Hallo zusammen, habe folgendes Problem: Ein Aufbau bestehend aus einer Luftspule und einem Kondensator in Reihe wird nahe der Ressonanzfrequenz (135 kHz) zur Energieübertragung betrieben. Länge Luftspule: ca. 10 mm; Durchmesser Spule: ca. 5 mm; Drahtdurchmesser: 0,5 mm. Der LC-Schwingkreis hängt an einer Endstufe. Im Betrieb fließen (laut Netzteil) 300 mA @ 12 V. Die Luftspule weisst eine hohe Erwärmung auf (Lack brennt ab) und dass bei einem sehr kleinen Wirkwiderstand < 0,01 Ohm. Aber wieso??? Nahe der Resonnanzfrequenz hat der Schwingkreis einen Blindwiderstand (Betrag) von ca. 3 Ohm. Bei DC bleibt die Spule bei 1 A (wie zu erwarten) kalt. Führt nun der starke magnetische Fluss zu der Erwärmung oder ist es der Blindwiderstand, oder ist die Ursache einen ganz andere???
Durch den Skin-Effekt wird der Strom bei hohen Frequenzen in den Randbereich der Spule verdängt. Dadurch erhöht sich der Widerstand der Spule und die Verluste steigen. Bei Resonanz hast Du dann gleich noch mal wesentlich mehr Strom der durch die Spule fließt. Am Besten ist es wohl einen stärkeren und/oder versilberten Draht zu verwenden. Viele Grüße, Martin L.
Tach zusammen, ich bin mir nicht ganz sicher ob ich deinen Aufbau ganz richtig verstanden habe: Du hast einen Schwingkreis und eine Endstufe die den Schwingkreis speist. Die 300mA &12V sind primärseitig an der Endstufe gemessen? Das ist der effektive Mittelwert oder Peak? Ich denke dass der Strom den du vor der Endstufe misst, die Leistung die in dem System dissipiert wird repräsentiert.. Im Schwingkreis selbst kann aber, abhängig von seiner Güte, durchaus ein höherer Strom fließen. (Denke ich, habe über erzwungen schwingende Systeme schon lange nicht mehr nachgedacht :-) Grüße aus der Provence, Timo
@ Stanko T. (newie) >wird nahe der Ressonanzfrequenz (135 kHz) zur Energieübertragung >betrieben. Bei der Frequenz und dem Drahtdurchmesser gibt es nur leichten Skineffekt. >Länge Luftspule: ca. 10 mm; Durchmesser Spule: ca. 5 mm; >Drahtdurchmesser: 0,5 mm. Hmm, komische Spule. >Der LC-Schwingkreis hängt an einer Endstufe. >Im Betrieb fließen (laut Netzteil) 300 mA @ 12 V. Knackige 4W. >Die Luftspule weisst eine hohe Erwärmung auf (Lack brennt ab) und dass >bei einem sehr kleinen Wirkwiderstand < 0,01 Ohm. Aber wieso??? Weil die 4W nahezu komplett in der Spule verheizt werden? >Nahe der Resonnanzfrequenz hat der Schwingkreis einen Blindwiderstand >(Betrag) von ca. 3 Ohm. Glaub ich nicht. Das ist doch sicher ein Reihenschwingkreis. Der ist bei Resonanz fast ein Kurzschluss, nur begrenzt duch den ohmschen Anteil der Spule. >Bei DC bleibt die Spule bei 1 A (wie zu erwarten) kalt. Logisch, bei I^2*R. Aber im Reihenschwinkreis baut sich eine hohe Spannung über L und C auf. Da kommt EINIGES zusammen. Stichwort Resonanzüberhöhung. >Führt nun der starke magnetische Fluss zu der Erwärmung oder ist es der >Blindwiderstand, oder ist die Ursache einen ganz andere??? Es ist der Schwingkreisstrom. Miss mal L und C und rechne die Güte aus. MfG Falk
@ aha (Gast) & Falk Brunner (falk) Dies ist eine abgespeckte Version der Luftspule (weil leichter zu Händeln), aber die Symptome sind die gleichen. Es handelt sich um einen LC-Serienschwingkreis. Ich betreibe den Schwingkreis nicht in Resonanz, sonder nahe der Resonanz. Somit verbleibt ein wenig Blindwiderstand zwischen L und C. Die Energieübertragung funktioniert schon, aber wenn diese beachtliche Erwärmung nicht wäre. Die Spule kann locker 100 °C erreichen (Verbrennungsgefahr) hm... eigentlich habe ich einen Induktor zum Erwärmen von Gegenständen gebaut, was nicht das Ziel war. Eventuell sollte ich die Sache von einer anderen Seite her angehen! Indukator: Wenige Windungen (kleiner Wirkwiderstand), hoher Strom, hoher magnetischer Fluss. Um auf die Flussdichte zur Energieübertragung zu kommen, muss der Strom entsprechend hoch sein. Im Schwingkreis sind es ca. 2 A Peak. Nun überlege ich mehr Windungen zu verwenden, um den gleichen Fluss mit weniger Strom zu erzeugen.
@ Stanko T. (newie) >Nun überlege ich mehr Windungen zu verwenden, um den gleichen Fluss mit >weniger Strom zu erzeugen. Könnte klappen. Viel C und wenig L macht beim Serienschwingkreis eine niedrigere Güte. MFG Falk
Also auch wenn ich das Verhältnis zw. L und C ändere, erwärmt sich die Spule weiterhin. Drahtdurchmesser habe ich auf 1 mm erhöht, daher dauert das Aufwärmen etwas länger. :( hm...???
