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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Induktionsarmer Leistungswiderstand selbst bauen


Autor: Albi G. (deralbi)
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Hallo Leute,
Ich hab ein Problem, bei dem mir google grade nicht weiterhilft.

Und zwar: ich muss für 1ms unfgefähr 0.5MW Strom verbraten. Wenn ich da 
nach möglichkeiten Suche, tuen sich leider nicht viele auf :-(
Bei Reichelt gibt es 2mm-Konstantan...
ich benötige 75mOhm bei quasi 0nH ;-)
75mOhm sind 50cm 2mm-Konstantan. Die Masse des dabei verwendeten Drahtes 
hat genug Wärmekapazität, dass sich die Anordnung um nur 170° erwärm. 
Ist also gängig.

So: 50cm dicker draht hat ja eine Induktivität und die MUSS minimal 
sein. Über den Widerstand fallen 600V ab.

Ich hab jetzt mit dünnen Kupferlackdrähten ein paar Wickelmöglichkeiten 
ausporbiert.
Das beste Ergebnis ist zZ, wenn ich 1 Wicklung mache, bis ich 1 runde 
rum bin, die Wickelrichtung ändere und wieder die Runde zurück.. dann 
wieder 1 Runde in originalrichtung und wieder umkehren und zurück.. usf 
bis der Draht alle ist. Es entsteht also eine Spule die keine 
Wickelrichtung hat, sondern nur einzelne Runden die aus antiparallelen 
Draht gebaut sind.


Wie macht man sowas wirklich am besten? :-)
Also ich brauch die Dicke des Drahtes und die Länge damit die 
Wärmekapazität die Belastung schluckt. Daran wird sich nicht viel Ändern 
lassen.. außer Wasserkühlung :-D

Schießt mal los.. :-)

MFG


PS: was mich noch interessiert: Wird bei dickerem Draht die Induktivität 
höher oder niedriger oder gleich? ich hab jetzt den Kupferlackdraht auf 
400nH bekommen. Als richtige Spule wären es 15µH.

Autor: Ohforf Sake (ohforf)
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Wie wärs mit bifilar wickeln, also einfach den Draht doppelt nehmen ?
Zitat aus Wiki :
"Bifilare Wickelweise wird verwendet, um zum Beispiel Drahtwiderstände 
mit sehr kleiner parasitärer Induktivität herzustellen. Hierbei fließt 
der Strom durch den bifilar verlegten Draht hin und zurück."
http://de.wikipedia.org/wiki/Bifilar

Autor: Michael M. (Gast)
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Albi G. schrieb:
> Und zwar: ich muss für 1ms unfgefähr 0.5MW Strom verbraten. Wenn ich da
sportlich.

> ich benötige 75mOhm bei quasi 0nH ;-)
wie stehts denn mit kontakt- und zuleitungswiderständen? auch die 
parasitäre induktivität einer freihängenden leitung beträgt ~10nH/cm.
die größenordnungen sind also durchaus gleich.

> 75mOhm sind 50cm 2mm-Konstantan. Die Masse des dabei verwendeten Drahtes
> hat genug Wärmekapazität, dass sich die Anordnung um nur 170° erwärm.
bei welcher umgebungstemperatur findet das ganze statt?

> Das beste Ergebnis ist zZ, wenn ich 1 Wicklung mache, bis ich 1 runde
> rum bin, die Wickelrichtung ändere und wieder die Runde zurück.. dann
das nennt sich bifilar.
> Wie macht man sowas wirklich am besten? :-)
genau so, wie du es probiert hast. je enger du hin- und rückwindung 
legst, desto geringer die entstehende induktivität.
ein dicker draht ist dabei hinderlich, weil schon allein durch den 
skin-effekt die ladungen weiter auseinander fließen.
da musst du entweder durch simulation oder durch ausprobieren ein 
optimum zwischen leitungsdicke und nicht-idealität der bifilaren 
anordnung finden.
die 0nH werden allerdings zum problem ^^

> Also ich brauch die Dicke des Drahtes und die Länge damit die
> Wärmekapazität die Belastung schluckt. Daran wird sich nicht viel Ändern
> lassen.. außer Wasserkühlung :-D
genau da musst du hin. am besten nicht mal wasser, sondern begasung oder 
gasexpansion.
auch mit 600V ist das kein problem.

