Zitat : Grundmann hat am 24 Feb 2005 10:45 geschrieben :

>Also das ist ein Haufen an Informationen für einen Nicht-E-Techniker

Und das ist wahrscheinlich noch nicht alles. Diese Disziplin ist haarstraeubend nicht nur bei Hochspannung.


>Zur Info: Ich schaffe zur Zeit mit 80Vss Eingangsspannung ca 8000Vss sekundärseitig. Da kann kaum das mir angegebene Wicklungsverhältnis stimmen.

Das scheint mir durch die nichtidealen Bedinungen erklaerbar. Die Ausgangsklemmen sind doch durch die Wicklungskapazitaeten belastet. Die Verhaltnisgleichung zwischen Spannungen und Windungszahlen gilt fuer Idealfaelle.


>Während laut Literatur ca 40W Leistungsaufnahme der Aktuatoren zu erwarten sind, muss der Verstärker 500W reinblasen. Zudem wird der Trafo ruckzuck gühend heiß.

Das eben meinte ich.

Die Verlustbedingungen sind in Deinem Fall bereits im "Leerlauf" ruinoes.

Das liegt zum einen an den parasitaeren Kapazitaeten wie oben erwaehnt und andererseits an der hohen Frequenz. Hystereseverluste sind halt frequenzabhaengig.



>Worauf beruht denn die Berechnung der Induktivität des Trafos bei 50 Hz?

Auf den Windungszahlen, der geometrischen Gestalt und der Permeabilitaet des Magnetwerkstoffs, wobei man einen Trafo allerdings mit drei Induktiviaeten beschreibt.







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Zitat :

Worauf beruht denn die Berechnung der Induktivität des Trafos bei 50 Hz?

Auf dem Physikbuch der Drittklässler oder so:
X_L= omega*L.
omega=2*pi*f ist 314 für 50 Hz.
Eigentlich mißt du dabei nicht den Blindwiderstand, sondern den Scheinwiderstand, aber wenn man die Meßbedingungen nicht allzu ungünstig wählt, kann man den ohmschen Anteil vernachlässigen.
Allerdings scheinst du ein Händchen zu haben, das Falsche zu tun, denn das:

Zitat :

wird der Trafo ruckzuck gühend heiß

darf bei der Messung natürlich nicht passieren.

Also schließe den Trafo mit der Hochspannungsseite ans 230V Netz an, miß Strom (und evtl. Spannung), dann bekommst du die Induktivität der (originalen) Sekundärseite.
Wenn du dann noch die geringere Spannung auf der originalen Primärseite mißt, kannst du das Übersetzungsverhältnis genau genug berechnen.
Aber wie schon erwähnt, ist das eine rein akademische Übung, denn der Trafo ist ungeeignet.


Ein UI-Kern der angesprochenen Größe ist sicher gut.
Noch besser wird es, wenn du den Kernquerschnitt vervierfachst, in dem du vier oder acht Kerne zu einem Manteltrafo zusammenlegst:
So: UU und das noch einmal in die Tiefe, evtl. auch nach oben gespiegelt.
Bei gegebenem Material (B_max) ist nämlich die pro Windung erzielbare Spannung dem Kernquerschnitt und der Frequenz proportional.

Zitat :

habe ohnehin vor, Transformatoren selbst zu wickeln

Dann solltest du das aber nicht angehen wie Lieschen Müller und einfach ein paar Rollen Kupferdraht übereinander wickeln, sondern so, wie es der Problemstellung angemessen ist:
Die Sekundärseite aus mehreren hintereinandergeschalten Flachspulen, möglichst sogar in Kreuzwickeltechnik aufbauen, damit die Kapazität minimal wird.
Sowohl für Primär wie auch für Sekundärseite HF-Litze (nicht vom C., sondern z.B. von Derschlag) verwenden. Es gibt die Litze auch mit großen Querschnitten aber mit Preisen von 300€/kg mußt du rechnen.

Das Problem ist die schlechte Kopplung zwischen den Primär- und Sekundärwicklung. Du kannst sie verbessern, indem du auch die Primärwicklung als Scheiben aufbaust und mit den Scheiben der Sekundärwicklung verschachtelst.
Bei dem angestrebtem Übersetzungsverhältnis wären die Scheiben der Primärwicklung vermutlich parallel zu schalten.

