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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 100A per uC schalten


Autor: Ralf (Gast)
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Was könnte man verwenden um so einen Strom zu schalten? Sind Triacs 
geeignet? Oder Leistungs- bzw. Leistungstrennschalter?

Hat jemand gute Tipps?

Ralf

Autor: 1296 (Gast)
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Wie schnell ? Wie oft ? Was 200A ? Netz ?

Autor: Fertiger (Gast)
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Ja ein parr genauerer Informationen wären nicht schlecht um dir weiter 
zu helfen.

Autor: Ralf (Gast)
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sehr schnell, einmal, min. 100A, AC

Es soll eine Art Schutzschalter werden, der den Strom bei Signal vom uC 
abfließen lässt. Ich hab mal was von Schnellerder gelesen...?, weiß aber 
auch nichts genaueres drüber.

Ralf

Autor: 1296 (Gast)
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Einen Triac muss man nachzuenden, jede Halbwelle. Ich wuerd ein 
Halbleiterrelais mal naeher anschauen.

Autor: Stefan Huebner (shaun)
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Wie schnell ist sehr schnell, welcher Nennstrom und welcher 
Kurzschlussstrom und welche daraus resultierenden Überspannungen 
(Kapazitäten und Induktivitäten betrachten!) sind zu erwarten, was 
passiert, wenn der Schalter geschlossen ist - fliesst der KS-Strom 
weiter oder löst irgendwas aus? Deine Angaben sind nach wie vor nicht 
wirklich hilfreich.

Autor: tex (Gast)
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> Es soll eine Art Schutzschalter werden,

Ich wage zu bezweifeln dass Du einen Halbleiter als Schutzschalter 
zugelassen bekommst. In der Regel ist es ehr so dass den Elektronischen 
Schaltern mechanische Schutzschalter vorgeschaltet sind...
Es ist natürlich auch eine Frage der Spannungsebene auf der wir uns 
bewegen... 1V  10V  100V  1000V  10kV ?

Autor: Ralf (Gast)
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Leider hab ich auch noch nich viel Erfahrung und weiß nicht genau, was 
so üblich ist(us wär nich schlecht!?), deswegen "sehr schnell", der 
Kurzschlussstrom fließt erstmal weiter, bis er manuell abgeschaltet 
wird.
Nennstrom und Kurzschlussstrom werden in etwa gleich sein, es ist noch 
nichts spezifiziert daher kann ich auch nichts zu Überspannungen sagen.

Ich wollt eben nur erst mal wissen was dazu alles geeignet wäre an 
Schaltertypen und mich dann weiter informieren.

Ralf

Autor: Ralf (Gast)
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Ich kann ja mal das Projekt beschreiben. Ich bin Praktikant und es geht 
um eine supraleitende Spule, bei der die Spannung gemessen wird die 
darüber abfällt. Hat die Spannung einen bestimmten Wert erreicht(Spule 
nicht mehr supraleitend) soll sie vor Beschädigung(in dem Fall Hitze) 
geschützt werden.

Ralf

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

>um eine supraleitende Spule, bei der die Spannung gemessen wird die
>darüber abfällt.

Die wird doch sicher mit Gleichstrom (DC) betrieben, nicht AC, oder?

> Hat die Spannung einen bestimmten Wert erreicht(Spule
>nicht mehr supraleitend) soll sie vor Beschädigung(in dem Fall Hitze)
>geschützt werden.

Einfach das Netzteil abschalten? Oder wenns wirklich brachial sein 
muss/soll, mit einem Thyristor die Stromversorgung kurzschliessen. 
Wobei, wenn ichs genau überlege, das wahrscheinlich nicht geht, weil die 
Spannung sehr niedrig ist (ist ja fast supraleitend, wieviel mV fallen 
dann im Fehlerfall drüber ab?). Also dann doch ein dicker MOSFET.

MFG
Falk

Autor: Ralf (Gast)
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Ich glaub bei um 30..60mV sollte schon abgeschaltet werden, "brachial" 
wäre ganz gut.

Ralf

Autor: Ralf (Gast)
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Genau kann ich's nicht sagen, weil es sehr von der Spule abhängt, die 
Spannung soll ja aber auch vom uC gemessen werden, der dann den Schalter 
steuert.

Ralf

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

>Genau kann ich's nicht sagen, weil es sehr von der Spule abhängt, die
>Spannung soll ja aber auch vom uC gemessen werden, der dann den Schalter
>steuert.

Naja, der uC ist das Nebensächlichste dabei. Den braucht man dazu real 
nicht. Ein so kleine Spannungschnell zu messen ist nciht das Thema, aber 
die Abschaltung schon.

Rechnung:

Wenn bei 100A der Spannungsabfall maximal 30mV sein soll, sind das

R = U / I = 30mV / 100A = 300uOhm.

Und das ist der Grenzfall!

Da braucht es schon EINIGE DICKE MOSFETS parallel, um den Widerstand zu 
erreichen. Und JEDE Verbindungsstelle muss verdammt niederohmig sein. 
Alles nicht ganz trivial.

MFG
Falk

Autor: Ralf (Gast)
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Das versteh ich nich so recht. Was hat denn der Spannungsabfall mit dem 
Schalter zu tun?
Ahhh: "Der Strom geht den Weg des geringsten Widerstandes"!

