Moin,
zuerst vorweg, bei der Frage geht es um grobe Erfahrungswerte und nicht
um genaue Berechnungen.
In welcher Größenordnung liegt die Induktivität einer geraden,
stabförmigen Spule (im Gegensatz zu Ringkern oder sowas) mit etwa 10 cm
Länge und 2 cm Durchmesser mit einem Eisenkern. Die Dauerbelastbarkeit
sollte so um 5 A liegen.
Ich weiß, dass man das so nur ganz grob abschätzen kann und
wahrscheinlich kann das nur jemand beantworten, der viel mit Spulen
arbeitet und Erfahrung mit deren Induktivität hat.
Schafft man mit den Vorgaben einige zig Millihenry?
Danke für sinnvolle Antworten, die anderen werde ich ignorieren. ;-)
Der Eisenkern 10 cm lang und 2 cm Durchmesser dürfte wegen des
Entmagentisierungsfaktors die Induktivität um etwa den Faktor 5
vergrößern.
Für Luftspulen gibt es Formeln, bzw. Rechner im Internet.
Damit komme ich auf etwa 20 mH bei 1000 Windungen, sofern der äußere
Durchmesser nicht zu groß wird. Das wird also sehr Eng, denn der Draht
muss eine Gewisse Dicke haben. 1000 Windungen wären wohl nur bei unter 1
mm Durchmesser drin.
Für 100 mH müsste man wohl schon sehr viele Windungen drauf bekommen -
das dürfte dann schon in Richtung Tellerspule gehen, nicht mehr als
Stab.
Ulrich H. schrieb:> Der Eisenkern 10 cm lang und 2 cm Durchmesser
Das galt für die ganze Spule, also mit Wicklung. Das ist aber auch nur
ein grober Wert.
Ulrich H. schrieb:> Für Luftspulen gibt es Formeln, bzw. Rechner im Internet.
Ich weiß. Es geht aber nicht um eine Luftspule. Bei Kernspulen kann man
das meines Wissens nicht mehr so einfach überschlagen.
Oder war das als Überschlagsrechnung gemeint? Luftspule berechnen und
mit dem Faktor 5 für den Eisenkern multiplizieren?
Ich muss sowieso wickeln und testen. Es ging nur darum, ob das in der
Größenordnung machbar ist. Ob 10-100 mH oder 'wesentlich mehr' ist egal.
Je mehr, desto besser. Wenn die Induktivität zu hoch ist, kann man immer
noch Windungen wegnehmen und die Spule kleiner machen.
Dussel schrieb:> Je mehr, desto besser.
Du musst aber bedenken, dass ab einer bestimmten Feldstärke Schluss mit
lustig ist. Ein erhöhen des Stroms führt dann nicht mehr zu einer
Erhöhung der magnetischen Feldstärke, weil das Eisen dann in Sättigung
geht. Ab wann das passiert hängt vom verwendeten Kernmaterial ab.
Wann das passiert siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismus
Da du die Spule ja anscheinend schon irgendwo hast nimm doch einfach mal
ein Messgerät mit dem man Induktivität messen kann. Das sagt Dir dann
den Wert. Vielleicht kennst Du ja jemand der so was hat, in der Filiale
von Conrad in Düsseldorf da haben die Messgeräte zum Verkauf, die da
aufgebaut zum Testen stehen da könnte man die Spule dann mal dran
halten, vielleicht gib es ja bei Dir in der Umgebung einen Elektronik
Laden der Dir das mal kurz ausmessen kann. Wäre doch auch eine Idee oder
?
Mit Deinen Angaben kann hier leider wirklich niemand so richtig was
anfangen weil auf eine Spule mit Deinen Angaben kann man 10 Wicklungen
oder auch Tausend aufbringen, und wie dick der Draht ist weiss hier auch
keiner, und wenn Du mal beschreiben würdest was Du vorhast und wo die
Spule drin ist kann man Dir hier bestimmt den ein oder anderen Tipp
geben.
Oder ein Foto tut es auch ....
Die Wirkung des Eisenkerns lässt sich in diesem Fall noch recht gut
Abschätzen, nämlich als Faktor 5 für die Induktivität. Mehr ist wegen
des Entmagnetisierenden Faktors nicht drin, egal wie gut das
Kern-Material ist.
