Hallo, für einen step-up Wandler bräuchte ich eine Speicherdrossel. Bei dieser kommt es ja darauf an, dass die magnetische Energie in einem Luftspalt gespeichert werden kann. Dieser Luftspallt kann ja entweder im Material direkt sein oder eben ein echter Luftspalt sein. Und nun die Fragen: 1. Wie kann man bei einer Drossel feststellen, ob sie als Speicherdrossel geeignet ist, wenn man keine Informationen über das Kernmaterial hat? Kann man das durch Messungen herausfinden? 2. Könnte man in Spice eine Speicherdrossel und eine normale modellieren, so dass man in der Simulation sehen kann, dass die eine nicht in einem step-up Wandler funktioniert? Wodurch unterscheidet sich die Speicherdrossel elektrisch von einer normalen? 3. Auf dem Bild im Anhang ist eine Drossel zu sehen, die ich aus einer kaputten Energiesparlampe ausgebaut habe. Man sieht da ganz deutlich einen Spalt von ca. 1mm bei dem Kern, was hier wohl ein Fertigungsfehler ist. (vermutlich handgewickelt und gebaut in China :-), war eine Lampe für 1,50 Euro) Diese Drossel müsste doch gut als Speicherdrossel geeignet sein, oder? (Die Induktivität hab ich schon gemessen. Die würde in etwa passen.) MfG, Bri
Angehängte Dateien:
-
drossel.jpg
61 KB
Wann (und ob) das Kernmaterial in die Sättigung geht, könnte man noch messen (oder aus dem Drahtquerschnitt abschätzen). Für welche Schaltfrequenz das Kernmaterial geeignet ist? Keine Ahnung. Die Speicherdrossel eignet sich, wie der Name schon sagt, besonders zum Speichern von Energie: E = ½ L I² Wenn das µr,eff durch einen Luftspalt verringert wird, braucht es entsprechend mehr Strom, um die Spule in die Sättigung zu bringen. Dieser geht wiederum quadratisch in die gespeicherte Energie ein und, voilá, die speicherbare Energie ist größer. Ich glaube nicht, dass der Spalt ein Fertigungsfehler ist. Wenn Du das Ding verwenden willst, bau ne Sicherung ein und probier es aus. Könnte klappen.
Man verwendet meistens Drosseln ohne Luftspalt als Speicherdrosseln: Am besten Ringkerndrosseln, welche ein besonders geringes Streufeld haben.
Zu deiner Frage Nummer 1. Man gibt Impulse durch die Primärwicklung der Spule mit immer längerer Zeit und beobachtet am Oszi wann der Spannungsanstieg aufhört, dann ist man an der Sättigung. Ab diesem Moment tritt nur noch der ohmsche Wiederstand der Drahtwicklung auf, wodurch der Strom enorm ansteigt. Und das gilt es zu verhindern. Man nimmt also entweder nen größeren oder einen Kern der z.B. durch einen Luftspalt mehr Energie Speichern kann oder man erhöht die Frequenz wodurch die Impulse wieder kurzer werden. Es ist also wichtig das man vor der Sättigung abschaltet sonst wird das Schaltelement und die restl. Bauteile extrem beansprucht.
@sous:
> Man verwendet meistens Drosseln ohne Luftspalt als Speicherdrosseln:
Das ist, gelinde gesagt, völliger Unsinn!
Die Energie wird im Großen und Ganzen im Luftspalt gespeichert. Ein
luftspaltloser Kern geht viel zu schnell in Sättigung und müsste einen
exorbitant hohen Querschnitt haben, um ausreichend Energie speichern zu
können.
Erkundige Dich bitte demnächst, bevor Du hier Deinen Senf dazu gibst!
Wenn eine Drossel ohne "sichtbaren" Luftspalt verwendet wird, dann
deshalb, weil dem Kernmaterial Füllstoffe zugesetzt werden, die für
einen kontinuierlich verteilten Luftspalt sorgen.
> Das ist, gelinde gesagt, völliger Unsinn! > Erkundige Dich bitte demnächst, bevor Du hier Deinen Senf dazu gibst! Ich habe noch keinen step-up-Wandler gesehen, der eine Drossel mit Luftspalt verwendet. > Wenn eine Drossel ohne "sichtbaren" Luftspalt verwendet wird, dann > deshalb, weil dem Kernmaterial Füllstoffe zugesetzt werden, die für > einen kontinuierlich verteilten Luftspalt sorgen. Entschuldige, aber das ist völliger Blödsinn.
