Erwärmung Magnetventil durch Rippelstrom

>Ich möchte halt keinen Elko zur Glättung einsetzen, da sich bei Alterung
>die Kapazität veringert und somit die Spannung kleiner wird.

... interessante Logik.

irgendein Elko = geht nur neu
kleinerer Elko = nix Gut
kein Elko      = OK

DirkF schrieb:
> Ein Magnetventil, 24 V DC 1 A, erwärmt sich bei 100 % ED und Versorgung
> mit einer idealen Gleichspannung auf eine gewisse Temperatur.
>
> Wenn ich nun aus einem WS-Trafo mit Brückengleichrichter ohne
> Glättungselko eine Spannung mit einem arithmetischem Mittelwert von 24 V
> erzeuge, wird die Spule dann deutlich wärmer ?

Bei gleicher Leistung entsteht an ohmscher Last gleiche Wärme. Bei 
Spulen ist jedoch die induktive Komponente noch genauer zu betrachten.

Ein Magnetventil muß nicht wochenlang mit 100% "beheizt" werden. Man 
kann auch eine butterweiche Gleichspannungsquelle wählen, die im 
Einschaltmoment eine höhere Spannung hat, die dann am Elko etwas 
zusammenbricht. Elkos leben nur dann nicht lange, wenn sie grenzwertig 
betrieben werden. Bei 24V nimmt man keinen 25V-Elko, lieber 63er wenns 
länger halten soll, da ohne Last auch mal 35V vorkommen könnten. 
Außerdem gibt es heute noch PWM. 
http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation

> wird die Spule dann deutlich wärmer

Nein, etwa gleichwarm.

@oszi40

PWM und Ventilspulen sind nicht unbedingt Freunde.
Es sei denn Du treibst vorher einen wesentlich größeren Aufwand.
Sonst kommt "Heinz der Heizer" erst richtig in Fahrt.

MaWin schrieb:
> Nein, etwa gleichwarm.

Ich glaube, du warst mit dem Ohmschen Gesetz schon mal besser vertraut. 
Die Magnetisierung ist proportional I, die Leistung jedoch I*I. Muss ich 
noch weiter nachhelfen?

Gruss Reinhard

DirkF schrieb:
> Ich möchte halt keinen Elko zur Glättung einsetzen, da sich bei Alterung
> die Kapazität veringert

Nach dieser Logik baut man zweckmässigerweise immer gleich kaputte 
Bauteile ein, dann hat man den Zustand, der sonst erst nach Jahren 
erreicht wird, gleich von vornherein. Gute Idee fürs Recycling von 
elektronischen Bauteilen.

Gruss Reinhard

Beim Magnetventil gibt es auch eine Induktivität, die bei Wechselstrom 
zusätzlich zum Ohmschen Widerstand wirkt. Es hängt vom Typ ab, ob das 
relevant ist, bei einigen (eher größer) sorgt auch noch die Abhängigkeit 
der Induktivität von der Schaltstellung dafür, dass für die Kurze Zeit 
zum Anziehen mehr Strom fließt als später zum halten.

Amateur schrieb:
> PWM und Ventilspulen sind nicht unbedingt Freunde.
Wo hast du denn das gelesen?
Millionen von PKW fahren mit Hydraulikventilen, die über PWM gesteuert 
werden und kein Schaltwandler macht es nicht anders, außer dass an der 
Spule kein Ventil hängt ;-).

Das geht nicht gut aus. Deine gleichgerichtete Spannung ohne Glättung 
enthält eine Wechselspannungskomponente. Nicht umsonst sind die Spulen 
für AC oder DC ausgelegt.
AC-Spule mit DC betrieben wird heiß. DC-Spule mit AC betrieben brummt 
und schaltet nicht zuverlässig.

Hallo,
 also es handelt sich hierbei um eine DC  Spule. Also keine 
Stromänderung bei unterschiedliecher Ankerstellung wie bei AC 
Magnetspulen.

Der Strom wird etwas über die Induktivität und derm Gleichrichter als 
Freilaufdiode geglättet.
Resetwelligkeit im Strom ist jetzt ca. 25 %. Ist halt einn kleiner 
Magnet.
Bei größeren Magneten hat man ja fast eine Ideale Stromglättung, weshalb 
man auf Glättungselkos verzichten kann.

Wenn ich mich richtg erinnere, gibt es doch Kupferverluste und 
Eisenverluste (zumindest bei einem Trafo).

Kupferverluste ist  klar:  Strom * Widerstand der Spule.
Eisenverluste: Ummagnetisierung. Hier könnte ich mir schon eine höhere 
Erwärmung vorstellen, wenn der Strom nicht 100 % DC ist, sondern ein 
Rippel hat.

Werde dann am Montag mal eine Temperaturmessung machen.
Gruß  Dirk

Beifall, Reinhard!

