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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC-Elektromagnet Abfallzeit beschleunigen


Autor: Andy (Gast)
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Hallo,

habe hier einen etwas größeren DC-Elektromagnet, 24V bei 2.2A 
Dauerstrom. Der Magnet hebt ein Steuergestänge (als Hubmagnet) etwa 8 cm 
an. Klappt auch alles Wunderbar, nur möchte ich den Magneten schnell zum 
Abfallen bringen. Geschaltet wird dieser mittels N-FET von einem 
Pic-Controller, Freilaufdiode (Schnelle Schottky) ist auch drin. 
Trotzdem Ist die Abfallzeit nach der Stromabstellung mit ca. 2 Sekunden 
recht lang. Kann ich diese Zeit irgendwie verkürzen? Ich muß irgendwie 
möglichst schnell das Ding im Abschaltmoment entmagnetisieren. Am 
Magneten selbst kann ich leider nix ändern, der ab Werk vergossen mit 
Epoxyd-Harz.

Was kann ich auf der Elektrischen Seite tun um den Abfall des MAgneten 
zu beschleunigen?


Andy

: Verschoben durch Admin
Autor: Andy (Gast)
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Nachtrag:

Ich meine hier im Forum gelesen zu haben das der Haltestrom eines 
Elektromagneten geringer ausfallen kann wie der Anzugsstrom. Ich würde 
mal mit dem Labornetzteil probieren wie weit ich die Spannung (und damit 
den fließenden Strom) verringern kann und der Magnet noch sicher hält.

Zur Spannungsreduktion will ich später aber keine Widerstände nehmen. Da 
ich ja eh schon eine Schaltung mit uC habe wäre eventuell PWM eine 
möglichkeit?
Der E-Magnet zieht mit voller Spannung an, nach einer Zeit von einigen 
Sekunden wird mittels PWM die effektive Spannung am Magneten reduziert. 
Somit fällt der bei Stromunterbrechung auch schneller Ab da nicht so 
viel Magnetfeld in der Spule "entsorgt" werden muss.
Ist PWM bei Magnetspulen dieser größe noch Problemlos machbar oder töte 
ich damit die Freilaufdiode durch die Induktionsimpulse der Spule in den 
PWM-Pausen?

Für Vorschläge wäre wie ich das Problem lösen kann ich dankbar.
Da ich an der gleichen Spannung noch eine kleine uC-Schaltung hängen 
habe darf ich diese natürlich nicht arg "versauen" Die uC Schaltung ist 
zwar gut Abgeblockt mit Kondensatoren, Spule, Transil und einigen 100nF 
vor und nach dem Schaltregler der die 5V Versorgung macht, aber ich 
möchte wenn möglich den 24V Kreis möglichst nicht zu schlimm mit 
Störungen belasten. Ein paar DC-Schütze hänge da übrigends auch noch 
dran.

Andy

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Ich würde in Reihe zur Freilaufdiode einen entsprechend bemessenen 
Widerstand schalten, dadurch baut sich der Strom in der Induktivität 
beim Abschalten schneller ab.

Je höher der Widerstand ist, desto schneller geht das ganze. Es wird 
aber auch die Induktionsspannung entsprechend höher. Der Widerstand muss 
so bemessen werden, dass der Nennstrom, der im Abschaltmoment dann durch 
den Widerstand fließt, dort keine Spannung erzeugt, die hoch genug ist, 
die Schaltung zu zerstören.

Falls dazu trotzdem noch eine PWM notwendig ist, funktioniert das so 
nicht mehr. Ich würde dann zu einer Brückenschaltung raten, die den 
Stromabbau aktiv durch Polumkehr erzwingt.
Vorsicht: Das liefert Energie in die Spannungsversorgung zurück.

Grüße,

Peter

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>Ich würde in Reihe zur Freilaufdiode einen entsprechend bemessenen
>Widerstand schalten, dadurch baut sich der Strom in der Induktivität
>beim Abschalten schneller ab.

Ich nicht...
Widerstände und Stromerhöhung widerspricht sich irgendwie.

