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17. Verkoppelung von Induktivitäten

Kernlose Verkoppelung
Verkoppelung mit einem magnetischen Kern

Dieser Abschnitt zeigt Ihnen, wie Sie Induktivitäten zu Übertragern und Spulen mit Anzapfungen verkoppeln können. Dabei können Sie zwischen einer Verkoppelung durch einen magnetischen Kern und einer kernlosen Verkoppelung wählen.

Kernlose Verkoppelung

Die nachfolgende Schaltung stellt einen Übertrager mit drei Wicklungen dar, die ohne einen Kern (also durch Luft oder Vakuum) verkoppelt sind:


Die drei Induktivitäten La, Lb und Lc sind durch das Symbol K_Linear zu einem Übertrager verkoppelt. Für die Transienten-Analyse wurde "Run to time" auf 0.1 und "Max step size" auf 0.001 gestellt. Die vorgefertigte Simulation finden Sie unter lk bzw. lk.zip.

Der Vorwiderstand Rv ist  übrigens notwendig, damit in der Arbeitspunkteinstellung die Induktivität nicht durch die Spannungsquelle kurzgeschlossen ist. Der Wicklungssinn  der Spulen ist durch die Namen "1" und "2" der Pins gekennzeichnet.

Die drei Induktivitäten sind durch ein Bauteil mit dem Namen "K_Linear" verkoppelt:


Das Bauteil K_Linear dient zur kernlosen Verkoppelung von Spulen. Dabei spielt es keine Rolle, wo sich die Spulen und K_Linear im Schaltbild befinden.

Diese Bauteil finden Sie in der Symbolbibliothek "analog.olb":


So rufen Sie "K_Linear" auf.

Bringen Sie K_Linear an beliebiger Stelle des Schaltbildes unter und klicken Sie dann doppelt auf das im Rechteck befindliche "K"  dieses Symbols, um den Eigenschafter-Editor aufzurufen:


Im Property-Editor tragen Sie unter "COUPLING" den Kopplungs-Faktor ein, der sich zwischen 0 und 1 bewegen darf. Leider können Sie nur einen Kopplungs-Faktor eingeben. Bei unterschiedlich starken Verkoppelungen müssten Sie sich mit Streuinduktivitäten behelfen. Sie können bis zu 6 Induktivitäten verkoppeln, deren Namen (hier La, Lb, Lc) Sie in die Spalten L1 bis L6 eintragen können.

Wie mache ich die Angaben "L1 = La", "L2 = Lb" u.s.w. des L_Break im Schaltbild sichtbar? Das nachfolgende Bild zeigt es:


So machen Sie im Schaltbild bzw. im Verkoppelungs-Symbol sichtbar, welche Induktivitäten verkoppelt sind. Klicken Sie z.B. auf den Schriftzug L1 der Spalte L1, dann auf "Display". Es öffnet sich das Fenster "Display Properties". Dort "Name and Value" auswählen.

Beachten Sie außerdem, dass Sie bei einer kernlosen Verkoppelung den Spulen Induktivitätswerte (und keine Windungszahlen) zu vergeben haben. Und so sieht dann das Ergebnis der Transientensimulation aus:


Das Ergebnis der Transienten-Analyse.

Mehr Informationen zur Verkoppelung kernloser Spulen finden Sie in der pspcref.pdf auf der Seite 158.


Verkoppelung mit einem magnetischen Kern

Spulen verkoppeln Sie mit magnetischen Kernen nach einem fast ähnlichen Prinzip. Statt K_Linear kommen ähnlich gestaltete Symbole zum  Einsatz, welche Sie z.B. in der Vollversion in der Symbolbibliothek Magnet.olb finden. Diese Symbole sind mit den PSpice-Modellen nach Jiles-Atherton verknüpft, welche die magnetischen Kerne als B-H-Hysterese-Kurven darstellen. Weitere Informationen zu den Kernmodellen finden Sie in der pspcref.pdf auf der Seite 163 und auf der Seite 159. Mit dem Modell-Editor der Vollversion können Sie übrigens eigene Kern-Modelle erzeugen.

Nachfolgend das Beispiel eines Übertragers mit einem magnetischen Kern:


Übertrager mit drei Wicklungen und magnetischen Kern. Achten Sie darauf, dass hier den Spulen WINDUNGSZAHLEN zu vergeben sind. Als Koppelungsgrad können Sie in der Regel 1 einsetzen. Das vorbereitete Projekt finden Sie unter mag bzw. in der mag.zip. Verwenden Sie eine Transienten-Analyse bis 0,1 Sekunden mit einer maximalen Schrittweite von 0,001 Sekunden.

Um ein möglichst realistisches Übertrager-Modell zu erhalten, sollten Sie noch ein zusätzliches, elektrisches Ersatzschaltbild hinzufügen, um z.B. den ohmschen Wicklungswiderstand, die Wicklungskapazität u.s.w. zu berücksichtigen.

Achten Sie noch auf einen wichtigen Unterschied:

Bei kernloser Verkoppelung vergeben Sie den Spulen Induktivitätswerte.
Bei Verkoppelung mit einem magnetischen Kern vergeben Sie den Spulen Windungszahlen.

Magnetische Kerne finden Sie in der Vollversion in der Symbol-Bibliothek magnet.olb. Im Übungsbeispiel enthalten ist die Symbol-Bibliothek magnetkern.olb mit der PSpice-Bibliothek magnetkern.lib, welche das Modell "Testkern" enthält:


Das Symbol "Testkern" mit bereits zugeordneten Wicklungen.

Wenn Sie im Schaltbild doppelt auf das Testkern-Symbol klicken, öffnet sich das Eigenschaften-Fenster:


Die Eintragungen im Eigenschaften-Fenster erfolgen wie bei dem kernlosen Verkoppelungssymbol.

So müsste das Simulationsergebnis bei Ihnen in Probe aussehen:


Die Wechsel-Spannungen an den drei Wicklungen des Übertragers.

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