Hallo, in meinem Projekt muss ich das Magnetfeld in einer Spule sehr schnell verändern können. Zur Ausgangslage: Im Moment betreibe ich eine Spule mit etwa 1mH und 0,1Ohm Widerstand an einer Konstantstromquelle bei circa 100A. Nun möchte ich den Strom sehr schnell von 100A auf, zum Beispiel, 110A ändern. Das Netzteil schafft diese Änderung in knapp 10ms aber das reicht mir noch nicht. Kennt von euch jemand eine Schaltung mit dem man dies schneller bewerkstelligen könnte. Zum Beispiel mit Kondensatoren oder ähnlichem? Gruß Tom
Mehr Spannung, also eine Stromquelle mit grösserer Komplianz (und dann auch deutlich grösserer Verlustleistung, insbesondere bei 100A, obwohl es da wohl eine getaktete Stromquelle ist, bei der auch die PWM natürlich begrenzend wirkt, also besser eine linear geregelte einstellbare Konstantstromquelle).
Mit höherer Spannung Das Magnetfeld ist bei konstanter Induktivität L (keine Sättigung!) proportional zu I Und es gilt immer dU = L dI bzw. dI = 1/L*dU Je schneller du also bei gegebenem L den Strom I ändern willst, desto höher muss deine Spannung sein.
Jo, einmal mehr Spannung oder man beeinflusst das Magnetfeld. Aber ich nehme an, das Magnetfeld ist der Nutzeffekt bei der Sache, nicht?
Boris O. schrieb: > THOR schrieb: >> …oder man beeinflusst das Magnetfeld. > > Weicheisen ins Spuleninnere schießen? Ja genau. Mit Airbag-Zündern müsste das wunderbar funktionieren.
Also bräuchte ich ein Netzteil mit höherer Spannung. Die dann leider recht schnell teuer werden. Ich dachte eventuell an eine Schaltung mit Kondensatoren die sich in die Spule entladen.
Ja, in die Spule kann ich leider keine Kerne einfügen.
Da Du leider nichts über die Frequenz, geforderte Einstellzeit, Genauigkeit, zulässiges Verhalten bei Überstrom, usw. schreibst, sind leider keine fundierten Ratschläge möglich. Grundsätzlich wäre es natürlich schon möglich, Kondensatoren einzusetzen, aber man muss schon sehr genau wissen, was man tut. Schaltet man sie einfach hinzu, konstruiert man gleichzeitig einen wunderbaren Schwingkreis. Es ist durchaus möglich, Elektromagnete, die mit Strömen im Kiloamperebereich betrieben werden, innerhalb von Mikrosekunden sehr genau umzuschalten. Dies wird z.B. bei einigen Teilchenbeschleunigern gemacht, um einzelne Teilchenpakete aus einem Vorbeschleuniger auszuleiten. Der Aufwand für die entsprechende Elektronik ist aber immens.
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THOR schrieb: > Ja genau. Mit Airbag-Zündern müsste das wunderbar funktionieren. Die ziehen aber eher das Gurtschloss nach unten und der Weg ist auch nicht sooo lang. Aber wir wissen ja nichts über die Ausmaße der 100A-Spule und den Kernaufbau. Wird aber knapp mit weniger als 1ms Feldänderung. Ist aber nur (irgend-)eine Änderung gefordert. Hast du bessere Strategien das Feld zu ändern, so ganz ohne esoterische Effekte wie Nullpunktenergie, mikroskopische Schwarze Löcher, freie Energie? Ich schicke noch die Unipolarmaschine ins Rennen, damit hast du einen fetten Gleichstrom (-Impuls) zur Verfügung. Ist überhaupt klar, dass die Spule aufgrund ihrer Induktivität sich gegen den Stromanstieg ganz klassisch wehren wird?
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Wäre es hier möglich einem Linearregler als Stromquelle parallel zur getakteten Stromquelle hängen, welche dann einfach deutlich schneller schaltet? Diese müsste dann nur 10A führen.
