Hallo, ich möchte per MOSFET in der gezeigten Schaltung die Spule mit Eisenkern schalten. Hohe Stromglättung der Spule, ca. 90 DC Strom, 10 % Restwelligkeit. Um die Erwärmung zu reduzieren, möchte ich die Spule takten, ca. 50 % Puls/Pausenverhältnis. Schaltfrequenz ca. 10 Hz. Frage: Ist es sinnvoll, aus EMV Sicht beim Nulldurchgang der Spannung ein bzw. auszuschalten ? Oder ist das egal ?
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Im Nulldurchgang hast du den größten einschaltstromstoß bei Spulen.
Ich sehe da praktisch keinen Unterschied, wenn ich das simuliere. Immerhin will er 10% Restwelligkeit haben und damit muss die Induktivität recht groß sein. Dann braucht man schon mehrere Halbwellen, bis der volle Strom (begrenzt durch deren Wicklungswiderstand) fließen wird.
Nehme mal an, Du hättest 90V AC 50Hz von einem Trafo kommend. Da wäre dann eine Art Wellenpaketsteuerung angebracht. Du schaltest den Mosfet ein, wenn U/2 überschritten wird und bleibt vier Halbwellen lang eingeschaltet. Dann wartest Du wieder vier Halbwellen lang bis der Zyklus von neuem beginnt.
Dirk F. schrieb: > Hallo, > ich möchte per MOSFET in der gezeigten Schaltung die Spule mit Eisenkern > schalten. > Hohe Stromglättung der Spule, ca. 90 DC Strom, Wie meinen? > Um die Erwärmung zu reduzieren, möchte ich die Spule takten, ca. 50 % > Puls/Pausenverhältnis. > Schaltfrequenz ca. 10 Hz. Dann fließt auch weniger Strom. > Frage: Ist es sinnvoll, aus EMV Sicht beim Nulldurchgang der Spannung > ein bzw. auszuschalten ? Nö. > Oder ist das egal ? Ja, denn deine Spule hat vermutlich keine Sättigung innerhalb der Betriebsparameter.
Günter L. schrieb: > Im Nulldurchgang hast du den größten einschaltstromstoß > bei Spulen. Das ist so allgmein schlicht Unsinn. Wenn es bei Induktivitäten einen Einschaltstromstoß gibt, dann sind das eher Trafos. Und warum das so ist, kann man hier nachlesen. https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/5/5d/Verlustarme_trafos.pdf Einfache Spule können zwar auch in Sättigung gehen, aber da liegen die Verhältnisse etwas anders. Wenn die Spule für den Nennstrom ausgelegt ist, passiert das hier in der Schaltung nicht.
Falk B. schrieb: > Günter L. schrieb: >> Im Nulldurchgang hast du den größten einschaltstromstoß >> bei Spulen. Gilt sogar für Luftspulen. > Einfache Spule können zwar auch in Sättigung gehen, aber da liegen die > Verhältnisse etwas anders. Wenn die Spule für den Nennstrom ausgelegt > ist, passiert das hier in der Schaltung nicht. Luftspulen können nicht in Sättigung gehen.
Dieter D. schrieb: > Nehme mal an, Du hättest 90V AC 50Hz von einem Trafo kommend. > > Da wäre dann eine Art Wellenpaketsteuerung angebracht. > > Du schaltest den Mosfet ein, wenn U/2 überschritten wird und bleibt vier > Halbwellen lang eingeschaltet. Dann wartest Du wieder vier Halbwellen > lang bis der Zyklus von neuem beginnt. Das macht man aber nicht bei Spulen, denn dann wäre die Welligkeit ziemlich hoch. Bestenfalls bei riesigen E-Magneten auf dem Schrottplatz, denn die haben so viel Induktivität, da dauert das Auf- und Abmagnetisieren mehrere Sekunden! Das hatten wir mal in einer Diskussion hier.
