Hilfe zum Programm AC-Calculator (1.27)

Zweck und Konzept

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

Kern des Programms 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:

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:

Um eine ganze Zeile auszuwählen, muss man im linken (grauen) Feld der Zeile die ganze Zeile markieren. Nur kann kann man die Zeile löschen.

Formel-Liste:

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.

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. Groß- Kleinschreibung wird berücksichtigt. 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.

Impedanz, Widerstand: Z, R, X

Admittanz, Leitwert: Y, G, B

Spannung: U, V

Strom: I

Winkel: a

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

Für die Ausgabe als reelle Zahlen betrachtet werden alle Größen, die mit einem der Buchstaben aus "RXGBLCPQVabdgprstxy" beginnen.

Ausdruck:

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

Zulässige 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 Namen 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 °

Momentan werden hier für Zahlenwerte Multiplikatoren in der Form m, k, G etc. nicht unterstützt.

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, Real  ...... Realteil einer komplexen Zahl

Im, Imag ...... Imaginärteil einer komplexen Zahl

Abs, Mag   .... Betrag der komplexen Zahl

Angle, Arg .... Winkel der komplexen Zahl

Sin, Cos, Tan, Sqrt, Sqr ..... sinus, cosinus, Wurzel und Quadrat einer komplexen Zahl

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

Beispiel einer Formelliste

"Move To" ist leider nicht elegant implementiert.

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

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.

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 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

Beispiele:

AC14a.png, AC14a.ac - TrafoFromIMy.ac

Download und Installation

Download-Link der aktuellen Version: ACCalculator.zip

Entpacken Sie die Zipdatei (sie enthält ACCalculator.exe, CParser.dll, ChartLib.dll und 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.

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