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Forum: HF, Funk und Felder LC-Parallelschwingkreis mit kW Blindleistung


Autor: Phillip (Gast)
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Hallo Zusammen,

nach ausgiebiger Suche im  Forum/Netz habe ich nichts wirklich 
brauchbares gefunden und eröffne hiermit hoffentlich einen Thread, der 
nicht das große Gähnen auslöst.

Ich habe einen LC-Parallelschwingkreis mit Gütefaktor Q~10 und möchte 
diesen so anregen, dass in dem Schwingkreis eine Leistung von 1 kW 
zirkuliert.

Der Schwingkreis besteht aus 20nF (FKP-1 Kondensator) und 110uH 
(Wicklung mit HF-Litze 120*0.1mm, DC-Widerstand < 0.1 Ohm). Die 
Resonanzfrequenz liegt bei ca. 105.8kHz.

In Betrieb habe ich derzeit die angehängte Schaltung 
(ScanSchaltplan.jpg).

Bei 30V und im Mittel 30mA Versorgung bekomme ich auf Resonanz die im 
Foto gezeigten Spannungsverläufe an den Pins des 
Schwingkreis-Kondensators (FotoSpannungskurven.jpg; blaue Kurve: Pin 
Richtung Stromversorgung, gelb: Pin Richtung FET, rot: Differenz 
blau-gelb).

Meine Fragen sind: wie muss ich diesen Schwingkreis treiben, so dass 1 
kW Blindleistung zirkuliert - ist meine Schaltung dafür eigentlich 
prinzipiell geeignet? Welche Versorgungsleistung (Strom und Spannung) 
brauche ich dafür im Prinzip?

Ich habe mal gehört, dass die zirkulierende Blindleistung mit Q^2 * 
Versorgungsleistung skaliert. Eigentlich kann das nicht sein, wenn nur 
der Strom mit Q überhöht wird, oder?

Es wäre toll wenn mir dazu jemand was sagen kann! Ich freue mich über 
Kommentare/Hilfe!

Viele Grüße, Phillip.

Autor: Valentin Buck (nitnelav) Benutzerseite
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Was hast du vor?
Ich glaub kaum, dass es ungehört verhallen wird, wenn du auf 108 khz mit 
1kW Leistung sendest.
Oder wird das ein Spannungswandler?
Außerdem: Mit 30V sind 1kW seeeehr viele A!
Mit freundlichen Grüßen,
Valentin Buck

Autor: hubert (Gast)
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* Bei einer theoretischen Güte von 10 mußt Du theoretisch 100 Watt 
reinpusten um 1000 VA blindleistung am Kreisen zu erhalten.

* Woher kommt Deine Angabe mit Q = 10 ? Hast Du da auch die 
Außenbeschaltung, sprich Treiber mit reingerechnet? Ich glaube kaum. 
Berücksichtige auch Abstrahlverluste. Das ist dann auch der Anteil, der 
den Stress mit den Nachbarn und Behörden auslöst.

* Ansonsten lies erstmal http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis 
gründlich und versteh es vollständig.

Autor: Phillip (Gast)
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Hallo Zusammen,

Danke für Eure prompten Rückmeldungen!

Meine Angabe mit Q ~ 10 kommt von dem Bild anbei. Zur Anregung habe ich 
einen lose an den Schwingkreis gekoppelten Frequenzgenerator verwendet. 
Das Signal habe ich mir via x10-Probe am Oszi angeschaut. Durch die 
Belastung mit der Probe würde ich erwarten, dass das tatsächliche Q des 
Schwingkreises sogar noch ein bisschen größer ist.

** Frage an Hubert:
Wieso muss ich die Treiberschaltung bei der Gütemessung berücksichtigen? 
Ich fasse die Treiberschaltung in Analogie zum Meissner-Oszillator als 
Amplifier mit positivem Feedback auf. Somit dürfte doch nur das Q des 
Schwingkreises die Schwingungsamplitude begrenzen. Oder nicht? Oder ist 
die diskontinuierliche Anregung nicht in Ordnung?

** Antworten an Valentin und Hubert:
Meine Anwendung ist keine Funkanwendung - ich will nichts senden. Ich 
möchte eine kleines Gerät, welches sich irgendwo innerhalb eines 
bestimmten Volumens befindet, drahtlos mit ca. 5W versorgen.