Dirk F. schrieb: > Hohe Stromglättung der Spule, ca. 90 DC Strom, 10 % Restwelligkeit. Also eine sehr hohe Induktivität. Dirk F. schrieb: > Um die Erwärmung zu reduzieren, möchte ich die Spule takten, ca. 50 % > Puls/Pausenverhältnis. > Schaltfrequenz ca. 10 Hz. Das wird mit der Induktivität nichts, in 1/20 Sekunde fällt der Spulenstrom höchstens auf die Hälfte. Elektronik besteht nicht aus zusammenreimen und wünschen sindern aus Physik. Wenn du eine so hohe Induktivität schnell umladen musst brauchst du eine hohe Spannung, in beiden Polaritäten. Warum du nicht mit halbem Strom die ganze Zeit und damit halber Verlustleistung auskommst scheint auch so eine alternative Physik zu sein
Dirk F. schrieb: > per MOSFET in der gezeigten Schaltung die Spule mit Eisenkern schalten. Du weißt aber schon, dass deine Gatespannung immer 10V über der Sourcespannung sein muss, damit der Mosfet leitet? Günter L. schrieb: > Im Nulldurchgang hast du den größten einschaltstromstoß bei Spulen. Auf welchem physikalischen Effekt könnte das beruhen? Dirk F. schrieb: > Hohe Stromglättung der Spule Wenn man eine hohe Stromglättung möchte, dann nimmt man aus Gründen des Gewichts am ehesten eine hohe Schaltfrequenz. > ca. 90 DC Strom Was sind 90 DC "Strom"? Ampere oder Volt? > 10 % Restwelligkeit. Und wenn du da mit 100Hz Ripple aus dem Netz drauf gehst, dann ist die vorrangige Hauptaufgabe, mal diese 100Hz glatt zu bekommen. Kannst du einfach mal beschreiben, was die eigentliche Aufgabe ist. Und eben nicht, wie du sie lösen würdest.
Lothar M. schrieb: > Kannst du einfach mal beschreiben, was die eigentliche Aufgabe ist. Und > eben nicht, wie du sie lösen würdest. Es ist ein großer Gleichstrom Elektromagnet, aber nicht auf einem Schrottplatz.
Dirk F. schrieb: > Es ist ein großer Gleichstrom Elektromagnet Die Kristallkugel kann keine Daten erkennen.
Ich mag Salamipizza... Dirk F. schrieb: > Es ist ein großer Gleichstrom Elektromagnet, Welchen möglicht wenig welligen Strom willst du da durchschieben?
H. H. schrieb: > Die Kristallkugel kann keine Daten erkennen. Versorgung: 230 V AV 50 Hz Magnet: 205 V DC 5 A.
Lothar M. schrieb: > Welchen möglicht wenig welligen Strom willst du da durchschieben? 1. Mosfet geschlossen. AC Versorgung wird eingeschaltet. 2. Der Spulenstrom steigt in ca. 2 Sekunden bis auf Beharrung an. 3. Dann soll der Spulenstrom/Spulenspannung auf 50 % über MOSFET reduziert werden.
Lothar M. schrieb: >> Im Nulldurchgang hast du den größten einschaltstromstoß bei Spulen. > Auf welchem physikalischen Effekt könnte das beruhen? Nur bei Induktivität im Wechselstromkreis. Wir haben hier Gleichstrom. Beim Einschalten der Spannung ist erst mal Strom = 0, der dann langsam ansteigt.
Dirk F. schrieb: > 1. Mosfet geschlossen. AC Versorgung wird eingeschaltet. > 2. Der Spulenstrom steigt in ca. 2 Sekunden bis auf Beharrung an. > 3. Dann soll der Spulenstrom/Spulenspannung auf 50 % über MOSFET > reduziert werden. Kann man alles so machen. Aber man braucht einen passenden Gatetreiber mit Bootstrap, damit der genügend Spannung bekommt.
