Die Modellierung nicht ideal geschirmter Leitungen und deren Einbindung in ein Simulationsprogramm...
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Die Modellierung nicht ideal geschirmter Leitungen und deren
Einbindung in ein Simulationsprogramm
Matthias Giese1), Prof. Dr. Hanns Ruder1), Ralf Ehrhard2), Andreas Ludwig2)
1 Eberhard Karls Universität Tübingen, Institut für Astronomie und Astrophysik, Theoretical Astrophysics & Computational Physics
2 DaimlerChrysler AG
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 2
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Inhalt der PräsentationInhalt 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
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 3
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
MotivationMotivation
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Verwendung geschirmter Leitungen bei der
Gesamtfahrzeugsimulation
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 4
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Eine einfache Leitung über einer perfektleitenden Grundplatte angeregt durch
ein externes Feld
Eine einfache Leitung über einer perfektleitenden Grundplatte angeregt durch
ein externes Feld
x
z
y
hZ1 Z2
0
Perfekt leitende GrundplatteL
EinfallendesFeld
ReflektiertesFeld
einE
k
refE
k
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 5
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Die das System beschreibenden Gleichungensind die Telegraphengleichungen für ein
Zweileitersystem mit Feldkopplung(Inhomogenes Gleichungssystem, Referenzleiter ist die Grundebene
VS1 und IS1 werden als bekannt vorausgesetzt)
Die das System beschreibenden Gleichungensind die Telegraphengleichungen für ein
Zweileitersystem mit Feldkopplung(Inhomogenes Gleichungssystem, Referenzleiter ist die Grundebene
VS1 und IS1 werden als bekannt vorausgesetzt)
1
1
0
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S
S
I
V
xI
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Y
Z
xI
xV
dx
d
hexyS
hexzS
dzzxHixV
dzzxECixI
0
01
0
1
,
,
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 6
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Die zu bestimmenden Größen sind dieSpannung und der Strom jeweils am
Anfang und am Ende der Leitung
Die zu bestimmenden Größen sind dieSpannung und der Strom jeweils am
Anfang und am Ende der Leitung
2
1
1
2
1
2
1
2
1
1
2
1
2
1
10
0110
10
010
S
S
e
e
ZLI
I
S
S
e
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LV
V
L
L
c
L
L
Eine mögliche Darstellung der Lösung sind die sogenannten BLT Gleichungen (Baum-Liu-Tesche):
Für den Quellenvektor gilt:
L
ssScsSxL
L
ssScsSx
dxxIZxVe
dxxIZxVe
S
S
s
s
0 11
0 11
2
1
2
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1
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 7
Geschirmte Leitungenin 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
GrundplattexL0
extZ1
extZ2
inZ1
inZ2
Kabelschirm
Innerer Leiter
xQxISS
,
+
-
xVS
k
Einfallendes FeldInhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 8
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Die das System beschreibenden Gleichungenwerden 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 Gleichungenwerden 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.
Siiii
SSSSS
Siiii
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IVYdx
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dx
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VIZdx
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dx
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StSiStSi VYIIZV
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11
ii V
i
St
I
i
St dx
dI
VY
dx
dV
IZ
Die Betrachtung erfolgt vorerst nur von Außen nach Innen!
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 9
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Die Spannung und der Strom jeweils am Anfangund am Ende der Leitung für das innere SystemDie Spannung und der Strom jeweils am Anfangund am Ende der Leitung für das innere System
)(2
)(1
1
)(2
)(1
)(2
)(1
)(
)(2
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1
)(2
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10
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S
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S
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V
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Für den Quellenvektor des inneren Systems gilt:
L
ssSiicsSi
xL
L
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i
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S
S
si
si
0
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0
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)(
2
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1
Die Spannung Vs(x) und der Strom Is(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:
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Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
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Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Transferimpedanz ZT für einen Schirm ohne Aperturen(Vollmantelschirm)
Transferimpedanz ZT für einen Schirm ohne Aperturen(Vollmantelschirm)
Inhalt der Präsentation
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Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
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Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Transferimpedanz ZT - Das Modell von KleyTransferimpedanz ZT - Das Modell von Kley
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Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
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Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Zwei Stromkreise pro LängeneinheitInnenleiter - Schirminnenseite
Schirmaußenseite - Grundplatte
Zwei Stromkreise pro LängeneinheitInnenleiter - Schirminnenseite
Schirmaußenseite - Grundplatte
Innen-leiter
StSi IZV
StSi VYI
iZ
iY
iV
SVSSI SY
iI
Grundplatte SI
Schirm-außenseite
Grund-platte
iI
SI
InnererStrom-kreis
ÄußererStrom-kreis
Schi
rm
Schi
rm
SZ
SSV
iI
SI
Schirm-innenseite
Inhalt der Präsentation
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Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 13
Geschirmte Leitungenin 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 MehrleitersystemeSchirmstrom 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 MehrleitersystemeSchirmstrom und Schirmspannung sind dann auch
gesuchte Größen.
0
~0
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1
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xI
xV
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YY
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dx
dV
IZ
Si
Si
~
~
1~1
1~1
00
00
Hierbei erfolgt eine Betrachtung sowohl von Außen nach Innen als auch von Innen nach Außen.
Inhalt der Präsentation
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Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
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Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Innen-leiter
StSi IZV
StSi VYI
iiZ
iiY
iV
SVSSI SSY
iI
Grundplatte GS II
Schirm
Grund-platte
iI
SI
Schirm SchirmSSZ
SSV
iI
SI
Dreileitersystem(Die Schirmspannung und der Schirmstrom werden nicht mehr alsbekannt vorausgesetzt, sondern gehen als gesuchte Variablen desLeiters „Schirm“ genauso wie die Größen der übrigen Leiter in die
Telegraphengleichungen ein.)
Dreileitersystem(Die Schirmspannung und der Schirmstrom werden nicht mehr alsbekannt vorausgesetzt, sondern gehen als gesuchte Variablen desLeiters „Schirm“ genauso wie die Größen der übrigen Leiter in die
Telegraphengleichungen ein.)
Generatorleiter GI
GGZ
GI
xsGV 0
GV
GGYGSYGSZ
Inhalt der Präsentation
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Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 15
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Die Erweiterung auf Mehrleitersystemespeziell ein Dreileitersystem + Referenzleiter
(Generator-, Schirm- und Innenleiter + Grundebene)
Die Erweiterung auf Mehrleitersystemespeziell ein Dreileitersystem + Referenzleiter
(Generator-, Schirm- und Innenleiter + Grundebene)
0
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0
0
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xs
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G
S
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I
I
I
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V
I
I
I
ZZZ
ZZ
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V
V
V
dx
d
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 16
Geschirmte Leitungenin 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
G S
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 17
Geschirmte Leitungenin 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 1
Quelle: Interner Leiter 2
Quelle: Externer Leiter
Quelle: Schirm
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 18
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
ZusammenfassungZusammenfassung
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
Giese bei DC AG Abt. EP/ETS Page: 19
Geschirmte Leitungenin der Leitungstheorie
AusblickAusblick
Einbindung der Algorithmen in das Simulationstool CableModVerifikation anhand von Messungen
Inhalt der Präsentation
Motivation
Feldeinkopplung in der Leitungstheorie
Geschirmte Leitungen
Einfache Simulationsbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick
Mehradrige geschirmte Leitungen