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Die Modellierung nicht ideal geschirmter Leitungen und deren Einbindung in ein Simulationsprogramm Matthias Giese 1), Prof. Dr. Hanns Ruder 1), Ralf Ehrhard.

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Präsentation zum Thema: "Die Modellierung nicht ideal geschirmter Leitungen und deren Einbindung in ein Simulationsprogramm Matthias Giese 1), Prof. Dr. Hanns Ruder 1), Ralf Ehrhard."—  Präsentation transkript:

1 Die Modellierung nicht ideal geschirmter Leitungen und deren Einbindung in ein Simulationsprogramm Matthias Giese 1), Prof. Dr. Hanns Ruder 1), Ralf Ehrhard 2), Andreas Ludwig 2) 1Eberhard Karls Universität Tübingen, Institut für Astronomie und Astrophysik, Theoretical Astrophysics & Computational Physics 2DaimlerChrysler AG

2 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 1 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Inhalt der Präsentation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick Beschreibung des Modells anhand eines einfachen Leitungssystems Telegraphengleichungen Beschreibung des Modells in Analogie zum ungeschirmten Fall Telegraphengleichungen für die Teilsysteme Übergang von separaten Teilsystemen zum gekoppelten System Telegraphengleichungen für das gekoppelte System Motivation Zusammenfassung Ausblick

3 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 2 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Motivation Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick Verwendung geschirmter Leitungen bei der Gesamtfahrzeugsimulation

4 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 3 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Eine einfache Leitung über einer perfekt leitenden Grundplatte angeregt durch ein externes Feld Eine einfache Leitung über einer perfekt leitenden Grundplatte angeregt durch ein externes Feld x z y h Z1Z1 Z2Z2 0 Perfekt leitende Grundplatte L Einfallendes Feld Reflektiertes Feld Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

5 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 4 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Die das System beschreibenden Gleichungen sind die Telegraphengleichungen für ein Zweileitersystem mit Feldkopplung (Inhomogenes Gleichungssystem, Referenzleiter ist die Grundebene V S1 und I S1 werden als bekannt vorausgesetzt) Die das System beschreibenden Gleichungen sind die Telegraphengleichungen für ein Zweileitersystem mit Feldkopplung (Inhomogenes Gleichungssystem, Referenzleiter ist die Grundebene V S1 und I S1 werden als bekannt vorausgesetzt) Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

6 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 5 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Die zu bestimmenden Größen sind die Spannung und der Strom jeweils am Anfang und am Ende der Leitung Die zu bestimmenden Größen sind die Spannung und der Strom jeweils am Anfang und am Ende der Leitung Eine mögliche Darstellung der Lösung sind die sogenannten BLT Gleichungen (Baum-Liu-Tesche): Für den Quellenvektor gilt: Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

7 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 6 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Um das System geschirmte Leitungen zu beschreiben, definiert man zwei getrennte TL´s, eine äußere und eine innere Leitung Um das System geschirmte Leitungen zu beschreiben, definiert man zwei getrennte TL´s, eine äußere und eine innere Leitung h Grundplatte xL0 Kabelschirm Innerer Leiter + - Einfallendes Feld Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

8 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 7 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Die das System beschreibenden Gleichungen werden in ein äußeres und in ein inneres System zerlegt => Das innere und das äußere System können getrennt gelöst werden. Bei der Lösung der Gleichungen für das innere System werden der Schirmstrom und die Schirmspannung als bekannt vorausgesetzt. Die das System beschreibenden Gleichungen werden in ein äußeres und in ein inneres System zerlegt => Das innere und das äußere System können getrennt gelöst werden. Bei der Lösung der Gleichungen für das innere System werden der Schirmstrom und die Schirmspannung als bekannt vorausgesetzt. Die Betrachtung erfolgt vorerst nur von Außen nach Innen! Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

9 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 8 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Die Spannung und der Strom jeweils am Anfang und am Ende der Leitung für das innere System Die Spannung und der Strom jeweils am Anfang und am Ende der Leitung für das innere System Für den Quellenvektor des inneren Systems gilt: Die Spannung V s (x) und der Strom I s (x) für das äußere System werden separat berechnet und gehen in die Berechnung der inneren Größen wie folgt ein: Die BLT-Gleichungen für das innere System: Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

10 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 9 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Transferimpedanz Z T für einen Schirm ohne Aperturen (Vollmantelschirm) Transferimpedanz Z T für einen Schirm ohne Aperturen (Vollmantelschirm) Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