Gibt es da denn evtl. andere Möglichkeiten? Das ist ja dann schon 
blöd..!

>Einfach das Netzteil abschalten
Das geht auch nich, da dann gar kein Netzteil mehr dranhängt, der Strom 
wird eingespeist und fließt dann im Kreis..
da steckt wahrscheinlich die Lösung, ich seh sie nur noch nicht!

Ralf

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

>Das geht auch nich, da dann gar kein Netzteil mehr dranhängt, der Strom
>wird eingespeist und fließt dann im Kreis..

Dann muss der Kreis wieder unterbrochen werden. Das muss er ja am Anfang 
sowieso, zum Starten, oder?
Ausserdem, wie willst du an einer kurzgeschlossenen Spule einen 
Spannungsabfall messen?

MFG
Falk

Autor: 1296 (Gast)
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Ralf,
vergiss die Leute, die keine supraleitende Spule kennen. Das ist ein 
Ding fuer sich selbst. Ein Thyristor hat einen Speannungsabfall von 
mindestens 2.1V. Geht also nicht. Aber ein FET geht. zB, der IRFP064N.

Autor: Ralf (Gast)
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Ich kann doch, solange die Spule in Betrieb ist, differenziell die 
Spannung messen, bei solchen Spulen können punktuell "Widerstände 
entstehen"; das würde doch gehen, wenn ich an den Enden messe.

Ja, der Kreis müsste dann unterbrochen werden und das ziemlich schnell, 
da die Wärmeentwicklung sehr schnell sehr stark zunimmt.

Ralf

Autor: Ösi (Gast)
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Wie wärs mit Hochleistungsschottky-Dioden parallel zur Supraleiterspule?
Es gibt mittlerweile Schottky-Dioden mit einer Sperrspannung von ca. 
8...15 V und einem Spannungsabfall von ca. 0,1 V bei Nennstrom.

Falls es sich um Wechselstrom handelt einfach 2 Dioden antiparallel zur 
Spule und gut.

Im Fehlerfall fließt dann der Hauptstrom über die Dioden, und die Spule 
wird meiner Meinung nach ausreichend geschützt.
Ganz ohne aufwändige µC und Hochstrom-Schalterüberwachung.

mfg

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

>Es gibt mittlerweile Schottky-Dioden mit einer Sperrspannung von ca.
>8...15 V und einem Spannungsabfall von ca. 0,1 V bei Nennstrom.

Lies mal die vorherigen Posts . . .

MFG
Falk

Autor: Ösi (Gast)
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@Falk :

Hab ich gelesen.
Ich hab nur meine Meinung dazu abgegeben und die ist nun mal das 0,1V 
den Spulen nichts tut da das Supraleitermaterial im nicht-supraleitenden 
Zustand in der Regel sehr hochohmig ist und somit auch bei 0,1V keinen 
Schaden nimmt.

Kommt natürlich auf den konkreten Fall an, wäre aber eine günstige und 
einfache Lösung....

mfg

Autor: schnoffi (Gast)
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Hi,

bei 100A solltest Du dir über den Strom schon Gedanken machen.
Die Konstruktion sollte sich unter allen Umständen sich vom Netz trennen 
lassen.
Das mit Halbleitern ist an sich nicht schlecht aber was ist wenn.....!!
Überlegt mal ob Du nicht die Möglichkeit hast per Druckluft zu trennen- 
über eine gelöschte Kontakte.
Die Ansteuerung wird schnell genug sein (die Spule hat ja eine bestimmte 
thermische Zeitkonstante)

Gruß Kay

Autor: Gast (Gast)
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> Kommt natürlich auf den konkreten Fall an, wäre aber eine günstige und
> einfache Lösung....
Da hat er schon recht; bei 0,1V und 100A sind das ja nur ~10W
Außerdem beginnen die Dioden ja vorher auch schon zu leiten...
Aber wie gesagt: kommt halt auf die Anwendung an, ob sinnvoll oder 
nicht.

Autor: Ralf (Gast)
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Das ganze dient zu Testzwecken und soll/kann noch keine endgültige 
Lösung darstellen, da an der Spule noch gearbeitet wird und sich somit 
der besagte Anwendungsfall stetig ändert.
Aber trotzdem gute Idee...

Ich werd das mal mit dem FET weiter verfolgen und werd diesen Thread am 
Leben erhalten, ich hoffe es besteht noch Interesse daran.

Gruß Ralf

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Bei MRT-Röhren wird die Notabschaltung einfach über Ablassen der 
Kühlflüssigkeit (Helium/Stickstoff) gemacht.
Spule verliert dann (punktuell) die Supraleitereigenschaft, erwärmt sich 
ein wenig, und schon ist der Strom weg.

Wenn du Angst hast, das dir die Punktuelle Erwärmung deinen Supraleiter 
kaputt machst:
einfach parallel zum Supraleiter einen Kuperring verlegen:

Kühlung OK=>Aller strom im Supraleiter
Kühlung Weg=>Kupfer leitet jetzt besser, der Strom fliesst durchs 
Kupfer, und ist gleich verbraucht.

