Hallo zusammen,
ich habe ein seltsames Problem mit einem Serienschwingkreis:
Dieser besteht in meinem Fall aus einer Spule mit ca. 4 Ohm
Wirkwiderstand und 20 mH Induktivität, bzw. einem verstellbaren,
massiven Drehkondensator. Die Anordnung ist an einer Audio-Endstufe
angeschlossen und die Resonanz liegt bei ca. 30 kHz. (und ja, die
Endstufe kann sogar bis 60 kHz arbeiten)
Wenn ich den Verstärker voll aufdrehe, messe ich direkt außen am
Schwingkreis ca 26 Volt effektiv. In Resonanz ist ja bekanntlich der
komplexe Anteil des Widerstandes des Serienschwingkreises 0 und daher
der Stromfluss nur durch den Wirkwiderstand der Spule (und der Kabel)
beschränkt.
Was mir einfach nicht in den Kopf will: Wenn ich die Resonanzfrequenz
einstelle (habe ich schön mit dem Oszi über die Phasenverschiebung
zwischen Strom und Spannung gemessen und sie ist wie zu erwarten 0)
fließt aber kein Strom in der Größenordnung von 26V/4Ohm ca. 6A sondern
nur etwa hundert mA. Woran könnte das liegen????? Das würde einfach
einem Widerstand von 260 Ohm entsprechen! Schlechte Kontaktierung etc
kann ich ausschließen.
Wenn direkt an dem Schwingkreis (nicht am Ausgang sondern unmittelbar an
den Kontakten der Spule und des Kondensators) die 26 Volt anliegen und
der Strom (mit einem 1Ohm Widerstand in Reihe gemessen) in Phase ist,
dann verstehe ich nicht, warum hier einfach kein, bzw halt kaum Strom
fließen mag.
Im Übrigen müsste sich wenigstens die Spule dabei auch erwärmen, aber
das tut sie absolut nicht, also ein Messfehler ist es nicht.
Was mir aufgefallen ist: Der Verstärker wird sehr warm, mir kommt es
grad so vor als würde er sich selbst verheizen.
Nur so zur Info: Den Schwingkreis benötige ich um die
Spannungsüberhöhung zu nutzen.
Bin langsam am verzweifeln. Habt ihr eine Idee?
Hm, Du hast 10 Ohm in Reihe, also sinds schonmal keine 4 Ohm,
Wie verhält sich die Spule bei 30kHz -> Skineffekt, Proximityeffekt...
Messmittel geeignet? ((Billige)Multimeter sind oft auf 50Hz ausgelegt,
Oszis haben eventuell je nach Ausführung diverse Filter mit denen man
sich selbst austricksen kann)
Die Annanhme, dass der Lautsprecher eine rein ohmsche Last mit einer
Induktivität wäre, stimmt leider nicht!
http://www.selfmadehifi.de/tsp.htm
Daher hast Du vermutlich nicht die Resonanz getroffen :) womit dann alle
abgeleiteteten Werte ebenfalls nicht stimmen.
abccba schrieb:> Wenn ich den Verstärker voll aufdrehe, messe ich direkt außen am> Schwingkreis ca 26 Volt effektiv.
Was misst Du denn an der Spule und dem Kondensator einzeln?
Gruss
Harald
abccba schrieb:> Bin langsam am verzweifeln. Habt ihr eine Idee?
Rechne den Serienwiderstand der Spule mal in einen äquivalenten
Parallelwiderstand um. Vielleicht ist es das schon.
Ein XL von 3768 Ohm und einen Verlustwiderstand von 4 Ohm entspricht
einer Güte von fast 1000!! Der Schwingkreis müßte demnach so spitz wie
Nachbars Lumpi sein. So ca 30Hz Bandbreite wäre die Folge.
Kannst du überhaupt die Frequenz so genau treffen?
Irgendwie kommt mir das LC Verhältnis verdammt groß vor.
Versuche es mal mit ein Faktor 10-100 geringere Induktivität und
entsprechend höheren Kondensator.
Ralph Berres
@ASZ18: Ja natürlich sinds durch den 1-Ohm Messwiderstand und die Kabel
1-2 Ohm mehr, aber selbst bei 10 Ohm kommen 100 mA von hinten bis vorne
nicht hin.
Also ich verwende ein schönes Tex-Oszi, das sollte schon ganz gut
arbeiten. Es läuft natürlich im DC gekoppelten Modus.
Hmmm der Skin Effekt… Da messe ich am Besten mal die Spule allein durch
und vergleiche ob da der Widerstand bei jeder Frequenz auch in etwa mit
dem errechneten Wert übereinstimmt? Könnte vielleicht daran liegen… Was
könnte man dann verändern falls es tatsächlich daran liegt? Anderen
Draht verwenden zum Wickeln? Also momentan sinds 0.7 Cu-Lack.
@Michael O.: Das habe ich auch nicht angenommen. Es ist wie beschrieben
eine reine Spule (0.7mm Drahtstärke, Cu-Lack) mit einem Ferritkern.
