Analysemethoden

Die Aufgabenstellung der Netzwerkanalyse besteht in der Ermittlung des elektrischen Zustandes jedes elektrischen Netzwerkelementes eines gegebenen Netzwerkes. Die Ermittlung dieses elektrischen Zustandes ist möglich, wenn der Strom in jedem Zweig des Netzwerkes ermittelt werden kann.

  • Die grundsätzliche Methode dafür ist die Anwendung der Kirchhoffschen Gesetze. Bei dieser Methode wird ein Gleichungssystem erstellt, welches ebenso viele linear unabhängige Gleichungen enthält wie Zweige im Netzwerk vorhanden sind.

Der zur Lösung umfangreicher Gleichungssysteme erforderliche beträchtliche numerische Aufwand ließ nach Methoden suchen, die die Anzahl der durch die Lösung von Gleichungssystemen zu ermittelnden Unbekannten drastisch senken.

  • Die Knotenspannungsanalyse und die Maschenstromanalyse sind zwei solche Verfahren. Durch Einführung spezieller Hilfsvariablen:
    - den Knotenspannungen bei der Knotenspannungsanalyse und
    - den Maschenströmen bei der Maschenstromanalyse
    wird die Ordnung des zu lösenden Gleichungssystems erheblich reduziert.
    Die Maschenstromanalyse wird benutzt, wenn die Anzahl der unabhängigen Maschen kleiner als die Anzahl der Knoten ist. Die Knotenspannungsanalyse ist besonders für Netzwerke mit einer großen Anzahl von Zweigen bei relativ geringer Anzahl von Knoten effizient.

  • Für spezielle Aufgabenstellungen, z.B. bei der Berechnung nur eines Stromes, erweist sich die Anwendung des Superpositionsprinzips (Überlagerungsverfahren nach Helmholtz) als effiziente Berechnungsmethode. Nach diesem Prinzip kann jeder Zweigstrom als vorzeichenbehaftete Summe der Teilwirkungen berechnet werden, die jeweils in dem entsprechenden Zweig von jeder Spannungsquelle im Netz hervorgerufen wird. Zu beachten ist, dass das Superpositionsprinzip nur für lineare Systeme gültig ist, also Systeme, deren elektrisches Verhalten durch lineare Gleichungssysteme beschrieben werden kann.

  • Eine effektive Methode zur Netwerkanalyse bei der Berechnung nur eines Zweigstromes und für Netzwerke mit nur einem nichtlinearen Element ist die Anwendung der Zweipoltheorie. Eine wesentliche Aufgabe der Zweipoltheorie für die Netzwerkberechnung besteht darin, für beliebige Zusammenschaltungen von elementaren Zweipolen die Parameter des äquivalenten Zweipols für die Gesamtschaltung zu ermitteln.