Hilfe zum Programm AC-Calculator (1.24)

Zweck und Konzept

Das Programm unterstützt die klassische Berechnung von Wechslestromnetzwerken. Es übernimmt das Rechnen mit den komplexen Impedanzen, Admittanzen, Spannungen und Strömen.

Kern des Programmes sind 3 Listen:

  1. Eine Liste der Schaltungselemente, Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten.
  2. Eine Liste von Definitions- und Berechnungsformeln.
  3. Eine Liste zum Zeichnen eines Zeigerdiagrammes.

Anleitung an Hand eines konkreten Beispiels:

Bild: Musterschaltung

Gegeben:
R1 = 30 Ω
L1 = 1,273 mH
R2 = 50 Ω

C = 795,77 nF
U = 100 V, f = 5 kHz

Gesucht:
Komplexe Impedanz
Spannungen und Ströme
Zeigerdiagramm

Liste der Schaltungselemente:

Hier kann man die Elemente der Schaltung definieren. Über das Context-Menü fügt man ein Elemente hinzu oder kann bestehende Elemente löschen.

Beachte, das die Anfangsbuchstaben R, L, C, U, V, I, Z, Y, X, G, B des Elementnamens den Typ und damit die Einheit festlegen. Keine Einheit wird immer als gültige Einheit interpretiert.

Im Prinzip können jetzt auch die Schaltungs-Elemente komplexe Größen sein. Man kann beliebige Größen in diese Liste aufnehmen. Die Werte aus dieser Tabelle werden aber nicht gleich behandelt als die Werte in der Formelliste. Zum Beispiel werden diese Werte vom Zeigerdiagramm nicht referenziert. Auch die Drehung und/oder Betragsänderung der Zeiger wird nur auf die Werte aus der Formelliste angewandt.

Für Wechselstrom-Netzwerke muss eine Frequenz definiert sein. Man kann die Frequenz oder die Kreisfrequenz vorgeben und auch ändern.

Nach einer Änderung von Werten in der Bauteilliste oder einer Änderung der Frequenz sorgt erst "Re-Calculate" für eine Neuberechnung aller Formeln in der Formelliste.

Kontextmenü zu dieser Liste:

Bild

FormelListe:

Die Formelliste enthält die Berechnungsabfolge als Folge von Formeln des Typs: Name = Ausdruck | komplexe Zahl
Das Resultat einer Zuweisung ist immer eine komplexe Zahl. Der erste Buchstabe des Namens bestimmt die Einheit und andere Details der Ausgabe.

Name:

Ein Name nach den typischen Regeln für Namen (identifiers) in einer Programmiersprache. Die Namen dürfen insbesondere keine Sonderzeichen enthalten.
Dringend empfohlen wird, den Namen mit einem der Großbuchstaben Z, Y, U und I für Impedanzen, Admittanzen, Spannungen und Ströme zu beginnen, weil das erste Zeichen die Einheit der Größe automatisch bestimmt.

Widerstand: R, Z, X

Leitwert: Y, G, B

Spannung: U, V

Strom: I

Wirkleistung und Blindleistung: P und Q, dann wird nur der Realteil angezeigt.

Ausdruck:

Ein Ausdruck verknüpft komplexe Operanden. Zulässige Operanden sind die Elementnamen und die bereits durch Formeln definierten Variablen.

Zulässsige binäre Operatoren sind +, -, *, / für die Grundrechnungsarten, | für die Parallelschaltung. Es gelten die üblichen Vorrangregeln, bei gleicher Rangordnung kann man sich auf die Reihenfolge der Auswertung nicht verlassen, d.h. z.B. -j/w/C ist nicht gleich -j/(w*C).

Klammerausdrücke werden auch unterstützt.

Beispiele: Z1 = R1 + j*w*L1, Z2 = R2 -j/(w*C2), I = U/Z1

Unäre Prefix-Operatoren: +, -

Unäre Postfix-Operatoren: ~ für die konjugiert Komplexe, aus Gründen der Rückwärtskompabilität wird auch der Stern * akzeptiert.

Der Ausdruck kann auch ausgewählte Funktionen enthalten. Siehe die Liste der verfügbaren Funktionen.

Zuweisung einer komplexen Zahl, also einer Konstanten:

Man kann einem LValue aber auch einfach eine komplexe Zahl zuweisen.

