Verstärker-Auswahl / -Definition

Dies ist ein Leitfaden zur Definition des für die Applikation benötigten  Leistungsverstärkers.

 

 

1)  Getaktet – oder linear geregelt?

 

 

Eigenschaften getakteter Verstärker:

• Negativ:

– Signalreinheit
– Schaltspitzen
– Verzerrungen im Nulldurchgang

• Frequenzbereich:  DC / AC bis kHz
• Positiv:  Hoher Wirkungsgrad = geringe Verlustleistung
• Einsatzgebiete: Anwendungen, bei denen die Störungen unkritisch sind, bzw. die Störungen durch Filterung oder
                            induktive Lasten tolerierbar.

 

 

Eigenschaften idealer linear-geregelter Verstärker:

• Alleinstellung:  Einsetzbar für arbiträre, d.h. beliebige Kurvenformen

• Für alle erdenklichen Lasten anpassbar

• Exakte Nulldurchgänge
• Geringste Restwelligkeit
• Frequenzbereich: DC bis MHz
• Einsatzgebiete:

Präzisions-Prüf- und Messgeräte sowie -Anlagen:

– Kalibrieraufgaben: z.B. 400A_eff / 100kHz / 1x10^-4

– Ablenksysteme: z.B. Teilchenbeschleuniger wie Cosy ll; Cooler Synchrotron-Bessy; Desy

– Netzsimulation

– Materialeigenschaften

– Magnet- und Piezosysteme; z.B. Steuerung von Hilfsflaps von Rotorblättern

Automotive:

– Magnet- und Piezoventile

– 6-phasige Lenksysteme

– Linetests von 5-phasigen Gleichrichtern mit 1000A

– Batterietests z.B. 1500A  Entladung in 1msec

– Resonanzermittlung von Antennen

Tests von Übetragern mit cosφ  gegen 0

• Dauerverlustleistung bis >100% der Nennleistung

 

 

 

2)  Für einen linear geregelten Verstärker sind folgende Überlegungen anzustellen

Welche Anforderungen soll / muss er erfüllen? Grundlegende Antworten können Sie  einfach aus dem Abschnitt <Eigenschaften idealer linear-geregelter Verstärker> entnehmen.

 

 

A) Leistungsanforderungen?

Bei stark unterschiedlichen Leistungsdaten sollte man an Verstärker mit umschaltbaren Leistungsbereichen denken.

 

B) Regelcharakteristik:

1. Soll die Ausgangspannung des Verstärkers ( UA-Betrieb ),

2.oder der Ausgangsstrom ( IA-Betrieb ) eine Funktion der Steuerspannung sein?

3. Oder soll die Regelcharakteristik umschaltbar sein?

 

C) Dynamik: Anstiegszeit ( risetime ):

Leistungsbandbreite mit Angabe der Lastbedingungen und der Dämpfung: z.B. –3dB-Punkt

 

D) Eingangskopplung:  DC ? oder  AC ?  Oder umschaltbar,  oder 2 addierende Eingänge, 1x DC-Kopplung und 1x AC-Kopplung.

 

E) Nullpunktverschiebung? Wieviel % ?

 

F) Verstärkungsumschaltung

a) Erhöhung: um eine höhere Auflösung zur erhalten

b) Dämpfung um bei geringen Aussteureurungen den Funktionsgenerator mit hohem Pegel auszusteuern, dies reduziert den Störeinfluss des Generators, der ca. 20dB höher ist als der des Verstärkers.

 

G) Ausgangspannungsbereich  von...bis ; Angabe in ±V oder 0-Spitze, oder Spitze-Spitze, oder eff/rms;
was gilt für DC-Anwendungen?

 

H) Ausführungsvarianten: – symmetrischer 4-Quadrantenverstärker, – asymmetrischer 4-Quadrantenverstärker, unipolarer 4-Quadrantenverstärker z. B. für  Batterietests

 

I)  Welche Regelungcharakteristik soll ich wählen?  UOUT oder IOUT ?

Soll die Ausgangspannung des Verstärkers (VOUT / UA-Betrieb ), oder der Ausgangsstrom (COUT / IA-Betrieb) eine Funktion der Steuerspannung sein? Oder soll die Regelcharakteristik umschaltbar sein?

Folgendes ist zu bedenken: Die Aussage, dass für induktive Lasten der IA-Verstärker vorzuziehen sei, kann man nicht so einfach in den Raum stellen. Vielmehr hängt es

1. vom Steuersignal, von den Verstärkereigenschaften und der Last ab.

Sobald das Steuersignal digital erzeugt wird, wie bei den handelsüblichen Funktionsgeneratoren, ist das Steuersignal treppenartig mit  du/dt gegen unendlich. Folglich wird vom Verstärker verlangt, dass auch sein Ausgang treppenartig ist. Im Strombetrieb würde dies bedeuten, dass die Ausgangsspannung gegen unendlich, also in die Sättigung gehen muss. Der Verstärker wird unweigerlich schwingen. Abhilfe schafft ein passives Eingangsfilter.