Autor: 1296 (Gast)
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Fuer alle, die supraleitende Spulen nicht kennen. Eine supraleitende 
Spule in fluessig-Helium ist eine Spule mit einer ueblicherweise einer 
riesigen Induktivitaet (500H oder so ) die ist in festem Kupfer. Daher 
darf die Spannung darueber nicht zu gross werden, die Spannung ueber dem 
Supraleiter faellt am Kupfer ab und erzeugt Waerme. Wenn man die Spule 
laedt, duerfen magnetfeldabhaengig nur ein paar 100mV drueber abfallen. 
Diese Spannung wird ueber Stunden integriert und gibt dan den 
umlaufenden Strom. Wenn das Ladegeraet ausfaellt, muss die Spule erst 
kurzgeschlossen werden. Wenn der Nennstrom erreicht wurde, dann regelt 
das Ladegeraet die Spannung auf Null und schliesst die Spule kurz. Erst 
dann kann man das Ladegeraet abhaengen. Das Ladegeraet hat Notbatterien. 
Wenn man das Feld runterfahren will, muss man das Ladegeraet anhaengen, 
eine Spannung kleiner Null einstellen und und den Strom wieder 
rausfahren. Tut man das nicht genau so, entladet sich die Spule ueber 
sich selbst, das Helium ist verdampf und die Spule ist kaputt, ein 
signifikater Wert ging'n Bach runter.

Ja, FET sind der richtige Weg. 300u Ohm max sind eine anspruchsvolle 
Vorgabe. Da ja nicht allzuviel Leitung anfaellt, waere es 
moeglicherweise am Guenstigsten ein Array von SO8 Typen zu verwenden. zB 
SI 4840, 14A, 9mOhm an 10V Gate. kostet ca 70Euro fuer 100 stueck. Mit 
100 Stueck waere man dann bei  90u Ohm. Die Flaeche waere bei 80x80mm. 
Mit einem vierlagigen Multilayer waer man dabei.

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Also die Supraleitenden Spulen die ich kenne sind aufgewickelter 
elektrisch isolierter HT-Supraleiter die mal 100 oder mehr H haben 
können und eher mit DC (Größenordung 100A) betrieben werden.

Hochfahren: Gleichspannung
Betreib: Kurzschluss bzw niedrige Gleichspannung
Abschalten: Gegenteil von Hochfahren

Notabschaltung heißt also maximal zulässige(Isolation) Gegenspannung 
anlegen und die Freiwerdende Energie verbraten/rückspeisen.
Anders bekommt man die Energie nicht aus einer Spule.

Also 100A, 100H = 500kJ =8,3KW über 1 Minute, anfangs 16KW, linear 
fallend, wenn man mit Konstantspannung(Isolationslimit) runterfährt.

Man braucht also ein Bauteil, das >160V bei 100A kann und im 
Normalbetrieb kurzgeschlossen ist.

Da bräuchten wir jetzt mehr informationen was Ralf genau will bzw um was 
für eine Anlage es geht. Hab meine Glaskugel nicht zur Hand...

Soweit mir bekannt: Bei Supraleiter-quench in einer Spule übernimmt den 
Supraleiter umgebendes Material(Silber, Kupfer, was auch immer) den 
Stromfluss. Durch die damit entstehende Wärme wird zatz-fatz die 
komplette Spule normalleitend. Die Ganze Spule wird heiß, es muss 
genügend thermische Masse vorhanden sein um die Magnetfeldenergie 
aufnehmen zu können. Falls die thermische Masse nicht ausreicht um die 
Energie aufzufangen, muss der Quench vorzeitig erkannt werden und 
elektrische Energie aus der Spule genommen werden(s.o.)
Aber so genau kenn ich mich nicht damit aus, arbeite erst seit nem 3/4 
Jahr als Werkstudent mit Supraleitern.

Autor: Anon Ymous (anonymous)
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Ich kann bei dem Thema nicht wirklich weiterhelfen, aber mir stellen 
sich zwei Fragen:

- Gibt es bei der Spule keine Rückinduktion, wenn der Stromfluß 
plötzlich unterbrochen wird? Wenn ja, wieso?

- Wenn man ein nicht supra-leitendes Element, was bis jetzt alle 
Schalter sind, in einen Supra-leiter einfügt - dann ist doch ein 
Widerstand vorhanden und all die tollen Effekte verschwinden! Mosfets 
o.ä. funktionieren dann wohl nicht.

Vielleicht könnte man ein kleines Teil der Spule zerstören (sozusagen 
Sollbruchstelle), um den Stromfluß zu unterbrechen. Also die Spule 
selbst als Schalter.

Autor: 1296 (Gast)
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Natuerlich wird eine Spannung induziert wenn der Stromfluss unterbrochen 
wird. Wenn die induduzierte Spannung 500mV oder so ueberschreitet wird 
der Supraleiter normalleitend und das Ganze zerstoert sich selbst.

Ja, der Kurzschluss, der normalerweise drin ist ist ein Supraleiter. Die 
Mosfest sind extern, um die Spannung zu begrenzen wenn der Kurzschluss 
nicht drin ist.

Man will den Supraleiter und den Strom nicht unterbrechen.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Danke, Andreas Rebe! Es besteht also doch noch Hoffnung...

Ich rappelte mich gerade wieder vom Boden auf (war wegen Gast's "Da hat 
er schon recht; bei 0,1V und 100A sind das ja nur ~10W" vor Lachen 
heruntergefallen) und wollte die nicht ganz unwichtige Frage nach 
Induktivität, 1/2 LI² und dem Energieerhaltungssatz in die Runde werfen, 
als ich mich zu Deinem Beitrag durchgescrollt hatte.

