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
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.
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.pdfhttp://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).
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.
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)
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.
drossel.jpg
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