Thomas P. schrieb: > Also bräuchte ich ein Netzteil mit höherer Spannung. Die dann leider > recht schnell teuer werden. Ja, keiner schreibt was davon, dass das "billig" sein könnte... Definiere doch einfach mal "billig" und "teuer". Und gib mal die oben angefragten Eckpunkte auch an, damit man sich ein Bild zur nötigen Energie machen kann.
Andreas S. schrieb: > Da Du leider nichts über die Frequenz, geforderte Einstellzeit, > Genauigkeit, zulässiges Verhalten bei Überstrom, usw. schreibst, sind > leider keine fundierten Ratschläge möglich. Welche Frequenz meinst du? Die Einstellzeit für den neuen Strom soll wie gesagt unter 1ms liegen. Die Genauigkeit des Stromes sollte im Bereich von 100mA liegen. Was der Strom in der Zwischenzeit macht, spielt weniger eine Rolle. > Grundsätzlich wäre es > natürlich schon möglich, Kondensatoren einzusetzen, aber man muss schon > sehr genau wissen, was man tut. Schaltet man sie einfach hinzu, > konstruiert man gleichzeitig einen wunderbaren Schwingkreis. Das ist mir auch klar, aber vielleicht könnte man den Schwingkreis auf eine viertel Periode beschränken, sodass sich nur die Energie des Kondensators in die Spule entlädt.
Wuizl schrieb: > Wäre es hier möglich einem Linearregler als Stromquelle parallel zur > getakteten Stromquelle hängen, welche dann einfach deutlich schneller > schaltet? Diese müsste dann nur 10A führen. Das Problem sind nicht die zusätzlichen 10A, sondern die je nach erforderlicher Anstiegsgeschwindigkeit möglicherweise sehr hohe Spannung.
Lothar M. schrieb: > Thomas P. schrieb: >> Also bräuchte ich ein Netzteil mit höherer Spannung. Die dann leider >> recht schnell teuer werden. > Ja, keiner schreibt was davon, dass das "billig" sein könnte... > Definiere doch einfach mal "billig" und "teuer". Und gib mal die oben > angefragten Eckpunkte auch an, damit man sich ein Bild zur nötigen > Energie machen kann. Im Moment verwende ich ein Netzteil das 18V und 220A kann. Dieses kostet bereits um 3500€ und ich wollte es vermeiden ein noch größeres zu kaufen.
Eine Schaltung hab ich, aber der Ordner steht im Regal in der 4ma. Das war mal für eine Ablenkspule an einem Teilchenbeschleuniger, die blitzartig ab - und zugeschaltet werden musste. Könnte passen, wird aber Montag. Details habe ich nicht im Kopf, das war ca. 1982....
Mal so aus Interesse, wie sieht denn so eine 100A Konstantstromquelle aus, die offenbar 1 KW Leistung liefert?
Thomas P. schrieb: > Welche Frequenz meinst du? Naja, wie häufig soll denn umgeschaltet werden? Dies ist sehr wichtig, um zu entscheiden, ob die vorhandene Stromversorgung ausreicht, einen Kondensator wieder aufzuladen. Und wie sieht es aus, wenn Du den Strom reduzieren willst? Dort stellt sich nämlich exakt dieselbe Frage. Die in der Spule gespeicherte Energie muss auch wieder abgebaut werden. > Die Einstellzeit für den neuen Strom soll wie gesagt unter 1ms liegen. Du hast an keiner Stelle eine derartige Aussage getroffen, sondern nur festgestellt, dass Dir 10ms zu lange seien. Und was bedeutet "unter 1ms"? 1us? 1ns? Oder sind beliebige Zeiten unterhalb von 1ms akzeptabel. > Die Genauigkeit des Stromes sollte im Bereich > von 100mA liegen. Was der Strom in der Zwischenzeit macht, spielt > weniger eine Rolle. Oha, das wäre eine Einstellgenauigkeit von 1%. Muss dieser Wert schon innerhalb von 1ms erreicht sein? > Das ist mir auch klar, aber vielleicht könnte man den Schwingkreis auf > eine viertel Periode beschränken, sodass sich nur die Energie des > Kondensators in die Spule entlädt. Dann solltest Du das ganze am Besten simulieren.