Mann, mann, mann, was lehren die denn heutzutage in der Schule in 
"Füsick" (oder wie man das nach der neuesten Rechtschreibung jeweils 
gerade schreibt)????

Autor: Ralf (Gast)
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Dann ist das wohl nicht so schnell gemacht! Ich werd mal noch ein 
bißchen in die Bücher kucken..
Um weitere Hinweise wird natürlich gebeten.

>um was für eine Anlage es geht
Kann ich nicht sagen, weil es wie gesagt erst einmal für Testzwecken 
gedacht ist, aber ich werd mal noch ein paar Infos zur Spule posten.

MfG Ralf

Autor: Düsentrieb (Gast)
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nette idee, mit smd mosfets die spule entladen...
100A klingt ja auch nicht so schlimm oder?
nehmen wir mal an, die spule hat (s.o.) 500H, bei 100A, gibt
2,5 MJ
wat is dat nu?
dazu ein paar beispiele:
gewitter/blitz kennt jeder...heftige sache.
wird die supra-spule irgendwo hochohmig, wird dort ihre energie frei:
passiert dies in zb 1 us, dann gibts :
100 Mio V  bei 25000 A - ein netter blitz

oder
1kg TNT hat etwa 4,2 MJ energie
die spule setzt also = 0,6 kg TNT frei - auch ganz nett

oder
eine kugel einer .357 Magnum hat etwa 1kJ aufschlagsenergie
die spule schiesst also wie 2500 mal ne magnum - autsch

und das in ein paar smd mosfets - klasse idee :-)))

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Hmm, 500H ist vielleicht etwas hoch gegriffen. Bei 
http://de.wikipedia.org/wiki/Supraleitender_Magnet... 
steht z.B.:
"Der erste SMES in Europa wurde vom Forschungszentrum Karlsruhe und von 
der Universität Karlsruhe gemeinsam entwickelt und in einem Sägewerk in 
Fischweier/Albtal am Niederspannungsnetz des Badenwerks eingesetzt. Es 
hat eine Speicherkapazität von maximal 250 Kilo-Joule (kJ) und eine 
Leistung von 80 kVA. Der SMES besteht aus 6 Magnetmodulen die als 
Solenoid zusammengesetzt sind. Jedes Magnetmodul enthält 1000 Windungen 
des 1,3 mm dicken NbTi-Supraleiters und hat einen Durchmesser von 36 cm. 
Damit erreicht der Gesamtaufbau eine Induktivität von 4,37 H und kommt 
mit einem Strom von 300 A aus, um die geforderte Energie zu speichern."

Aber die Energiedichte ist schon beachtlich!

Autor: 1296 (Gast)
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500H hat eine Spule eines NMR Magnetes. Der ist nicht als 
Energiespeicher ausgelegt. Keine Ahnung welche Sorte Magent der Poster 
hat.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Hmmm, Quenchsysteme für supraleitende Magnete scheint für sich ein recht 
interessantes Thema zu sein. Ich empfehle mal:
http://bibliothek.fzk.de/zb/berichte/FZKA7076.pdf

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Erstmal vielen dank für die tollen Einblicke in einen Bereich in dem, 
ich zumindest noch keine Erfahrungen habe.
Jetzt hab ich zwar dieDiplomarbeit noch nicht ganz gelesen mein langsam 
dämerndes Verständniss bringt mich aber doch jetzt schon zu einem Post.

Ich versuch das mal auf wesentliche Punkte zu vereinfachen:

Wenn man eine stromdurchflossene Spule öffnet wird eine Spannung 
induziert (Zündspule ...) weshalb man einem Relais ja auch eine 
Schutzdiode spendiert.
Diese Spannung hängt natürlich vom Strom und von der Induktivität ab, 
bei supraleitenden Spulen haben wir es ja per Definition mit recht hohen 
Induktivitäten zu tun, ergo würde bei einem plötzlichen öffnen der Spule 
eine verheerende Spannung entstehen, die sich in jedem Fall über einen 
Funken abbauen würde und das auch noch sehr schnell und genau diesen 
Funken will niemand sehen, da hinterher alles kaputt ist und man teuer 
einkaufen muss und womöglich noch schlimmeres passiert.
Wenn ich die Diplomarbeit bisher richtig interpretiert habe (wie gesagt 
bin noch nicht durch) ist aber die Lösung, dass über einen Widerstand 
abzuführen und somit die Spannung auf einem erträglichen Mass zu halten 
(100V-20kV) da sind wir dann aber nicht wirklich im uOhm Bereich. Die 
von rebirama angesprochenen 160V klingen da doch schon realistischer. 
Sollten jetzt aber von mir aus 100V anvisiert werden hätten wir es 
freilich mit einem gewaltigen 10kW Widerstand zu tun, der aber immerhin 
1 Ohm haben darf, somit bleibt doch etwas mehr Spielraum für die Wahl 
des schaltenden Bauteils, da wir erstens zumindest Anfangs Spannungen 
haben die selbst einen IGBT erlauben würden (der rest 2,3V@100A müsste 
dann anderweitig erledigt werden) und zweitens ist dann auch das Problem 
mit den Anschlussterminals nicht mehr sooo böse. (bei 300uOhm will ich 
mir sowas gar nicht mehr vorstellen)
Also wären die 30..60mV lediglich Werte, die zur detektion des Quenschs 
relevant sind, da diese bei einem Auftreten In einer "hochgefahrenen" 
Spule auf einen beginnenden Quensch hinweisen. In dem Moment wo das 
erkannt wird reisst man aber die Spule kontrolliert über den Widerstand 
auf und hat damit selbstverständlich sehr viel höhere Spannungen, aber 
die Energie wird eben nicht IN der Spule sondern in dem kleinen 
unauffälligen Entladewiderstand abgebaut der vor allem thermisch 
möglichst weit weg von der kalten Zone steht.

