www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Aus PWM zu Sinus, wie LCL-Sieb berechnen ?


Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen

Ich habe mit MosFETs eine H-Brücke gebaut und erzeuge einen positiven 
und negativen PWM daraus, doch bei der Berechnung des LCL-Siebes, der 
daraus einen Sinus glätten soll, komme ich nicht weiter.

Ich finde etwas über einseitige LC-Glieder, aber nichts über beidseitige 
LCL-Glieder ?

Die 50 Hz Sinus werden aus 400 PWMs gebildet, daher 20 kHz aus der 
Brücke (auf dem Schema habe ich einfachheitshalber statt FETs Dioden 
genommen).
Die Lampe ist 230 V mit 20 W, diese Leistung liefert auch das Netzteil.

Doch wie berechne ich die beiden L und den C ?
Kann ich ein einseitiges LC-Sieb nehmen und den Spulenwert für beide 
nehmen verwenden und den C verdoppeln/halbieren ?

Autor: Entwickler (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wieso glaubst Du, zwei Spulen zu benötigen? Oder wären zwei separate Cs 
gegen GND am Ende doch besser?

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube nicht, ich weiss es nicht, darum frage ich.

GND ? Was für GND ? Die Schaltung ist in sich geschlossen, galvanisch 
getrennt von allem. Oder meinst du Erdpotential ?

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc Mk schrieb:
> Die 50 Hz Sinus ... Die Lampe ist 230 V mit 20 W

Du willst ernsthaft eine Glühlampe (das sagt der Schaltplan jedenfalls) 
mit einem hochtransformiertem, reinen Sinus betreiben? Was spricht denn 
gegen ein Rechteck oder Trapez?

BTW: Im Schaltplan oben sieht das LCL wie ein Filter gegen Störungen 
aus.

Autor: Sofa Eddy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Deine Brücke wird ja sicherlich mit einer Spannung versorgt. Und hier 
hat man üblicherweise auch Ground. So wie im Anhang.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Oder gleich ne 12V? Glühlampe nehmen.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc Mk schrieb:
> Hallo zusammen
>
> Ich habe mit MosFETs eine H-Brücke gebaut und erzeuge einen positiven
> und negativen PWM daraus, doch bei der Berechnung des LCL-Siebes, der
> daraus einen Sinus glätten soll, komme ich nicht weiter.
>
> Ich finde etwas über einseitige LC-Glieder, aber nichts über beidseitige
> LCL-Glieder ?
>
> Die 50 Hz Sinus werden aus 400 PWMs gebildet, daher 20 kHz aus der
> Brücke (auf dem Schema habe ich einfachheitshalber statt FETs Dioden
> genommen).
> Die Lampe ist 230 V mit 20 W, diese Leistung liefert auch das Netzteil.
>
> Doch wie berechne ich die beiden L und den C ?
> Kann ich ein einseitiges LC-Sieb nehmen und den Spulenwert für beide
> nehmen verwenden und den C verdoppeln/halbieren ?

Zur Berechnung kannst du die beiden Spulen wertemäßig addieren. Das 
Auftrennen in zwei symmetrisch angeordnete Spulen erhöht die 
Gleichtaktunterdrückung. Eine fertige Zweispulen-Netzdrossel kannste 
auch verwenden.

Wenn man eine Glühlampe mit Sinus betreibt, ist die Lebensdauer meßbar 
höher. Der Glühdraht sieht weniger hohe Beschleunigungswerte.


Gruß -
Abdul

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Abdul K. schrieb:
> Wenn man eine Glühlampe mit Sinus betreibt, ist die Lebensdauer meßbar
> höher. Der Glühdraht sieht weniger hohe Beschleunigungswerte.

Hast du dazu Quellen?
Vorstellen kann ich mir es zwar. Glaube aber nicht, dass der Effekt über 
20% ausmacht.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hatte ich mal gelesen. War irgendwas von einer Versicherung. Und wie man 
spart, wissen die ja bestens. Mit mehr kann ich momentan nicht dienen, 
auch wenn ich die Frage erwartete.


Gruß -
Abdul

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Oh natürlich, es soll ein universeller Wechselrichter ab 12V Batterie 
werden, das Netzteil und die Glühlampe ist zum testen da (Billiger wenn 
es schiefgeht ;-).

Danke für die Vorschläge, ich werde alles ausprobieren (will ja was 
lernen), aber ich finde keine passenden Formeln, nur für RC-Glieder.