Thomas P. schrieb: > in meinem Projekt muss ich das Magnetfeld in einer Spule sehr schnell > verändern können. Dann brauchst du sehr hohe Spannungen. Das schonmal vorweg. > Zur Ausgangslage: Im Moment betreibe ich eine Spule mit etwa 1mH und > 0,1Ohm Widerstand an einer Konstantstromquelle bei circa 100A. Was'n das für'n Unsinn? "Schnell ändern" und "Konstant" ist doch schon rein von den Wortbedeutungen her sowas von konträr, dass es sogar Voll-Laien auffallen müsste, dass hier irgendwas bei der Bauteilwahl nicht stimmen kann... Nein, natürlich kannst du keine universelle Konstantstromquelle "von der Stange" verwenden. Es muss eine Stromquelle sein, die die Eigenschaften der anzusteuernden Spule in ihre Reglerkennlinie einbezieht. Und sie muss, wie schon oben gesagt, sehr viel Spannung am Eingang haben, wenn sie sehr schnell den Strom durch die Spule ändern können soll, denn die wehrt sich nunmal mit aller Macht dagegen. Und dagegen kann man nur mit noch größerer Macht ankommen und diese Macht kann nunmal nach den Gesetzen der Physik nur aus viel Spannung kommen. Und du wirst lachen: nach genau diesen Gesetzen kann man sogar ausrechnen, was man an Spannung braucht und welche Kennlinie der Regler haben muss. Voraussetzung ist allerdings, das irgendjemand, der nicht ein völliger Blindflansch ist, die Anforderungen exakt spezifiziert. Das geht hier mit zwei Kennwerten: 1) erforderliche Geschwindigkeit der Stromänderung 2) zulässiges Überschwingen Zur Beachtung: diese beiden Kennwerte werden immer ein Kompromiß sein müssen und unrealistisch hohe Anforderungen werden garantiert das Projekt in Kostenbereiche treiben, die du nicht bezahlen kannst...
Der Andere schrieb: > Und es gilt immer dU = L dI bzw. dI = 1/L*dU Das ist falsch. Der Zusammenhang gilt vielleicht für einen Widerstand (R) aber nicht für eine Spule. Dafür fehlt die Zeit.
Joe F. schrieb: > Mal so aus Interesse, wie sieht denn so eine 100A Konstantstromquelle > aus, die offenbar 1 KW Leistung liefert? Das Netzteil ist in einem 19" Rack Gehäuse und schafft maximal 3,3kW.
Andreas S. schrieb: > Thomas P. schrieb: >> Welche Frequenz meinst du? > > Naja, wie häufig soll denn umgeschaltet werden? > Dies ist sehr wichtig, um zu entscheiden, ob die vorhandene > Stromversorgung ausreicht, einen Kondensator wieder aufzuladen. > Nur alle 10-12s. > Und wie sieht es aus, wenn Du den Strom reduzieren willst? Dort stellt > sich nämlich exakt dieselbe Frage. Die in der Spule gespeicherte Energie > muss auch wieder abgebaut werden. Das wäre dann meine nächste Frage gewesen. >> Die Einstellzeit für den neuen Strom soll wie gesagt unter 1ms liegen. > > Du hast an keiner Stelle eine derartige Aussage getroffen, sondern nur > festgestellt, dass Dir 10ms zu lange seien. > > Und was bedeutet "unter 1ms"? 1us? 1ns? Oder sind beliebige Zeiten > unterhalb von 1ms akzeptabel. > Oh ja, tut mir Leid, hab ich wohl vergessen. Ja alles unter 1ms ist mir recht. >> Die Genauigkeit des Stromes sollte im Bereich >> von 100mA liegen. Was der Strom in der Zwischenzeit macht, spielt >> weniger eine Rolle. > > Oha, das wäre eine Einstellgenauigkeit von 1%. Muss dieser Wert schon > innerhalb von 1ms erreicht sein? > Ja genau das wäre die Idee, bisher erreich ich dies in 10ms. >> Das ist mir auch klar, aber vielleicht könnte man den Schwingkreis auf >> eine viertel Periode beschränken, sodass sich nur die Energie des >> Kondensators in die Spule entlädt. > > Dann solltest Du das ganze am Besten simulieren. Würde ich machen, aber ich weiß nicht genau wie so eine Schaltung auszusehen hat.