> PS: was mich noch interessiert: Wird bei dickerem Draht die Induktivität
s.o.

Autor: Michael M. (Gast)
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nachtrag: vorsicht ist übrigens geboten bei der alterung deines drahts!
die pulsbelastbarkeit lässt sich keineswegs aus der dauerbelastbarkeit 
extrapolieren.

außerdem denke ich nicht, dass du da stabilität der parameter mit 
reichelt-ware hinbekommst. wenn in den unreinheiten des materials die 
velocity saturation überschritten wird (und das wird sie bei >800A), 
kann es sein, dass dein draht wegen hotspots platzt oder seine werte 
verändert.

ich würd z.b. bei spezialisierten betrieben wie der isabellenhütte oder 
metallurgischen labors nach materialien suchen.

Autor: guenti (Gast)
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ich muss für 1ms unfgefähr 0.5MW Strom verbraten
Eine Leistung von 0.5 MW ist echt enorm,das sind 500 kW.

Autor: MaWin (Gast)
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> Schießt mal los.. :-)

http://en.wikipedia.org/wiki/Ayrton-Perry_winding


> Wird bei dickerem Draht die Induktivität niedriger

Ja.

http://www.consultrsr.com/resources/eis/induct5.htm

Eventuell hilft es dir, den Widerstand in Stücken deren Induktivätät 
jeweils mit einem kleinen Kondensator kompensiert werden, oder als 
doppelt liegendes Blech auszuführen.

Bei mit richtiger Impedanz angeschlossenem Widerstand
läuft zwar der Impuls langsam durch den Widerstand, aber nichts 
reflektiert.

Autor: Albi G. (deralbi)
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Ääähm danke für die Umrechnung. Die Exponentennamen von 10^-18 bis 10^18 
sind mir bekannt ;-)
Andererseits musste mal weiter rechnen.. in der Zeit sind das NUR 
500Joule. Und meine 170K erwärmung hab ich mit 1000Joule gerechnet - 
also Platz für oben und sonstige abweichungen.

Also: anderes Material -> sicherlich zu teuer. ich bin finanziell sehr 
beschränkt.

Bifilar: da mache ich mir sorgen um die Spannung. Parallele Kabel direkt 
nebeneinander sodass ihre Magnetfelder ausgelöscht werden.. bei 600V.. 
kann man sicherlich machen. Ich weiß nicht, wie gut der Draht isoliert 
ist.
Aber das scheint wirklich das Beste zu sein..

Eine Sinnvolle Alternative wäre: etwas, das mehr wiegt, und wesentlich 
schlechter leitet und darum wesentlich kürzer sein darf. Wobei der 
Maximale Widerstand nach Erwärmung die 75mOhm nicht überschreiten darf, 
sonst knallts :-)

Autor: Albi G. (deralbi)
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Das Ayrton-Perry_winding sieht interessant aus. vorallem der Kern in der 
Mitte sieht aus, alskönne er auch ein Wenig zur Kühlung beitragen... ;-)

Es geht bei mir nicht um Reflektionen oder ähnliches.. es ist so:

Ich lade eine Spule mit einem Impulsstrom auf. (5kA) Dann wird der Strom 
abgestellt und ich muss die Induktionsspannung fressen. also kurzum: das 
ganze Magnetische Feld. Das man ich natürlich mit dicken Dioden die die 
Induktionsspannung kurzschließen.. Damit die Dioden nicht alles 
verhheizen müssen und das Magnetfeld  auch schneller zusammenbricht 
(letzteres ist Hauptgrund) Schalte ich den Widerstand in Reihe zur 
Diode, damit dort die Energie frei wird. Die Spannung über den 
Widerstand darf aber 600V nicht überschreiten, damit mir die Schalter 
(IGBTs) nicht wegbennen. Die können ja nicht unendlich viel 
Reverse-Spannung.