> Nach dieser Logik baut man zweckmässigerweise immer gleich kaputte
> Bauteile ein, ...

Hi, Dirk, die Alterung von Alu-Elkos nimmt maßgeblich mit deren 
Missbrauch zu. Insbesondere Falschpolung und Hitze.
Wennn Alu-Elkos richtig bemessen sind - schau in das Datenblatt des 
Herstellers - dann halten die über mehrere Generationen.

Wer hingegen meint, durch Verwendung zu kleiner Alu-Elkos könne er seine 
Firma retten, der ruiniert sie wegen Garantiefällen.

Ciao
Wolfgang Horn

P.S.: Ja, ich habe die Diskussion um Röhrenempfänger von Uromas 
Dachboden und deren Restauration ein wenig verfolgt. Die Elkos waren 
damals noch so teuer wie Schätze. Sie wurden nicht nur durch ESR 
aufgeheizt, sondern auch von der PL509 in ihrer unmittelbaren 
Nachbarschaft. (Ja, das Thema wird erst wieder mit der Nostalgie der 
Pioniere der PAL-Fernseher aufkommen...)
W.H.

Hallo, also Erwärmung ist in der Tat ein wichtiger Punkt.
Die gesamte Schaltung inkl. Trafo wird in eine kleine Kiste reingebaut.
Da wird es wohl sehr warm werden.
Lüftungsschlitze geht nicht wegen IP66.
Also wird auch ein Hochtemperaturelko seine Kapazität verlieren.

Deshalb der Gedanke, alles ohne Elkos aufzubauen,  halt bauen für die 
Ewigkeit, wie früher.
Dirk

DirkF schrieb:
> Hallo, also Erwärmung ist in der Tat ein wichtiger Punkt.
Um die Erwärmung zu verringern, sollte man nach dem Schalten den Strom 
reduzieren und die Spule thermisch ans Gehäuse koppeln.

> PWM und Ventilspulen sind nicht unbedingt Freunde.

Sehr gute sogar.

> Es sei denn Du treibst vorher einen wesentlich größeren Aufwand.

Denn es braucht gar keinen Aufwand, die Spule darf direkt an PWM wenn 
eine ausreichend schnelle Freilaufdiode vorhanden ist.

> Ich glaube, du warst mit dem Ohmschen Gesetz schon mal besser vertraut.
> Die Magnetisierung ist proportional I, die Leistung jedoch I*I. Muss ich
> noch weiter nachhelfen?

Ja, hilf dir nach.
Beispiel: 120 Ohm Spule an 12V ergibt Nominalstrom von 100mA.
Nun Spule mit 50% duty cycle an 24V.
Im eingeschalteten Moment steigt der Spulenstrom,
sagen wir von 90mA auf 110mA, im ausgeschalteten Moment sinkt er,
von 110mA auf 90mA, im Schnitt fliessen 100mA.

Leistung an der Spule ? Nahezu dieselbe wie bei 100mA wo es 1.2W wären.
Zwar gibt es im Moment wo 110mA fliessen einen höheren Verlust am 
Spulenwiderstan,d aber im Moment wo 90mA fliessen auch einen geringeren.

In der Summe: 
2*(100mA*100mA*120)+1*(110mA*110mA*120)+1*(90mA*90mA*120)/4
= 1.206W linear interpoliert.

Scheiss Nachhilfe die man hier geben muss.

MaWin schrieb:
> Beispiel: 120 Ohm Spule an 12V ergibt Nominalstrom von 100mA.
> Nun Spule mit 50% duty cycle an 24V.
> Im eingeschalteten Moment steigt der Spulenstrom,
> sagen wir von 90mA auf 110mA, im ausgeschalteten Moment sinkt er,
> von 110mA auf 90mA, im Schnitt fliessen 100mA.
>
> Leistung an der Spule ? Nahezu dieselbe wie bei 100mA wo es 1.2W wären.

Mawin, nun nehme ich aber an, du bist betrunken?! Soll deine "Nachilfe" 
uns weismachen, daß eine Spule an 24V bei 50% Tastverhältnis die gleiche 
Leistung wie bei 12Vdc verbrät? Du verwechselst da was, der Strom bliebe 
(bei ausreichend hoher Frequenz) nahezu stabil, aber die Leistung wäre 
immer noch doppelt so hoch.

Zur eigentlichen Kernfrage des Threads ist zu sagen, daß die Spule an 
der pulsierenden Gleichspannung (bei gleichem Effektivwert) sogar etwas 
weniger Leistung verbraucht, aufgrund ihrer Induktivität. Ob das Ventil 
dabei noch korrekt arbeiten kann, hängt natürlich von vielen Faktoren 
ab...

> aber die Leistung wäre immer noch doppelt so hoch.

Au weia, du solltest noch mal Grundlagen der Induktivitäten lernen.
Bild anbei.

