mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spule 100uH für 100A bis 5kHz - machbar?


Autor: Walter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: ArnoR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: ArnoR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich seh gerade ein R58 mit 25 Wdg. geht auch.

Autor: Johannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> 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.

Autor: Johannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Ich seh gerade ein R58 mit 25 Wdg. geht auch.

Mit was für einer Flussdichte bzw welchem Kernmaterial hast Du denn da 
gerechnet?

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

Autor: Walter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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?

Autor: BMK (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Walter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Ringkern ist der Hammer! ..irgendeine Stimme sagt mir, kauf ihn!! ;)

Ja, 8mm Cu-Drahtdurchmesser müssen es für den Strom dann schon sein.

Autor: ArnoR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  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

Autor: ArnoR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Doch wird, machen wir in der Firma mit vielen Kernen schon seit Jahren. 
Man kann natürlich nicht mit Massivdraht wickeln.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Knut (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe hier 200uH 60A und 1mH 50A liegen, die haben jeweils 100mm 
Durchmesser und 6-8kg schwer! Aber machbar ist das, nur sehr teuer!


Gruß Knut

Autor: Knut (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
SMP oder Reo sind da gute Anlaufstellen



Gruß Knut

Autor: ArnoR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Johannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@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.

Autor: ArnoR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Zappelphillip (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ArnoR schrieb:
> Mann muss also
> einen Luftspalt reinschneiden so dass AL~160 wird.

Kann man das spröde Ferritmaterial überhaupt bearbeiten?!

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  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

Autor: Johannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>> 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.

Autor: Florian V. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.