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Forum: HF, Funk und Felder Magnetfeldlinien Simulieren?


Autor: Soma Web (soma)
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Hallo MC_Community,
Im Rahmen meiner Projektarbeit musste ich eine Spule dimensionieren. 
Jetzt bin ich gerade dabei meine Dokumentation zu schreiben und habe 
folgendes Problem.
Ich habe eine Spule auf ein U-Ferritkern gewickelt (UR42/21/12 im 
Datenblatt)
und möchte nun die Berechnung für die Wicklungsanzahl begründen. 
Aufgrund der Formel L = N^2 (mü_0 mü_r A) / l.
Nur habe ich hier für die Berechnung ja den gescshlossenen Magnetischen 
Fluss über den Ferritkern und den Luftspalt zwischen den Schenkeln des 
Kerns. Wie würdet ihr l nun wählen und gibt es die Möglichkeit die 
mittlere Wegstreck irgendwie in einem Programm zu simluieren und die 
Magnetischen Feldlinien zu zeichnen?

Danke euch

Grüße Soma

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Nimm doch irgend einen Weg, der hinkommt. Die Varation des mu-r ist viel 
groesser wie der Weg falsch sein kann.

Autor: Volker Zabe (vza)
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Aber wenn Du bunte Bilder haben möchtest, die genauso wenig stimmen wie 
deine Berechnung:
http://www.femm.info/wiki/HomePage

Autor: Soma Web (soma)
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OK, danke für die Antworten.
Die unten Bilderchen sind nicht sooo wichtig. Wichtiger wäre es mir die 
Berechnung annährend Plausibel zu gestalten.
Also in meinem U-Kern lege ich eine "mittlere"Strecke wie im Bild 
gezeichnet von 62,4 mm zurück. Luftspalt beträgt 18,2mm
Die Permeabilität von dem Kern beträgt 2100.
Gehe ich dann recht in der Annahme, dass sich meine Gesamtpermeabilität 
aus dem Kreis aus der Peremebilität bezogen auf zurückgelegte streck 
berechnet?
Also (l_Luftspalt / l_Kern)*Permeabilität Kern
Oder wie würdet ihr das geschildeterte Problem lösen.
danke euch

Autor: oszi40 (Gast)
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Soma Web schrieb:
> simluieren und die Magnetischen Feldlinien zu zeichnen?

Simulanten nahmen früher Strom, ein Blatt Papier und Eisenpulver drauf.

Autor: Soma Web (soma)
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oszi40 schrieb:
> Soma Web schrieb:
>> simluieren und die Magnetischen Feldlinien zu zeichnen?
>
> Simulanten nahmen früher Strom, ein Blatt Papier und Eisenpulver drauf.

natürlich auch ne Möglichkeit :)

Autor: nilp (Gast)
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Das bild ist ja schon mal was. Muss das U offen sein ? ohne Eisen 
drueber ?
Falls ja. siehst du der Weg im Eisen hat fast keinen Widerstand, es 
bleibt die Strecke durch die Luft, welche den magnetischen Widerstand 
macht.
Rechne den Weg hinten, und den weg vorne. Der eingezeichnete Weg ist 
etwa in der Mitte. Wir gehen mal davon aus, dass das Feld im Eisestueck 
an der unteren Seite erzeugt wird. Um wieviel aendert die gesammt 
permeabilitaet wenn sich der weg von unten nach oben verschiebt ? Bei 
einem u-r von 2100 sollte das in den Promillen sein, und vollstaendig 
durch den Weg durch die Luft bestimmt sein

Autor: Soma Web (soma)
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Danke nilp,
das Bild habe ich selber gezeichnet. Ich Kann mir aber auch vorstellen, 
das die Magnetfeldlinien erst oben an den Schenkeln vermehrt austreten, 
und sich aufgrund dessen meine mittlere Wegstrecke verändert.
Es gibt keinen Eisenkern darüber.
Das u_r bezieht sich nur auf den Ferrit U-Kern, dadurch dass ich ihn 
aber offen betreibe und ein großer Anteil der Magnetfeldlinie durch die 
Luft gehen muss verändert sich doch auch mein u_r des Gesamtsystems 
oder?