Wenn die 2 cm sogar der Außendurchmesser sein sollen, wird das wohl
nichts werden, wenn man nicht in Wasserkühlung investiert, oder nur
gepulst arbeitet.
So schlimm sind die Angaben nicht: Aus dem Strom kann man Abschätzen,
dass der Draht nicht so dünn werden darf. 10 cm Länge und 1 mm Draht
geben halt 100 Windungen je Lage. Schon das ist für 5 A sehr wenig. Mit
100 Windungen kommt man aber nur in den Bereich 0,2 mH (mit Kern).
Wenn man wirklich in den Beireich einiger 10 mH kommen will, sollte man
die Form noch einmal überdenken. Etwa so dass man weniger Luftspalt hat
und so eine Effektivere Wirkung des Kerns. Man muss dann aber auch
aufpassen den Kern nicht bis in die Sättigung zu Treiben - bei dem Stab
dürfte man da noch ein Stück weg sein.
Ulrich H. schrieb:> Die Wirkung des Eisenkerns lässt sich in diesem Fall noch recht gut> Abschätzen, nämlich als Faktor 5 für die Induktivität.
Wie kommt man denn auf den Faktor. Spontan hätte ich etwas weniger als 2
angenommen (Sättigungseffekte außen vor): Halbe Feldlinienlänge
Näherungsweise unendliches µr, halbe Feldlinienlänge µr=1.
Mit 4 Lagen zu je 80 Windungen kämen mit Faktor 2 so 0,5mH raus. Mit
Faktor 5 1,25mH. In jedem Fall deutlich weniger als gefordert.
Es geht darum, den Strom durch eine induktive Last in einem Toleranzband
zu halten, indem bei Überschreiten der Toleranzgrenzen die Spannung
entsprechend an- oder abgeschaltet wird. Das habe ich simuliert und
jetzt wollte ich es mal ausprobieren. Um die dabei auftretenden
Frequenzen beherrschbar zu halten, muss die Induktivität möglichst groß
sein. Deshalb grob die Frage, welche Induktivität man mit einer 'normal
großen' Spule hinbekommt. Damit habe ich halt gar keine Erfahrung.
Ich weiß, dass durch die hochfrequente Dreiecksschwingung noch andere
Effekte auftreten, aber das ist eine andere Sache.
Stephan H. schrieb:>> Die Wirkung des Eisenkerns lässt sich in diesem Fall noch recht gut>> Abschätzen, nämlich als Faktor 5 für die Induktivität.>> Wie kommt man denn auf den Faktor.
Laut Diagramm
http://elektronik-kurs.net/elektrotechnik/induktivitat-von-spulen/
liegt bei l/D=5 der Faktor eher bei 35.
Denn die Feldlinien aussenrum gehen durch viel mehr parallelen Raum als
innendrin.
Leider gibt es keine Seite im Web die die Formeln selbst ausrechnet, und
ich hab wohl eine Formel ignoriert.
Der Faktor für die Entmagnetisierung ist tatsächlich nicht so einfach.
Als Näherung ist das mehr Seitenverhältnis im Quadrat. Man darf dann
aber bei der Formel für die Luftspule als Durchmesser auch nur den Kern
nehmen. Ich war auch überrascht wie schwer es ist da eine Brauchbare
Internetseite zu zu finden. Das man das nicht in den üblichen Physik /
E-Technkik Büchern findet ist ein 2. Problem.
Im Netz habe ich da eine Kopie von
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 306 (2006) 135–146
gefunden - ist aber recht schwer zu verstehen.
Wenn die Bauform nicht so festgelegt ist, könnte man ggf. auch eine
größere Induktivität hin bekommen, indem man eine Kernform mit weniger
"Luftspalt" wählt. Ob man es wirklich so klein hinbekommt, wie oben
gewünscht bezweifel ich aber. Als Anhaltspunkt kann man etwa eine 0,47
mH Drossel für 5 A nehmen, die auch schon 0,5 kg wiegen soll:
http://www.reichelt.de/Funkentstoerdrosseln-Ringkern/TLC-5-0A-470-/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3182&ARTICLE=105609&OFFSET=500&WKID=0&;
Bei größerer Bauform steigt die Leistungsfähigkeit zwar etwas schneller
als Linear an, aber nicht so viel.