Bis auf die 600V ist alles überdimmensioniert. Aber prinzipiell möglich. 
Real werde es wohl nur 4-4.5kA in die Spule sein ;-)

Autor: Michael M. (Gast)
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- schon allein dadurch, dass teureres material ausscheidet, bist du 
raus.
- ja, bei einem frei hängendem draht sinkt die induktivität mit 
steigendem durchmesser, bei bifilarer anordnung aber nicht.
- 600V sind ein witz, was isolation angeht.
- deine anordnung überlebt keine 100 zyklen bei gleichbleibenden 
parametern.

entweder, man macht sowas richtig, oder man macht mist.

wenn dus schon pfuschen willst: kauf n paar rollen kondensatoren und 
verheiz die beim laden.

Autor: Anja (Gast)
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Albi G. schrieb:
> Die Masse des dabei verwendeten Drahtes
> hat genug Wärmekapazität, dass sich die Anordnung um nur 170° erwärm.
> Ist also gängig.

Unterhalb von 100ms Zeit wird das ganze ziemlich nichtlinear. Da 
entstehen Hot spots weil die Wärme sich gar nicht so schnell verteilen 
kann. Normalerweise begrenzt man die Leistung auf den Wert der bei 100ms 
Energieeintrag maximal zulässig ist.

Gruß Anja

Autor: MaWin (Gast)
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> Damit die Dioden nicht alles verhheizen müssen

Ähm, du hast irgendwie verstanden, was ein Snubber ist ?

Da wird die Energie der Spule (durch eine Diode) in einen KONDENSATOR 
umgeladen, der sich dabei nicht bis über die IGBT-Spannung aufladen 
darf, und dann langsam im dem Kondensator parallelgeschalteten 
Widerstand verheiztz bis zum nächsten Impuls, damit er dann wieder so 
einen Impuls aufnehmen kann, bei dem er sich nicht bis über die 
IGBT-Spannung auflädt.

Autor: DerAlbi (Gast)
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Snubber ist gut. Klar.. einfach nen Kondensator aufladen... jaja.. Die 
ganze Energie kommt aus nem Kondensator 350V mit 18mF. Um die Energie 
wieder zu fressen bauch ich ja noch so nen teil. NÖ. Ich muss das 
verheizen. :-)
Das is das Ziel und das steht auch fest...

Glühbirnen wären noch ne Variante.. aber bis man da die richtige 
Dosierung gefunden hat, hat man sich auch alles tot gemacht..
MFG

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Albi,

> Und zwar: ich muss für 1ms unfgefähr 0.5MW Strom verbraten. Wenn ich da
> nach möglichkeiten Suche, tuen sich leider nicht viele auf :-(
> Bei Reichelt gibt es 2mm-Konstantan...
Hast Du schonmal daran gedacht, die Kupferflächen auf einer Leiterplatte 
dafür zu verwenden? Je breiter Du die Leiterbahnen anfertigst, umso 
niederimpedanter und umso weniger wärmeempfindlich werden sie.

Gruß,
  Michael

Autor: Volker (Gast)
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google doch mal nach
koaxialshunt

Autor: Alex (Gast)
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Hi Volker,
jetzt warst schneller ;-)
Ist klar, geht ganz einfach mit Koaxialschund.

Alex

Autor: Stephan (Gast)
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Volker schrieb:
> koaxialshunt

Wie liegen die denn so preislich? Ich vermute jenseits der Vorstellung 
des TE.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  DerAlbi (Gast)

>Snubber ist gut. Klar.. einfach nen Kondensator aufladen... jaja.. Die
>ganze Energie kommt aus nem Kondensator 350V mit 18mF. Um die Energie
>wieder zu fressen bauch ich ja noch so nen teil. NÖ. Ich muss das
>verheizen. :-)

Was für eine Wundermaschine soll dass denn wieder werden? Railgun?
Und wenn soooo viel Energie in diversen Snubber verhiezt werden sollen, 
was bleibt dann für den eigentlichen Zweck übrig? Alles sehr mysteriös.

MfG
Falk

Autor: Stephan (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Was für eine Wundermaschine soll dass denn wieder werden? Railgun?

Ich glaub Coilgun:
Beitrag "Dicken Kondensator aufladen & Kurzschließen"

Autor: Michael M. (Gast)
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ohje..........

und ich hab mich dazu verleiten lassen, das wissen, das hinter dem 
ersten post steckt, als seines anzunehmen.

na das war mal zeitverschwendung.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

nimm 1000 Widerstände 75 Ohm SMD 1206 und löte sie zwischen 2 
Kupferblöcke.

