R und L in Reihe an AC mit 2 Frequenzen und Eisenkern

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Autor
R und L in Reihe an AC mit 2 Frequenzen und Eisenkern
Suche nach: frequenzen (2469) eisenkern (321)

    







BID = 886825

albi1a

Gesprächig



Beiträge: 118

Hallo Leute,

anfangs habe ich überlegt wo ich mein Problem Poste. Ob hier in einem Forum wo Praktiker unterwegs sind, oder in einem theoretischen Forum. Ich habe mich nun für dies hier entschieden, da ich denke das mir hier eher geholfen werden kann. Zum Sachverhalt.

Ich habe eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (1 kOhm) und einer Spule, welche beide an einem Sinus Frequenzgenerator hängen (aiehe Anlage 1). Es soll die Schaltung mit 1kHz und 10kHz befeuert werden. Zusätzlich ist bei beiden Freuquenzen eine Messung mit und ohne Eisenkern in der Spul[strike]e durchzuführen.

Ziel ist es den Blindanteil ... den Ohmschen Anteil .. die Induktivität usw. zu bestimmen und eine Schlussfolgerung zu ziehen.

So weit so gut.

Als Messgerät sind mehrere zu verwenden. Verwendet wurden:
- Fluke Oszillsokope Scopemeter 99 Series II
- Digitalmultimeter 79 III
- Digitalmultimeter WeTekom DT930B

Durch messen der Spannungen (siehe Anlage 2), ist es möglich ein Dreieck zu generieren wordurch man dann Schritt für Schritt sich weiter vorran tasten kann, von einem zum nächsten. Rechnungsweg siehe Anlage 3. Anlage 3 ist aber nur ein Bsp. und stimmt nicht mit den Messwerten in Anlage 4 übererin.

In Anlage 4 habe ich alle Messwerte bei 10kHz dokumentiert und sofort mittels Formeln berechnet. Leider aber stehe ich total auf dem Schlauch. Und zwar ist das Problem, dass sich er Ohmsche-Anteil der Spule (RL) verändert. Mit Eisenkern ist dieser 4 oder sogar 5 Ssellig. Aber sollte der Ohmsche Anteil der SPuel nicht immer gleich bleiben? Denn so weit ich weiß ändert sich bei einer anderen Freuquwnz oder einem Eisenkern, nur der Blindanteil ... aber nicht der ohmsche Anteil.

Und genau da stehe ich total auf dem Schlauch und weiß nicht mehr vor und zurück. Was ist falsch? ... habe ich einen falschen Gedanken ... habe ich einen Messfehler ... Rechenfehler oder oder oder.

Bruache dringend Rat.

Die eingestellte Spannung am Generator beträgt 10V Spitze Spitze ... und nicht 5V wie auf dem Foto zu sehen.

Desweiteren ist mir bewusste, dass nur der Oszi die richtige Spannung messen kann, da die Digitalmulti Meter teils eine zu geringe Sampling / Abtastrate hat um das eingehende Signal sauber zu messen, bzw. den Effektivwert.


Danke








Anlage 3: http://www.file-upload.net/download-7583041/Rechnung.docx.html

Anlage 4: http://www.file-upload.net/download......html

[ Diese Nachricht wurde geändert von: albi1a am 12 Mai 2013  8:15 ]

BID = 886826

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12634
Wohnort: Cottbus

 

  


Zitat :
Desweiteren ist mir bewusste, dass nur der Oszi die richtige Spannung messen kann, da die Digitalmulti Meter teils eine zu geringe Sampling / Abtastrate hat um das eingehende Signal sauber zu messen, bzw. den Effektivwert.
Genau da liegt wohl der Hase im Pfeffer.


Zitat :
Mit Eisenkern ist dieser 4 oder sogar 5 Ssellig.

Den ohmschen Anteil kannst du doch direkt messen

P.S: Lade deine Rechnung doch auch als Bild hier hoch. Es hat ja nicht jeder das neue MS-Word/Excel.
Alternativ wäre noch ein pdf-Export möglich. Ist alles besser, als ein Filehoster.



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 886831

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5210


Offtopic :

Zitat : Offroad GTI hat am 12 Mai 2013 08:33 geschrieben :
Es hat ja nicht jeder das neue MS-Word/Excel.
Braucht man zum Lesen/... gar nicht Microsoft Office Compatibility Pack
Notfalls kann man es auch auf SkyDrive.com packen und mit der Web-App ansehen.