c-hater schrieb: > Thomas P. schrieb: > >> in meinem Projekt muss ich das Magnetfeld in einer Spule sehr schnell >> verändern können. > > Dann brauchst du sehr hohe Spannungen. Das schonmal vorweg. > >> Zur Ausgangslage: Im Moment betreibe ich eine Spule mit etwa 1mH und >> 0,1Ohm Widerstand an einer Konstantstromquelle bei circa 100A. > > Was'n das für'n Unsinn? "Schnell ändern" und "Konstant" ist doch schon > rein von den Wortbedeutungen her sowas von konträr, dass es sogar > Voll-Laien auffallen müsste, dass hier irgendwas bei der Bauteilwahl > nicht stimmen kann... > Konstant bedeutet hier, dass an dem Netzteil der Strom konstant gehalten wird und nicht die Spannung. > Nein, natürlich kannst du keine universelle Konstantstromquelle "von der > Stange" verwenden. Es muss eine Stromquelle sein, die die Eigenschaften > der anzusteuernden Spule in ihre Reglerkennlinie einbezieht. Und sie > muss, wie schon oben gesagt, sehr viel Spannung am Eingang haben, wenn > sie sehr schnell den Strom durch die Spule ändern können soll, denn die > wehrt sich nunmal mit aller Macht dagegen. Und dagegen kann man nur mit > noch größerer Macht ankommen und diese Macht kann nunmal nach den > Gesetzen der Physik nur aus viel Spannung kommen. > Das Netzteil wird im Moment über einen externen PID-Regler gesteuert, um überhaupt auf die 10ms zu kommen. > Und du wirst lachen: nach genau diesen Gesetzen kann man sogar > ausrechnen, was man an Spannung braucht und welche Kennlinie der > Regler haben muss. Voraussetzung ist allerdings, das irgendjemand, der > nicht ein völliger Blindflansch ist, die Anforderungen exakt > spezifiziert. Das geht hier mit zwei Kennwerten: > > 1) erforderliche Geschwindigkeit der Stromänderung > 2) zulässiges Überschwingen > > Zur Beachtung: diese beiden Kennwerte werden immer ein Kompromiß sein > müssen und unrealistisch hohe Anforderungen werden garantiert das > Projekt in Kostenbereiche treiben, die du nicht bezahlen kannst... zu 1) Die Geschwindigkeit sollte, wie gesagt, unter 1ms liegen. zu 2) Der Strom darf auch gern, ich sag mal, 10% Überschwingen, solang er in der gegebenen Zeit den Sollwert erreicht.
Kannst du auf die Spule noch eine Wicklung aufbringen? Dann kann man eine Wicklung mit Konstantstrom betreiben und die andere mit moduliertem Strom. Bei den von dir genannten Werten 100A konstant und 10A Änderung, erlaubt das doch eine viel kleinere modulierbare Stromquelle. Da kann man die große langsame behalten und baut oder kauft eine kleine schnelle dazu.
c-hater schrieb: > Dann brauchst du sehr hohe Spannungen. Das schonmal vorweg. U = L*dI/dt 10 = 1m*10/1m Wirklich wahnsinnig hohe Spannungen, die er da braucht.
Thomas P. schrieb: > Das Netzteil schafft diese Änderung in knapp 10ms aber das > reicht mir noch nicht. Dann musst du mehr Spannung draufgeben. Wie hoch ist denn der Spannungspeak, den dein Netzteil rausschmeißt, wenn du den Sollstrom bspw. von 100 auf 110A änderst?
