Hallo!
Eine Spule mit 100uH, ausgelegt für 100A bei max 5kHz - machbar?
Application: Schaltnetzteil für hohe Ströme (was auch sonst ;) )
wichtig: Ich habe -nicht- vor eine Schaltung zu entwerfen oder ein
entsprechendes Gerät zu bauen. Ich beschäftige mich gerade etwas mit
Schaltnetzteilen und hätte gerne eine Vorstellung davon wie groß solch
eine Spule ausfallen würde und wie man an eine Selbstwicklung heran
gehen würde - eine große wickeln, mehrere kleine zusammenschalten,
Ferrit oder Bleche..
Einen groben Überblick über Magnetismus habe ich mir bereits angeeignet.
viele Grüße
Walter
Für erste Ansätze Auge in Wiki
oder dann z.B. Suchmaschine: Spruth + Schaltnetzteil
http://www.sprut.de/electronic/switch/parts.html#spule
Schaltnetzteil bei 5 kHz hinterlässt häßliches hörbares Piepen und
relativ großen Kern.
Also ich habs mal schnell mit meinem Programm nachgerechnet. Der einzige
Kern, der in Frage käme, wäre ein PM114/93 mit einem AL-Wert von 160
oder 250 und einer Windungszahl von 25 bzw 20. Den AL-Wert müsstest Du
durch Einschleifen eines Luftspaltes aber selbst herstellen, da der Kern
nur ohne Luftspalt mit AL=16000 lieferbar ist.
> Eine Spule mit 100uH, ausgelegt für 100A bei max 5kHz - machbar?
Machbar ist eigentlich alles...
Bei einer Speicherdrossel ist die Flussdichte der wichtigste Punkt, die
Formel dafür ist:
B = I * L / (N * A)
N ist die Windungszahl und A der Kernquerschnitt
Für 5 kHz nimmt man üblicherweise Kern-Materialien, die eine relativ
hohe Sättigungsflussdichte haben (Eisenpulver, MPP, ...), da liegt man
so bei ca. 0,8 .. 1 Tesla.
Für einen Strom von 100A braucht man eine relativ dicke Litze, der
Querschnitt sollte ca. 30 mm² sein.
Man braucht also bei z.B. 10 Windungen einen Kernquerschnitt von 1000
mm² (10 cm²), bei 20 Windungen sind es noch 500 mm².
Das Volumen von so einem Kern liegt grob geschätzt in der Größenordnung
von ca. 1 Liter, ist also schon relativ groß und schwer.
Danke, Johannes für den guten und ausführlichen Beitrag. Dann würde man
ja tatsächlich mit einer guten Hand voll Windungen hinkommen.
Habe schon von einem U-I-Profil gelesen, währe das die richtige Wahl für
den Kern?
Geht natürlich auch mit einem Ringkern. Beispiel:
http://www.spulen.com/shop/product_info.php?products_id=1140
Laut Tool von Micrometals genügen da 23 Windungen.
Im Interesse geringer DC Verluste wird das wohl Kupferdraht
à la Starthilfekabel werden.
Johannes schrieb:>> Ich seh gerade ein R58 mit 25 Wdg. geht auch.>> Mit was für einer Flussdichte bzw welchem Kernmaterial hast Du denn da> gerechnet?
B=262mT bei AL=160, n=25, I=100A
Allerdings hat der Kern im Lieferzustand einen AL=5400. Mann muss also
einen Luftspalt reinschneiden so dass AL~160 wird.
@ ArnoR (Gast)
>B=262mT bei AL=160, n=25, I=100A>Allerdings hat der Kern im Lieferzustand einen AL=5400. Mann muss also>einen Luftspalt reinschneiden so dass AL~160 wird.
Und dann versuch mal den notwendigen Drahtquerschnitt für 100A
draufzuwickeln. Wenn das nicht nur ein kurzer 100A Puls ist, sondern
Dauerstrom, wird das eher nix.
MfG
Falk
Hallo Walter,
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/l_smps_in.html
Geb mal 100uH und 50A ein.
Heraus kommt:
Kern PM114/93
Luftspalt 3.8 mm
Bmax 288 mT
Windungen 13
Drahtquerschnitt 16,67mm²
Für 100A benötigt Du noch grössere Kerne.
Gruss Klaus.
Klaus Ra. schrieb:> Geb mal 100uH und 50A ein.> Heraus kommt:>> Kern PM114/93> Luftspalt 3.8 mm> Bmax 288 mT> Windungen 13> Drahtquerschnitt 16,67mm²>> Für 100A benötigt Du noch grössere Kerne.
Nein, nur einen größeren Luftspalt für Al~250 und 20Wdg. Die Flussdichte
ist dann 362mT und das ist für N27 noch gut machbar.
@ArnoR:
>>> Ich seh gerade ein R58 mit 25 Wdg. geht auch.>>>> Mit was für einer Flussdichte bzw welchem Kernmaterial hast Du denn da>> gerechnet?> B=262mT bei AL=160, n=25, I=100A> Allerdings hat der Kern im Lieferzustand einen AL=5400. Mann muss also> einen Luftspalt reinschneiden so dass AL~160 wird.