Falk B. schrieb: > Aber man braucht einen passenden Gatetreiber > mit Bootstrap, damit der genügend Spannung bekommt. Ja klar. Siehe hier Beitrag "DC-DC Wandler für IGBT/MOSFET Treiber dimensionieren (Leistung)"
von Lothar M. schrieb: >> Im Nulldurchgang hast du den größten einschaltstromstoß bei Spulen. >Auf welchem physikalischen Effekt könnte das beruhen? Ich würde mal sagen, an der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Der Strom steigt nach dem Einschalten mit der Zeit an, und wenn nun auch noch die Spannung beim ansteigen ist, wird der Stromanstig noch mal beschleunigt. Bei Kondensatoren ist es genau umgekehrt, da ist der Einschaltstromstoß im Scheitelpunkt am großten. Es hat also nichts mit Sättigung und Remanenz zutun.
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Klaus H. schrieb: > Ich sehe da praktisch keinen Unterschied, wenn ich das simuliere. > Immerhin will er 10% Restwelligkeit haben und damit muss die > Induktivität recht groß sein. Dann braucht man schon mehrere Halbwellen, > bis der volle Strom (begrenzt durch deren Wicklungswiderstand) fließen > wird Als Anlage mal eine reale Messung des Spulenstromes (A) einer kleineren Spule nach dem Einschalten der AC Spannung. MOSFETS ständig leitend.
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Michael B. schrieb: > Warum du nicht mit halbem Strom die ganze Zeit und damit halber > Verlustleistung auskommst scheint auch so eine alternative Physik zu > sein P = U * I Halbe Spannung = Halber Strom = 1/4 Verlustleistung
H. H. schrieb: >> Magnet: 205 V DC 5 A. > Das ist etwas dürftig. Welche Angaben fehlen denn ? Spulenwiderstand = 205V/5A = 41 Ohm
Günter L. schrieb: > wird der Stromanstig noch mal beschleunigt. Bei Zeitkonstanten im Sekundenbereich ist das aber EMV-technisch völlig irrelevant. In diesem Frequenzbereich wird nichts abgestrahlt. Ob da die erste Halbwelle den Strom einen Mückenschiss steiler ansteigen lässt oder nicht, wird im Spektrum nichts ändern. Also wird sich da bestenfalls die Änderung der Stromrichtung beim Ein- und Abschalten und dem Wechsel des Strom vom Mosfet auf den Freilaufkreis störend auswirken. Ergo sollte man tun, was man bei Schaltvorgängen immmer tun sollte: die Freilaufdiode dorthin, wo die Richtungsänderung auftritt (am Mosfet), dazu hinreichend flache Schaltfranken. Und verdrillte Kabel zum Magneten.
Lothar M. schrieb: > Bei Zeitkonstanten im Sekundenbereich ist das aber EMV-technisch völlig > irrelevant. Ja für die magnetischen Störungen durch Stromflußänderungen gebe ich Dir Recht. Dass passiert hier alles langsam. Aber die Spannung an der Spule sieht ja ganz anders aus. Eben 2 Halbwellen pro 20 ms vom Gleichrichter. Macht es aus dieser Sicht einen Unterschied, wenn ich nahe am Spannung-Nullpunkt ein/ausschalte oder eben irgendwo mitten in der Spannungshalbwelle.
Dirk F. schrieb: > H. H. schrieb: >>> Magnet: 205 V DC 5 A. >> Das ist etwas dürftig. > > Welche Angaben fehlen denn ? > Spulenwiderstand = 205V/5A = 41 Ohm Es handelt sich doch um eine Spule.
Beitrag #7560151 wurde vom Autor gelöscht.
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Günter L. schrieb: > Ich würde mal sagen, an der Phasenverschiebung zwischen > Strom und Spannung. Der Strom steigt nach dem Einschalten > mit der Zeit an, und wenn nun auch noch die Spannung beim > ansteigen ist, wird der Stromanstig noch mal beschleunigt. Bei der Spule des TO (10% Restwelligkeit -> etwa 0.8mH) kannst du den Effekt vernachlässigen (Schaltung 1 im Nulldurchgang bei 50ms, Schaltung 2 im Maximum bei 315ms)
Rainer W. schrieb im Beitrag #7560151: Sehr schöne Simulation. Hast Du die zufällig mit KICAD gemacht ?
