Bipolare Stromversorgung und Vierquadrantenbetrieb
Bei einer bipolaren Stromversorgung ist, je nach Ausführung, die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom in beiden Polaritäten einstellbar. Der Quadrantenbetrieb beschreibt, welche Kombinationen aus positiver und negativer Spannung und Strom das Gerät tatsächlich beherrscht. Im Vierquadrantenbetrieb kann das Gerät bei beiden Spannungspolaritäten Leistung abgeben und aufnehmen.
Wie liest man das U/I-Diagramm?
Die waagerechte Achse zeigt die Spannung U zwischen HI und LO, die senkrechte Achse den Strom I. In diesem Diagramm zählt der Strom positiv, wenn er bei HI aus dem Gerät fließt. Für die vom Gerät abgegebene Leistung gilt P = U × I.
Quelle und Senke im U/I-Diagramm. Abbildung von CompuMess.
| Quadrant | Spannung | Strom | Das Gerät arbeitet als |
|---|---|---|---|
| I | positiv | positiv | Quelle |
| II | negativ | positiv | Senke |
| III | negativ | negativ | Quelle |
| IV | positiv | negativ | Senke |
Was bedeuten ein bis vier Quadranten in der Praxis?
- Ein Quadrant. Ein übliches DC-Netzgerät gibt bei positiver Spannung positiven Strom ab (I). Eine reine DC-Last an positiver Spannung arbeitet in dieser Darstellung in IV.
- Zwei Quadranten. Beispielsweise gibt ein bidirektionales Netzgerät bei positiver Spannung Strom ab und nimmt ihn auf (I und IV). Das eignet sich zum Beispiel zur Batterieemulation gegenüber einem Ladegerät und einem Verbraucher. Welche zwei Quadranten gemeint sind, ergibt sich aus dem U/I-Diagramm der konkreten Ausführung.
- Drei Quadranten. Die Anwendung nutzt drei der vier Vorzeichenkombinationen. Ein möglicher Arbeitsbereich umfasst Stromabgabe bei beiden Spannungspolaritäten und zusätzlich Stromaufnahme bei positiver Spannung (I, III und IV). Kepco beschreibt eine Drei-Quadranten-Anwendung bei Solarzellenmessungen mit einem Vierquadrantengerät. Kepco-Anwendungsnotiz zum Solarzellentest
- Vier Quadranten. Das Gerät gibt bei beiden Spannungspolaritäten Leistung ab und nimmt sie auf. Das eignet sich etwa für Kennlinienmessungen mit einer Source Measure Unit. Geeignete bipolare Ausführungen können über einen Steuereingang auch als Leistungsverstärker arbeiten. Source Measure Unit (SMU) – Glossar
Die Kennlinie im Datenblatt zeigt, welche Spannungs-, Strom- und Leistungsgrenzen gleichzeitig gelten. Sie kann für Stromabgabe und -aufnahme unterschiedliche Grenzen enthalten. Angaben zur Energierückspeisung zeigen zusätzlich, ob das Gerät aufgenommene Leistung ins Versorgungsnetz zurückführt.
Passende Geräte bei CompuMess
- Preen ADG-L liefert positive Gleichspannung und positiven Ausgangsstrom als Einquadrantenquelle. Ein Rückstromschutz ist als Option erhältlich. Preen-Datenblatt, Optionen
- Chroma 62000D arbeitet bei positiver Ausgangsspannung als Quelle und als regenerative Senke (I und IV). Chroma-Datenblatt, Arbeitsbereiche und Betriebsarten
- ITECH IT2800 ist eine SMU mit Stromabgabe und -aufnahme bei positiver und negativer Ausgangsspannung. ITECH-Produktkatalog, S. 144, Vierquadrantendiagramm
Verwandt sind elektronische Lasten und bidirektionale DC-Stromversorgungen.
Abbildungen in der Herstellerdokumentation
- Das Diagramm ordnet Stromabgabe und Stromaufnahme für beide Spannungspolaritäten in die vier Quadranten ein. ITECH IT2800, Produktkatalog, S. 144, Vierquadrantendiagramm