Außerdem sehe ich die Resonanz am Oszi da hier der Strom schon merklich
ansteigt, wenn er in Phase ist, (also von einigen mA bis ca. 100 mA).
@Harald: Das hab ich bisher noch nicht gemacht, sollte man dann nur mit
Spannungsteiler machen.
@Wilhelm: Ähm wie meinst du das? Ich schalte die Spule in Serie, also
wieso Parallelwiderstand? Mach doch eh nur Sinn wenn ich mindestens zwei
Widerstände parallel schalte, sonst kann ich nix ausrechnen...
@Ralph Berres: Ja der Schwingkreis soll eine starke Spannungsüberhöhung
haben, drum die hohe Güte. Als Frequenzgenerator verwende ich einen
digitalen Sinusgenerator, der sich in 1 Hz-Schritten einstellen lässt.
Die Resonanz ist aber in einem Bereich von vielleicht +- 2000 Hz zu
erkennen. Also das ist schon ein recht breiter Bereich (zu Breit
eigentlich, wenn die Güte tatsächlich so gut ist oder?). Ich versuche
nochmal wirklich 10 und 1Hz-Schritte bei der Einstellung, aber glaube
weniger dass es daran liegt. Klar man könnte die Werte auch anders
wählen, Aber mein Drehkondensator hat eben nur eine geringe Kapazität
abccba schrieb:> @Wilhelm: Ähm wie meinst du das? Ich schalte die Spule in Serie, also> wieso Parallelwiderstand? Mach doch eh nur Sinn wenn ich mindestens zwei> Widerstände parallel schalte, sonst kann ich nix ausrechnen...
Verdammter Mist. Wieso habe ich heute laufend den Parallelschwingkreis
im Kopf?
Entschuldige.
Dann sollte das mit den in Serie geschalteten Bauteilen auch stimmen.
Aber mach doch mal eine Kennlinienaufnahme der Spule alleine über die
Frequenz. Evtl. ergibt das mehr Aufschluß über die Spule.
Zur Resonanz:
Am Serienschwingkreis musst Du doch über den einzelnen Elementen C und L
im Resonanzfall eine deutliche Spannungsüberhöhung sehen, bis zu einem
Vielfachen der anregenden Spannungsamplitude.
Bisher schreibst Du aber nur etwas über den fehlerhaften Strom durch den
Serienschwingkreis... Schalte doch den Kondensator mal nach Masse und
miss die Spannung über den Kondensatorklemmen.
Am idealen Schwingkreis pendelt die Energie zwischen dem magnetischen
und dem elektrischen Feld der beiden Komponenten L und C.
Daher muss gelten
E,L = E,C
=> 1/2 x L x I² = 1/2 x C x U²
Bei 100mA Spitzenstrom hast Du in L eine Energie von 100uJ gespeichert.
Wenn diese in den Kondensator wandert liegt eine Spannung von 450V an.
Bei 6A müsste der Kondensator 26,8kV sehen....
Da der Kondensator und die Induktivität jeweils parasitäre Widerstände
haben, erreichst Du diese Spannungen in der Realität jedoch nie.
(Deine Spule mit Ferritkern hat sicher deutliche nichtlineare
Eigenschaften.
Mit den Angaben ca. 30kHz und 20mH Induktivität hast Du einen
Kondensator im Bereich von 1nF. Aus dem Bauch heraus hätte ich eine
Kombi genommen mit deutlich kleinerer Spule und größerem
Kondensatorwert.)
Michael O. schrieb:> Am Serienschwingkreis musst Du doch über den einzelnen Elementen C und L> im Resonanzfall eine deutliche Spannungsüberhöhung sehen, bis zu einem> Vielfachen der anregenden Spannungsamplitude.
Vielleicht knisterts auch schon ordentlich in den Bauteilen, bei der
Güte!
Das stimmt allerdings, dass die Spannungsüberhöhung sehr hoch ist. Ich
habe sie mal über die Güte ausgerechnet und komme auf ca. 18 kV, was
ähnlich hoch ist. Aber angenommen es kommt irgendwo ungewollt zur
Funkenbildung, dann müsste doch automatisch auch mein Strom höher werden
oder nicht? Also ich meine damit, dass wenigstens dann die 100 mA mal
mehr werden müssten.... Also der Kondensator packt sicherlich auch mehr
als 20 kV.
Mh das stimmt wohl nicht was ich schreibe... kommt es zur Funkenbildung
durch ein "kleines Loch in dem Lack des Drahtes", dann verringert sich
automatisch die Induktivität durch Windungsschluss und damit wird die
Resonanzfrequenz deutlich höher. Die Amplitude sackt dann sofort ab und
der Windungsschluss durch den Funken ist wieder "weg".... Das muss es
wohl sein ...