ArnoR schrieb: > Kannst du auf die Spule noch eine Wicklung aufbringen? Dann kann man > eine Wicklung mit Konstantstrom betreiben und die andere mit moduliertem > Strom. Bei den von dir genannten Werten 100A konstant und 10A Änderung, > erlaubt das doch eine viel kleinere modulierbare Stromquelle. Da kann > man die große langsame behalten und baut oder kauft eine kleine schnelle > dazu. Brauch ich dazu wirklich eine zusätzliche Windung oder kann ich das kleinere Netzteil einfach parallel dran hängen.
Wolfgang schrieb: > Thomas P. schrieb: >> Das Netzteil schafft diese Änderung in knapp 10ms aber das >> reicht mir noch nicht. > > Dann musst du mehr Spannung draufgeben. Wie hoch ist denn der > Spannungspeak, den dein Netzteil rausschmeißt, wenn du den Sollstrom > bspw. von 100 auf 110A änderst? Naja, alles was es kann, also 18V.
Thomas P. schrieb: > zu 1) Die Geschwindigkeit sollte, wie gesagt, unter 1ms liegen. > zu 2) Der Strom darf auch gern, ich sag mal, 10% Überschwingen, solang > er in der gegebenen Zeit den Sollwert erreicht. Du kannst dem Netzteil evtl. etwas helfen. z.B. für 1ms per Mosfet plus 1Ohm Widerstand in Serie mit +20V / 0V verbinden. Dann bist du bei ca. 106A/94A falls das Netzteil nicht dazwischenfunkt. Kondensatoren würd ich nicht machen wegen der Schwingungen. Ausregeln muss es am Ende aber das Netzteil. (nach der 1ms fällt der Strom wieder wenn das Netzteil nicht übernimmt) Jetzt kommts halt drauf an wo die 10ms beim Netzteil begründet sind. Wenn einfach der Spannungshub vom Netzteil nicht schnell genug geliefert werden kann, dann hilft die Unterstützung. Wenn interne Zeitkonstanten die Verzögerung bedingen, dann hilft die Unterstützung nichts. Du könntest auch noch eine zweite, schnellere Stromquelle parallelschalten, den Strom messen und beide passend ansteuern. (Falls sich die Regeluneng der 2 Quellen nicht in die Quere kommen) Die 2. Quelle braucht dann weniger Leistung, muss aber auch Strom sinken können.
Timmy schrieb: > c-hater schrieb: >> Dann brauchst du sehr hohe Spannungen. Das schonmal >> vorweg. > > U = L*dI/dt > 10 = 1m*10/1m Einheiten?! 10V = 1mH * 10A / 1ms waere richtig. > Wirklich wahnsinnig hohe Spannungen, die er da braucht. In der Tat. Bei ueber 100A zaehlt jedes Volt, das man mehr braucht.
Thomas P. schrieb: >> Dann musst du mehr Spannung draufgeben. Wie hoch ist >> denn der Spannungspeak, den dein Netzteil rausschmeißt, >> wenn du den Sollstrom bspw. von 100 auf 110A änderst? > > Naja, alles was es kann, also 18V. Das ist komisch. Da ist eine Diskrepanz um fast Faktor 10, der Du als allererstes mal nachgehen solltest: Bei 100A und 0.1 Ohm fallen stationaer 10V an der Spule ab. Wenn man die Spannung nun auf 18V erhoeht, sollte wegen 8V = 1mH * 10A / delta_t ein delta_t von 1.25ms herauskommen. (Die Zeitkonstante L/R spielt hier, wie man sich ueberlegen kann, noch keine besondere Rolle; ich habe sie vernachlaessigt. Bei korrekter Rechnung kommen vielleicht 1.4ms heraus...) Deine (gemessenen?) 10ms sind fast das Zehnfache. Woher kommt das?
Possetitjel schrieb: >> Wirklich wahnsinnig hohe Spannungen, die er da braucht. > > In der Tat. Blödsinn. Hohe Blindleistung wäre richtig gewesen. 10 V bleiben auch bei 100 A nur 10 V und das sind keine hohen Spannungen.
Nebenbei will ich mal gerne ein Foto der 1 mH Spule sehen, die bei 100 A nicht schon längst in die Sättigung gegangen ist. Ich habe hier für Versuchszwecke eine 1 mH 20 A Spule, und damit kann man schon jemanden erschlagen.