BID = 886912

albi1a

Gesprächig



Beiträge: 118

Hallo,

da ich heute früh aus der Nachtschicht kam und sogar beim schreiben des Post's für eine 3/4h auf der Tastatur eingeschlafen bin, war ich froh das ich das Ding so halbwegs überhaupt hinbekommen habe. Ich wollte halt schnell eine Antwort und daher musste es heute früh noch sein.

Also Rechnung siehe Anlage 1
Messwerte für 10kHz mit & ohne Eisenkern siehe Anlage 2

Klar kann ich den Ohmschen Anteil einfach mit einem Ohmmeter messen. Aber das ist nicht das Ziel der Aufgabe. Daher meine Frage was falsch ist bzw. was ich falsch mache ... wenn das so einfach zu sagen ist.

Und um auf deine Aussage zurück zu kommen, der Ohmsche Anteil der Spule beträgt 22 Ohm.
Das ich das ohne Eisenkern nicht 100% raus bekomme ist klar, das ist den Tolleranzen bzw. Messabweichung geschuldet.

Bei 1kHz habe ich 58 Ohm raus ...
bei 10kHz habe ich 97 Ohm raus ...

Aber warum habe ich mit Eisenkern so eine rießen Abweichung?
Es müsste sich doch bloß der Blind-Anteil der Spule erhöhen und nicht mehr nicht weniger. Statt dessen wird mein Ohmscher 4 und 5 Stellig ...

Und deine Aussage, dass wohl bei der Messung mit dem Oszi der Hund begraben liegt ... verstehe ich nicht, ich bitte um Erklärung, bzw. bitte ich um die Meinung anderer Leute wo sie evtl. einen Fehler sehen.


Danke






[ Diese Nachricht wurde geändert von: albi1a am 12 Mai 2013 20:47 ]

BID = 886913

high_speed

Schreibmaschine



Beiträge: 2073

Ganz so einfach wie man denkt ist die Welt leider nicht.
Alle Elemente des Aufbaus, die elektrische Energie in Wärme wandeln, fließen in den Realteil ein. Speicherelemente bilden den Imaginärteil.

Da wird sich das "Eisen" wohl bei der Messung erwärmt haben.

MfG
Holger


_________________
George Orwell 1984 ist nichts gegen heute.
Der Überwachungsstaat ist schon da!

Leider lernen die Menschen nicht aus der Geschichte,
ansonsten würde sie sich nicht andauernd wiederholen.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: high_speed am 12 Mai 2013 20:57 ]

BID = 886915

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17417

der ohmsche Anteil verändert sich nicht weder mit noch ohne Kern, das einzige was sich ändert ist die Induktivität. Und damit ändert sich bei verschiedenen Frequenzen der Scheinwiderstand.
Grundlage Xl = 2*Pi*f*L und Z= SQR (R²+Xl²)Aus den beiden Formel geht hervor das Xl nur von der Induktivität abhängig ist, den die Frequenz bleibt gleich!
Weiterhin gilt das U= SQR(Uw²+Ublind²) ist und für den Strom I=U:Z
Bei getrennten Bauelementen kannst du I Messen sowie Uwirk. Sowie die über beiden anliegende Gesamtspannung U. Damit hast du Alle Größen um L ohne Umwege zu berechnen.
Edit: Der Ohmsche R der Induktivität ist gar nicht gesucht und eine beliebte Stolperfalle

_________________
Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am 12 Mai 2013 21:29 ]

BID = 886940

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Aber warum habe ich mit Eisenkern so eine rießen Abweichung?
Weil du die Wirbelstrom- und Hystereseverluste nicht berücksichtigt hast.

Auch Kondensatoren haben frequenzabhängige dielektrische Verluste.
Diese können, je nach Dielektrikum, so groß sein, daß, trotz hervorragender Isolationswerte, sogar bei 50Hz schon eine deutliche Erwärmung eintreten kann.

Die Verluste der Kondensatoren werden im Modell meist durch einen Serienwiderstand berücksichtigt, bei Induktivitäten geschieht dies durch Serien- und Parallelwiderstände.