Dirk F. schrieb: > Hast Du die zufällig mit KICAD gemacht ? War zwar nicht ich, aber das sieht ganz klar nach LTSpice aus.
Dirk F. schrieb: > Rainer W. schrieb im Beitrag #7560151: > Sehr schöne Simulation. Hast Du die zufällig mit KICAD gemacht ? Danke - nein, mit LTSpice
Dirk F. schrieb: > Dann soll der Spulenstrom/Spulenspannung auf 50 % über MOSFET reduziert > werden. Ach, er soll gar nicht ein und aus Dirk F. schrieb: > möchte ich die Spule takten, ca. 50 % Puls/Pausenverhältnis. > Schaltfrequenz ca. 10 Hz. Ja, geht, im Nulldurchgang wird EMV etwas besser weil die Spannung an den Spulenanschlüssen nicht springt, der Strom fliesst sowieso writer, aber sowohl die Frequenz als auch Auswirkung ist letztlich vernachlässigbar, du kannst im Spannungsnulldurchgang, im Stromnulldurchgang oder völlig asynchron schalten, ich würde mehr als 10Hz nehmen.
Dirk F. schrieb: > Aber die Spannung an der Spule sieht ja ganz anders aus. > Eben 2 Halbwellen pro 20 ms vom Gleichrichter. > Macht es aus dieser Sicht einen Unterschied, wenn ich nahe am > Spannung-Nullpunkt ein/ausschalte oder eben irgendwo mitten in der > Spannungshalbwelle. Nein. Lediglich Stromänderungen erzeugen Störungen. Michael B. schrieb: > Ja, geht, im Nulldurchgang wird EMV etwas besser weil die Spannung an > den Spulenanschlüssen nicht springt Das ist aber nur kritisch, wenn man schnell schaltet und eine ungünstige Verdrahtung mit einigen parasitären L und C hat. Michael B. schrieb: > ich würde mehr als 10Hz nehmen. Und ich würde zudem ein Halbleiterrelais **vor** dem Gleichrichter nehmen. Dann könnte ich mir den ganzen Klimbim mit dem Mosfet und der Nulldurchgangserkennung sparen und hätte ein potentialgetrenntes Bauteil von der Stange da drin, das in 20 Jahren jeder Haus- und Hofelektriker ersetzen kann.
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Dirk F. schrieb: > Michael B. schrieb: >> Ach, er soll gar nicht ein und aus > > Ja, richtig erkannt !!! 10Hz führt aber zu ziemlichem Ein/Aus, falls sich die Angabe zur Restwelligkeit auf Dauerbetrieb mit zwei-Weg-gleichgerichteten 50Hz bezieht.
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Rainer W. schrieb: > 10Hz führt aber zu ziemlichem Ein/Aus, Kannst Du bitte mal die Induktivität in der Simulation 5 mal großer machen. Dann sollte es der Realität besser entsprechen.... Danke Dir...
Allerdings muss man beachten, daß die Spannungsquelle (das 230V Netz) nach dem Gleichrichter einen Zweiwegegleichrichtung liefert, also eine mit 100 Hz pulsierende Spannung. Wenn man da unsynchronisiert mit 50% PWM macht, kommen da komische Signalverläufe raus, die man vermutlich nicht haben will. Also sollte bzw. muss man synchron zur Netzspannung die PWM betreiben, damit ist es wieder eine Phasenanschittsteuerung. Die kann jeder normale Thyristordimmer auf der 230V AC Seite machen.