Da sich das Plasma zweifellos nicht nur an deinem Tragflügel bildet, ist es sinnvoll den Trafo zu tränken oder in einem Topf mit Isolieröl zu betreiben, sonst ist er bald Asche.

Du siehst, daß da ein paar Problemchen auftauchen, und vermutlich wäre es günstig mit Planung und Bau jemanden zu beauftragen, der sich besser auskennt ( oder müßte) als du.
An einer Uni mit E-Technik sollte das ja kein allzu großes Problem darstellen.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 24 Feb 2005 21:51 ]

Hallo!

Der Trafo wird beim Versuch, die Induktivitäten zu bestimmen selbstverständlich nicht heiß. Das Messen von Blindstrom(-leistung) muss wegen nichtlinearen Verhaltens unter Last geschehen. Dabei wird er heiß.
Da mein Trafo einen ohmschen Sekundärwiderstand von 960 Ohm hat, ist es wenig sinnvoll nur den Scheinwiderstand zu messen. Da lassen sich die Messbedingungen auch nicht viel besser wählen. Dann muss auch wieder die Phasenverschiebung bestimmt werden und es wird wieder komplizierter.

Wenn Lieschen Müller einfach nur Kupferdraht übereinanderwickelt, kann sie immerhin eine saubere räumliche Trennung von Hoch- und Niederspannung erreichen. Bei verschachtelten Primär- und Sekundärwicklungen geht das nicht mehr.

Das Plasma bildet sich nur auf dem Aktuator. Die Luft braucht ein gewisse elektrische Feldstärken um "aufzubrechen". Man sollte zusehen, diese Feldstärken nur am Aktuator zu erreichen.

Grüße
Sven

PS: Wer interdisziplinär denkt und arbeitet, sollte gefördert und nicht denunziert werden. In der Interdisziplinarität liegt die Zukunft der Forschung und damit die unseres schönen Landes.

Aha.

Zitat : Grundmann hat am 25 Feb 2005 11:17 geschrieben :

>Wenn Lieschen Müller einfach nur Kupferdraht übereinanderwickelt, kann sie immerhin eine saubere räumliche Trennung von Hoch- und Niederspannung erreichen. Bei verschachtelten Primär- und Sekundärwicklungen geht das nicht mehr.

Zu was brauchst Du diese "saubere raeumliche Trennung"?


>Das Plasma bildet sich nur auf dem Aktuator. Die Luft braucht ein gewisse elektrische Feldstärken um "aufzubrechen". Man sollte zusehen, diese Feldstärken nur am Aktuator zu erreichen.

Richtig. Aber wie machst Du das? Ausser dem Spitzeneffekt (Feldstaerkeueberhoehung an Kanten, Spitzen usw.) faellt mir da nicht viel ein. Aerodynamisch ist das wahrscheinlich nicht gerade ideal, wenn ich denn ebenfalls einmal interdisziplinaer werden duerfte.

Nochmal zum Plasma. Ich nehme an, Du erzeugst kein solches, sondern eine Vorstufe, die sich Streamer nennt. Elektrisch gesehen ist das eine Teilentladung, d. h. die Isolierstrecke wird nicht vollstaendig durchschlagen, die Luft nur teilweise ionisiert, und es bildet sich kein vollstaendiger Kurzschluss. Bei Deinem Aufbau wuerde ich auch an eine Oberflaechenkriechentladung denken. Diese Form der Entladung pflegt sich gern durchzusetzen, weil an Oberflaechen die Dielektrizitaetskonstante springt. Das Mittel dagegen ist eine sog. Kriechwegverlaengerung, zu beobachten an jedem Hochspannungsisolator an einer Freileitung im Gelaende.

Ich vermute, Du moechtest also Streamer gegen die Stroemungsrichtung wachsen lassen. Leider oder zum Glueck haben diese die Eigenschaft, auch eine Querkompente des Geschwindigkeitsvektors zu besitzen. Diese Eigenschaft ist in gewissen Grenzen polaritaetsabhaengig. Es koennte fuer Euch also interessant sein, auf eine Signalform mit Gleichspannungsanteil umzusteigen. Weil ihr dann umpolen koenntet, erhieltet ihr einen zusaetzlichen Forschungsparameter. Damit wuerdest Du auch Deine elektrischen Probleme in den Griff bekommen.