Gruss Reinhard

Autor: Stephan (Gast)
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Reinhard Kern schrieb:
> nimm 1000 Widerstände 75 Ohm SMD 1206 und löte sie zwischen 2
> Kupferblöcke.

Die vertragen für eine ms doch auch nur vielleicht 5W. Aber wenn einer 
ausfällt sind ja noch genug Kameraden da ;)

Autor: DerAlbi (Gast)
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Ich werd mal dem antworten, der wirklich noch was beigetragen hat:

Michael Lenz
>Hast Du schonmal daran gedacht, die Kupferflächen auf einer Leiterplatte
>dafür zu verwenden? Je breiter Du die Leiterbahnen anfertigst, umso
>niederimpedanter und umso weniger wärmeempfindlich werden sie.

Ehrlich gesagt JA, ich hab schon dran gedacht, aber noch nicht 
gerechnet. Im Kopf hab ich nur grob überschlagen, dass eine Kupferlage 
zu wenig wiegt, und zuu lang sein muss.
Es geht ja bei dem ganzen Problem nicht um Wärmeableitung, (was mit 
großer fläche toll wäre) sondern durch die einmaligen extremem Pulse 
geht es nur noch um Wärmekapazitäten... Aber ich kann mich ja mal 
hinsetzen und das Mathematisch nachprüfen.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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>Es geht ja bei dem ganzen Problem nicht um Wärmeableitung, (was mit
>großer fläche toll wäre) sondern durch die einmaligen extremem Pulse
>geht es nur noch um Wärmekapazitäten...

Genau so ist es. Allerdings willst du auch minimale Induktivität. D.h. 
die Länge des Stromflusses muß minimiert werden und/oder so geführt 
werden, daß sich eine minimale Induktivität ergibt(Koaxialshunt).Kupfer 
hat den Nachteil, dass es zu gut leitet und damit zu langen Strompfaden 
führt.Konstantan wäre da schon weitaus besser. Ich hab früher für einen 
bekannten Messgerätehersteller Shunts aus Konstantanblech 
gefräst(Mäanderstruktur).Wäre hier vermutlich auch zielführend. Würde 
das aus mehreren parallelen dünnen(ca.0,3 - 0,5mm) Konstantanelementen 
aufbauen.

Grüße

Autor: Stephan (Gast)
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Wie kommst du jetzt eigentlich auf die 5kA? Bei den Kondensatoren warens 
noch 1-2kA.

Klappt das einschalten denn schon?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Reinhard Kern schrieb:
> Hallo,
>
> nimm 1000 Widerstände 75 Ohm SMD 1206 und löte sie zwischen 2
> Kupferblöcke.
>
> Gruss Reinhard

Die Idee ist doch gar nicht mal übel. Sie ist vor allem günstig.

Autor: DerAlbi (Gast)
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Hallo,
Also die 5kA hab ich deswegen, weil ich nun die Möglichkeiten dafür habe 
;-) Ich hab nen 350eur Angebot über 50IGBTs mit 700A Pulsstrom. Außerdem 
haben die Simulationen gezeigt, dass ich mit hohem Strom die 
Kondensatoren schneller entladen kann :-D. Ne Scherz. Also es ist 
einfach so: ich hab die Möglichkeit, und ich will schlichtweg nicht, 
dass ich mir diese Möglichkeit nehme, indem ich schlecht dimmensioniere. 
Außerdem bietet das einen gewissen Sicherheitsabstand zum Maximum.

Gebhard Raich:
Genauso denke ich auch, aber die Idee mit den parallelen dünnen 
Drähten war mir neu (also nicht ganz, aber sooo dünn dann doch nicht)
Ich hatte mir gedacht, lieber 2x 1m 2mmDuchmesser-Konstantan parallel zu 
schalten und das Bifilar aufzuwickeln UND den Strom entgegengesetzt 
durch die 2 Leitungen fließen zu lassen. Dann hab ich ne die 4-Fache 
Masse und hoffentlich geringe Induktivität.
Warum so dünne Drähte?

Ich hab mal Testweise 1.8mm Kupferlachdraht (1m lang) bifilar 
aufgewickelt. Das hatte 180nH. das ist immernoch ganz schön viel.


