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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Skin-effekt bei pulsierenden Gleichstrom?


Autor: Andreas K. (derandi)
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Jetzt hab ich auch mal ne Frage, dazu aber der Vollständigkeit halber 
die Vorgeschichte:
Ich hab hier grade einen Abwärtswandler in Arbeit, dient als 
Konstantstromquelle mit einstellbaren 4...10 Ampere am Ausgang bei etwa 
90...120 Volt. Versorgt wird damit mal ein Argon-Laser, daher die 
Strombegrenzung.
Eingespeist wird 310 V/DC aus dem Netz.
Schaltfrequenz ca. 80 kHz, Spule ca. 220 µH.

Ein paar Berechnungen und Simulationen später bin ich zur Erkenntnis 
gekommen, das bei 10 Ampere Ausgangstrom der Strom in der Spule zwischen 
12 und 8 Ampere pendelt.


Das bringt mich zu meiner Ursprünglichen Frage:
Inwiefern kommt dort denn der Skin-effekt/Stromverdrängung zum Tragen?

Bei Gleichstrom trägt der komplette Leiterquerschnitt zur Stromleitung 
bei und ich könnte einen massiven Leiter für die Spule verwenden, bei 
Wechselstrom beträgt die Skintiefe bei 80 kHz in etwa 0,23mm und ich 
müsste HF-litze oder zumindest eine Hand voll CuL-Drähte parallel 
nehmen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Is schon wieder Karneval? Das will eienr einen 10A Schaltregler bauen 
und fragt, ob der "pulsierende Gleichstrom" Skineffekt verursacht.

Leute gibts . . .

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Das wären dann 10A Gleichstrom überlagert von 2A Wechselstrom mit 80kHz, 
wenn wir annehmen, dass spektral die 80kHz dominierend sind (wenig 
Oberwellenanteil). Für die 10A gilt der DC-Widerstand. für die 2A der 
Widerstand bei 80kHz.

Autor: Maxwell (Gast)
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Es wird den Skineffekt geben. Pulsierenden Gleichstrom kann man als 
Wechselstrom mit überlagerter DC-Komponente auffassen (Signal in 
Fourier-Reihe entwickeln). Der Gleichstromanteil wird den Skineffekt 
natürlich nicht mitbekommen. Der Wechselanteil hingegen schon. 
Allerdings ist der Hauptanteil Deines Stroms ja DC, weswegen ich keine 
Massnahmen ergreifen würde.

Autor: Maxwell (Gast)
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Helmut war (viel) schneller ;)

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Maxwell schrieb:
> Es wird den Skineffekt geben. Pulsierenden Gleichstrom kann man als
> Wechselstrom mit überlagerter DC-Komponente auffassen (Signal in
> Fourier-Reihe entwickeln). Der Gleichstromanteil wird den Skineffekt
> natürlich nicht mitbekommen. Der Wechselanteil hingegen schon.
> Allerdings ist der Hauptanteil Deines Stroms ja DC, weswegen ich keine
> Massnahmen ergreifen würde.

Hallo,

das ist kein stechendes Argument: wäre der Skineffekt so gross, dass er 
den Wechselstrom praktisch unterbindet, dann könnte weiterhin ein 
Gleichstrom fliessen, aber der Regler würde nicht mehr funktionieren, 
weil die Spule keine Energie mehr aufnimmt und abgibt.

Laut Wikipedia werden Speicherdrosseln heute oft mit HF-Litze gewickelt, 
auch wegen des Proximity-Effekts. Wieder was gelernt, ich habe die 
Dinger bisher immer fertig gekauft und mich drauf verlassen, dass sie 
funktionieren.

Gruss Reinhard

Autor: Fralla (Gast)
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Das Litze gegen proximity effekt hilft wäre mir neu, woher?

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Bei nominell 10A eine "Welligkeit" von 2A zulassen, und das auch noch 
Stromquelle nennen geht wohl auch erst ab dem jahre 2010.

naja, ich werde wohl langsam zu alt für den Krempel.

guude
ts

Autor: Maxwell (Gast)
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Reinhard Kern schrieb:
> das ist kein stechendes Argument: wäre der Skineffekt so gross, dass er
> den Wechselstrom praktisch unterbindet, dann könnte weiterhin ein
> Gleichstrom fliessen, aber der Regler würde nicht mehr funktionieren,
> weil die Spule keine Energie mehr aufnimmt und abgibt.

Welches "Argument" meinst Du genau? Dass ich keine Massnahmen ergreifen 
würde wegen des hohen DC-Anteils?