Ich hoffe ihr steinigt mich jetzt nicht weil ich Mist erzähle, ich finde 
das nur eben sehr fazinierend und kann meine Klappe eben nicht halten.
Wäre natürlich nett wenn ihr mich einfach korrigiert und sagt wie's 
richtig ist. ;)

OMG, die Vorstellung einer 500MJ Spule die ja in der Arbeit erwähnt 
wird, macht mir doch ziemlich Angst, wenn da was schief geht will ich 
nicht in der Nähe sein. -wiebel

edit:
Achja natürlich ist eine möglicht hohe Spannung wünschenswert, weil dann 
weniger Energie im Quensch selbst verbacken werden muss. Zu hoch macht 
aber natürlich auch wieder Ärger, abgesehen von dem 1MW Widerstand der 
bei 10kV fällig wäre. Aber ich übersehe bestimmt wieder irgendwas 
Entscheidendes.

Autor: Ralf (Gast)
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Ich hab mich noch mal informiert:
in meinem Fall bleibt eine Stromquelle an der Spuleund es soll ein 
Schalter(Umschalter) zwischen Quelle und Spule, der bei Signal den Strom 
an der Spule vorbei fließen lässt.
so ungefähr:
                    ______
             ______/ _      |
            |        |      |
            Quelle   R      L
            |        |      |
            |________|______|

Dazu sollte der Schalter nat. möglichst niederohmig sein.

Noch eine kleine Zusatzfrage: Ich möchte die Ind. der Spule berechnen, 
aber ich komme mit den Bezeichnungen nicht klar:
           n = a x b x c
       Länge = dcm "Malzeichen, also der kleine mittig gelegene Punkt" e
mit a,b,c,d,e € R

Achso der Schalter soll für DC und AC(min500Hz bis 1kHz) und die 
besagten 100A geeignet sein. Die Spannung über L wird wohl im Bereich 
220V liegen.

MfG Ralf

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

>so ungefähr:
>                    ________
>             ______/ _      |
>            |        |      |
>            Quelle   R      L
>            |        |      |
>            |________|______|

Und was macht die liebe Spule, wenn man ihr einfach den Saft abdreht? 
Sie selbstinduziert. Und ob das bei DEN Strömen, DEN Induktivitäten und 
bei fast Supraleitung so ne gute Idee ist?

MFG
Falk

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Du weißt schon, dass eine Spule mit 100H bei 500Hz nen Blindwiderstand
von ~300k Ohm hat. Bei Betrieb mit 220V~ sind das etwa 0.7mA. Da würde 
ich aus Kostengründen eher Kupfer nehmen ;-).

Zurück zum Thema:
Um die Enegie aufzunehmen würde ich FETs auf nen Kupfer oder Aluklotz 
schrauben. Energieaufnahmevermögen pro ist dann thermische Kapazität mal 
Gewicht mal zulässige Temperaturänderung. Das werden dann ein par Kilo 
sein, aber nicht soo tragisch.

Hier mal meine Schaltungsidee:

Im Betrieb ist der FET offen (Milli/Micro Ohm).

Den Widerstand(Spannungsabfall) der Spule musst du sowieso über 
4-Leitermessung machen.

Bei Erkennung von Quench wird der FET soweit zugemacht bis die 
Spulenspannung ihren maximalen Wert erreicht (->Regelung).


                         o---------------o-----o
                                         |
                                         C|  .-------------.
                                      L  C|  |Quenchmessung|
                                         C|  '-------------'
                 .---------------.       |
                 |Spannungsquelle|   .---o----o
                 |   (Betrieb)   |   |
                 '---------------'   |
                                     +-||----.------------.
                                "R"  ->||    |Fet-Regelung|
                                     +-||    '------------'
                                     |
                                     |
                          o----------o--------o
                                    GND

Da die FETs sowieso im Warmen liegen werden, wird es denk ich keine 
Rolle spielen, wenn an ihnen im Betrieb ein wenig 
Spannung(Verlustleistung) abfällt. Das geht im Stromverbrauch deines 
Kühlkompressors unter ;-)

Sollen es HTS(zb YBCO) bei ~25K oder LTS-Spulen(zb Niob-Titan) bei 4K 
werden? Weil HTS mag, soweit ich weiß, kein AC wegen 
Wirbelstromverlusten im Leiter, und die Wärmekapazität bei 25K ist sehr 
bescheiden, weshalb schon geringe Verluste die Temperatur enorm 
ansteigen lassen.