Michael Bertrandt schrieb:> Stephan H. schrieb:>>> Abschätzen, nämlich als Faktor 5 für die Induktivität.> Laut Diagramm> http://elektronik-kurs.net/elektrotechnik/induktivitat-von-spulen/> liegt bei l/D=5 der Faktor eher bei 35.
Wenn ich FEMM befrage, ist dieser Faktor ca. 9 (21/2,5mH).
Allerdings ist die Anordnung etwas größer als erwünscht.
Kern d=20mm, l=100mm, M-45 (Trafoblech Pfe=2,3W/lb@60Hz)
Wicklung 61x9=549, d=1,6mm (98mmx15mm)
Kann man optimieren indem man den Kern verkleinert, solange Bmax nicht
überschritten wird bzw. den Drahtquerschnitt veringern, was aber die
Kühlung schwieriger macht.
Wenn ich allerdings sehe, dass es eine Stomregelung werden soll, würde
ich eher die Frequenz (wie hoch ist die eigentlich?) erhöhen um mit
kleineren Induktivitäten auszukommen.
M-45
Total current = 5 Amps (Bmax ca. 750mT)
Voltage Drop = 2.62258 Volts
Flux Linkage = 0.106527 Webers
Flux/Current = 0.0213054 Henries
Voltage/Current = 0.524515 Ohms
Power = 13.1129 Watts
M-45
Total current = 1 Amps (Bmax ca. 150mT)
Voltage Drop = 0.524515 Volts
Flux Linkage = 0.0212354 Webers
Flux/Current = 0.0212354 Henries
Voltage/Current = 0.524515 Ohms
Power = 0.524515 Watts
Luft
Total current = 5 Amps (Bmax ca. 32mT)
Voltage Drop = 2.62258 Volts
Flux Linkage = 0.012392 Webers
Flux/Current = 0.00247839 Henries
Voltage/Current = 0.524515 Ohms
Power = 13.1129 Watts
dram schrieb:>> Laut Diagramm>> http://elektronik-kurs.net/elektrotechnik/induktivitat-von-spulen/>> liegt bei l/D=5 der Faktor eher bei 35.>> Wenn ich FEMM befrage, ist dieser Faktor ca. 9 (21/2,5mH).
Meine Theorie wäre, daß auf der verlinkten Seite auch Bild 11-35
eingerechnet werden muss.
Da aber niemand was vorrechnet, sondern nur irgendwelche Ergebnisse
postet, wird man das nie rausfinden.
MaWin schrieb:> Meine Theorie wäre, daß auf der verlinkten Seite auch Bild 11-35> eingerechnet werden muss.
Nur für die absolute Induktivität. Für das Verhältnis Lfe/L0 ist nur
11.37 über µe in Abhängigkeit von µr und l/D zuständig.
> Da aber niemand was vorrechnet, sondern nur irgendwelche Ergebnisse> postet, wird man das nie rausfinden.
Also mit l/D=10cm/2cm=5, N=549 und 11.35 ergibt
L0=2cm*(2nH/cm)*549^2=1,2mH
Die Unsicherheit liegt in der Gültigkeit der Näherungsformel bzw. des
Diagramms. Stammt das aus einer numerischen oder analytischen Lösung
oder ist es gar empirisch ermittelt worden?
Über 11.37 µr=2000(200) -> µe=45(35) ergibt Lfe=L0*µe=54(42)mH
Unsicherheit beim µr des M-45. Dazu habe ich auf die schnelle nix
gefunden, sollte aber näher bei 2000 als bei 200 liegen.
Ist also alles ziemlich unsicher - man sollte tatsächlich die
entsprechenden Werte des Datenblatts verwenden oder eben simulieren.
Die Entmagnetisierungsfaktoren lassen sich eigentlich nur für den
Ellipsoid vernünftig berechnen. Das ist es auch noch relativ einfach und
die Rechnung findet man auch im Netz. Für andere Fälle hat man mehr oder
weniger gute numerische Näherungen: einmal beim Ausrechnen und dann auch
noch der Definition weil des Feld inhomogen wird.
