In dieser Hörsaalübung wird der Kondensator behandelt. Ziel ist das Verständnis des Zusammenhangs von Strom und Spannung am Kondensator unter verschiedenen Randbedingungen.

Hinweis: Wählen Sie für die Modellierungen in dieser Hörsaalübung den Solver ode14x mit einer Schrittweite von 0,001s. Sie finden diesen unter „Modelling – Model Settings – Solver"

Aufgabe 1

Übertragen Sie die folgende Schaltung nach Simscape:

Realisieren Sie die Spannungsquelle durch eine „Controlled Voltage Source", den Kondensator durch einen „Capacitor" mit C=1mF und den Schalter durch einen „Switch". Setzen Sie den Widerstand auf R₁=1000Ω und die Spannung U mit Hilfe einer „Constant" auf 10V. Der Schalter soll bei t=2s geschlossen werden. Fügen Sie Messgeräte und einen „Scope" hinzu, um Strom und Spannung am Kondensator sowie die Eingangsspannung zu visualisieren.

• Simulieren Sie die ersten 10s und interpretieren Sie die Ergebnisse!

Schalten Sie nun entsprechend der folgenden Zeichnung einen Widerstand R₂=1000Ω parallel zur Kapazität.

Schließen Sie den Schalter nun erstmals bei t=1s, öffnen Sie den Schalter anschließend bei t=4s, schließen Sie nun erneut bei t=7s, usw. Nutzen Sie dafür ein „Repeating Squence Stair". Visualisieren Sie erneut Strom und Spannung am Kondensator sowie die Eingangsspannung.

• Simulieren Sie die ersten 10s.
• Interpretieren Sie die Ergebnisse und vergleichen Sie mit Ihren vorherigen Beobachtungen!

Aufgabe 2

Übertragen Sie die folgende Schaltung nach Simscape.

Im Folgenden werden verschiedene Spannungssignale auf die Spannungsquelle, die Sie erneut durch eine „Controlled Voltage Source" realisieren, gelegt. Stellen Sie den Strom durch den Kondensator und die Spannung am Kondensator sowie die Eingangsspannung in einem „Scope" dar.
Simulieren Sie jeweils 20s und interpretieren Sie die jeweiligen Beobachtungen!

• Realisieren Sie mit Hilfe einer „Repeating Sequence Stair" ein Spannungssignal, welches für jeweils 2s [10V, 0V, -10V, 0V,…] beträgt.
• Realisieren Sie mit Hilfe einer „Repeating Sequence Stiar" ein Spannungssignal, welches bei 2V startet und nach jeder Sekunde sprunghaft um 2V zunimmt. Bei 10s soll das Spannungssignal zurück auf den Anfangswert von 2V springen.
• Realisieren Sie mit Hilfe einer „Repeating Sequence Interpolated" ein Spannungssignal, welches bei 0V startet und mit einer Steigung von ±2,5 V/s zwischen +10V und -10V wechselt.

• Realisieren Sie mit Hilfe einer „Repeating Sequence Interpolated" ein Spannungssignal, welches ein Rechtecksignal zwischen +10V und -10V. Welches für jeweils 4s auf diesen Werten verharrt und zwischen diesen Werten mit einer Steigung von ±20V/s wechselt. Sie können die folgenden Vektoren zur Parametrierung der „Repeating Sequence Interpolated" verwenden: [ 0 10 10 0 -10 -10 0]; [0 0,5 4,5 5 5,5 9,5 10].

• Fügen Sie nun einen Sinus („Sine Wave") als Spannungssignal hinzu. Die Periodendauer soll 8s betragen. Verringern Sie anschließend den Widerstand R auf kleinere Werte.