2. Bei großen Induktivitäten kann es bereits bei 60kHz zu Schwingungen im Zusammenhang mit den Eigenkapazität des Verstärkers im Strombetrieb kommen. Abhilfe kann nur über den Spannungsbetrieb mit einer entsprechenden Steuerfunktion erfolgen.

 

J)  Dynamik / Frequenzbereich

Hierbei gibt es sehr unterschiedliche Angaben. Es gibt Hersteller, die als Grenzfrequenz praktisch den unbelasteten Betrieb angeben und berufen sich auf Definitionen aus der Übertragungstechnik, wo man bekannterweise mit  mW ( Milliwatt! ) arbeitet. Dies hat überhaupt nichts auf dem Gebiet der Leistungselektronik zu suchen. In der Regeltechnik und Leistungselektronik wird klar definiert: Nennlast / Aussteuergrad z.B.: 100% oder Teillast xx %. Hier ist eine Angabe der Leistungsbandbreite – auf  mW  bezogen – reine Täuschung.

 

K)  Sicherheitseinrichtungen:

Wir bieten 4 Konzepte an:

1)   Standardausführung mit Stoppfunktionen und Quittierung zur Wiedereinschaltung;

2)   Ausführung mit Stoppfunktionen, sowie Primärabschaltung des Leistungspfades und Quittierung zur Wiedereinschaltung;

3)   Ausführung mit Stoppfunktionen, sowie Primärabschaltung des Leistungspfades und der Steuerung. Zur Wiedereinschaltung ist eine Hilfsversorgung mit sehr geringer Leistung implementiert. Quittierung und Wiedereinschaltung von Remote möglich;

4)   Ausführung wie 3), jedoch totale Abschaltung ohne Hilfsspannung zur Remoteeinschaltung. Die Wiedereinschaltung muss vor Ort händisch erfolgen.

 

L)  Spannungs- und/oder Strombegrenzung einstellbar / steuerbar

 

M)  Was soll bei Übersteuerung bzw. Überlast geschehen?

Signalisierung mit / ohne Abschaltung; Rückregelung in einen stabilen Zustand und Signalisierung?

 

N)   Es sind mit Sicherheit noch diverse Fragen in Zusammenhang mit der Applikation zu klären.

Das HERO®power Team steht Ihnen mit seiner über 35-jährigen Erfahrung gerne zur Verfügung.

 

 

 

 

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Wenn es auf stabilste & hochdynamische Eigenschaften ankommt, ist der symmetrische 4-Quadranten-Verstärker die perfekteste Lösung.

 

Welche Varianten bieten uns die 4-Quadranten Leistungsverstärker?

Symmetrische Typen mit einem Ausgangsbereich: Bei den symmetrischen Typen ist der positive und negative Ausgangsbereich gleich groß, also Wertmäßigkeit gleich bei Strom und Spannung. Der Ausgangsbereich, in dem man sich bewegen kann ist fest vorgegeben.

 

Asymmetrische Typen mit einem Ausgangsbereich: Asymmetrisch bedeutet, dass der positive Ausgangsbereich größer bzw. anders ist als der negative Ausgangsbereich. Dies kann z.B. bei Bordnetzsimulation vorteilhaft sein, wenn man beispielsweise bis 0 oder etwas darunter gehen will, um die Kondensatoren schnell  auf 0 entladen zu können.

 

Bei umschaltbaren Verstärkern können eben mehrere Bereiche in einem Verstärker realisiert werden. Das ist dann vorteilhaft, wenn ich den Verstärker für verschiedenste Anwendungen einsetzen will, aber nur das Geld für einen Verstärker ausgeben will, da die Verstärker ja nicht sehr billig sind. Das wurde mittels Umschaltbereichen realisiert. Man schaltet dazu den Verstärker aus und wählt einen anderen Bereich vor. Dazu kann man auch symmetrische Bereiche mit asymmetrische koppeln. Sinnvoll sind 3 Umschaltbereiche.

 

Wir hatten allerdings auch schon Kundenapplikationen gehabt, die 6-fach umschaltbar waren und dann weite Bereiche überstrichen haben von ±24V bis hin zur Netzsimulation ±400V und die Zwischenbereiche ±80V und ±200V, und dergleichen. Das sind natürlich dann Ausnahmefälle, die nicht die Regel darstellen.

 

Die Leistungen dieser linear geregelten Leistungsverstärker bewegen sich im Bereich bis etwa 20kVA pro Phase, bei 3 phasiger Anlage kommt man auf 60kVA, meistens sind die Leistungen geringer, die Frequenzen liegen je nach dem bei ±400V und ±28A bei 150kHz -3db Bandbreite und bei 1,5MHz erreicht man dann ±40V oder ±80V und ±1,5A.

 

Unipolare Typen mit ...

 

 

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