Daher die Idee: das Volumen wird von zwei Spulen in 
Helmholtz-Konfiguration umschlossen, so dass bei einem Strom durch die 
HH-Spulen im umschlossenen Volumen eine homogene Felddichte entsteht. 
Innerhalb der Helmholtz-Spulen befindet sich eine kleine Abnehmerspule. 
Da die Ankopplung der kleinen Abnehmerspule an die großen 
Helmholtz-Spulen aufgrund der Größenverhältnisse ziemlich bescheiden 
ist, brauche ich eine anständige Magnetfelddichte und dementsprechend 
große Ströme in den HH-Spulen. Da ich aber nur 5W abnehmen will, möchte 
ich auch nicht viel mehr reinstecken müssen. Also wie kriege ich große 
Ströme bei einigen kHz ohne nennenswerte Leistung durch eine 
Induktivität gedrückt? Mit einem Schwingkreis. Also mache ich aus den 
HH-Spulen mit einem Kondensator einen parallelen LC-Oszillator.

Senden soll der gerade nicht, denn ich will nur für die 5W am Gerät 
bezahlen und nicht die Strafe wegen Verstoß gegen die Funkregelungen. 
Aus sicht des Funkers habe ich eine Art Ringantenne, die ich maximal 
fehlangepasst betreiben möchte.

Das Q meines Schwingkreises ist aufgrund von Abstrahlung auf weit über 
10^6 begrenzt (jedenfalls nach der Formel für Loop-Antennen in "Antenna 
Theory: Analysis and Design" von C.A. Balanis). Also sollte da nix 
nenneswertes abstrahlen, oder? Spulenradius ist 110mm. Sonst geh ich zu 
niedrigeren Frequenzen, das skaliert ja sehr vorteilhaft mit der 
Wellenlänge.

** Weiss jemand wie die Kopplung meiner Spulen mit der Frequenz 
skaliert?
** Wie würde ich die Kopplung verbessern, wenn ich aus der Abnhemerspule 
ebenfalls einen Resonanzkreis, mit derselben Resonanzfrequenz wie dem 
HH-Spulen-Schwingreis, mache?

Viele Grüße,
Phillip

Autor: user (Gast)
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>Meine Anwendung ist keine Funkanwendung - ich will nichts senden. Ich
>möchte eine kleines Gerät, welches sich irgendwo innerhalb eines
>bestimmten Volumens befindet, drahtlos mit ca. 5W versorgen.

aha ...  und   wie   sonst   soll  das  gehen ?

und damit   5 w  übertragen - nee
ohne grössere Abstrahlung   wird  das  nicht  gehen (wenns überhaupt 
geht  )
das  bedeutet  garantiert auch grössere Störungen  in der Umgebung

Autor: Phillip (Gast)
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Hi user,

das geht indem ich nur stationäre oder evaneszente Feldmoden anrege. Die 
Umgebung ist nur bis innerhalb der Ausdehnung dieser Moden 
beeinträchtigt - also bis zu einem Abstand von ein paar 
Spulendurchmesssern. Wie gesagt, die Abstrahlung begrenzt das Q so gut 
wie nicht - d.h. da strahlt auch nichts ab.

Auf welche Überlegung/Erfahrung stützt Du deine Aussage? Hast Du sowas 
schonmal gebaut?

Viele Grüße,
Phillip.

Autor: Silvio K. (exh)
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user schrieb:
> und damit   5 w  übertragen - nee
> ohne grössere Abstrahlung   wird  das  nicht  gehen (wenns überhaupt
> geht  )

Auf Grund des Verhältnisses Objektgröße zu Wellenlänge wird es nicht 
stark strahlen. Stark ist relativ. Es wird schon senden, aber im 
Vergleich zu den 1000 Watt Blindenergie sehr wenig. Ich schätze < 0,1 
Watt realer Poynting, also im Fernfeld.
5 Watt kriegst du im Nahfeld bestimmt übertragen. Die Effizienz wird 
nicht die höchste sein. 100 W rein, 1000 W drin 5 W raus = 5%. 100 W 
rein heißt (100 geteilelt durch Wirkungsgrad der Transistorstufe) Watt 
rein. Wirkungsgrad also < 5%.

Guck mal hier:
Beitrag "Re: Wer hat Erfahrung mit Induktionsöfen >1kW"

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:
> Es wird schon senden, aber im
> Vergleich zu den 1000 Watt Blindenergie sehr wenig.

Siehe auch Allgemeinzuteilung: Induktive Funkanwendungen bezüglich
der einzuhaltenden Grenzwerte (sowie die dort genannte Vfg. 1/2010).

Autor: U. B. (pasewalker)
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> * Bei einer theoretischen Güte von 10 mußt Du theoretisch 100 Watt
> reinpusten um 1000 VA blindleistung am Kreisen zu erhalten.

Und die 100 W verbraten die Schwingkreisbauteile thermisch, da ja nichts 
abgestrahlt wird ...

Die angegebene Diode ist wohl etwas schwach bemessen ...

Autor: Silvio K. (exh)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Siehe auch Allgemeinzuteilung: Induktive Funkanwendungen bezüglich
> der einzuhaltenden Grenzwerte (sowie die dort genannte Vfg. 1/2010).