Ueberhaupt will es mir nicht einleuchten, warum Du an den 10kHz festhalten willst. Dadurch handelst Du Dir eine Menge Schwierigkeiten ein. Am Nutzen aber habe ich Zweifel und will Dir auch sagen warum. Eine Elektroden-Luft-Anordnung praegt bei entsprechender Feldstaerke ohnehin Teilentladungen mit sehr hochfrequenten Anteilen aus, sogar bei Gleichspannung. Mit der Hoehe der Gleichspannung oder niederfrequenten Mischspannung kann man sowohl die Anzahl der Teilentladungen, als auch ihre Ladungsmenge gut steuern; und sie finden kontinuierlich statt. Obendrein laesst sich das sehr einfach mit einem Stelltrafo, Hochspannungstrafo, Kondensator und einer Diode bewerkstelligen.

Also wozu 10 kHz? Ich halte es fuer fraglich, ob so ein Pulsen nicht eher schaedlich ist. In der Naehe der Nulldurchgaenge tut sich nichts ausser Blindleistungstransport. Moeglicherweise machst Du Dir eine falsche Vorstellungen ueber den Effekt. Ein Streamer ist ein sich erhitzendes, rasant wachsendes, elektrisch aufgeladenes Gebiet geringer Dichte (im Fachjargon GgD genannt), und man hat u. U. sehr viele davon. Man erzeugt damit also eigentlich eine makroskopische Inhomogenisierung der Luftstroemung in Bezug auf Temperatur, Druck, Impuls, Reibung und chemische Zusammensetzung. Wegen der hohen Dynamik ist das ausserdem mit dauernden Ausgleichsvorgaengen verbunden. Also das ist bedeutend mehr als einfach Gegenwind und homogene Plasmasuppe. Aber das macht es ja auch zu einem interessanten Forschungsprojekt.

Es gibt uebrigens noch eine andere Moeglichkeit, die Nutzwirkung Deines Aufbaus an der physikalisch wirksamsten Stelle zu bestimmen, und zwar mit Hilfe der Teilentladungsmesstechnik. Damit kann man bis auf wenige pC (Piko-Coulomb) genau einzelne Entladungsimpulse bestimmen, und sie auch der Phasenlage zuordnen. Du kannst also die Entladungsaktivitaet messen, wenn Du schaltungstechnische Variationen vornimmst.

Vorteilhaft daran waere auch, dass Du Gewissheit bekommst, ob die Versorgung, etwa der Trafo am spratzeln ist.


>PS: Wer interdisziplinär denkt und arbeitet, sollte gefördert und nicht denunziert werden. In der Interdisziplinarität liegt die Zukunft der Forschung und damit die unseres schönen Landes.

Yepp. Genau so hab ich das an dem Institut, wo ich mal geforscht habe, erlebt und bin gluecklich darueber.

Aber sei mal nicht so empfindlich. Letzten Endes koennen Dich die Einwaende von Perl vor zeitraubenden und kostenintensiven Irrwegen bewahren. Ich weiss, wovon ich rede. Bei uns am Institut haben die mal vor Jahren versucht, Widerstaende fuer transiente Hochspannungsbelastung nachzubauen, weil der Originalhersteller dafuer 3000 DM pro Stueck haben wollte. Obwohl die dick in Giessharz eingepackt waren, folgen die in tausend Stuecke, einer nach dem anderen. Der Vertreter meinte, die hatten zwar ein paar Tricks, aber bei ihnen wuerde auch ein hoher Prozentsatz den Test nicht ueberstehen. Und die dann uebrig bleiben, verkaufen sie dann.

Noch was: Falls Du mit Gleichspannung loslegst, frag hier vorher nochmal nach, oder mach Dich anderswo schlau. Gleichstrom kann bei Hochspannung ziemlich gefaehrlich werden, regelrecht tueckisch, wenn man nicht ein paar Sicherheitsregeln beachtet.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: caes am 25 Feb 2005 22:36 ]