Bis bald
Andi

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Was mir grad noch einfällt:
Die Messung des Spannungsabfall am Ohmschen Widerstand schwer. Grund: U 
= R*I + L*di/dt +I*dl/dt .
Jetzt könnte man noch sagen ich mess Gleichzeitig di/dt und rechne 
zurück auf R unter der Annahme das dl/dt =0. Geht aber auch nicht so 
einfach: 1. da L sehr nichtlinear und schonmal ja nach Strom um den 
Faktor 2 abweichen kann. 2. Läuft jemand mit nem Schlüsselbund in der 
Hosentasche um deine Spule durrch deren Streufluss, so ist dl/dt nicht 
mehr 0. (Aufgrund der sich ändernden Permeabilität des Raums)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Stefan Wimmer wrote:
> Ich rappelte mich gerade wieder vom Boden auf (war wegen Gast's "Da hat
> er schon recht; bei 0,1V und 100A sind das ja nur ~10W" vor Lachen
> heruntergefallen) und wollte die nicht ganz unwichtige Frage nach
> Induktivität, 1/2 LI² und dem Energieerhaltungssatz in die Runde werfen,
> als ich mich zu Deinem Beitrag durchgescrollt hatte.
>
> Mann, mann, mann, was lehren die denn heutzutage in der Schule in
> "Füsick" (oder wie man das nach der neuesten Rechtschreibung jeweils
> gerade schreibt)????


Da muß sich aber der Fragesteller ganz allein an die Nase fassen, weil 
er unfähig ist zu schreiben, von welchen Energien die Rede ist.
Nur die Angabe 100A sagt überhaupt nichts aus.

Die Antworter sind also völlig unschuldig.


Peter

Autor: Ralf (Gast)
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@Andreas
nach deiner Schaltung fließt der Strom doch trotzdem noch über die 
Spule, und das soll ja vermieden werden

Ralf

Autor: Gast (Gast)
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Danke, Peter, für deine Unterstützung!

Supraleitende Spule heißt ja nicht gleich, dass die Induktivität 500H 
groß ist...
Aber so gesehen ist der Beitrag natürlich lächerlich. ;-)

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Klar fließt der Strom durch die Spule; genau solange bis die Energie aus 
der Spule heraus ist. Man bekommt den Strom nicht "einfach so" aus einer 
Induktivität, das geht nur über eine Gegenspannung, solange bis der 
Strom null ist.
Im einfachsten Fall: Bei Auftrennung des Stromkreises liegt die 
Gegenspannung über der entstehenden Funkenstrecke und die Energie wird 
über einen Lichtbogen abgebaut. Nur wird sich der Lichbogen 
warscheinlich durch deine Isolierung hindurch aufbauen und deine Spule 
ist für die Tonne.

(Es sei denn du schafts es irgendwie den Fluss aus der Spule zu nehmen 
;-)

Autor: Andreas R. (rebirama)
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"Supraleitende Spule" impliziert in der Regel immer eine große 
Induktivität, sonst könnt man ja Kupfer nehmen. -> Ich kenn keine 
SL-Spule mit kleiner Induktivität, sondern eher über 100H, sei es nun 
als Energiespeicher oder für ein starkes Feld von einigen Tesla.

Autor: Ralf (Gast)
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>genau solange bis die Energie aus der Spule heraus ist

Dann muss also die Quelle auch abgeschaltet werden.
Wenn der Strom weiter fließt, ist ja wieder das Prob mit der 
Wärmeentwicklung und die Spule ist hin!

@Peter
>weil er unfähig ist
wenigstens tue ich nicht so als wüsste ich über alles bescheid!

Gruß Ralf

Autor: Ralf (Gast)
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Geht das evtl. auch mit einer Art Umschalter nach meinem Schaltbild, 
oder ist das total MURX? Die Selbstinduktivität ist ja bei AC auch nicht 
so hoch, wie sie es bei DC ist... und hauptsächlich wird glaub ich 
~betrieben.

Ralf

Autor: Mike (Gast)
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Mal eine banale Frage:

Warum braucht man überhaupt einen Schalter? Kann man nicht den 
Widerstand ständig parallel zur Spule belassen? Solange die Spule 
supraleitend ist, ist deren Widerstand doch exakt Null, also fliesst 
über den paralellgeschalteten Widerstand kein Strom. Erst wenn die Spule 
normalleitend wird, kommt der Widerstand zum Tragen und übernimmt den 
Strom. Dazu muss der Shuntwiderstand möglichst klein gegenüber dem 
Spulenwiderstand bei Normalleitung sein (z.b. dicke Kupferschiene).
Oder sehe ich da etwas falsch?

Gruss
Mike

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Nein, das wird so leider nix nach Mikes Idee, denn die Spule muss ja 
auch hochgefahren, bzw bei AC hat sie ja einen Blindwiderstand, somit 
liegt an deren Enden ja eine Spannung an. Außerdem geht eine Entladung 
über einen einfachen Widerstand vorallem gegen Ende wesentlich langsamer 
-> Strom nimmt als E-Funktion ab.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...und noch dazu liegt die Spule ja im Abschaltfall in Serie zum 
Widerstand, d.h. dass frei nach den Gebrüdern Kirchhoff ;-) der selbe 
Strom auch durch den nun dramatisch gestiegenen Widerstand der Spule 
fliesst (schlimmer noch: bei einem beginnenden Quench ist das auch noch 
ein kleiner Teil der Spule, in der die ganze Energie umgesetzt wird; --> 
Britzel/Kabumm).