Ich weiß, mit solchen Bemerkungen mache ich mich bei den Funkamateuren 
unbeliebt. Es ist sicher alles streng reglementiert. Da stellt sich die 
Frage: Will man es machen oder nicht. Nicht die Frage: Darf man. Die 
einfach zu beantworten wäre: Nein, natürlich nicht.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:
> Es ist sicher alles streng reglementiert.

Hast du denn wenigstens mal reingeguckt in die Vfg. 1/2010 oder einfach
nur in den genannten Wiki-Artikel?  Es gibt einfach Grenzwerte, die
du einhalten musst.  Bei vernünftiger Wahl der Frequenz sind die gar
nicht so dramatisch.

Autor: Valentin Buck (nitnelav) Benutzerseite
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Kennst du schon
http://www.eevblog.com/2011/01/04/wireless-power-t...
?

Da wird das was du vorhast ganz gut erklärt!

Was willst du eigentlich ganz genau machen?
Einen Roboterarm im Vakuum versorgen?
Kannst du das nicht mit Kabeln machen?

Mit freundlichen Grüßen,
Valentin Buck

Autor: Silvio K. (exh)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Hast du denn wenigstens mal reingeguckt in die Vfg. 1/2010

Jetzt habe ich mal reingeschaut. Danke für das Nachhaken. Für meine 
Anwendung müsste ich H= -15dBµA/m in 10 Meter Entfernung unterschreiten 
um legal zu sein. Müsst ich mal Messen.

Ist die log. Einheit definiert durch 20*log_10(I/1µA) /m  ?
Oder ist das Meter mit drin im Logarithmus?

Autor: Edding (Gast)
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Phillip schrieb:
> Meine Anwendung ist keine Funkanwendung - ich will nichts senden. Ich
> möchte eine kleines Gerät, welches sich irgendwo innerhalb eines
> bestimmten Volumens befindet, drahtlos mit ca. 5W versorgen.

Royer-Converter kennst du? Vor allem wenn sich die Resonanzfrequenz 
durch deine Empfänger-Spule im Feld ändert, stell ich mir den einfacher 
vor als die Frequenz ständig nachzuregeln.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:

> Für meine
> Anwendung müsste ich H= -15dBµA/m in 10 Meter Entfernung unterschreiten
> um legal zu sein.

Dann hast du dir ja den zweitmiserabelsten Frequenzbereich gesucht,
den du dir vorstellen kannst.  Da wird es schon langsam aufwändig,
das überhaupt zu messen.

Ich würde an deiner Stelle bei den Frequenzen zu arbeiten versuchen,
bei denen du bis +66 dBµA/m oder sogar bis +72 dBµA/m gehen darfst.

> Ist die log. Einheit definiert durch 20*log_10(I/1µA) /m  ?

Ja.  Es sind halt Dezibel, bezogen auf einen Referenzwert von 1 µA/m
magnetischer Feldstärke.

Autor: Silvio K. (exh)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Dann hast du dir ja den zweitmiserabelsten Frequenzbereich gesucht,
> den du dir vorstellen kannst.

Ich merke gerade, dass ich inzwischen auf 125 kHz arbeite. Ich habe 
ursprünglich mit 150 angefangen. Damit bin ich in der Kategorie 66 
dBµA/m. Und du meinst, ich bin im grünen Bereich?

> Da wird es schon langsam aufwändig,
> das überhaupt zu messen.

Dank meines Arbeitgebers steht mir einiges an Messtechnik zur Verfügung.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Silvio K. schrieb:
> Und du meinst, ich bin im grünen Bereich?

Zumindest bist du 4 Größenordnungen besser dran als oberhalb 148,5 kHz.
(Achte aber auf den Schutzabstand zu DCF49.)

Autor: A. R. (redegle)
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Hallo Phillip,

ich würde dir auch zu einem selbstschwingendem System raten. Dann bist 
du auch dann noch auf Resonanz, wenn die Last an der Sekundarseite dir 
deine Impedanzkurze verzerrt.

>** Weiss jemand wie die Kopplung meiner Spulen mit der Frequenz
>skaliert?

Bin mir mit folgendem leider nicht 100% sicher also verzeih mir, wenn 
meine Angaben nicht korrekt sind.

Wenn wir rein statische Magnetfelder in der Luft/Vakuum betrachten dann 
ist die Kopplung unabhängig von der Frequenz. Jedoch sind hohe 
Frequenzen leichter zu handhaben.
Denn Hohe Frequenz --> kleine Induktivität kann verwendet werde --> 
dicker Draht --> wenig Verluste

Kopplung = Magnetischer Fluss der Primärseite / Magnetischer Fluss der 
Sekundärseite.
-->
Usek=Uprimär * Windungen Primärseite/Winklungen Sekundärseite *k

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