Sollte die Spule wirklich nicht in die Sättigung gehen, hätte sie bei 100 A 5 J gespeichert. Bei einer Kapazität von 1 nF wären das beim harten Abschalten 70 kV selbstinduzierte Spannung. DAS geht dann von mir aus gerne als hohe Spannung durch.
Timmy schrieb: > Nebenbei will ich mal gerne ein Foto der 1 mH Spule sehen, die bei > 100 A > nicht schon längst in die Sättigung gegangen ist. > > Ich habe hier für Versuchszwecke eine 1 mH 20 A Spule, und damit kann > man schon jemanden erschlagen. Du kaufst Induktivitäten nur in der Kinderabteilung?
@ Timmy (Gast) >Nebenbei will ich mal gerne ein Foto der 1 mH Spule sehen, die bei 100 A >nicht schon längst in die Sättigung gegangen ist. Schon mal was von einer Luftspule gehört? 1mH ist da ungefähr faustgroß bei ca. 1kg. Nicht sooo viel. >Ich habe hier für Versuchszwecke eine 1 mH 20 A Spule, und damit kann >man schon jemanden erschlagen. Mäuse? Hamster? Ameisen? In einem Gerät in der 4ma haben wir eine 700mH Luftdrossel, Durchmesser ca. 50cm, Gewicht ca. 125kg. Die speichert kurzzeitig (20ms) 44kJ (KILOJoule) bei ca. 350A 8-0.
@Thomas Paintner
Was du brauchst ist eine H-Brücke, deren Zwischenkreiskondensator von
einem Netzgerät ausreichender Spannung gespeisst wird ("ausreichend"
definiert sich daraus, wie schnell du die Spule hochmagnetisieren
möchtest).
Deine Induktivität kommt zwischen den Ausgang der H-Brücke und Masse des
Zwischenkreises.
Im Prinzip baust du einen Tiefsetzsteller, indem deine Induktivität
gleichzeitig die Last darstellt.
Im stationären Betrieb mit 100A wäre bei Uzk = 18 V der Dutycycle ca.
0,56.
Bei 110 A entsprechend ca. 0,61.
Um die Spule schnell von 100 A auf 110 A aufzumagnetisieren muss deine
Steuerung den Dutycycle nur für einen einzigen Puls kurzzeitig erhöhen
und dann auf stationären Betrieb mit 0,61 umschalten.
Die Länge diese einmaligen Pulses lässt sich durch Lösen der DGL
U(t) = R*I(t) + L*dI(t)/dt, Einsetzen der Randbedingung I0 = 100 A und
umstellen nach t bestimmen.
Mit deinen 18 V könntest du die Stromänderung in ca. 2 ms durchführen.
Es gibt von vielen Herstellern FETs für unter 30 V mit sehr niedrigem
Rds (teilweise unter 1 mOhm), die würden für deine Anwendung gut passen,
z.B. IRLS3813 auf einer Alukernplatine .
LEler
Falk B. schrieb: > Schon mal was von einer Luftspule gehört? 1mH ist da ungefähr faustgroß > bei ca. 1kg. Nicht sooo viel. Wenn die 100A Dauerstrom vertragen soll wird die schon etwas dicker und schwerer.
Timmy schrieb: > Possetitjel schrieb: >>> Wirklich wahnsinnig hohe Spannungen, die er da braucht. >> >> In der Tat. > > Blödsinn. Keineswegs. > 10 V bleiben auch bei 100 A nur 10 V Stimmt - aber die Beurteilung von "hoch" und "niedrig" aendert sich. > und das sind keine hohen Spannungen. Mein Vater pflegt zum Thema "Relativitaet" immer zu sagen: "Ein Haar auf dem Kopf ist relativ wenig, ein Haar in der Suppe ist relativ viel". Vielleicht verstehst Du, was damit gemeint ist...
Timmy schrieb: > Ich habe hier für Versuchszwecke eine 1 mH 20 A Spule, und damit kann > man schon jemanden erschlagen. Der Rechtsmediziner diagnostiziert dann "Induktivitod".
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