BID = 887131

Brizz

Stammposter



Beiträge: 386
Wohnort: Rheine

Es wäre vielleicht von Interesse, einmal die Spannungen der Schaltungen bei einer Frequenz von 1 kHz zu sehen. Oder ist die linke Tabbelle mit
10 kHz lediglich falsch beschriftet ?

Was möchtest Du denn eigentlich mit Deinem Winkeldreieck berechnen ?

Man kann doch zu den zwei Messungen, mit den jeweils drei Spannungen die Wirk-, Blind- und Scheingrößen berechnen.

Da der Formfaktor zwischen den gemessenen Effektiv- und Spitzenspannungen ziemlich genau 0,707 ist, scheint das System mit Sinusspannungen betrieben worden zu sein.

Was kann man daraus schließen ?

Dass das Fluke 179 bei höheren Frequenzen wohl die besseren Messwerte liefert als das DT9308, dazu könnte man noch einmal in die Datenblätter schauen.

Dass der Wirkwiderstand einer Spule eben nicht nur aus dem Widerstand des Kupferdrahtes besteht, sondern auch durch die Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste des Spulenkerns beeinflusst wird.
Das heißt, das µ und ε selbst komplexe und frequenzabhängige Größen sind, wie perl ja schon erwähnte.

BID = 887210

albi1a

Gesprächig



Beiträge: 118

Ah okay. Das war mir bisher neu bzw. nicht so bewusst. Ich habe nochmal direkt danach gessucht und habe das hier herausgefunden:
Eine höhere Frequenz, sowie Wirbelstrom-, Hysterese- und Ummagnetisierungsverluste durch Einsatz eines Eisenkerns wirken sich auf den Ohm’schen Anteil der Spule aus.

Nice ... war mir bisher neu und hätte ich nicht gedacht.

Weiß wer aus dem Kopf was wie und wo eingeht?
Hatte mal was gehört von ... kann das aber auch verdreht haben.
Hystereseverluste --> Linear
Wirbelstromverluste --> quatratisch
Ummagnetisierungsverluste --> ........


Okay, Messwerte für 1kHz liegen bei. (siehe Anlage 1)

Aber warum fragst du was ich mit meinem Dreieck will?
Na damit will ich die Spg. ULL und URL berechnen. Rechnung siehe Post Nr. 4. Den aktiv messen kann ich ja nur die Spg. in dem linken Dreieck.
Ist das was falsch dran?
- Unten links in Phase ist der Ohmsche Widerstand 1kOhm.
- Rechts daneben in Phase der Ohmsche Anteil der Spule ... ULR.
- Und nach oben rechts der Blindanteil der Spule ULL, bzw. dessen Spg..

Bzw. dazu eine Frage ... der Winkel unten rechts ist immer Rechtwinklig ... richtig? (siehe Anlage 2)

Das das DT9308 absoluten Scheiß misst ist mit bewusst, dass kam ja auch bloß 10 DM mal.
Aber das war/ist ja meiner seids auch so gewollt und freut am Ende den Lehrer bei der Auswertung bzw. Analyse meiner Messergebnisse und Feststellungen.


Danke


[ Diese Nachricht wurde geändert von: albi1a am 15 Mai 2013 22:26 ]

BID = 887220

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Das das DT9308 absoluten Scheiß misst ist mit bewusst
Dann kann man eben nicht mehr von Messen reden und die tabellierten Werte sind reine Hausnummern.

Das Problem ist dabei vor allem der recht große Frequenzbereich von 1:10. *)
Da man aber ohnehin meist nicht angeben kann, wo genau die Energieverluste im Einzelnen auftreten, -bei Hochfrequenz kommen z.B. noch Strahlungsverluste und der Skineffekt hinzu-, ist es üblich die Verluste einem einzigen Verlustwiderstand zuzuordnen.
Diesen kann man auch mit bescheideneren Meßmitteln bestimmen, weil man dabei nicht über einen so großen Frequenzbereich misst.
Im Falle von Schwingkreisen gelingt das besonders leicht, da man dort die Halbwertsbreite (halbe Leistung = 0,7fache Spannung) Δf (Delta_f) der Resonanzkurve bestimmen kann.