@Jens: > Ich habe noch keinen step-up-Wandler gesehen, der eine Drossel mit > Luftspalt verwendet. Dann solltest Du diese Erfahrung vielleicht mal nachholen! Ich persönlich habe schon reichlich gesehen... > Entschuldige, aber das ist völliger Blödsinn. Ist es nicht. Step-Up-Wandler gibt es in unterschiedlichen Ausführungen bzw. Technologien. Boost-Converter benötigen eine Speicherdrossel, um die Energie zwischenzuspeichern. Die Step-Up-Wandler, die Du meinst, sind aber in der Regel (meist aus EMV-Gründen) keine Boost-Converter und benötigen aufgrund ihres Aufbaus auch keine Speicherdrossel! Es ging in diesem Thread und auch in meinem Posting von oben um Speicherdrosseln und nicht um Übertrager o.ä.!
@Bri Soweit ich weiß, ist es in PSpice nicht möglich die Sättigung eines Kerns zu simulieren. Würde mich aber freuen wenn es doch geht. @Jens & Johnny Wenn ich den Luftspalt so groß mache, dass kein Kern mehr übrigbleibt (Luftdrossel) kann ich dann sehr viel Energie speichern? Hier mal was Fundiertes zum Lesen: http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/snt/snt_deu/sntdeu3.pdf http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/aww_smps.html PS: wenn ich einen Schaltregler mit LM2576 baue verwende ich die Funkentstördrosseln FED 100µ von Reichelt weil sie billig sind. Das sind Sinterkerndrosseln, also praktisch mit Luftspalt im Material. Dass die Schaltung trotzdem funktioniert liegt daran, dass trotz "Luftspalt" die Induktivität groß genug ist um einen (mehr oder weniger) kontinuierlichen Stromfluss zu gewährleisten. Nur darauf kommt es an :-)
> Wenn ich den Luftspalt so groß mache, dass kein Kern mehr übrigbleibt > (Luftdrossel) kann ich dann sehr viel Energie speichern? Schön, daß endlich einer die Luftnummer beendet :-)
> Wenn ich den Luftspalt so groß mache, dass kein Kern mehr übrigbleibt > (Luftdrossel) kann ich dann sehr viel Energie speichern? Im Prinzip ja, aber die Drossel wird dann auch sehr groß. Ich habe hier eine 40µH Drossel auf Keramikkern, die hat 28 Windungen mit 4mm Draht, Außendurchmesser 125 mm und Länge 200 mm. Zusätzlicher Nebeneffekt: da das Magnetfeld nicht durch einen Kern gebündelt wird ist eine äußere magnetische Abschirmumg nötig, ansonsten gibt das eine prima magnetische Antenne. Das Optimum ist erreicht, wenn bei der maximalen Strombelastbarkeit der Wicklung der Kern gerade noch nicht in der Sättigung ist. Die Entstördrosseln sind nur für kleine Leistungen einsetzbar, die sind auf relativ große Verluste ausgelegt um die Störungen gut zu dämpfen. Durch den schlechten Wirkungsgrad werden die bei höheren Leistungen sehr warm.
Michael wrote: >> Wenn ich den Luftspalt so groß mache, dass kein Kern mehr übrigbleibt >> (Luftdrossel) kann ich dann sehr viel Energie speichern? > > Schön, daß endlich einer die Luftnummer beendet :-) Peinlich, oder? Wie Dieter Werner schon schrieb, kann man in einer Luftspule theoretisch beliebig viel Energie speichern. Man muss eben genügend Windungen nehmen und den Querschnitt des Drahtes passend dimensionieren. Das wird natürlich sehr teuer, weshalb in der Regel Spulen nur in Verbindung mit Kernen eingesetzte werden. Wer jetzt meint, mal eben mit der Feile oder Säge einen Luftspalt in einen Kern machen zu können: Ein unterschied von 0,1 mm hat schon einen deutlichen Einfluss auf das µr,eff und damit auf die Induktivität.