Wie gross müssen die C sein beim SinusWandler.png ? (Ich habe nichts da, 
muss alles erst kaufen gehen)

@Abdul: Die Zweispulen-Netzdrossel auf der 230V Seite einbauen ? (Normal 
oder Ringkern?) Und welche Werte ?

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Solange man die Glühbirne nicht in einem starken Aagnetfeld betreibt, 
sollten die Kräfte recht klein sein. Dabei ist aber auch nicht klar ob 
Sinus oder Rechteck da besser wäre. Für eine Gleichmäßige Erwärmung hat 
sogar Rechteck Vorteile, aber das wird nur bei niedriegen Frequenzen wie 
50 Hz wichtig sein.

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube du stellst dir das ganze etwas zu einfach vor. Diese 
Stromkompensierten Drosseln kannst du vergessen, denn diese verkraften 
keinen Strom wenn sich beide nicht gegenseitig kompensieren.
Du benötigst richtige Spulen mit einem Luftspalt.
Zur Dimensionierung: Die Resonanzfrequenz aus L und C muss irgendwo 
zwischen der Nutzfrequenz und der zu filternden Frequenz sein, 
allerdings von beiden einen deutlichen Abstand haben, damit es im 
Leerlauf zu keiner Resonanzüberhöhung kommt.
Wenn du nun einen passende Frequenz gefunden hast, dann musst du L und C 
so dimensionieren, dass einerseits der Spannungsabfall bei der 
Nutzfrequenz möglichst gering ist, andererseits der Leerlaufstrom nicht 
zu hoch wird.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ulrich schrieb:
> Solange man die Glühbirne nicht in einem starken Aagnetfeld betreibt,
> sollten die Kräfte recht klein sein. Dabei ist aber auch nicht klar ob
> Sinus oder Rechteck da besser wäre. Für eine Gleichmäßige Erwärmung hat
> sogar Rechteck Vorteile, aber das wird nur bei niedriegen Frequenzen wie
> 50 Hz wichtig sein.

Glühbirnen fallen sehr gerne beim Einschalten aus. Durch den heftigen 
Stromimpuls zieht sich die dünne Drahtwendel unter dem eigenen 
Magnetfeld zusammen und bricht...

Es gibt sogar einen Unterschied in der Lebensdauer bezüglich Gleich- und 
Wechselstrom bei gleichem Effektivwert! Wechselstrom ist besser.

Das wurde mal im Rahmen der teuren Wartung von Leuchttürmen u.ä. 
untersucht.


Gruß -
Abdul

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Durch das eigene Magnetfeld sollte die Spule eher expandieren. Der 
Effekt sollte aber eher klein sein.  Das größere Problem ist eine 
ungleichmäßige Erwärmung beim Einschalten.

Zur Filterspule:
Die Schaltung aus Halbbrücke, Spule und Dem Kondensator entspricht einem 
Schaltwandler (Buck). Die Dimensionierung entsprechend.

Die Stromkompensierten Drosslen sind wohl nicht geeigent, denn die 
können nur relativ wenig Energie speichern und gehen früh in die 
Sättigung.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Spule zieht sich zusammen. Probier es aus: 12V Autobatterie und ein 
paar Meter dicker Draht als Spule. Die Spule in einem Eimer gefüllt mit 
Wasser stopfen.

Und dann schließe die Kontakte. Daher weiß ich was passiert.


An Spulenvorschlägen hätte ich noch die Entstördrosseln auf Stabkern. 
Gibts auch billig.


Gruß -
Abdul

Autor: the boogieman (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und was wenn man die Lampe nicht im Nulldurchgang schaltet? So generell 
kann man nicht sagen "böser Gleichstrom" und "guter Wechselstrom". Wenn 
man "langsam" anfährt sollte - bei gleichem Effektivwert - kein 
nennenswerter Unterschied zu vermerken sein.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Metallmigration


Gruß -
Abdul

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe noch keinen Plan und keine Formel, welche L und C ich nehmen 
soll, grössere Spule oder grösserer Kondensator, gibt es da eine 
Faustregel oder einen Anhaltspunkt ?

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vermutlich wird es irgendwo auf den Bereich von 1-10mH und 1-10µF hinaus 
laufen. Zu beachten ist auch, dass die Spule den maximalen Spitzenstrom 
verkraftet ohne in die Sättigung zu gehen. Auf jedenfall wird es schwer 
sowas fertig zu bekommen -> selber wickeln. Auch beim Kondensator sollte 
man nicht sparen und einen MKP Typ verwenden..