Solange der Schwingkreis nicht all zu schlecht ist, ist diese Frequenzdifferenz Δf stets viel kleiner als die Resonanzfrequenz f und deshalb spielt der Frequenzgang des Meßgeräts keine so große Rolle.
Man kann dann eine Güteziffer Q= f / Δf definieren und "zufällig" entspricht diese auch dem Verhältnis des Blindwiderstands zum Verlustwiderstand: http://de.wikipedia.org/wiki/Kreisg%C3%BCte

*) P.S.:
Auch bei einem kleinen Frequenzbereich außerhalb der Spezifikation darf man bei solch ungeeigneten Instrumenten keine Meßbereichsumschaltungen machen, weil sich dadurch der Frequenzgang stark ändern kann.
Das gilt insbesondere für die beschriebene Messung der Halbwertsbreite, bei der nur relative Werte auftreten und der Frequenzbereich der Messung gering ist.
Dann lieber die 0,7 schätzen, als zu versuchen mittels einer Meßbereichsumschaltung genau auf 0,70710678118654752440084436210485 zu kommen.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 16 Mai 2013  1:04 ]

BID = 887331

Brizz

Stammposter



Beiträge: 386
Wohnort: Rheine

Was machst Du denn jetzt mit dem profunden Wissen, dass der Winkel β = 159° ist?

Die Ummagnetisierungsverluste sind über den Daumen proportional zur Frequenz.

Die Hysterese verursacht Oberwellen, das heißt, dass der Strom in der Spule immer weniger sinusförmig wird und sich höhere Frequenzen einschleichen, was auch zu entsprechenden Verlusten führt. Die sind aber alles andere als linear oder quadratisch und hängen natürlich von den Eigenschaften des Spulenkerns ab. Die zugehörigen Kurven haben in Abhängigkeit zur Frequenz unter Umständen mehrere Minima und Maxima.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Brizz am 16 Mai 2013 21:13 ]

BID = 887648

albi1a

Gesprächig



Beiträge: 118

Aus dem profunden Bastel ich mir schon das richtige Zusammen.

Ich habe nochmal noch 2 Fragen.
1.) Die Induktivität L berechnet man doch aus L = Xl / 2*PIE*f
Und Xl berechnet sich aus XL = UL / IL

Die Induktiviät erhöht sich doch aber extrem, sobald ich einen Eisenkern mit ins Spiel bringe. Gibt es eine Formel die das Vereint bzw. zeigt? Quasi den Werte µr mit einbindet?

2.) XL berechnet sich über XL = UL / Il.
Auch hier erhöht sich der Blindanteil extrem bei einer höheren Frequenz bzw. dem Einsatz eines Eisenkerns. Gibt es evtl. auch dazu eine Formel die dies ersichtlich macht?


Danke.

BID = 887660

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Die Induktiviät erhöht sich doch aber extrem, sobald ich einen Eisenkern mit ins Spiel bringe. Gibt es eine Formel die das Vereint bzw. zeigt? Quasi den Werte µr mit einbindet?
Nur für den Fall, daß die Spule ins Eisen eingegossen wird.
Da das aber nie der Fall ist, hängt die Induktivität auch von den geometrischen Verhältnissen ab und dann gibt es nur noch mehr oder weniger gute Näherungen.


Zitat :
Und Xl berechnet sich aus XL = UL / IL
Problem dabei ist, dass du wegen der Verluste UL nicht messen kannst, sondern immer nur die Gesamtimpedanz Z bestimmst.

BID = 887720

albi1a

Gesprächig



Beiträge: 118

Die meinst quasi so etwas in der Richtung? (siehe Anlage 1)

l => mittlere Feldlinienlänge
A => 2 cm*2 cm Querschnittfläche des Eisenklern
µr => 5000 (Permeabilität bei Eisen zwischen 500 ... 10.000, lt.TB)

Rmag = l / (µr * µ0 * A) = 0,28m / (0,4 * PIE * 10^-6 * 5000 * 0,0004m²)
Rmag = 111,408 kOhm

Selbstinduktion
Li = N² / Rmag = 1000² / 111,408 kOhm
Li = 8,976 H


Danke


[ Diese Nachricht wurde geändert von: albi1a am 19 Mai 2013 23:12 ]

BID = 887728

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Li = 8,976 H
Gefühlsmäßig kann das hinkommen, ich habs nicht nachgerechnet, aber die Induktivität hat gewiß nicht die Dimension 1/Ohm.


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