> Zur eigentlichen Kernfrage des Threads ist zu sagen, daß die Spule an
> der pulsierenden Gleichspannung (bei gleichem Effektivwert) sogar etwas
> weniger Leistung verbraucht, aufgrund ihrer Induktivität

Oje, 50% PWM mit 24V hat mitnichten denselben Effektivwert wie 12V.

Bei 12V fliessen keine 0.1A, nur 0.05.

@DirkF

>Ein Magnetventil, 24 V DC 1 A, erwärmt sich bei 100 % ED und Versorgung
>mit einer idealen Gleichspannung auf eine gewisse Temperatur.

Hast Du mal in Erwägung gezogen, dass dies normal ist? Früher waren mal 
24Vx1A=24W. Rund um die Spule ist ein Isolator, der nicht nur etwas 
gegen Spannung, sondern auch gegen Wärmeabfuhr hat.

Natürlich kannst Du mit einer an dein Ventil angepassten Steuerschaltung 
etwas an Wärme loswerden, der Hersteller ist aber gezwungen Dir ein 
Ventil zu liefern dass in jedem Fall, beim Anlegen der Spannung das 
macht was es soll.

Autor: Ulrich (Gast) Datum: 13.07.2013 12:51
> Beim Magnetventil gibt es auch eine Induktivität, die bei
> Wechselstrom zusätzlich zum Ohmschen Widerstand wirkt.
Schon, aber es fließt kein Wechselstrom, sondern Gleichstrom mit etwas 
Ripple, da ein Gleichrichter verbaut wird.

Dass 24V 50%PWM nicht das selbe ist wie 12V 100%, gilt vor allem bei 
ohmschen Widerständen, weniger bei Spulen, da die Induktivität das 
Bestreben hat, den Strom konstant zu halten.

> Eisenverluste: Ummagnetisierung. Hier könnte ich mir schon eine
> höhere Erwärmung vorstellen, wenn der Strom nicht 100 % DC ist,
> sondern ein Rippel hat.
Bei Rippel wird aber nicht ummagnetisiert, dazu müßte sich die 
Stromrichtung ändern. Es wird jedoch ein wenig Wirbelstromverluste 
geben, ich schätze mal max. 100mW, ohne die Spule zu kennen. Ist es 
nicht sogar so, dass der Wirbelstrom selbst den Ripple verringert?

Ich würde auf jeden Fall Intelligenz einbauen. Das Ventil braucht nur 
zum Anziehen 24V, danach deutlich weniger, und dann gilt: P=R*I*I, also 
halber Strom ---> 1/4 Leistung.

>>Ich würde auf jeden Fall Intelligenz einbauen. Das Ventil braucht nur
>>zum Anziehen 24V, danach deutlich weniger, und dann gilt: P=R*I*I, also >>
>>halber Strom ---> 1/4 Leistung.

Also z.B. einen R parallel zu einem C in die Zuleitung zur Spule.
Dann fällt aber am R wieder Wärme ab, die ich in der Steuerkiste nicht 
gebrauchen kann.
PWM ist zu aufwändig für dieses Projekt. Es muss eine "Monkey proofed" 
Version sein.

LG Dirk

Hallo,
ein WS-Trafo ist natürlich ein Wechselstromtrafo, ja ich weiß, es gibt 
keinen Gleichstromtrafo, aber es gibt Drehstromtrafos.

>>Genau deshalb wurde der Effektivwert erfunden.
Falsch. Bei idealser Stromglätting bei einer Induktivität mit 
Freilaufdiode ist der arithmetische Mittelwert, nicht er Effektivwert 
für den Strom maßgebend !
Glaub mir, ich arbeite viel mit großen DC Magneten, wo im Strom bei 50 
Hz mir Einweggleichrichtung kein Rippel auftritt.

Aber hier ist ja der besondere Fall, dass die Induktivität der kleinen 
Magnetspule eben nicht reicht, um bei 50 Hz über B-Gleichrichter den 
Strom ideal zu glätten (ohne Elko). Es ist eine Restwelligkeit von ca. 
25 % im Stromfluss vorhanden. (Naturlich nicht in der Spannungslinie)

LG Dirk

DirkF schrieb:
> Wenn ich nun aus einem WS-Trafo mit Brückengleichrichter ohne
> Glättungselko eine Spannung mit einem arithmetischem Mittelwert von 24 V
> erzeuge, wird die Spule dann deutlich wärmer ?


Nein, wie soll das auch passieren? Die Energie die du reingibst bleibt 
doch in etwa die gleiche. Eine Spule ist ja kein Kondensator der bei 
Frequenz niederimpedanter wird, im Gegenteil.

DirkF schrieb:
> PWM ist zu aufwändig für dieses Projekt. Es muss eine "Monkey proofed"
> Version sein.

Dann schalte die Graetz Brücke bis auf eine Diode ab. Dann hast du halbe 
Leistung. Wenn die Spule brummt legst du einen Elko parallel zur 
Freilaufdiode.