Autor: the boogieman (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Abdul K. schrieb:
> Metallmigration

Und dieser Effekt soll beim gleichförmigen Fluss größer sein?

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich steh immer noch wie der Esel am Berg (wenigstens habe ich 
zwischendurch was gegessen): Ich kenne die Spannung (12V), ich kenne die 
Grenzfrequenz (20 kHz), 50 Hz soll der Sinus haben und den Strom (3A), 
aber ich kann nichts damit anfangen.

Auf deine Vermutung hin, habe ich passende Spulen gesucht und auch 3 
gefunden: 2,7 mH, 3,3 mH und sogar 10 mH, aber ohne Formel komme ich 
nicht weiter, in allen Büchern die ich habe und auch im WWW wird nur 
über RC geschrieben, LC wird nicht erwähnt oder nur "unter ferner 
liefen" gestreift...

Gibt es keine schöne (vollständige) Formelsammlung dazu ?

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sodele, ich habe eine Zweispulen-Netzdrossel mit 2x 10 mH und zwei 470uF 
Kondensatoren eingebaut, aus dem PWM wurde nun eine glatte Welle, aber 
sehr dreieckig, gleiches Dreieck mit 3,3 mH.
Was stimmt nicht ? Wird es schlimmer, wenn die Werte zu gross sind ?

Autor: Nichtabonnent (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hab ich im Elektor diesen Monat etwa so ein Thema überblättert?
Oder irre ich mich...

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc Mk schrieb:
> Was stimmt nicht ?

Stromkompensierte Drossel? -> Sättigung.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
the boogieman schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Metallmigration
>
> Und dieser Effekt soll beim gleichförmigen Fluss größer sein?

Die Metallmigration läuft revers bei entgegengesetztem Strom. Allerdings 
bleibt ein Störeffekt. Es macht einen Unterschied, ob ein Läüfter 
ansaugt oder ausstößt. Die Luftströmung ist unterschiedlich aufgrund der 
Kompressibilität der Luft. So ähnlich auch hier. An den dünnsten Stellen 
wird die Migration sehr viel größer, das Material wandert also von der 
dünnen Stelle weg zu den größeren Weiten. Es setzt sich dort ab und 
fehlt dann an der Engstelle. Das geht so immerfort...

Gruß -
Abdul

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc Mk schrieb:
> Sodele, ich habe eine Zweispulen-Netzdrossel mit 2x 10 mH und zwei 470uF
> Kondensatoren eingebaut, aus dem PWM wurde nun eine glatte Welle, aber
> sehr dreieckig, gleiches Dreieck mit 3,3 mH.
> Was stimmt nicht ? Wird es schlimmer, wenn die Werte zu gross sind ?

Es gibt keine geschlossene Lösung für das Problem!
Vielleicht hast du das ganze noch nicht wirklich durchschaut. Was ist 
wenig???? Das definierst du! Mit sinkender Grenzfrequenz steigt der 
Aufwand und die Antwortzeit wird immer größer. Das kann bei plötzlichen 
Laständerungen am Ausgang, aber auch am EINGANG, zu Regelschwingungen 
führen. Die können gedämpft auslaufen oder auch zum Aufschwingen mit 
zerstörender Wirkung führen.

Sowas schätzt man ab und baut es dann auf. Dann wird es ausgiebig 
getestet und notfalls modifiziert. Ich würde dir für die 
Grundlagenforschung LTspice empfehlen. Sehr informativ an den Parametern 
zu drehen! Es gibt in der Yagoo-Group Library auch ein Modell für 
Glühlampen. Also alles was du brauchst ist da und kostenlos.


Gruß -
Abdul

Autor: the boogieman (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Interessant! Ich frage, weil der Spitzenwert bei wechselförmiger 
Bestromung natürlich höher ist. Klar, leistungsmäßig machts keinen 
Unterschied, aber ist das Ganze tatsächlich linear?

Autor: Karl (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Werte sind zu groß, nimm dir mal LTspice (wie schon erwähnt) und 
simuliere den Frequenzgang...