Die Lösung ist vielleicht einfacher :)
Wenn der Kondensator ordentliche Leckströme aufweist, steigt die
Spannung niemals so hoch wie theoretisch berechnet. Damit ist die
maximal im Kondensator gespeicherte Energie drastisch niedriger (da die
Spannung quadratisch eingeht). Somit ist die in die Induktivität
übertragbare Energie ebenfalls deutlich kleiner, so dass sich dies in
einem stark reduziertem Resonanzstrom äußert.
Mal eine blöde Frage:
Was willst Du eigentlich erreichen?
Welche Spannungshöhe soll es denn werden?
Was genau soll dem Verstärker nicht gefallen? Die hohe Spannung bekommt
er ja nicht ab. Die bleibt ja nämlich im Schwingkreis, wobei, jetzt wo
ich drüber nachdenke... wenn es zu einem WIndungsschluss kommt, dann
kommt ein Teil der Spannung auch an den Verstärker oder? Ist bissl
schwierig sich das vorzustellen irgendwie.
@Michael O.:
Ja vielleicht ist es tatsächlich auch der Kondensator.
Ich möchte damit einen Piezo ansteuern. Dieser benötigt zwar keine so
hohen Spannungen, aber er setzt ja ,wenn ich ihn parallel zum
Kondensator anschließe, die Güte des Schwingkreises herab, weil er ja
Energie aus dem Schwingkreis abnimmt und in mechanische Energie
umwandelt. Er verhält sich ja dann sozusagen wie ein Ohmscher Widerstand
(ja ok nicht ganz, aber man kann es sich vielleicht so vorstellen, da er
ähnlich wie ein Ohmscher Widerstand Energie abnimmt). Betreibe ich den
Piezo in seiner Resonanzfrequenz und stimme den Schwingkreis
entsprechend ab, dann müsste ich eine deutlich kleinere
Spannungsüberhöhung haben. Was glaube ich das Problem an meinem Aufbau
ist: Die Resonanz des Piezos ist viel höher und darum setzt er kaum
Energie um. Deshalb ist die Spannungsüberhöhung so hoch, dass entweder
der Piezo oder die Spule oder der Kondensator durchschlägt.
Danke für eure Hilfe!
Jetzt kommen wir die Sache doch schon näher.
Die Spule hat natürlich auch Verluste. ( Erst recht eine Ferritspule).
Zum einen durch den Skineffekt des Drahtes, aber auch durch magnetische
Streuung. Die sind bei einen Ferritkern zwar weit geringer, dafür kommen
aber Ummagnetisierungsverluste hinzu.
Der Piezo ist in erster Näherung im Ruhezustand erst mal ein
Kondensator.
In dem Moment wo er sich mechanisch verformen will nimmt er reale
Energie auf um sie als mechanische Kraft abzugeben. Dem Kondensator
liegt also ein Widerstand paralell. Nicht nur das die Güte dabei sinkt,
die Resonanzfrequenz verschiebt sich in dem Moment sogar auch etwas.
Hast du überhaupt eine Vorstellung, wie groß die Kapazität des Piezos
eigentlich ist? Ich würde mal so im 10nF Bereich tippen.
Für das was du vorhast würde ich anders vorgehen.
Ich würde die Spule einfach in Reihe zum Piezoelement schalten, und an
der Resonanzfrequenz so lange drehen, bis Resonanz da ist. Messen würde
ich mit einen 10:1 Kopf an dem Piezo, welches mit einer Seite an Masse
hängt.
( Die Spule hängt also zwischen Verstärkerausgang und Piezoelement ).
So kannst du aus der Resonanzfrequenz und der Induktivität der Spule auf
die ungefähre Kapazität des Piezos schließen. ( Nicht ganz genau,weil
die Tastkopfkapazität des Oszillografen mit ca 10pF noch parallel hängt
).
Sollte die Güte zu hoch sein würde ich dem Piezoelement ein Kondensator
mit dem 10 fachen Wert des Piezos parallel schalten. Allerdings habe ich
dann auch nur noch ein Zehntel des mechanischen Hubes.
Ralph Berres
ASZ18 schrieb:> Wieveil Spannung kann der Piezo?> Ich hab schon paar geschrottet, wenn man da die Spannung überhöht...
Oh, das ist nicht viel
Wichtig ist, dass die Piezos keine Gleichspannung abbekommen.
Typische billige Piezos können vielleicht 20-40Vrms.
Ich habe auch Schaltungen gesehen, bei denen ca. 200-300Vpk verwendet
werden. Wie lange die dabei funktionieren kann man schlecht sagen.
Wenn es ein sehr Lauter sein soll, dann kaufe Dir doch eine billig
Türalarmanlage (3-5 EUR). Die sind teilweise schweinelaut und arbeiten
auf Piezobasis.
Morti schrieb:> Wenn die Spule in Sättigung gehen sollte, wäre das eventuell auch eine> Erklärung
Das tut die aber erst ab einem nennenswerten Strom.
Mit 0,7mm Drahtdurchmesser und 20mH scheint mir das ein rechter Brocken
zu sein.