Die Hammermethode wäre, die Spannung umzupolen.
Es könnte aber auch reichen, im Ausschaltzustand den Magneten 
kurzzuschliessen.

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Der Strom erhöht sich nicht im Abschaltzeitpunkt.
U = L * di/dt + R * i

Höhere Spannung (negativ) beim Abschalten bedeutet schnellen Stromabfall 
und damit schnellen Feldabbau.

>Es könnte aber auch reichen, im Ausschaltzustand den Magneten
>kurzzuschliessen.

Das ist er durch die Freilaufdiode bereits.
Besser ist es aber, ihm die Feldenergie zu entziehen (z.B. durch einen 
Widerstand). Ein Kurzschluss entzieht keine Energie und der Feldabbau 
passiert nur durch die ohmschen Verluste in der Wicklung und dauert 
daher sehr lange.

Grüße,

Peter

Autor: Walter (Gast)
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Peter Diener schrieb:
> Je höher der Widerstand ist, desto schneller geht das ganze. Es wird

heißt also, Widerstand unendlich, also sozusagen weder Freilaufdiode 
noch Widerstand und das ganze geht am besten????

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Ja - rein theoretisch schon, nur wird die Spannung dabei unendlich. Das 
schlägt dann irgendwo durch.

Autor: Torsten B. (torty)
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Bei magnetischen Spanntischen zB bei Schleifmaschinen ist es std. zum 
Entmagnetisieren den MagnStrom umzupolen, bzw. bei volumigen Werkstücken 
auch zu takten.
Näheres musst DU mal googlen.
Auf jeden Fall umpolen (takten).

GRuß
Torsten

Autor: Torsten B. (torty)
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Du musst die remanenz in Deinem Magneten abbauen. Nur so als Stichwort.

Autor: Peter Roth (gelb)
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Für die Spule gilt U*t=L*I.

Das heißt, beim Anlegen einer Spannung von 24V dauert es eine bestimmte 
Zeit, bis das Magnetfeld in der Spule voll aufgebaut ist. U*t ist 
konstant, da die Induktivität und der Strom gleich bleiben.

Für das Abschalten des Magnetfeldes gilt diese Gleichung ebenfalls. 
Wegen der Freilaufdiode beträgt aber die Spannung an der Spule nur 0,7V, 
also dauert das Abschalten 24/0,7 = 35 mal länger!

Wenn eine Z-Diode in Serie zur Freilaufdiode geschaltet wird (Die muss 
aber die 2,2A können), erhöht sich während dem Abschalten die Spannung 
an der Spule um den Wert der Z-Diode. Vorsicht: der MOSFET muss 24V + 
Z-Spannung + Reserve aushalten.

Ganz mutige lassen die Freilaufdiode weg, dann steigt die Spannung beim 
Abschalten am Transistor soweit an, bis er in Avalanche-Betrieb geht und 
die Spannung selbst begrenzt. Unter Beachtung der Datenblattwerte ist 
das ein gangbarer Weg. Können bei entsprechendem MOSFET auch deutlich 
über 100V sein.

Grüße, Peter

Autor: Werner (Gast)
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Ich gebe auch noch mal meinen Senf dazu, allerdings aus 
maschinenbautechnischer Sicht:

1. Stimme ich voll zu, dass man den Magneten nicht einfach Kurzschließen 
sollte, da dann die Magnetfeldenergie nur im Wicklungswiderstand und in 
der Freilaufdiode verbraten wird, und dass ja rein aus Gründen der 
Wirtschaftlichkeit relativ kleine Widerstände sind. Eine Z-Diode oder 
ein Varistor (entsprechend dimensioniert) sorgt für schnellere 
Abbauzeiten. Man hätte zusätzlich die Möglichkeit eine 
Entmagnetisierungs-Wicklung aufzubringen, die bei Bedarf geschatet 
werden kann. Dann könnte man auf der 1. Wickung trotzdem noch Problemlos 
mit PWM arbeiten.