Abgesehen davon: Muss es wirklich ein reiner Sinus sein? Eine Pi*Daumen 
Abschätzung sagt mir: Die Amplituden der 3. und 5. Oberwelle eines 50 Hz 
Rechtecks gehen haben nur 1/3 bzw. 1/5 der Grundschwingung. Die Leistung 
ist entsprechend nur 1/9 und 1/25 der Grundschwingung. Gut möglich, dass 
Du in den FETs bei 20 kHz mehr als ca 2 W verballerst ;)

Außerdem braucht kaum ein Verbraucher einen echten Sinus. Den bekommt er 
aus dem Netz nämlich auch nicht. Ich würde "einfach" mal 1-10 mH in 
Serie mit dem Trafo schalten und schauen was passiert.

Vergiss nicht, dass deine Last Teil des Filters ist.

Autor: Stefan (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Schätzung basierend auf welcher Formel ?

Autor: Karl (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Schätzung der Leistung der Oberwellen? Furiertrafo eines Rechtecks 
ergibt immer was mit sin(x)/x (Mathe im 2. Semester ;), dann nochmal in 
Leistungselektronik im 7.)

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Marc,

>Doch wie berechne ich die beiden L und den C ?

Mit der Thomson-Formel erhälst du aus L und C die Resonanzfrequenz

http://de.wikipedia.org/wiki/Thomsonsche_Schwingun...

Wenn du filtern willst, mußt du ein paar Dinge beachten: Für L nicht 
irgendeine Drossel verwenden, sondern nur eine Funkentstördrossel oder 
Speicherdrossel, die speziell für diesen Zweck hergestellt wird. Du 
findest sie bei den Entstördrosseln für Dimmerschaltungen. Diese 
Dimmerdrosseln sind oft als Ringkern-Drosseln auf einen Eisenpulver-Kern 
gewickelt. Keine stromkompensierte Drossel verwenden oder welche zur 
Unterdrückung von Gleichtaktstörungen, die funktionieren vollkommen 
anders!!!

Mit deiner PWM-Geschichte erzeugst du wahrscheinlich so etwas ähnliches 
wie +-12V, also einen Sinus mit rund 12V Amplitude? Dann mußt du dein 
Siganl ganz grob um den Faktor 20 hochtransformieren. Damit 
transformierst du den Strom durch die Lampe von rund 90mAeff in einen 
Strom durch die Primärwicklung von 1,8Aeff, macht einen Spitzenstrom von 
rund 2,5V. Für diesen Strom muß deine Enstördrossel mindestens ausgelegt 
sein, besser du hast deutlich Reserve.

Es sollte nicht zu schwer sein, eine Drossel mit 2mH zu bekommen. Denke 
daran, daß die Induktivität dieser Drosseln bei hohen Strömen deutlich 
kleiner werden kann. Als Kondensator kannst du einen 1µF MKP10 
ausprobieren. Das ergibt mit der Thomson-Formel eine Resonanzfrequenz 
von rund 2,5kHz, wenn du zwei 2mH Induktivitäten, wie in deinem Schema 
verwendest.

Wenn man berücksichtigt, daß der Lastwiderstand der Lampe von 2,6kOhm um 
den Faktor 400 auf der Primärseite herabtransformiert wird, scheint ein 
6,5 Ohm Widerstand am Kondenstaor parallelzuhängen. Dies erhöht die 
Dämpfung kräftig, sodaß 3dB Dämpfung schon bei 260Hz erzielt werden, wie 
eine kleine Simulation zeigt. Bei 20kHz solltest du rund 40dB Dämpfung 
erhalten.

Kai Klaas

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe heute 2 einzelne Spulen mit Eisenkern a 3 mH und zwei 
Kondensatoren mit je 1uF gegen Masse angeschlossen, doch der Oszi zeigt 
das angehängte Bild und die Lampe leuchtet nur noch schwach, was ist 
denn nun wieder nicht gut ?

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Kurvenform nach kommt die Spule in die Sättigung.

Autor: Marc Mk (macmek)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Autsch, das stimmt: Die Lampe zieht 1,5 A und die Spule ist auf 1,47 A 
ausgelegt... na ja fast ist auch vorbei.

Wenn ich nun jeder Spule eine weitere parallel schalte, die nicht 
magnetisch gekoppelt ist, würde der Strom verteilt/halbiert und die 
Sättigung vermieden, richtig ?

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja. Allerdings dürfte die Spule deutlich warm werden, wenn diese 
wirklich einen normalen Eisenkern hat und du mit 20kHz ein PWM Signal 
einspeist.

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.