- 
  
 <WRAP group> <WRAP half column> <WRAP group> <WRAP half column>
Line 388: Line 399:
 </WRAP> </WRAP> </WRAP> </WRAP>
  
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
 +=== Beispiel === 
 +
 +<WRAP right>
 +<imgcaption BildNr03 | Beispielschaltung mit Superposition>
 +</imgcaption>
 +{{drawio>BeispielschaltungSuperposition}}
 +</WRAP>
 +
 +
 +
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
  
 <panel type="info" title="Aufgabe 4.5.1 Umwandlung eines bipolaren Signals in ein unipolares"> <panel type="info" title="Aufgabe 4.5.1 Umwandlung eines bipolaren Signals in ein unipolares">
 <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 92%> <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 92%>
  
-<WRAP right>{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+3e-7+63.8+50+5+43%0Ar+-48+224+64+224+0+10000%0Ar+64+224+64+304+0+50000%0Ar+64+224+64+160+0+2000%0Ag+64+304+64+320+0%0AR+64+160+64+128+0+0+40+5+0+0+0.5%0Av+-192+304+-192+240+0+1+40+20+0+0+0.5%0Ag+-192+304+-192+320+0%0Aw+-192+240+-192+224+0%0Ar+-192+224+-96+224+0+1000%0A368+64+224+224+224+0+0%0Ab+-256+144+-112+341+0%0Ax+-252+367+-84+397+4+24+bipolare%5CsQuelle%5Cs%5C%5Cn(z.B.%5CsSensor)%0Ax+92+193+109+196+4+24+R%0Ax+110+207+123+210+4+24+1%0Ax+112+273+125+276+4+24+2%0Ax+94+259+111+262+4+24+R%0Ax+-18+207+-5+210+4+24+3%0Ax+-36+193+-19+196+4+24+R%0Ax+182+361+355+391+4+24+unipolare%5CsSenke%5C%5Cn(z.B.%5CsuC))%0A370+-96+224+-48+224+1+0%0Ax+-188+184+-171+187+4+24+R%0Ax+-169+193+-156+196+4+24+q%0Ao+9+1024+0+4098+20+6.4+0+2+5+0%0A 730,400 noborder}}+<WRAP right>{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&cct=$+1+3e-7+63.8+50+5+43%0Ar+-48+224+64+224+0+10000%0Ar+64+224+64+304+0+50000%0Ar+64+224+64+160+0+2000%0Ag+64+304+64+320+0%0AR+64+160+64+128+0+0+40+5+0+0+0.5%0Av+-192+304+-192+240+0+1+40+20+0+0+0.5%0Ag+-192+304+-192+320+0%0Aw+-192+240+-192+224+0%0Ar+-192+224+-96+224+0+1000%0A368+64+224+224+224+0+0%0Ab+-256+144+-112+341+0%0Ax+-252+367+-84+397+4+24+bipolare%5CsQuelle%5Cs%5C%5Cn(z.B.%5CsSensor)%0Ax+92+193+109+196+4+24+R%0Ax+110+207+123+210+4+24+1%0Ax+112+273+125+276+4+24+2%0Ax+94+259+111+262+4+24+R%0Ax+-18+207+-5+210+4+24+3%0Ax+-36+193+-19+196+4+24+R%0Ax+182+361+355+391+4+24+unipolare%5CsSenke%5C%5Cn(z.B.%5CsuC))%0A370+-96+224+-48+224+1+0%0Ax+-188+184+-171+187+4+24+R%0Ax+-169+193+-156+196+4+24+q%0Ao+9+1024+0+4098+20+6.4+0+2+5+0%0A 730,400 noborder}}
 </WRAP> </WRAP>
  
Line 407: Line 430:
  
 </WRAP></WRAP></panel> </WRAP></WRAP></panel>
 +
 +
 +{{page>aufgabe_4.5.2_mit_rechnung&nofooter}}
 +{{page>aufgabe_4.5.3&nofooter}}
 +{{page>aufgabe_4.5.4&nofooter}}
 +