So jetzt der Maschbau-teil:
Es hilft auch viel einen nicht ferromagnetischenn Bolzen einige 100stel 
mm aus dem "Anker" herausstehen zu lassen. Dadurch werden die 
Haltekräfte um ein Vielfaches reduziert. Will heißen: Es besteht zwar 
mechanisch ein Kontakt zwischen Kernstück und Wicklungstopf, aber kein 
Kontakt zwischen Ferromagnetischen Metallen. Das hilft. Das machen fast 
alle Magnetventlil-Hersteller so.

Werner

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Andy schrieb:
> Hallo,
>
> habe hier einen etwas größeren DC-Elektromagnet, 24V bei 2.2A
> Dauerstrom. Der Magnet hebt ein Steuergestänge (als Hubmagnet) etwa 8 cm
> an. Klappt auch alles Wunderbar, nur möchte ich den Magneten schnell zum
> Abfallen bringen. Geschaltet wird dieser mittels N-FET von einem
> Pic-Controller, Freilaufdiode (Schnelle Schottky) ist auch drin.
...
> Was kann ich auf der Elektrischen Seite tun um den Abfall des MAgneten
> zu beschleunigen?

Z-Diode zur Schottky in Reihe schalten. Außerdem Haltestrom reduzieren.

Autor: andi (Gast)
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ich wuerde es mit aktiv clamping versuchen...
oder fet mit avalanche test...

Autor: Andy (Gast)
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Hallo,

danke für die Tips, ich werde also meine Schaltung etwas abändern das 
ich einen FET mit höherer Sperrspannung einsetzen kann damit der die 
Abschaltspannung verträgt. Nur wo bekomme ich solche Z-Dioden her über 
die man mal eben so pi mal daumen 100V bei 2A runterlassen kann? Selbst 
bauen aus einem TL431 und einem Transistor?

Die Haltestromreduktion mache ich mit dem FET durch PWM, welche 
PWM-Frequenz ist dafür angemessen? Eher langsam so bis 1000Hz oder 
lieber was schnelleres?
Der Magnet ist mechanisch auch recht träge da er ein Gwicht von ca. 4 
Kilo zu bewegen hat, das Gewicht des Magnetankers selbst nicht 
eingerechnet. Da der recht groß ist dürfte da auch noch mal etwa 1 Kilo 
auf die Waage kommen...

Andy

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Hallo Andy,
google mal nach dem schnellen Abschalten eines Relais.

Dort ist auch ein Elektromagnet, der etwas hält. Schnelles abschalten 
ist erwünscht um Lichtbögen usw. abreißen zu lassen. Also eine 
vergleichbare Aufgabenstellung.

Ich habe mir gemerkt: Keine Freilaufdiode, sondern Z-Diode wegen P = U * 
I, U wird durch Z-diode vorgegeben und sollte so groß sein, dass der 
Schalttransistor noch nicht durchschlägt.

Autor: Andy (Gast)
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Hallo avion23,
danke für den Tip werde ich mal Tante Google etwas quälen... :-)
Nur wo bekomme ich Zenerdioden her die solche Ströme vertragen?

Autor: A. R. (redegle)
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Ich würde versuchen die Avalanchdiode eines Fets auzunutzen.


Ansonsten Z-Dioden bis 20W:
http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Peter,

> Der Strom erhöht sich nicht im Abschaltzeitpunkt.
> U = L * di/dt + R * i
>
> Höhere Spannung (negativ) beim Abschalten bedeutet schnellen Stromabfall
> und damit schnellen Feldabbau.
>
>>Es könnte aber auch reichen, im Ausschaltzustand den Magneten
>>kurzzuschliessen.
>
> Das ist er durch die Freilaufdiode bereits.
> Besser ist es aber, ihm die Feldenergie zu entziehen (z.B. durch einen
> Widerstand). Ein Kurzschluss entzieht keine Energie und der Feldabbau
> passiert nur durch die ohmschen Verluste in der Wicklung und dauert
> daher sehr lange.
Er kann auch mehrere Freilaufdioden in Reihe schalten oder eine 
Überspannungsschutzdiode/Zenerdiode verwenden. Dadurch wird die Spannung 
beim Abschalten unabhängig vom Strom im Abschaltmoment begrenzt.