Falk B. schrieb: > Wenn man da unsynchronisiert mit 50% PWM macht, kommen da komische > Signalverläufe raus, die man vermutlich nicht haben will. Unsinn - wenn der Strom dadurch 1% moduliert wird, stört das praktisch niemanden. Zeig mal, was du da genau für Ungemach erwartest. Was soll da groß passieren? Dirk F. schrieb: > Kannst Du bitte mal die Induktivität in der Simulation 5 mal großer > machen. Hab ich jetzt gemacht (4H), gibt auch noch eine kräftige Modulation mit 1.2A_pp > Dann sollte es der Realität besser entsprechen.... Wie soll das mit deiner Angabe zu Restwelligkeit zusammenpassen? Bezog sich die auf Dauerbetrieb mit den gleichgerichteten 50Hz oder auf einen Wellenpaketbetrieb mit 10Hz/50%? Dirk F. schrieb: > Hohe Stromglättung der Spule, ca. 90 DC Strom, 10 % Restwelligkeit. p.s. LTSpice ist frei verfügbar https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
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Rainer W. schrieb: > Hab ich jetzt gemacht (4H), gibt auch noch eine kräftige Modulation mit > 1.2A_pp Verstehe ich nicht. Bei größerer Induktivität müsste die Welligkeit im Strom geringer werden. Sieh Anlage meine Simulation mit 200 mH und 1000 mH
Rainer W. schrieb: > Hab ich jetzt gemacht (4H), gibt auch noch eine kräftige Modulation mit > 1.2A_pp Passt einwandfrei. Vorher 4,8A Gezappel. Jetzt 1,2A. Genau Faktor 4. Ergo muss die Schaltfrequenz höher werden, damit dieser "Ripple" von jetzt 25% auf 10% reduziert wird. Dirk F. schrieb: > müsste die Welligkeit im Strom geringer werden. Diese 1,2A kommen auch nicht von den 100Hz, sondern von den 10Hz...
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Lothar M. schrieb: >> müsste die Welligkeit im Strom geringer werden. > Diese 1,2A kommen auch nicht von den 100Hz, sondern von den 10Hz... Und wenn man die 100 Hz schon hat, ist es sinnvoll und Stand der Technik, die zu modulieren, auch bekannt als Phasenanschnitt.
Rainer W. schrieb: > 10Hz Mach mal 9,93 Hz (o.ä.) da draus, dass das Ding auch mal asynchron wird und nicht genau im Nulldurchgang schaltet. Und lass dann die Simu länger laufen.
Die Drosselseite ist überhaupt kein Problem. Auf der Netzseite muss man Aufpassen. Da sind im Stromnetz auch Trafos verbaut die dich mit Überspannungen beim Stromänderungen beglücken können. Ein/Abschalten sollte Netzsynchron & in der Nähe des Nulldurchganges stattfinden damit die Blindleistung nicht unnötig hoch wird. Gleichanteilsfrei also symmetrisch für positive und negative Halbwelle sonst mag dich der Stromversorger nicht. Etwas X-Kapazität, Überspannungsschutz und eine passende Sicherung sind sicher kein Luxus. Das ist dann noch nicht zum verkaufen mit CE Zeichen aber dürfte für ein Einzelstück funktionieren. Fertiger Triacdimmer und Drossel im Brückengleichrichter währe in der Praxis auch einen Versuch wert. Viel Erfolg Hauspapa
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Falk B. schrieb: > als Falk B. schrieb: > und Stand der Technik, die zu modulieren, auch bekannt als > Phasenanschnitt. Das sind über 85W. Daher entweder sinusfoermige Stromaufnahme oder Wellenpaketsteuerung.
Dieter D. schrieb: > Falk B. schrieb: >> als > > Falk B. schrieb: >> und Stand der Technik, die zu modulieren, auch bekannt als >> Phasenanschnitt. > > Das sind über 85W. Daher entweder sinusfoermige Stromaufnahme oder > Wellenpaketsteuerung. Die Induktivität macht das schon.
Da haette der TO vor dem Mosfet induktive Überschwinger des Versorgungstrafos zu haendeln, wenn da nicht noch mehr Lasten dranhaengen wuerden oder nicht fast alles ins Netz rueckwirken lassen koennte.