Beispiel: U = 100, oder U = 70,71 + j 70,71 oder U2 = 230;-120 für Betrag und Phase in °

Kommentare:

Man kann nun auch Kommentarzeilen einfügen, sie beginnen mit dem Zeichen #.

Zusätzlich kann man auch am Ende einer Formel einen Kommentar anfügen. Auch er beginnt dann mit einem #-Zeichen.

Funktionen:

Derzeit sind folgende Funktionen implementiert, die als Argument eine komplexe Zahl zulassen:

Re ...... Realteil einer komplexen Zahl

Im ...... Imaginärteil einer komplexen Zahl

Sin, Cos, Sqrt, Sqr ..... Sinus, Cosinus, Wurzel und Quadrat einer komplexen Zahl

ASin, ACos, ATan ....... arcsin, arccos, arctan einer komplexen Zahl

Formelliste für das Beispiel

Bild3: Formelliste

Eine Neue Formel gibt man im Feld "Formula" ein. Mit "Eingabetaste" oder "Add" wird die Formel der Liste hinzugefügt. Auf der rechten Seite der Formel dürfen als Operanden nur bereits definierte Werte vorkommen.

Kontextmenü zur Liste der Formeln:

Wert einer Spannung oder eines Stromes ändern und dessen Phase auf 0 setzen

Bild4

Damit kann man für eine bereits definierte Spannung oder einen Strom die Phase auf 0 setzen und die Amplitude ändern.
Damit werden die Beträge aller Spannungen und Ströme aus der Formelliste dem neuen Wert der Referenzgröße entsprechend umgerechnet und gedreht.
Achtung: Die Originalformeln von einfachen Wertzuweisungen bleiben dabei erhalten. Das ergibt wiedersprüchliche Ausgaben (Wert != Formel), erlaubt aber, mit Recalculate wieder die Originalwerte herzustellen.

Zeigerdiagramm

Das Zeigerdiagramm wird in einem eigenen Fenster dargestellt, das man über das Menü "View" öffnet.

Bild: Zeigerdiagramm

Hier kann man in die Zeilen der Tabelle ebenfalls Formeln eintragen. Auf der linken Seite steht der Summenzeiger, die rechte Seite definiert, welche Zeiger in welcher Reihenfolge addiert werden und den Summenzeiger ergeben. Alle Größen der rechten Seite müssen bereits definiert sein.

Beispiel: I=I2+I3+I1

Zuerst wird I2 vom Ursprung weg gezeichnet, an das Ende von I2 wird I3 angeschlossen, an das neue Ende I1.

Das Resultat dieser Summe wird wieder vom Ursprung weg gezeichnet.

Ab der Version 1.21 werden auch Impedanzen und Admittanzen (Zxx, Yxx) mit einem eigenen Maßstab unterstützt.

Die "Delete"-Taste löscht die aktuell ausgewählte Zeile.

Beim Hinzufügen einer neuen Zeile (in der mit * gekennzeichneten Zeile einen Ausdruck eingeben) muss man etwas vorsichtig agieren.

Zum Diagrammfeld gibt es ein Kontextmenü, das einen Dialog zur Skalierung aufruft. In diesem Diaglog wird die Skalierung festgelegt, d.h. wieviel A, V eine Diagrammeinheit entspricht.

Wenn Sie diese neue Skalierung speichern wollen, vergessen sie nicht auf ein manuelles "Save" im Hauptmenü der Applikation.

Kontextmenü zum Zeigerdiagramm:

Bild

Bild der Schaltung laden

In ein weiteres Fenster, das man über "View" - "Circuit" öffnet, kann man ein Bild der Schaltung (png-Format) laden.

Drucken

Druckt die Liste der Bauelemente, ein vorher geladenes Bild der Schaltung, die Liste der Formeln und auch ein existierendes Zeigerdigramm.

Das Zeigerdiagramm wird nur gedruckt, wenn es im Moment des Druckens angezeigt wird.