Eine Begrenzung auf 6,8V kann man beispielsweise hierdurch erreichen:
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A46...

Bei der Überspannungsschutzdiode/Zenerdiode ist zu beachten, daß man in 
Serie noch eine normale Diode schalten muß, um die Leitfähigkeit der 
Zenerdiode/Überspannungsschutzdiode in ihrer normalen Flußrichtung (die 
0,7V-Richtung) zu verhindern. Zu den obigen 6,8V kommt also noch eine 
Flußspannung hinzu.


Gruß,
  Michael

Autor: Peter Roth (gelb)
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Andy schrieb:

> Abschaltspannung verträgt. Nur wo bekomme ich solche Z-Dioden her über
> die man mal eben so pi mal daumen 100V bei 2A runterlassen kann? Selbst
> bauen aus einem TL431 und einem Transistor?

Du kannst eine Serienschaltung aus normalen Z-Dioden verwenden, wenn du 
damit das Gate deines MOSFETS ansteuerst. Dann wird der MOSFET 
angesteuert und es stellt sich eine halbwegs konstante Spannung ein. 
Aber Vorsicht mit Rückwirkungen auf die Gate-Ansteuerung.

> Die Haltestromreduktion mache ich mit dem FET durch PWM, welche
> PWM-Frequenz ist dafür angemessen? Eher langsam so bis 1000Hz oder
> lieber was schnelleres?

Damit bekommst du einen Schaltregler. Dessen Frequenz richtet sich nach 
der Induktivität der Spule und sollte so bemessen sein, dass in der Ein- 
und Ausschaltphase der Strom sich jeweils um etwa 1/3 ändert. Dabei 
darfst du aber nicht mit den Z-Dioden, sondern nur mit einer normalen 
Freilaufdiode entmagnetisieren, sonst erzeugst du wegen dem großen 
Spannungshub jede Menge Störungen.

Grüße, Peter

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Ich habe das jetzt nicht alles gelesen, aber ist es nicht am 
sinnvollsten die Energie des Magnetfeldes in ein elektrisches Feld zu 
überführen?

Nur die nötigsten Verluste über Leiter/Bahnwidertände und der Strom ist 
weg.
Spule --> Schalter/Mosfet oder Transe --> nach Kondensator.


Aktiv per Umschaltung, also über Reihenschaltung mit der sowieso 
vorhandenen Spannungsquelle  geht das noch schneller.

Tau ist doch immer noch L/R, oder wird das neuerdings auch mit FFT 
gerechnet?

Na los Ihr jungen Leute, dann mal her mit den Erkärungen...

guude
ts


Nachfrage: Wieso entzieht ein Kurzschluß KEINE Energie?
Zweiter Nachtrag:  Wenn ich an meiner Steckdose einen Kurzschluß mache 
bezahle ich den Lichtbogen und auch das Schmelzen des Kupfers und des 
Seitenschneiders -->Energie/Arbeit

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Thomas S. schrieb:
> Tau ist doch immer noch L/R

Ja genau. Daher braucht man für ein kleines Tau ein großes R.


> Nachfrage: Wieso entzieht ein Kurzschluß KEINE Energie?

P = U * I
Da U bei einem Kurzschluss sehr gering ist, wird wenig Leistung 
umgesetzt.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Hallo zusammen,

bin noch in der Zeit aufgewachsen als Relais mit Anzugs- und 
Abfallverzögerung gelegentlich erwünscht waren. Abfallverzögerung z.B. 
mit Kupferdämpfung auf der Relaisspule, war eine Kurzschlußwicklung, 
praktischerweise als Kupferband isoliert um den Eisenkern ausgeführt. 
Kurzschluß behindert also den schnellen Abfall.