Mit dem Kupferschunt: bei 5cm breite und 70µm bräcuhste ich 15m 
Leiterbahn. Man kann die Breite runtersetzen, dann wirds natürlich auch 
kürzer. Aber die Masse schwindet immer und immer mehr und bis man im 
handlichen Bereich ist, würde es nur "pufffff" machen.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Der Strom dafür kommt wohl aus Elkos, was denkst du, wieviel Parasitäre 
Iduktivität die haben?

Autor: Whitespace (Gast)
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Bei z.B. Mitelwellensendern müssen in den Kunstantennen für den 
Abgleich, etc. beachtliche Leistungen verheizt werden. Das macht man 
z.B. in dem man durch Sodalösung Strom leitet 
(http://www.biennophone.ch/Bero.pdf).

Eventuell wäre so etwas hier auch möglich: Aquarium mit Elektrolyt, in 
dem links und rechts eine Metallplatte zur Kontaktierung hängt. Den 
Widerstand sollte man über die Konzentration, Lösungstemperatur und 
Plattenabstand ausreichend genau einstellen können.
Man könnte auch mehrere Plattenpaare hineinhängen und abwechselnd 
kontaktieren, sodass die Teilzellen parallel geschaltet sind.

Da es hier im Gegensatz zu MW-Sendern auch einen Gleichanteil gibt, wird 
bei jedem Impuls etwas von der Lösung elektrolytisch zerlegt werden. Ich 
denke aber nicht, dass es bei passender Auslegung ein Problem wäre das 
entstehende Knallgas nach draußen zu ventilieren.

Ein Vorteil der Lösung wäre die unschlagbare Wärmekapazität und 
Robustheit ein Problem könnten eventuell die entstehenden Gasblasen 
sein.

Autor: DerAlbi (Gast)
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Der Kondensator.. hat äähm 20nH sagt das Datenblatt.
Was die Flüssigkeit angeht: ich muss es denke ich leider zu pft bauen 
und es hat nicht mehr als 15cm^2 platz. Ist sicher ne praktikable 
Methode, aber nich für mich in diesem zusammenhang.

Ich habe gerade fertigexperimentiert. Meine Anordnung mit 2x 1m 1.89mm 
CU-Draht parallel zu einer Spule gewickelt UND den strom gegenläufig 
durchfließen lassen macht 110nH.
Also weniger als 50cm bifilar mit einem druchgägnigen kabel und hartem 
knick in der Mitte. . Interessant.
Solangsam wird Konstantan recht interessant. auch wenns Teuer ist.
6x 2m zu verbauen ist echt ok.. und mit 50K temperaturerhöhung kann ich 
gut leben.. und ist auch weeeit in den SIcherheitsgrenzen

MFG

Autor: Stephan (Gast)
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DerAlbi schrieb:
> macht 110nH

Was sagt denn das Datenblatt der IGBTs zum Ausschaltverhalten?

110nH bei z.B. 1.1µs Abfallzeit des Stroms wären bei 5kA schon 500V (im 
Mittel). Für den schnellsten Part das doppelte und den gewollten 
resistiven Spannungsabfall dazu sinds schon 1.5kV.
Das sollte noch etwas besser werden.

Eines ist jedenfalls klar. Wenn du die Sache gebaut hast und und 
"zündest", dann krachts. Entweder das Projektil oder die Schaltung.
Ich tippe eher auf die Schaltung.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> und ich hab mich dazu verleiten lassen, das wissen, das hinter dem
> ersten post steckt, als seines anzunehmen.
Zitat:
>>>> ich muss für 1ms unfgefähr 0.5MW Strom verbraten.
Die physikalischen Grundlagen dazu:  Watt != Strom

@ DerAlbi
Willst du nicht einfach mal eine oder zwei Nummern kleiner loslegen?
So wie du die Sache derzeit angehst, hast du gute Chancen auf einen der 
vorderen Plätze beim Darwin-Award. Oder alternativ kaufst du dir einen 
Haufen Schrott zusammen, den du lagerst und später wieder verkaufst...
Immerhin hattest du vor zwei Wochen noch nicht so richtig den Plan:
>>> Bitte fragt nicht, was ich tun will.. ich weiß es nicht

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