@PeDa:
Jo, sorry, hatte gestern einen sehr anstrengenden Tag (FAI-Abnahme durch 
den Kunden mit entsprechendem Stress die Tage davor) und hatte keine so 
arg feinfühlige Rhetorik mehr drauf. Aber zum Zeitpunkt meines "Rants" 
war schon bekannt, dass es sich um eine supraleitende SPULE handelt und 
da würde ich dann so 'ne Rechnung á là 10mV*100A nicht mehr erwarten 
(wollen).

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Andreas Rebe. wrote:
> "Supraleitende Spule" impliziert in der Regel immer eine große
> Induktivität, sonst könnt man ja Kupfer nehmen.

Das ist quatsch, die Induktivität ist vom Drahtwiderstand völlig 
unabhängig.

Nur die Permeabilität des Kerns, Abmessungen und Windungszahl bestimmen 
die Induktivität.

Was Du vielleicht meinst, ist die magnetische Feldstärke bei einer 
bestimmten Betriebsleistung (ohmsche Verluste vs. Leistung von 
Kühlaggregat).


> -> Ich kenn keine
> SL-Spule mit kleiner Induktivität, sondern eher über 100H, sei es nun
> als Energiespeicher oder für ein starkes Feld von einigen Tesla.

Ich würde eher sagen, das sind nur 2 von vielen Anwendungen. Manche 
Anwendungen bestehen nur aus einer Windung.


Peter

Autor: Gast (Gast)
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> Aber zum Zeitpunkt meines "Rants" war schon bekannt,
> dass es sich um eine supraleitende SPULE handelt und
> da würde ich dann so 'ne Rechnung á là 10mV*100A nicht
> mehr erwarten (wollen).
Ja, in der Tat; diese Information war bekannt. Von der großen 
Induktivität war allerdings keine Rede.
Und wie du schon selbst schreibt: W=1/2 L * I²
L könnte ja theoretisch gegen Null gehen; dass das in der Praxis nicht 
vorkommt (also Werte > 100H normal sind) wusste ich nicht.
Also: Friede? (wenns je einen Krieg gab ;-) )

Autor: Durchblicker (Gast)
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Ein simpler niederohmiger MOSFET, der 100A ab kann, dürfte für die 
Abschaltung ausreichen.

Wenn die Spule aus dem supraleitenden Zustand kommt, wird sie 
hochohmiger, erwärmt sich, das Ganze ist ein exponentieller Prozess. Da 
die Spule bzw. deren Leitermaterial eine bestimmte Wärmekapazität 
aufweist, erwärmt sie sich um einen bestimmten Betrag, der sehr leicht 
zu berechnen ist, vorausgesetzt, man kennt die Masse an verbautem 
Leitermaterial.

Beispiel: Um einen Liter Wasser von Raumtemperatur auf 100 Grad zu 
erhitzen, sind 335kJ erforderlich. Das ist die Grössenordnung, von der 
wir sprechen.

Es geht also lediglich darum, per Kurzschluss den Stromfluss aufrecht zu 
erhalten, bis sich die Energie in der Spule abgebaut hat. Mit den 
schnell ansteigenden Verlusten in der Spule ist die Energie in sehr 
kurzer Zeit vernichtet und zwar von der Spule selber. Sie ist dann um 
den Betrag X wärmer.

Autor: 2961 (Gast)
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Ja, der IRFP 064N kann 110A continous und 200W Verlustleistung. Einer 
oder mehrere von denen.

Autor: Stefan (Gast)
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Ich find das recht einleuchtend von Durchblicker und 2961.
Gibt's noch Meinungen dazu?!

MfG Ralf

Autor: Stefan (Gast)
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Obwohl... wie sieht's denn da (bei "simplen MOSFETs") mit AC, DC aus?

Ralf

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Eigentlich dachte ich, dass es darum geht so viel Energie wie möglich 
aus der Spule zu bekommen, sobald ein beginnender Quench detektiert 
wird?!

Wenn die gesamte Energie in der Spule bleiben kann, braucht Ralf nicht 
mal einen Finger krümmen:

Vermutlich hat das Netzteil eine Freilaufdiode, etwa wie ein 
Labornetzteil (hab schon eins bedient mit 100A 125V).

Fall a) Spannungsregelung:
Sobald die Spule normalleitend wird, stellt sich automatisch ein 
niedriger Strom ein, ohne dass etwas zu tun ist.

Fall b) Stromregelung:
Man muss dann irgentwie verhindern, dass die Stromquelle die Spannung 
erhöht -> abschalten bei Quench. Der Strom fließt dann munter weiter 
durch die Freilaufdiode(n) bis die Feldenergie im Spulenwiderstand 
verbraten ist.

Auch ohne MOSFET.
Ich würde die Spule einfach quenchen lassen, falls sie das aushält, und 
danach wieder auf Betriebstemperatur herunterkühlen- bei abgeschaltetem 
Netzteil natürlich.



wegen den MOSFETs: Zwei Antiseriell schalten würd ich jetzt machen

Autor: Reinhard R. (reinhardr)
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Eigentlich gibt es hier 2 Schalter mit unterschiedlichen Anforderungen 
die man betrachten muss. Der 1. Schalter dient dazu den 
Entladewiderstand in den Stromkreis zu schalten. Dieser Vorgang wird 
noch nahezu leistungslos von sich gehen und der Schalter muss auch nur 
kurz belastbar sein. Der 2. Schalter trennt daraufhin den supraleitenden 
Kreis, so dass der Strom über den Entladewiderstand fließen muss. Dieser 
wird unter Last geschalten und muss auch im Regelbetrieb den Strom durch 
die Spule leiten. Der sollte idealerweise eigentlich selber supraleitend 
sein, sonst muss man dauernd die Verlustleistung an ihm kompensieren.