Ich denke die Hersteller von Auf- oder Abwärtswandlern sind nicht bestrebt, große Luftspulen zu bauen um damit den Preis hochzutreiben, oder starke Streufelder zu fabrizieren. Wenn doch mal ein Kern mit Luftspalt genommen wird könnte das darin liegen, daß sie den billig aufgekauft haben, oder die Schaltung soll ein spezielles Verhalten zeigen. Theoretisch geht vieles, aber was würde ich jemand raten, der hier fragt welche Speicherdrossel er verwenden soll? Das Wort ist ja schon falsch müsste es nicht Speicherinduktivität heißen? Ich will doch nix drosseln. Auf jeden Fall muss ich je nach Strom, Frequenz und gewünschter Restwelligkeit eine bestimmte Induktivität benutzen, wie ist egal.
...anstatt euch hier gegenseitig anzumachen (Unfug, Blödsinn etc.) solltet ihr vielleicht mal die Anschaffung dieses Werkes hier in Erwägung ziehen: http://www.we-eisos.de/we_web/frames,LA,DE,KA,343.php Ist natürlich (weil von einem entsprechenden Hersteller publiziert) auf bestimmte Produkte zentriert, aber die Grundlagen gelten unabhägig davon. Interessant ist zufällig auch im Zusammenhang mit diesem Thread die erste Leseprobe über Bauteile (werden nämlich Speicherdrosseln behandelt).
> Peinlich, oder?
Stimmt ! Wie muß denn die Luft beschaffen sein ? Mit Vakuum geht's wohl
nicht ?
Noch ein Nachtrag an alle Verfechter der Luftspaltdrosseln: Wenn ein Kern gesättigt ist, bleibt immer noch das µ0 der Luft übrig, so dass man weiterhin Energie, in der Art einer Luftspule, speichern kann. Eine Sinnvolle Anwendung für Luftspaltkerne habe ich immer dann wenn ein Gleichstrom überlagert ist der den Kern in die Sättigung treibt. Aber wo wir uns hier gerade in einem MC-Forum rumtreiben - Wie wärs denn mit einem Messgerät, das die Sättigung von Übertrager und Drosseln automatisch ausmisst?
Ihr habt ja alle mehr oder weniger recht. Ob man eine Drossel ohne Luftspalt verwenden kann oder einen Luftspalt vorsehen muss (und als "Luft" eignet sich im Prinzip jedes Material mit diamagnetischen Eigenschaften, also µr ~ 1, und auch Vakuum (µr = 1)), hängt von den jeweiligen Bedingungen ab. Wenn man mit einem Kern ohne Spalt den erforderlichen Strom durchkriegt, ohne dass der Kern in Sättigung geht, kann man selbstverständlich einen solchen verwenden. Was mich oben zu der (zugegebenermaßen übertriebenen, sorry...) Reaktion veranlasst hat, war eben die Aussage, dass man für Speicherdrosseln meistens Kerne ohne Luftspalt verwendet, was so (auch in meiner eigenen Erfahrung, ich habe schon eine ganze Reihe Hoch- und Tiefsetzsteller gebaut und auch die dazugehörigen Speicherdrosseln selber gewickelt) nicht die ganze Wahrheit ist. In vielen Fällen (gerade dann, wenn es um Optimierung geht, was Baugröße und Wirkungsgrad betrifft und dann, wenn man mit einer störenden Gleichstrom-Vormagnetisierung rechnen muss, wie Stefan Gemmel richtig angesprochen hat) kommt man um Luftspalt-Kerne nicht rum, aber ich selber kenne andererseits auch einige Anwendungen, in denen luftspaltlose Kerne eingesetzt werden können. Bei den auch angesprochenen Eisenpulverkernen ist das Ganze eh nicht so kritisch, weil Eisen eine wesentlich höhere Sättigungsflussdichte hat als Ferrite. Da kommt man nicht so schnell in die kritischen Bereiche. Gruß Johnny
Die Missverständnisse in solchen Threads entstehen oft dadurch, dass jeder von was anderem redet. Der Leistungselektroniker denkt an die dicken Tiefsetzsteller. Der Nachrichtentechniker an die kleinen Drosseln eines Inverswandlers. Die Antworten werden dann aber allgemein gegeben.