Falk hat Recht: Die Spannungen können extrem sein an den Komponenten Spule und Kondensator beim Serienkreis (beim Parallelkreis sind es die internen Ströme). Genauso ist erst mal die Güte zu optimieren durch Vergrößern von L und Verkleinern von C. Die Erwärmung wird natürlich immer noch da sein, die Frage ist aber, ob man einen Trend messen kann. Außerdem (und ich glaube, das ist entscheindend) darf man nicht vergessen, dass bei Vergrößern der Güte der Leistungsumsatz ebenfalls gesteigert wird. Nehmen wir an, wir könnten nur den ohmschen Widerstand verkleinern ohne Änderung aller anderen Parameter. Dann steigt der Strom an. Man müsste dann durch Spannungsverringerung am Schwingkreis den Strom wieder reduzieren. Und: Der Löwenanteil der Energie wird in der Spule umgesetzt, solange man nichts mit dem Feld anstellt (Wirbelströme, Übertrager od. dergl.). Gruß Dieter
Die Spannung über der Spule (nahe der Resonanz) ist ca. 200 Vpp. Habe auch HF Litze ausprobiert, aber der erwünschte Erfolg blieb aus. Ich dachte wenn die Fläche der Spule vergrößert wird, dann sollte die Erwärmung abmehmen, da die Flussdichte abnimmt. Aber der Effekt tritt auch bei einer Luftspule mit 100 mm Durchmesser auf, welche sich ebenfalls erwärmt. Ich werde mal einen Parallelschwingkreis simulieren (kleinere Spannung über L und C) den für die Energieübertragung brauche ich Strom welcher das Feld erzeugt.
Dann bleibt dir nicht viel übrig als den Querschnitt größer zu machen. Das ist ja das gemeine an Schwingkreisen: Die Blindleistung liegt schnell mal Faktor 100 oder 1000 über der Wirkleistung.
Benedikt K. schrieb: > Dann bleibt dir nicht viel übrig als den Querschnitt größer zu machen. > Das ist ja das gemeine an Schwingkreisen: Die Blindleistung liegt > schnell mal Faktor 100 oder 1000 über der Wirkleistung. Bei Quarzen ist der Faktor noch heftig größer. Was viele erst merken wenn sie in Oszillatorschaltungen deren Treiberleisung zu großzügig erhöhen...
Nach meinem Dafürhalten muss man für konstanten Strom sorgen. Denn bei einem angenommenen idealen Schwingkreis wäre der Strom unendlich, was zur Überlastung des anseteuernden Generators führen würde. Und solange die Güte der Spule endlich ist, wird an ihr der Löwenanteil der Leistung abfallen. Bei konstanter (Gesamt-)Spannung würde bei Verbesserung der Spulengüte (Verkleinerung von Rv) der Strom sogar ansteigen und somit die Verlustleistung. Also: Strom konstant halten und Spule optimieren. Mit der Flussdichte hat es formal erst mal nichts zu tun. Dieter
Ich habe die Energieübertragung auf 4 einzelne Spulen verteilt. Diese sind in Reihe geschaltet (weiterhin LC Serienschwingkreis) d.h. - Kleinere Induktivität L der Einzelspule - Bessere Kopplung k - Höhere Güte Q - 1/4 der Spannung pro Spule (50 Vpp; Veff = 17,67 V) - Kleinerer Blindwiderstand Rv - Weniger Blindleistung Pv Rv = (2*pi*f*L) / Q Ieff = Veff / (2*pi*f*L) Pv = Ieff^2 * Rv Vorher: L = 24 µH; Q = 50; f = 135 kHz Rv = 0,407 Ohm Ieff = 3,47 A Pv = 4,91 W Nacher: L = 6 µH; Q = 60; f = 135 kHz Rv = 0,084 Ohm Ieff = 3,47 A Pv = 1,01 W Mit diesen Parametern weden die Spulen lauwarm :)
Kann es sein, dass Du jetzt einfach eine bessere Kühlsituation hast, da vier Spulen eine günstigere Wärmeabgabe aufweisen? Dieter
Die Eigenkühlung spielt sicherlich eine Rolle, aber eine untergeordnete. Denn die Wärmekopplung ist relativ schlecht (Luft). Gruss Stanko
Das verstehe ich jetzt aber nicht. Was heißt Eigenkühlung? Du bist ja abhängig von der Kühlung durch Luft, oder hast Du eine andere Kühlung? Dieter
@ Dieter S. (accutron)
>Das verstehe ich jetzt aber nicht. Was heißt Eigenkühlung?
Die vier Spulen haben wesentlich mehr Fläche als die Einzelspule, somit
ist der Wärmeaustausch deutlich besser.
Letztendlich sind solche Resonanzkreis NICHT sonderlich gut für Leerlauf
geeignet. Die haben da nämlich die grössten Verluste weil grösste Güte.
Betreibe das mal mit Sekundärspule und Last.
MFG
Falk
Falk Brunner schrieb: > Letztendlich sind solche Resonanzkreis NICHT sonderlich gut für Leerlauf > geeignet. Die haben da nämlich die grössten Verluste weil grösste Güte. > Betreibe das mal mit Sekundärspule und Last. siehe mein Posting 03.06.2009 12:11.
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