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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ummagnetisierung eines Permanentmagneten


Autor: mumpitz (Gast)
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Hallo!
Ich bin gerade dabei, die Physik zu verstehen. Was ich eigentlich wissen 
will ist, wie sich die Induktivität einer Spule beim Ummagnetisieren 
eines Permanentmagneten verhält. Volgendes Gedankenexperiment:

Ich habe in einer Spule einen Permanentmagneten. In der Hysteresekurve 
befindet sich somit der Spulenkern bei der Remanenz. Legt man nun an die 
Spule eine konstante Spannung an, sodass sich ein Magnetfeld in 
umgekehrter Richtung aufbaut - wie sieht der Spulenstrom aus?

Sicher ist, dass er von der Koerzitivfeldstärke bis zur umgekehrten 
Sättigung konstant steigt und in der Sättigung schneller als zuvor 
ansteigt. Eben wie in einer Spule, wo der Eisenkern sättigt. Wie steigt 
der Strom aber von der Remanenz bis zur Koerzitivfeldstärke?

Vielen Dank für eure Antworten!
Grüße
Markus

Autor: ingo (Gast)
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Vermutlich, langsamer Anstieg, entsprechend der Induktivität, beim 
Umklappen kurzer Einbruch, um hinterher richtig steil anzusteigen (bis 
zur Begrenzung durch den ohmischen Widerstand, oder das Vermögen der 
Quelle).
Sowas wurde sogar mal angewendet:
http://de.wikipedia.org/wiki/Ringkernspeicher
mfG ingo

Autor: mumpitz (Gast)
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Hallo!

Stimmt. Das Prinzip wurde schon öfters aufgegriffen.

ingo schrieb:
> Vermutlich, langsamer Anstieg, entsprechend der Induktivität, beim
> Umklappen kurzer Einbruch,

Wie meinst du das genau? Bleibt die Induktivität von der Remanenz über 
den Punkt der Koerzitivfeldstärke bis zur umgekehrten Sättigung konstant 
oder verändert sie sich in dieser Zeit?

ingo schrieb:
> um hinterher richtig steil anzusteigen (bis
> zur Begrenzung durch den ohmischen Widerstand, oder das Vermögen der
> Quelle)

Das ist klar. Vom Zeitpunkt der Koerzitivfeldstärke (also Fluss=0) bis 
zur Sättigung, verhält sich der Strom wie bekannt in einer Spule, die in 
Sättigung betrieben wird. Dabei steigt erstmal der Strom nach di/dt=U/L. 
Wird der Strom nun noch größer, sodass der Kern sättigt, sinkt die 
Induktivität und der Strom steigt erheblich schneller, bis er vom 
Spulenwiderstand begrenzt wird. Wie verhält sich die Induktivität aber 
vom Zeitpunkt der Remanenz bis zur Koerzitivfeldstärke?

Grüße
markus

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

siehe hier, Abschnitt Magnetisierungskurve und Hystereseschleife:

http://www.elektroniktutor.de/grundlg/m_kurve.html

Das gilt grundsätzlich für weichmagnetisches Eisen ebenso wie für 
Permanentmagnete, nur die Kurve ist jeweils anders.

Gruss Reinhard

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,
> [F]olgendes Gedankenexperiment:
> Ich habe in einer Spule einen Permanentmagneten. In der Hysteresekurve
> befindet sich somit der Spulenkern bei der Remanenz. Legt man nun an die
> Spule eine konstante Spannung an, sodass sich ein Magnetfeld in
> umgekehrter Richtung aufbaut - wie sieht der Spulenstrom aus?

Entscheidend für das Verständnis ist, daß Du weißt, welche magnetischen 
Größen materialunabhängig (!) mit welchen elektrischen Größen verknüpft 
sind.

Idealtypisch (d. h. unter Vernachlässigung von Spannungsabfällen entlang 
des Drahtes, Verschiebeströmen, und Streufeldern, aber mit Gültigkeit 
auch bei hysteresebehafteten Kernen) gilt folgender Zusammenhang:

1) Das B-Feld einer Spule (genauer: dessen Änderung) hängt 
materialunabhängig mit der angelegten Spannung zusammen.
--> Das folgt aus dem Induktionsgesetz.

