Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Induktivität einer Spule mit Eisenkern


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von Dussel (Gast)


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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. ;-)

von Falk B. (falk)


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Irgendwas im Bereich 10-100mH.

von Dussel (Gast)


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Also ist das machbar.

Danke.

von Ulrich H. (lurchi)


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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.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Falk Brunner schrieb:
> Irgendwas im Bereich 10-100mH.

Wesentlich mehr

von Dussel (Gast)


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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?

von Falk B. (falk)


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@ MaWin (Gast)

>> Irgendwas im Bereich 10-100mH.

>Wesentlich mehr

In Anbetracht der dürftigen Informationslage wesentlicher Unsinn.

von Dussel (Gast)


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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.

von Udo S. (urschmitt)


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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

von Herr S. (Firma: Privat) (wumpie)


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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 ....

von Ulrich H. (lurchi)


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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.

von Stephan H. (stephan2807)


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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.

von Dussel (Gast)


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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.

von Michael B. (laberkopp)


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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.

von Stephan H. (stephan2807)


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Michael Bertrandt schrieb:
> 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.

Danke. Nachgelesen und verstanden.

von Ulrich H. (lurchi)


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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.

von dram (Gast)


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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

von MaWin (Gast)


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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.

von dram (Gast)


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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.

von Ulrich H. (lurchi)


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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.

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