Ein R58 ist doch ein Ringkern mit 58mm Durchmesser, der hat einen
Querschnitt von 230 mm². Das ergibt nach meiner Berechnung eine
Flussdichte von 100 µH * 100 A / (25 * 230 mm²) = 1,74 T.
Um auf 262 mT zu kommen, müsste man ca. 7 solche Kerne
aufeinanderstapeln. Oder hast du etwa einen anderen R58 gemeint?
>> Geb mal 100uH und 50A ein.>> Heraus kommt:>>>> Kern PM114/93>> Luftspalt 3.8 mm>> Bmax 288 mT>> Windungen 13>> Drahtquerschnitt 16,67mm²>>>> Für 100A benötigt Du noch grössere Kerne.>Nein, nur einen größeren Luftspalt für Al~250 und 20Wdg. Die Flussdichte>ist dann 362mT und das ist für N27 noch gut machbar.
Warum rechnet ihr eigentlich alle mit Ferritkern? Es sind doch nur 5kHz
gefordert, da kann man sogar einen Eisenkern (aus dünnem Blech) nehmen,
oder eben Pulverkerne. Die haben etwa die dreifache
Sättigungsflussdichte, also kann man den Kern deutlich kleiner machen.
Johannes schrieb:> 7 solche Kerne> aufeinanderstapeln. Oder hast du etwa einen anderen R58 gemeint?>Hast recht. Habe einen Fehler in der Datenbank meines Programms. Aber die
Rechnungen zum PM114 stimmen.
Johannes schrieb:> Warum rechnet ihr eigentlich alle mit Ferritkern?
Eigentlich deshalb, weil am Ende wohl doch Schaltfrequenzen oberhalb des
Hörbereichs verwendet werden. Denn den Lärm durch Magnetostriktion kann
man niemanden zumuten.
@ Zappelphillip (Gast)
>> einen Luftspalt reinschneiden so dass AL~160 wird.>Kann man das spröde Ferritmaterial überhaupt bearbeiten?!
Kann man, ist aber aufwändig (schleifen).
MFG
Falk
>> Warum rechnet ihr eigentlich alle mit Ferritkern?> Eigentlich deshalb, weil am Ende wohl doch Schaltfrequenzen oberhalb des> Hörbereichs verwendet werden. Denn den Lärm durch Magnetostriktion kann> man niemanden zumuten.
Das würde ich so nicht sagen. Im Industriebereich sind Schaltfrequenzen
zwischen 3 und 10 kHz durchaus üblich.
Solange der Fragesteller nicht sagt, für was die Drossel eingesetzt
werden soll, sollte man nicht gleich von vorneherein für eine andere
Frequenz dimensionieren. Bei einer größeren Frequenz wird vermutlich
auch eine ander Induktivität benötigt.
@Walter:
> Habe schon von einem U-I-Profil gelesen, währe das die richtige Wahl für> den Kern?
Das ist nicht so einfach zu beantworten, es ist sicher damit möglich.
Die Frage ist eher, welche Eigenschaften für dich wichtig sind
(Platzbedarf, Kernverluste, Kupferverluste, Wirbelstromverluste
außerhalb des Übertrager, Kühlung, ...).
Neben U/I-Kernen gibt es z.B. Topfkerne, E-Kerne und RIngkerne, die alle
ihre speziellen Vor- und Nachteile haben.
Bei Topfkernen liegt die Wicklung innen, ist dadurch recht gut
geschützt, deshalb werden die im Industriebereich häufig eingesetzt.
Allerdings haben die ein starkes Streufeld, so dass Blechteile in der
näheren Umgebung aufgeheizt werden können.
E-Kerne sind sehr kompakt bei gleichzeitig geringem Streufeld.
Ringkerne haben auch ein geringes Streufeld, brauchen aber relativ viel
Platz, weil das Loch in der Mitte nicht sinnvoll genutzt werden kann.
Hier ist es außerdem schwierig einen Luftspalt einzubauen; man muss also
ein Material verwenden, das von sich aus ein kleines µ_r hat, dadurch
ist man nicht so flexibel in den Parametern.
Klar kann man so eine Induktivität herstellen. Ich hab' im Rahmen meiner
Diplomarbeit fast genau das gemacht. Ich hatte da 2 Induktivitäten 100uH
50A selber gewickelt. Schöne U-Kerne von Metglas, selber erstellter
Wickelkörper und dann Kupferblech drauf. Am Anfang und Ende des Blechs
Kupferwinkel mit dem Dachdeckerlötkolben drangelötet. Den Luftspalt habe
ich über eingelegte FR4-Stückchen eingestellt. Erwärmung unter Volllast
und 20kHz war gering.
Das Ganze war dann eine Netzspannungs-PFC mit 20kW...
Es gibt noch weit größere Kerne, also sollte man die 100A auch in einer
Induktivität hinbekommen.