11 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 10 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Transferimpedanz Z T - Das Modell von Kley Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

12 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 11 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Zwei Stromkreise pro Längeneinheit Innenleiter - Schirminnenseite Schirmaußenseite - Grundplatte Zwei Stromkreise pro Längeneinheit Innenleiter - Schirminnenseite Schirmaußenseite - Grundplatte Innen- leiter Grundplatte Schirm- außenseite Grund- platte Innerer Strom- kreis Äußerer Strom- kreis Schirm Schirm- innenseite Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

13 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 12 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Das System bestehend aus Schirm und Innen- leiter kann auch als gekoppeltes System zweier Leiter betrachtet werden => Anwendung der Theorie der Mehrleitersysteme Schirmstrom und Schirmspannung sind dann auch gesuchte Größen. Das System bestehend aus Schirm und Innen- leiter kann auch als gekoppeltes System zweier Leiter betrachtet werden => Anwendung der Theorie der Mehrleitersysteme Schirmstrom und Schirmspannung sind dann auch gesuchte Größen. Hierbei erfolgt eine Betrachtung sowohl von Außen nach Innen als auch von Innen nach Außen. Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

14 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 13 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Innen- leiter Grundplatte Schirm Grund- platte Schirm Dreileitersystem (Die Schirmspannung und der Schirmstrom werden nicht mehr als bekannt vorausgesetzt, sondern gehen als gesuchte Variablen des Leiters Schirm genauso wie die Größen der übrigen Leiter in die Telegraphengleichungen ein.) Dreileitersystem (Die Schirmspannung und der Schirmstrom werden nicht mehr als bekannt vorausgesetzt, sondern gehen als gesuchte Variablen des Leiters Schirm genauso wie die Größen der übrigen Leiter in die Telegraphengleichungen ein.) Generatorleiter Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

15 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 14 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Die Erweiterung auf Mehrleitersysteme speziell ein Dreileitersystem + Referenzleiter (Generator-, Schirm- und Innenleiter + Grundebene) Die Erweiterung auf Mehrleitersysteme speziell ein Dreileitersystem + Referenzleiter (Generator-, Schirm- und Innenleiter + Grundebene) Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick

16 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 15 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick - Anordnung für eine geschirmte Leitung mit einem Innenleiter und einem ungeschirmten Leiter über idealem Grund - Die Spannungsquelle befindet sich am Anfang der ungeschirmten Leitung (Generatorleitung) - Simulation der Spannung am Ende der Leitungen im Frequenzbereich 100 kHz bis 1 GHz - Anordnung für eine geschirmte Leitung mit einem Innenleiter und einem ungeschirmten Leiter über idealem Grund - Die Spannungsquelle befindet sich am Anfang der ungeschirmten Leitung (Generatorleitung) - Simulation der Spannung am Ende der Leitungen im Frequenzbereich 100 kHz bis 1 GHz GS

17 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 16 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie - Anordnung für eine geschirmte Leitung mit zwei Innenleitern und einem ungeschirmten Leiter über idealem Grund - Die Spannungsquelle jeweils am Anfang der Leitung wird der Reihe nach jedem Leiter zugeordnet - Simulation der Spannung am Ende der Leitungen im Frequenzbereich 100 kHz bis 1 GHz - Anordnung für eine geschirmte Leitung mit zwei Innenleitern und einem ungeschirmten Leiter über idealem Grund - Die Spannungsquelle jeweils am Anfang der Leitung wird der Reihe nach jedem Leiter zugeordnet - Simulation der Spannung am Ende der Leitungen im Frequenzbereich 100 kHz bis 1 GHz Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick Quelle: Interner Leiter 1Quelle: Interner Leiter 2 Quelle: Externer LeiterQuelle: Schirm

18 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 17 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Zusammenfassung In den Telegraphengleichungen müssen die Matrizen modifiziert werden Die Implementierung in ein Simulationstool ist realisierbar Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick Geschirmte Leitungen können mit Hilfe der Theorie der Mehrleitersysteme simuliert werden

19 Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 18 Geschirmte Leitungen in der Leitungstheorie Ausblick Einbindung der Algorithmen in das Simulationstool CableMod Verifikation anhand von Messungen Inhalt der Präsentation Motivation Feldeinkopplung in der Leitungstheorie Geschirmte Leitungen Einfache Simulationsbeispiele Zusammenfassung Ausblick Mehradrige geschirmte Leitungen


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