Die ganzen Eisenpulver-Ringkerne in Schaltnetzteilen haben einen Luftspalt. Man sieht ihn nur nicht, weil es ein verteilter Luftspalt ist. Einfach mal die Datenblätter entsprechender Ringkerne lesen. Wenn man Ferrite wie N27 oder N30 etc. einsetzt, dann sieht man den Luftspalt auch. Wie z.B. im Bild des Eingangsposting. Es gibt z.B. auch aufgesägte Ringkerne aus Ferrit, oder Ringkern-Hälften. Da ist dann auch der Luftspalt vorhanden. Ergo: Luftspalt hat man praktisch immer, man sieht ihn nur nicht immer. Ansonsten würden die Induktivitäten mechanisch sehr groß werden. Und ja, man könnte auch eine Luftspule als Speicherdrossel einsetzen. Nur dass das Ding riesig wäre und wirtschaftlich und mechanisch völliger Blödsinn.
> Ergo: Luftspalt hat man praktisch immer, man sieht ihn nur nicht immer. > Ansonsten würden die Induktivitäten mechanisch sehr groß werden. > Fang doch nicht schon wieder mit dem Unsinn an. Die Induktivität wird aus µ, N und A berechnet. Kleineres µ bedeutet größere Windungszahl oder größerer Querschnitt. Also GRÖSSER! nicht kleiner
@ Unbekannter >Und ja, man könnte auch eine Luftspule als Speicherdrossel einsetzen. >Nur dass das Ding riesig wäre und wirtschaftlich und mechanisch völliger >Blödsinn. Das stimmt auch nicht. Bei größeren Leistungen können Luftspulen durchaus wirtschaftlicher sein als Spulen mit Kern. Ich habe mal in einem 2-kW-Resonanzwandler eine Luft-Resonanzspule eingesetzt, weil die erstens nicht mehr viel größer war als eine Spule mit Kern und zweitens die zusätzlich benötigte Kupfermenge weitaus billiger ist als der benötigte große Ferritkern. Außerdem wird bei Ferritkernen die Kernerhitzung mit zunehmender Größe ein Problem. Um dem Einwand zuvorzukommen: Resonanzspulen in Resonanzwandlern sind auch Speicherdrosseln, müssen aber wesentlich bessere Eigenschaften haben als solche in DC-DC-Wandlern. Pulverkerne würden da schnell ausglühen. Jörg
Stefan Gemmel wrote: > >> Ergo: Luftspalt hat man praktisch immer, man sieht ihn nur nicht immer. >> Ansonsten würden die Induktivitäten mechanisch sehr groß werden. >> > Fang doch nicht schon wieder mit dem Unsinn an. > Die Induktivität wird aus µ, N und A berechnet. > Kleineres µ bedeutet größere Windungszahl oder größerer Querschnitt. > Also GRÖSSER! nicht kleiner Wenn es nur darum geht, eine möglichst kleine Spule mit einer gegebenen Induktivität zu bauen, dann ist ein Luftspalt in der Tat kontraproduktiv. Allerdings geht eine solche Spule zu schnell in die Sättigung. Um das zu verhindern, braucht man einen grösseren Kern, was die Spule natürlich grösser macht. Bei Speicherdrosseln geht es darum, möglichst viel Energie zu speichern. Die Energie ist 1/2 L I². Bei einer Spule mit Luftspalt ist zwar die Induktivität kleiner, dafür kann der Strom aber grösser sein. Insgesamt ist die gespeicherte Energie grösser.
> Bei Speicherdrosseln geht es darum, möglichst viel Energie zu speichern. > Die Energie ist 1/2 L I². Bei einer Spule mit Luftspalt ist zwar die > Induktivität kleiner, dafür kann der Strom aber grösser sein. Insgesamt > ist die gespeicherte Energie grösser. Einige wollen es wohl einfach nicht verstehen/glauben/lesen. Sinngemäß steht das schon in der ersten Antwort. Vielleicht klappt es ja diesmal ;-P Die Luftspaltgegner unter euch haben sicher Recht. Alle Hersteller von Spulenkernen sind total bescheuert, weil sie absichtlich Füllstoffe einsetzen, die funktional einem Luftspalt gleichkommen.
Die Formel zum Berechnen einer Induktivität steht z.B in Wiki: L=N^2 µ0 µr * A / (2 PI r) Wenn ich eine Luftspalt einbaue, bei gleichem Kern, habe ich weniger Induktivität richtig? Nun geh ich auf Schmidt-Walters HP (Aufwärtswandler): http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/aww_smps.html Vorgaben: Ue 20V Ua 40V Ia 10A f 1kHz errechnete Induktivität 1,25mH Der Laststrom schwankt dabei um etwa 8A Nun baue ich einen Luftspalt ein (ich erhöhe damit µ und habe eine geringere Induktivität) Ich setze ein L=0,5mH Und siehe da der Strom in der Last schwankt schon um 20A Ich möchte aber doch einen möglichst glatten Gleichstrom :-( Hat jemand eine Erklärung? PS: das Gleiche kann ich auch in PSpice simulieren.
