www.mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Luftspule (Erwärmung)


Autor: Stanko T. (newie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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???

Autor: Martin Laabs (mla)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Timo Dittmar (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  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

Autor: aha (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Energieuebertragung mit dieser Spielzeugspule ? Da muss was anderes her.

Autor: Stanko T. (newie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  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.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  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

Autor: Stanko T. (newie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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...???

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ob der ständige Umgang mit HF am Finger so gesund ist ??

Autor: Dieter S. (accutron)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Stanko T. (newie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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...

Autor: Dieter S. (accutron)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Stanko T. (newie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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 :)

Autor: Dieter S. (accutron)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kann es sein, dass Du jetzt einfach eine bessere Kühlsituation hast, da 
vier Spulen eine günstigere Wärmeabgabe aufweisen?

Dieter

Autor: Stanko T. (newie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Eigenkühlung spielt sicherlich eine Rolle, aber eine untergeordnete. 
Denn die Wärmekopplung ist relativ schlecht (Luft).

Gruss
Stanko

Autor: Dieter S. (accutron)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  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

Autor: Dieter S. (accutron)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Falk: Mir musst Du das nicht erklären, ich hab's verstanden.

Dieter

Autor: Dieter S. (accutron)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.