Gruß
Reinhard

Autor: Ralf (Gast)
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@2 Schalter: dann á la Darlington?
Oder geht das nur mit Bip.Transistoren?

Ich hab noch nie eine Schaltung mit Transistoren aufgebaut, geschweige 
denn, sie als Schalter benutzt und bin mich erst am einarbeiten. 
Deswegen solche Fragen. Ich kann mir das auch noch nicht so richtig 
vorstellen, wie ich dann mit den drei Beinchen eine "Art Umschalter" 
realisiere, der dann ja auch noch eine(/zwei) Steuerleitung benötigt.

Gruß Ralf

Autor: Ralf (Gast)
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Okay...Darlington ist es wohl nicht, und mit der Beschaltung eines 
Transistors werd ich mich dann selber auseinandersetzen..ich will euch 
ja nicht langweilen
Achso: Noch vielen Dank für die vielen Anregungen und Ideen!

Eine andere Möglichkeit:
Ginge es wenn, ähnlich wie bei mir oben im "Schaltbild", der Schalter so 
gestellt wird, dass bei Signal Spule und Widerstand parallel liegen, 
dann wird der Strom allmählich über R abgebaut. Wie müsste der 
Widerstand dann aussehen, bzw. ist das überhaupt eine Lösung oder kommt 
es dann zu anderen Problemen?

Gruß Ralf

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Bei Schützen weiss ich es nicht, aber bei Schaltern (z. B. drehschalter) 
gibt es öffnende und schließende Versionen.

Öffnende:
Während des Schaltens wird erst der Kontakt unterbrochen und dann der 
neue Zustand geschaltet.

Schließende:
Während des Schaltens wird erst der neue Zustand geschaltet und danach 
erst der vorherige unterbrochen.

MW

Autor: 2961 (Gast)
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Der Schalter 2 (Spulenkurzschluss) ist wahrscheinlich ein langsamer 
supraleitender Schalter.

Autor: Reinhard R. (reinhardr)
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Ich habe mich erkundigt wie solche Spulen geschalten werden. Wenn die 
Spule im "persistent mode" betrieben wird, d.h. der Strom fließt "ewig" 
im supraleitenden Kreis, werden sogenannte Wärmeschalter verwendet. Das 
ist nichts anderes als ein Stück Supraleiter denn man heizen kann bis er 
wieder normalleitend wird und dann einen Widerstand von ein paar Ohm 
hat. Da, wie weiter oben erwähnt, die Spulen nur mit ein paar 100mV hoch 
oder runtergefahren werden ist das mehr als ausreichend. Bei einer Spule 
im persistent mode verbietet es sich natürlich da noch einfach einen 
normalleitenden FET mit einzubauen. Das ist aber auch nicht notwendig. 
Folgendes Paper (http://www.iop.org/EJ/abstract/0022-3735/4/8/025 , 
kostenpflichtiger Zugang, aber die meisten Forschungseinrichtungen 
sollten ihn wohl haben) beschreibt eine ganz einfache Methode: eine 
Freilaufdiode über den Wärmeschalter. Wenn der Supraleiter quencht, wird 
einfach der Wärmeschalter geöffnet und der Strom wird mit einem 
definierten dI/dt (entsprechend der Vorwärtsspannung der Diode) 
abgebaut. Wenn das nicht schnell genug geht kann man mehrere Dioden in 
Serie schalten, man muss aber die Belastbarkeit von Spule und Schalter 
im Auge behalten.
Eine Freilaufdiode einzubauen ist trivial. Die Frage ist also eher, wie 
kann man mit dem µC den (vermuteten) Wärmeschalter öffnen. Das hängt von 
der konkreten Anlage ab, aber der wird wohl irgendeinen Steuereingang 
besitzen.

Gruß
Reinhard

Autor: 2961 (Gast)
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Den Waermeschalter oeffnen ? Die Heizung einschalten. Das wird irgend 
ein Keramikwiderstand sein. Ein paar Watt. Ja, das sind 2 pins am 
Turmanschluss.

Autor: Ralf (Gast)
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Hallo,

ich bin immer noch an der Sache dran, aber bis jetzt noch nicht 
erfolgreich gewesen. Habe jetzt ein bißchen mit LTSpice simuliert(siehe 
Anhang). Natürlich funktioniert das so nicht, da der 500m Widerstand 5kW 
aufnehmen müsste,nur DC bei AC bleibt die untere Halbwelle an L1 stehen, 
ich einen MOS mit Logic Level brauche...
Die Spule hat doch keine besonders hohe Induktivität, ist auch nicht 
sehr groß(20cm lang 800 Windungen bei r=5cm).

Vielleicht könnt ihr ja mal rüberkucken und was dazu sagen, würd mich 
freuen; mich aber nicht gleich nieder machen, bin 
Elektronik-Anfänger/-Ungeübter.

MfG Ralf

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