Hallo, der (elektrische) Wert der Induktivität sollte schon gleichbleiben. Du musst den geringeren Betrag von µges durch konstruktive Massnahmen wie Erhöhung der Windungszahl oder größeren Querschnitt des Kerns ausgleichen. Arno
um die Verwirrung zu komplettieren: Bei Zündspulen, die ja nur als DC Spulen betrieben werden und jede Menge Energie speichern sollen, baut man anstelle des Luftspalts ein Permanentmagnetscheibchen ein, dessen Feld dem des Spulenfelds entgegengesetzt ist. Somit kommt man noch später in die Sättigung und kann mehr Energie speichern.
Angehängte Dateien:
-
spule.jpg
27 KB
stimmt soweit alles mit dem Luftspalt und mehr Energie speichern. Aber in der Praxis habe ich damit ein Problem. Zuerst berechne ich immer die Induktivität die ich brauche. Dann wähle ich entsprechend der Leistung einen Kern Auf diesen kriege ich vom Platz her nur wenige Windungen. Würde ich einen Luftspalt einfügen, bräuchte ich mehr Windungen. Geht aber nicht (Bild)
Wenn du den Kern entsprechend der zu speichernden Energie auswählst sollte es klappen. Auf der oben schon genannten Website gibts auch entsprechende Daten für einige Kerne: http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/l_smps_in.html
Hallo, Füllfaktor vergrößern: http://www.j-lasslop.de/jlasslop/index.php?id=63 HF-Litze gibt es auch qadratisch. Arno
in Zündspulen wie auch in Trafos werden auch gerne isolierte Bleche zu Blechpaketen gestappelt, diese Isolierschicht stellt im Prinzip auch diesen Spalt dar. Und ein 50Hz Trafo wird ja eigentlich die größte Energiemenge speichern (müssen). Verstehe aber das Geschrei hier nicht, wenn jemand kleine und billige Spulen verwenden will soll er doch einfach die Frequenz noch weiter erhöhen und schon sind die Impulse so kurz das man nicht in den Sättigungsbereich kommt.
@Thomas: >in Zündspulen wie auch in Trafos werden auch gerne isolierte Bleche zu >Blechpaketen gestappelt, diese Isolierschicht stellt im Prinzip auch >diesen Spalt dar. Das ist falsch. Die isolierschicht dient ausschließlich als Barriere für Wirbelströme und sorgt so für geringere Kernverluste. Ein wirksamer Luftspalt muß senkrecht zur Feldlinienrichtung verlaufen. Der Spalt zwischen Blechen verläuft in Feldlinienrichtung und ist somit als Luftspalt im magnetischen Kreis nicht wirksam. >Und ein 50Hz Trafo wird ja eigentlich die größte >Energiemenge speichern (müssen). Nein, im Gegenteil. "Normale" 50-Hz-Trafos müssen von allen Trafos die geringste Energiemenge speichern (im Verhältnis zur Baugröße). Das erreicht man durch den nicht vorhandenen Luftspalt und die hohe Permeabilität des Eisens. Jörg
...Das ist ja grad der Unterschied zwischen einem Transformator und einer Speicherdrossel: Die Speicherdrossel muss die Energie, wie der Name bereits andeutet, speichern. Der "normale" Trafo bzw. Übertrager speichert keine Energie, sondern gibt sie sofort weiter. Es findet dabei also nur eine Energie-Wandlung, jedoch keine Speicherung statt. Bei der Speicherdrossel im Hochsetzsteller bzw. beim Speicherübertrager im Sperrwandler wird die Energie im Prinzip immer im Wechsel eingebracht und wieder abgegeben (Bsp. Hochsetzsteller: Transistor an -> Magnetfeld wird aufgebaut, Energie gespeichert, Transistor aus -> Magnetfeld wird über Freilaufdiode abgebaut, gespeicherte Energie wird an die Ausgangsseite abgegeben), beim Trafo und auch bei einigen Gleichstromsteller-Topologien (Durchflusswandler) geschieht das "Füttern" und "Ausscheiden" gleichzeitig, so dass keine Energie gespeichert werden muss.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.