2) Das H-Feld einer Spule hängt materialunabhängig mit dem Spulenstrom 
zusammen.
--> Das folgt aus dem Durchflutungssatz.

Durch das Anlegen der konstanten Spannung erzwingst Du also entsprechend 
U = -N d(BA)/dt ein proportional mit der Zeit fallendes B-Feld.

> Sicher ist, dass er von der Koerzitivfeldstärke bis zur umgekehrten
> Sättigung konstant steigt.
Was heißt "konstant"? Der Strom steigt sicherlich nicht proportional mit 
der verstrichenen Zeit! Vielmehr ändert sich die Induktivität ständig.

Wenn der Kern bei der von Dir gewählten Spannung der Hysteresekurve noch 
folgt, hilft Dir die Hysteresekurve, die Steigung des Stromes zu 
erkennen:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Hy...

Zum Verständnis drehst Du die Kurve am besten so um, daß H über B 
aufgetragen wird. Denn schließlich ist H (bzw. der Strom) Deine 
abhängige Größe, und B (bzw. das Integral über die Spannung) die 
unabhängige Größe.

Du startest also am Remanenzpunkt und veränderst die B-Position mit 
konstanter Geschwindigkeit in Richtung eines negativen B. Du kannst dann 
jeweils ablesen, wie schnell |H| (das ist ja proportional zum Strom) 
steigt.

> ansteigt. Eben wie in einer Spule, wo der Eisenkern sättigt. Wie steigt
> der Strom aber von der Remanenz bis zur Koerzitivfeldstärke?
Er steigt - aber er steigt langsamer als bis zum Erreichen der 
Koerzitivfeldstärke.


Gruß,
  Michael

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Auch wenn die Frage nach der Induktivitaet geloest ist, die Frage 
bleibt, wie macht man nun so eine [Um-] Magnetisierung ? Im Wesentlichen 
: Kondensatorbank, Schalter, Spule. Eine Frage der Dimensionierung. Die 
letzten Zahlen, die ich mir irgendwann merkte waren 200kA/m fuer einen 
Samarium Magneten. Heisst, auf eine metrige Spule muss man um die 200kA 
bringen, fuer eine kleinere linear zum Durchmesser weniger. Also fuer 
eine 2cm Spule waeren das dann noch 4kA. Sowas kriegt man aus einem 
sesselgrossen Hochspannungskondensator. Als Schalter koennte eine 
Funkenstrecke dienen.
Gehoerschutz nicht vergessen...

Autor: Johannes (Gast)
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> Also fuer eine 2cm Spule waeren das dann noch 4kA

Man kann das auch mit weniger Strom machen:

Wenn man die Spule auf einen Eisenkern mit Luftspalt wickelt (z.B. 
UI-Kern) und in diesen Luftspalt einen flachen Magneten legt, 
konzentriert sich die magnetische Induktion im Luftspalt, so dass man 
auch mit relativ wenig Strom eine große Flussdichte bekommt. Das 
funktioniert deshalb, weil das µ von Eisen viel größer als das µ des 
Permanentmagneten ist.

Ich habs jetzt nicht ausgerechnet, aber bei einem ausreichend dünnen 
Magnet sollte das dann mit einigen Ampere funktionieren, so dass ein 
kräftiges Labornetzteil ausreicht.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Saettigungsfeldstaerke des Eisens ist dann aber das Limit, das nicht 
ueberschritten wird.

Autor: Johannes (Gast)
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> Die Saettigungsfeldstaerke des Eisens ist dann aber das Limit, das nicht
> ueberschritten wird.

Was willst Du damit sagen?

Permanentmagnete haben ein µ_r von ungefähr 1, also entspricht 200 kA/m 
ungefär einer Flussdichte von 250 mT. Eisen hat eine 
Sättigungsflussdichte von ca. 2T, das ist also wesentlich größer.

Die Sättigungsfeldstärke ist hier nicht so wichtig, weil die Feldstärke 
im Eisen sowieso sehr viel kleiner ist als im Luftspalt.

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