Oben wurde schon mal die entgegen gesetzte Polung genannt, um den Abfall 
zu beschleunigen. Ich würde da eine H-Brücke bevorzugen. Da fällt die 
Freilaufdiode auch ganz weg, dafür gibt es dann Leistungstransistoren 
mit integrierten Damperdioden, falls nötig. Wobei die Damperdioden bei 
richtiger Auslegung der Schaltzeiten dann nicht dem Freilauf dienen, 
sondern eher als Schutzbeschaltung.

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Im Exponet steht aber t/tau, und damit kehrt sich das mit der kleinen 
Zeit um!

Mann mann...

guude
ts

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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...nennen wir das Ding "Exponent", dann paßt das schon.

guude
ts

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Thomas S. schrieb:
> Im Exponet steht aber t/tau, und damit kehrt sich das mit der kleinen
> Zeit um!
Und vor dem t ist ein Minus:

Autor: Gast1234 (Gast)
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>P = U * I
>Da U bei einem Kurzschluss sehr gering ist, wird wenig Leistung
>umgesetzt.

Am Kurzschluss selber fällt (nahezu) keine Leistung ab, richtig.
Die im Feld enthaltene Energie wird aber eben nicht am Kurzschluss 
verbraten sondern im Kupferwiderstand der Wicklung!

Einen schnellen Feld-abbau kannst du auch erreichen, wenn du direkt nach 
dem Abschalten eine negative Spannung anlegst. Musst aber dann den Strom 
messen, und sobald dieser =0 ist, legst du 0V an, sonst zieht das Relais 
wieder an. Fertig.

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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@Alexander

>Thomas S. schrieb:
>> Im Exponet steht aber t/tau, und damit kehrt sich das mit der kleinen
>> Zeit um!
>>Und vor dem t ist ein Minus:

und das wiederum heißt nur, daß der Strom abnimmt und nicht zunimmt!

guude
ts

Autor: Tabellenbuch (Gast)
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>> Nachfrage: Wieso entzieht ein Kurzschluß KEINE Energie?

 > P = U * I
 > Da U bei einem Kurzschluss sehr gering ist, wird wenig Leistung
 > umgesetzt.

Das Formelzeichen für "Energie" ist: W.
  W = P*t
  W = U*I*t
Daraus folgt, daß je nach Art des Kurzschlusses ein hoher Strom viel 
Leistung bedeutet.

Autor: Wolfgang Bengfort (et-tutorials) Benutzerseite
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Alexander Schmidt schrieb:
> Thomas S. schrieb:
>> Im Exponet steht aber t/tau, und damit kehrt sich das mit der kleinen
>> Zeit um!
> Und vor dem t ist ein Minus:
>

So isses, das Tau muss sehr klein werden, damit der Exponent sehr groß 
wird und damit der Strom (und damit das Magnetfeld) sehr schnell 
abklingt.

Ein kleines Tau bekommt man über ein großes R.

Auch wenn es komisch klingt.

Auch die Argumentation von oben stimmt: die Energie im Magnetfeld muss 
über den Widerstand abgebaut werden.

P= I(Quadrat) * R
Also auch hier: Mit großem R wird eine große Leistung verbraten.

Autor: Peter Roth (gelb)
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Wolfgang Bengfort schrieb:

> Ein kleines Tau bekommt man über ein großes R.
> Auch wenn es komisch klingt.
>
> Auch die Argumentation von oben stimmt: die Energie im Magnetfeld muss
> über den Widerstand abgebaut werden.

> P= I(Quadrat) * R
> Also auch hier: Mit großem R wird eine große Leistung verbraten.

Das heißt letztendlich, dass die Freilaufdiode durch einen möglichst 
hohen Widerstand ergänzt werden kann.

Der Widerstand darf bei 2,2A nicht mehr Spannung an sich abfallen 
lassen, als der Schalttransistor aushält, also z.B. 100V ergeben 45,5 
Ohm.

Schneller ist das Magnetfeld allerdings mit einer 100V-Z-Diode abgebaut, 
da an dieser die Spannung konstant hoch bleibt, bis das Magnetfeld 
abgebaut ist, während die Spannung am Widerstand allmählich als 
"Entladekurve" abnimmt.