Lothar M. schrieb: > Mach mal 9,93 Hz (o.ä.) da draus, dass das Ding auch mal asynchron wird > und nicht genau im Nulldurchgang schaltet. Und lass dann die Simu > länger laufen. Dann hast du im Strom ein ganz leichte Modulation (weniger als 1%) mit etwa 0.07Hz, wie schon oben angedeutet. Was soll da großartiges passieren? Falk hatte das Aliasing-Thema ja schon angesprochen, aber bedauerlicherweise dann nicht weiter ausgeführt. Sooh komische Dinge sehe ich da im Strom nicht. Falk B. schrieb: > Wenn man da unsynchronisiert mit 50% PWM macht, kommen da > komische Signalverläufe raus ...
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von Rainer W. schrieb: >Bei der Spule des TO (10% Restwelligkeit -> etwa 0.8mH) kannst du den >Effekt vernachlässigen >(Schaltung 1 im Nulldurchgang bei 50ms, Schaltung 2 im Maximum bei >315ms) Ja, gebe ich dir Recht, ist bei dieser Anwendung belanglos. Man kann den Efekt nicht sehen, weil der Strom über diese lange Zeit sehr groß wird gegenüber den ersten 5ms. Mach mal eine Simulation wo nur 5ms abgebildet werden, einmal im Nulldurchgang und einmal im Scheitelpunkt einschalten, dann müßte der Efekt sichtbar werden. Wo man diesen Efekt nicht mehr vernachlässigen kann, wäre wenn man große Trafos, 1kW oder größer einschaltet. Wenn man dann zufällig im Nulldurchgang einschaltet fliegt die Sicherung und im Scheitelpunkt nicht. Ich habe so ein Trafo, der hat, damit daß nicht passiert extra ein zwei-Stufen einschalter.
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Günter L. schrieb: > Mach mal eine Simulation wo nur 5ms abgebildet werden, > einmal im Nulldurchgang und einmal im Scheitelpunkt einschalten, > dann müßte der Efekt sichtbar werden. Ja, die Krümmung beim Einschalten ist wegen der anderen Phasenlage natürlich unterschiedlich, aber irgendwelche extravaganten Strompeaks entstehen da in keinem Fall.
Lothar M. schrieb: > Nein. Lediglich Stromänderungen erzeugen Störungen. Das kann ich irgendwie nicht glauben. Bei einem Frequenzumrichter ist der Strom zum Motor aufgrund der Induktivität des Morores geglättet, aber die PWM Spannungsmodulation erzeugt starke Störungen, die z.B. mit Sinusfiltern im Ausgangskreis reduziert werden. Ähnlich sieht es doch auch in diesem Fall aus, nur dass wesentlich seltener geschaltet wird.
Dirk F. schrieb: > Lothar M. schrieb: >> Nein. Lediglich Stromänderungen erzeugen Störungen. > > Das kann ich irgendwie nicht glauben. Warum nicht. Bei PWM gibt es zwei verschiedene Stromkreise (Speisung aus Versorgung, Freilauf), zwischen denen mit der PWM-Frequenz umgeschaltet wird. Damit hast du kräftige Stromänderungen, wenn auch nicht in der Induktivität. Schon die Größe der Leiterschleifen hat einen ziemlichen Einfluss auf abgestrahlte magnetische Störungen.
Das Einschalten und dessen Zeitpunkt betrachte ich hier eher unkritisch. (Im Nulldurchgang entstehen weniger steile Spannungsflanken.) Die Stromaufnahme auf der Gleichstromseite ist fast konstant, auf der Wechselstromseite ist der Strom dann rechteckförmig. (Wechselstromseitige TRIAC-Steuerung wird nicht möglich sein, weil die Zeit zum Löschen sehr kurz wird.) Mindestens ebenso kritisch betrachte ich das Ausschalten. Die große Induktivität erhält den Stromfluss in gleicher Richtung aufrecht, dabei entsteht eine steile Spannungsflanke. Eine schnelle Diode D10 oder ähnlich muss den abklingenden Strom dann übernehmen. Und bedingt durch die Eingenkapazität der Wicklung und der Spulengüte geht der Strom oft mehr oder weniger schwingend gegen 0.
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