Hallo,
vielen Dank für diesen vollkommen spitzenfreien Kommentar

Also die räumliche Trennung möchte ich haben, um die Isolierung des Drahtes nucht zu sehr zu beanspruchen. Der Lack schafft etwa 120V. Bei diesen Trafos ist es üblich die Primaärseite und den Sekundäranschluss, der geerdet wird auf einer Seite des Trafos herauszuführen, die Sekundärwicklung darüber zu legen und dann auf der anderen Seite heraus zu führen. So habe ich als maximale Potentialdifferenz im Trafo die zwischen zwei Lagen. Ich bekomme also kleinere Feldstärken, als am Aktuator. Dort sind die Feldstärken maximal, weil die Elektroden nur von 3*0.25mm Polyimid getrennt sind. Der SPitzeneffekt tritt hier an der "rechten" Kante der sehr dünnen oberen Elektrode auf. (an der linken Kante auch, aber nicht so stark)

Von "Streamer" habe ich nocht nicht gehört. Gleich mal lesen gehen...
Der Effekt den Du beschreibst ist vermutlich der, der zwischen zwei Gleichspannungselektroden entsteht, oder?
Das Plasma wird OAUGDP genannt. (One Atmosphere Uniform GLow Discharge Plasma). Es basiert auf dem Ion-Trapping-Mechanismus. Dabei werden Ionen erzeugt und mit geeigneter Frequenz des Wechselfeldes zwischen den Elektroden "gefangen". Dadurch dass eine Elektrode isoliert ist, wird die Ladung von einem Zyklus zum nächsten erhalten. Die hohe Frequenz ermöglicht die Entstehung des Plasmas (geringer Dichte) bei Atmosphärendruck. Nach dem Prinzip der Dielektrophorese werden neutrale Moleküle zu Orten größerer Feldstärken "gesogen", dort aufgrund der großen Feldstärke aufgebrochen und das plötzlich geladene Teilchen von der Elektrode abgestoßen (Wind). Der Vorgang ist periodisch und ändert seine Richtung. Jedoch wird durch geeignete Elektrodenanordnung die Plasmabildung in umgekehrter Richtung behindert und weniger effizient. Es bleibt eine Nettokraft übrig. Die Frequenz, mit der das ganze betrieben wird hängt mit der Geometrie, der Größenordung zusammen. Bei Mikro- oder gar Nanostrukturen braucht es riesige Frequenzen (Mhz) aber auch viel niedrigere Spannungen (gleiche Feldstärke).

Versuche mit einfacher Koronaentladung mit Gleichspannung sind auch erfolgreich durchgeführt worden. Jedoch sind die Fähigkeiten stark begrenzt. Die Zukunft auf diesem Gebiet liegt meiner Meinung nach in der gestaffelten Anordnung mehrerer (z.B. acht) Aktuatoren hintereinander. Durch eine Phasenverschiebung zwischen diesen, oder einer gestaffelten Ansteuerung mit kurzen Bursts lassen sich Wanderwellen erzeugen, die immer wieder die selben Teilchen der Grenzschicht aufgreifen und ihnen einen Impuls mitgeben. So wird die gesamte Grenzschicht quasi an einer Stelle gepackt und über den zu großen Druckgradienten an der Oberfläche hinweggeführt. Diese Dinge funktionieren bereits. Nun ist es an der Zeit die Strömungsmechanischen Vorgänge genauer zu untersuchen, um noch effizienter zu werden.

Es gibt Ideen, die Erzeugung des Plasmas an den erwähnten Elektroden vorzunehmen, dann aber die Beschleunigung getrennt davon mit Gleichspannung an links und rechts angeordneten Elektroden vorzunehmen. Scheint aber auch nicht vielversprechend zu sein.

Ist denn meine Wechselspannung weniger gefährlich, als eine äquivalente Gleichspannung?

ciao
Sven

PS: Anbei ein Bild des Plasmas aus einem frühen Testaufbau.

Zitat : Grundmann hat am 28 Feb 2005 08:22 geschrieben :

>vielen Dank für diesen vollkommen spitzenfreien Kommentar

Oh, das wird anscheinend ein Wettbewerb in Sachen "spitzenfreie" Kommentare.


>Also die räumliche Trennung möchte ich haben, um die Isolierung des Drahtes nucht zu sehr zu beanspruchen. Der Lack schafft etwa 120V. Bei diesen Trafos ist es üblich die Primaärseite und den Sekundäranschluss, der geerdet wird auf einer Seite des Trafos herauszuführen, die Sekundärwicklung darüber zu legen und dann auf der anderen Seite heraus zu führen.