Grüße, Peter

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Hier hat offensichtlich noch niemand die Threads mit den 
Hochspannungsexperimenten von Hans Lüthi gesehen.

In einer letzten Schaltung mit einer KFz-Zündspule, hatten sie auf der 
Primärseite einen Hochspannungs-Leistungstransistor, der eine 
Sperrspannung von 1700V beherrscht. Eben zur schnellen Abschaltung für 
einen kräftigen Funken. Von wegen Freilaufdiode oder ähnliches!

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Wilhelm Ferkes (ferkes-willem)

>Primärseite einen Hochspannungs-Leistungstransistor, der eine
>Sperrspannung von 1700V beherrscht. Eben zur schnellen Abschaltung für
>einen kräftigen Funken.

Ja, aber . . .

> Von wegen Freilaufdiode oder ähnliches!

Es MUSS irgendwo die Spannung begrenzt werden! Denn wenn der Funke auf 
der Sekundärseite nicht zündet, geht die Induktionsspannung auch 
primärseitig gen Unendlich.

MFG
Falk

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Falk Brunner schrieb:

>Es MUSS irgendwo die Spannung begrenzt werden! Denn wenn der
>Funke auf der Sekundärseite nicht zündet, geht die
>Induktionsspannung auch primärseitig gen Unendlich.

Ja, schon richtig. Es gibt aber auch keinen Transistor mit UCE gegen 
unendlich.

Also, mit einem Niederspannungstransistor geht da schon mal gar nichts. 
Und in der Basis, hängt noch ein klitzekleines C, um die Flanke zu 
begrenzen.

Autor: Peter Roth (gelb)
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Falk Brunner schrieb:
> @Wilhelm Ferkes (ferkes-willem)
>
>>Primärseite einen Hochspannungs-Leistungstransistor, der eine
>>Sperrspannung von 1700V beherrscht. Eben zur schnellen Abschaltung für
>>einen kräftigen Funken.

> Es MUSS irgendwo die Spannung begrenzt werden! Denn wenn der Funke auf
> der Sekundärseite nicht zündet, geht die Induktionsspannung auch
> primärseitig gen Unendlich.

Bei Zündspulen sind die parasitären Kapazitäten wegen der hohen 
Windungszahl so groß, dass ein Schwingkreis mit einer Amplitude von 
anfänglich maximal 1699V entsteht :-)

Ein MOSFET mit entsprechender Avalanche-Fähigkeit hilft auch, ich habe 
aber noch keinen solchen mit 1700V gesehen.

Grüße, Peter

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Wilhelm Ferkes (ferkes-willem)

>http://www.infogr.ch/roehren/zuendspule/default.htm

Ja und? Eine von hunderttausend Bastlerseiten zu dem Thema. Und am 
Schaltplan erkennt man die mangelnde Sachkenntnis. Um einen käftigen 
Funken zu erzeugen muss man schnell abschalten. Mit 1nF und 560 Ohm an 
der Basis? Naja . . .

MfG
Falk

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Alternativ konnte man noch ein Relais verwenden, wie den guten alten 
mechanischen Unterbrecherkontakt im Auto. Ich erinnere mich noch daran, 
daß da auch das C mit dran war. Wenn der C defekt war, denn der war 
manchmal durchgeschlagen oder unterbrochen, funktionierte die Zündung 
nicht mehr.

Autor: Ulrich (Gast)
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Als alternative zu einer normalen Zenerdiode gibt es welche für den 
Überspannungschutz (transsil) die sind bei der hohen Leistung besser zu 
bekommen, und das mehr an Tolleranz stört hier nicht.  Der FET zum 
Abschalten sollte schon Spannungsfest sein, im extremfall einer der die 
ganze Energie auch im Avalnche-Fall verträgt, also ggf. ein etwas 
größerer.

Wenn man viel Remanenz hat, kann es helfen noch einen kleinen 
Kondensator parallel zu Spule zu haben, damit der Strom einen kleinen 
Überschwinger macht, und so aktiv zur Entmagentisierung beiträge.

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