Danke dir.

Grüße Soma

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>... muss verändert sich doch auch mein u_r des Gesamtsystems
oder?


Genau so ist es. Die Frage ist nun, wie rechnet man das ? Wie'n 
Widerstand. resp Serieschaltung von Widerstaenden.

... Schliesslich ist der Luftspalt das Bestimmende.

Mach mal.

Autor: Volker Zabe (vza)
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Hallo,
ich habe dies mal mit FEMM simuliert. War 10 Minuten arbeit. Allerdings 
habe ich nicht die Abmessungen und Matrialien der angegebenen Spule 
verwendet. Also nur qualitativ bewerten.

Man erkennt sehr gut das homogene Feld im "Spalt".
Allerdings sieht man auch das ein nicht unerheblicher Teil oben drüber 
und unten drunter verläuft.

ciao Volker

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Danke Volker, die Bilder sind sehr informativ. Nun ist die 
Induktivitaet, resp die elektrische Impedanz gefragt.

Autor: Soma (Gast)
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Danke Volker, ich werde es mir heute Abend mal anschaun. Quad wenn ich 
dich richtig verstanden hab würdest du das Problem über ein 
"Magn.-Ersatzschaltbild" lösen.
Ich hock mich heute Abend mal hin und rechne mal.
Danke für eure Hilfe!
Super Sache.

Autor: Volker Zabe (vza)
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FEMM kann auch Integrale über eine Strecke berechnen. (Nicht nur bunte 
Bilder malen.)
Damit sollte es möglich sein, den gesammten mag. Fluss zu bestimmen.
Daraus die Induktivität und alle anderen benötigten Grössen zu berechnen 
sollte dann nicht mehr das Problem sein.(Hab ich aber noch nicht 
gemacht.)

Da FEMM nur Zwei-Dimensional arbeittet, liegt die Herrausforderung 
darin, den Spulenkörper so zu Zeichnen, dass alle relewanten Randefekte 
berücksichtigt werden.

Mal ne Frage am Rande:
Bist Du sicher das du nur ein U-Kern verwenden sollst/willst?
Ich kenne das so, dass mann zwei Kerne, einen Spulenträger und Gehäuse 
verwendet.
Für so ein komplettes Gebilde giebt es auch immer alle Daten um eine 
Spule zu berechnen. Meist den Al-Wert.

Autor: Soma (Gast)
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> Mal ne Frage am Rande:
> Bist Du sicher das du nur ein U-Kern verwenden sollst/willst?
> Ich kenne das so, dass mann zwei Kerne, einen Spulenträger und Gehäuse
> verwendet.
> Für so ein komplettes Gebilde giebt es auch immer alle Daten um eine
> Spule zu berechnen. Meist den Al-Wert.

Im Ursprungszustand verwende ich nur einen Kern, ab und zu kommt für 
kurze zeit ein zweiter auf die gegenüber liegende Seite
Aber für den Einschwingvorgang meiner Primärschaltung ist nur der eine 
Kern vorgesehen. Und dieser interressiert mich im Moment.

Autor: Volker Zabe (vza)
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Mal ein praktischer Ansatz:
Mess doch die Induktivität aus.
Reicht das nicht als "Beweis"?

Autor: Soma (Gast)
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Hab ich schon, ich will aber in meiner Ausarbeitung erklären können, 
wieso ich die besagte Windungszahl genommen hab. Sprich aus der 
gewünschten Induktivität die Windungszahl errechnet -> gewickelt -> 
läuft! ;)

Autor: Volker Zabe (vza)
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Dann rechne doch aus deiner gemessenden Induktivität den Al-Wert zurück.
Genauer wird eine irgentwie errechnete Größe, bei den geometrischen 
Unwegsammkeiten, auch nicht.
Anders machen die Hersteller von Spulenkörper es auch nicht.

Oder sollen noch andere Kerne verwendet werden?

Autor: Detlev T. (detlevt)
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Die Lösung ergibt sich aus den Maxwellschen Gleichungen. ;)

Die Strecke "in Luft" zählt mu_r mal(!) so viel wie die Strecke im Kern 
selbst.

Gruß, DetlevT

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