Speichern, Datei-Format

Gespeichert wird in einer CSV-Datei mit folgendem Aufbau:

# Kommentarzeile(n)
FileVersion;1.2
Frequency;79,577471545947674
ElementList
R1;5
L1;0,01
C2;5e-05
R3;2
Formulas
Z1 = R1+j*w*L1
Y1 = 1/Z1
Y12 = Y1+j*w*C2
Z12 = 1/Y12
Z = R3+Z12
# Spannungen und Ströme
U = 20
I = U/Z
UR3 = R3*I
U2 = I*Z12
I1 = U2*Y1
I2 = U2*j*w*C2
IProbe = I1+I2
# Leistungen
S = U*I~
P = Re(S)
Q = Im(S)
DiagramData
0,2;5
U=UR3+U2
I=I1+I2
Image
M:\ze\GET\Schaltungen\AC\AC14a.png

Die Datei ist in mehrere Bereiche gegliedert, die mit einem Titel eröffnet werden. Die Abfolge dieser Bereiche muss genau stimmen.
Als Trenner innerhalb einer Zeile wird der Strichpunkt verwendet.
Dezimaltrenner in Zahlenwerten ist der Beistrich. Damit funktioniert das Lesen der Daten für die im deutschprachigen Raum übliche Ländereinstellung des Computers.

Die Liste der Elemente, der Formeln und der Diagrammdaten kann natürlich unterschiedlich lang sein.
Die Diagrammdaten beginnen nach dem Titel mit einem Eintrag für den Maßstab der Ströme und Spannungen im Zeigerdiagramm.

TIPP:

Die csv-Datei eignet sich auch gut für die Änderungen von mehreren Daten und Formeln. Dazu die csv-Datei mit einem normalen Text-Editor öffnen, bearbeiten, speichern (die Datei darf geöffnet bleiben) und im ACCalculator neu laden.
Allerdings muss man konzentriert arbeiten um Formfehler in der Datei zu vermeiden, die dann zu einer Fülle von Fehlermeldungen führen können.

 

Dateien der Vorgängerversion 0.9x mit den Fileversionen 1.0 und 1.1 werden gelesen. Dabei werden die früheren Ausdrücke Z[name] und Y[name] umgewandelt. Manchmal werden jedoch Formeln nicht korrekt interpretiert.

 

Ab der Version 1.21 ist die voreingestellte Dateierweiterung ".ac".

Beispiele:

AC14a.png, AC14a.ac - TrafoFromIMy.ac

Download und Installation

Download-Link der aktuellen Version 1.24: ACCalculator.zip

Entpacken Sie die Zipdatei (sie enthält ACCalculator.exe, CParser.dll, ChartLib.dll und optionale weitere Dateien) in ein Verzeichnis. Die Applikation kann als Portable-Applikation verwendet werden.

Sicherheit:

Nach dem Download und Entpacken ist ACCalculator.exe vermutlich als Datei markiert, die von einem anderen Computer stammt. Diese Einstellung findet man unter den Eigenschaften (Allgemeines) der ausführbaren Datei. Das blockiert die Ausführung. Rechts neben diesem Hinweis ist eine Checkbox für "Zulassen". "Zulassen" verhindert weitere allfällige Sicherheitswarnungen beim Start des Programmes.
Zum Start des Programmes Doppelklick auf ACCalculator.exe. Sie können natürlich auch einen Link vom Desktop auf diese Datei legen.

History:

1.24 10.01.2018
Verbesserungen beim Zeigerdiagramm, das betrifft auch die Chart-DLL (neue Version 1.13).
Nochmalige Verbesserungen beim Ausdruck, man braucht weniger oft eine zweite Seite für das Zeigerdiagramm.
Die automatische Prüfung auf Updates habe ich wieder entfernt. Man kann jetzt manuell über das Hilfe-Menü auf Updates prüfen.
1.23 Fehler, der beim Lesen von gespeicherten Berechnungen auftreten kann, behoben.
1.22 Beim Start des Programmes wird (sofern eine Internetverbindung besteht) geprüft, ob eine neue Programmversion verfügbar ist. + Kleinere Verbesserungen beim Ausdruck.
1.21 Kommentare bleiben wieder erhalten, Parser Fehler "Name(...)" Postfix ~ behoben, Subtraktion im Zeigerdiagramm verbessert, LValue im Zeigerdiagramm muss nicht mehr bekannt sein.
1.20 Im Diagramm kann man jetzt auch Impedanzen und Admittanzen zeichnen. Fehler bei Änderung des Namens und der Validierung der Einheiten behoben. Problem beim neu berechnen mit fixen Wertzuweisungen behoben, Probleme mit den Formeln für das Zeigerdiagramm behoben.
1.11 Parser: Variablen mit dem Namen einer definierten Funktion führten zu falschen Auswertungen
1.10 In der Elementliste sind nun auch komplexe Werte möglich, Verbesserungen beim Validieren der Einheiten