Falls dem so ist: Gehen wir davon aus, dass der Skineffekt den AC-Anteil 
NICHT abschnürt. Dieser Fall wird auch nicht eintreten können. Sonst 
könnten auch keine 10A DC mehr durch den Draht, ohne dass er heiss wird 
(bei 80kHz). Was wird der Regler nun machen, wenn er merkt, dass hinten 
zu wenig ankommt? Er wird nachregeln und den Skineffekt "ausgleichen", 
solange der Regler noch nicht voll offen ist. Was übrig bleibt sind die 
Verluste in der Leitung.

Thomas S. schrieb:
> Bei nominell 10A eine "Welligkeit" von 2A zulassen, und das auch noch
> Stromquelle nennen geht wohl auch erst ab dem jahre 2010.
>
> naja, ich werde wohl langsam zu alt für den Krempel.

Du sagst es. Du hast scheinbar niht verstanden, wie ein Schaltregler 
funktioniert. Denn laut Deiner Auffassung hätte ein 10A Regler im 
Discontinuous-Mode 10A Welligkeit. ->Das ist aber falsch.

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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@ Maxwell (Gast)

was hast Du denn an dem Wort "Stromquelle" nicht verstanden?

...nenn Dich doch besser, naja zumindest anders als Maxwell.

ts

Autor: Fralla (Gast)
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>...nenn Dich doch besser, naja zumindest anders als Maxwell.
Hast recht, Maxwell ist wirklich mutig...

Autor: Andreas K. (derandi)
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Thomas S. schrieb:
> Bei nominell 10A eine "Welligkeit" von 2A zulassen, und das auch noch
> Stromquelle nennen geht wohl auch erst ab dem jahre 2010.

Das wird ein Abwärtswandler der eine Gasentladung (=Argonlaser) 
betreibt, daher muss das ganze Strom- und nicht Spannungs-geregelt sein. 
Für mich ist das dann eine Stromquelle.

Die Welligkeit des Stroms in der Schaltspule (L) erreicht nie null, geht 
ja auch garnicht.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0...

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Andreas K. schrieb:
> Die Welligkeit des Stroms in der Schaltspule (L) erreicht nie null, geht
> ja auch garnicht.
> http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0...

Eben. Die kriegt man auch nur runter, wenn man eine größere Spule 
verwendet, wenn ich das richtig sehe. Wofür sollte man die Welligkeit 
runtersetzen, wenn nicht nötig, wenn man dafür eine riesen Spule 
braucht?

Autor: Fralla (Gast)
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Oder Interleaven zum ripple senken. Man müsst mal wissen wieviel 
Welligkeit erlaubt ist.
Bei 2-Phasen Buck um d=0,5 ist der Ripple genau 0.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Fralla schrieb:
> Das Litze gegen proximity effekt hilft wäre mir neu, woher?

Hier:http://de.wikipedia.org/wiki/Proximity-Effekt

Wenn du ganz sicher bist, dass du es besser weisst, solltest du den 
Artikel korrigieren - aber auch nur dann.

Gruss Reinhard

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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> Bei nominell 10A eine "Welligkeit" von 2A zulassen, und das auch noch
> Stromquelle nennen geht wohl auch erst ab dem jahre 2010.

Was hat denn bei einem Step Down der Strom Rippel in der Spule mit dem 
Rippelstrom in der Last zu tun?

Wenn er seinen Stepdown als Stromquelle beschaltet, so regelt er doch 
die Ausgangspannung so dass in der Last sich der gewünschte Strom 
einstellt.

Der Rippelstrom in der Last ergibt sich doch aus der Rippel*spannung* am 
Kondensator, nicht dem Rippelstrom in der Spule.

Siehe Simulation: I(L1) vs. I(R1)

Autor: Peter R. (pnu)
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Zwei Gründe gibt es hier für die Verwendung von Litze:

Erstens: der höhere Widerstand für die HF-Komponente des Stroms 
beeinflusst die Ausgangsspannung oder den Strom unzulässig. Das kann ein 
schnelles Scope klären.

Zweitens: durch den Skin-Effekt entsteht im Leiter so hohe Verluste, 
dass er unzulässig warm wird. Das kann ein Thermometer klären.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Fralla schrieb:
> Das Litze gegen proximity effekt hilft wäre mir neu, woher?

Das ist ein uralter Hut. Bei den Meisten Spulen ist der Skin-Effekt eher 
vernachlässigbar gegenüber dem Proximity Effekt. Der Skin-Effekt ist als 
Sonderfall relevant für einzelne Leiter, was bei kompakten Spulen 
weniger der Fall ist. HF-Litze dient also in erster Linie der Vermeidung 
des Proximity Effektes. Bei Ringkernen kann man oft auf HF-Litze 
verzichten, weil die Drähte recht weit voneiander entfernt sind und im 
Vergleich zu einer kompakten Spule relativ gut gekühlt werden können.

Jörg

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