Wenn man erdet, was man ja nicht unbedingt muss, soll das wohl so sein. Nebenbei gefragt, wie erdet ihr eigentlich spaeter mal das Flugzeug? (Scherz)


>Der Effekt den Du beschreibst ist vermutlich der, der zwischen zwei Gleichspannungselektroden entsteht, oder?

Nein, Streamer koennen bei allen Spannungsformen entstehen, Gleich-, Wechsel- und im Labor meistens Blitzstossspannung. Sie sind so schnell, dass sie gewissermassen kaum "spueren", welches Signal anliegt.


>Das Plasma wird OAUGDP genannt. (One Atmosphere Uniform GLow Discharge Plasma). Es basiert auf dem Ion-Trapping-Mechanismus. Dabei werden Ionen erzeugt und mit geeigneter Frequenz des Wechselfeldes zwischen den Elektroden "gefangen".

Also eine Glimmentladung. Interessant. Du meinst aber glaube ich, sie werden in der Naehe der Elektroden gefangen, ja?


>Dadurch dass eine Elektrode isoliert ist, wird die Ladung von einem Zyklus zum nächsten erhalten. Die hohe Frequenz ermöglicht die Entstehung des Plasmas (geringer Dichte) bei Atmosphärendruck. Nach dem Prinzip der Dielektrophorese werden neutrale Moleküle zu Orten größerer Feldstärken "gesogen", dort aufgrund der großen Feldstärke aufgebrochen und das plötzlich geladene Teilchen von der Elektrode abgestoßen (Wind).

Dieser Motor fuer neutrale Molekuele ist mir noch nicht ganz klar. Basiert das auf Dipolmomenten und der Inhomogenitaet des Feldes? Im homogenen Feld muessten sich doch bei Ladungsneutralitaet alle Kraefe aufheben.


>Der Vorgang ist periodisch und ändert seine Richtung. Jedoch wird durch geeignete Elektrodenanordnung die Plasmabildung in umgekehrter Richtung behindert und weniger effizient. Es bleibt eine Nettokraft übrig. Die Frequenz, mit der das ganze betrieben wird hängt mit der Geometrie, der Größenordung zusammen. Bei Mikro- oder gar Nanostrukturen braucht es riesige Frequenzen (Mhz) aber auch viel niedrigere Spannungen (gleiche Feldstärke).

Danke fuer die Erklaerung, dann leuchtet es mir ein.



>Es gibt Ideen, die Erzeugung des Plasmas an den erwähnten Elektroden vorzunehmen, dann aber die Beschleunigung getrennt davon mit Gleichspannung an links und rechts angeordneten Elektroden vorzunehmen. Scheint aber auch nicht vielversprechend zu sein.

Liegt wahrscheinlich daran, dass sich positive und negative Ladungstraeger entgegengesetzt bewegen.


>Ist denn meine Wechselspannung weniger gefährlich, als eine äquivalente Gleichspannung?

Die Spannung ist natuerlich bei beiden gefaehrlich. Gleichstrom hat aber eine unangehme Begleiterscheinung in Zusammenhang mit Kapazitaeten, die einfach nur in der Gegend herumstehen. Sie laden sich anders als bei Wechselspannung dauerhaft auf. Bei Wechselstrom hat man nur Influenz, die nach dem Abschalten des Feldes wieder verschwindet.; aber bei Gleichspannung fliessen galvanische Stroeme ueber die Isolation und laden den Kondensator langsam auf. Die Spannung bleibt dann entsprechend der Zeitkonstante Isolationswiderstand*Kapazitaet eine ganze Weile stehen und kann bei grossen Kondensatoren toedliche Stromschlaege verteilen, vergleichbar mit Fernsehbildroehren. Bei der Sicherheitseinweisung im Hochspannungstlabor wurde das an meinem Institut immer demonstriert mit einem Hochspannungstrafo, einer Diode, einer Drahtspitze und einem Kondensator, der nur mit einem Pol am Erdungsblech angeschlossen ware. Im Laufe von etwa einer halben Stunde lud sich der Kondensator so stark auf, dass er bei Annaehnerung einer Erdungsstange einen laut knallenden, dicken Funken ueber 20 cm schlug, obwohl die Spannungsversorgung abgeschaltet war. Bei kleineren parasitaeren Kapazitaeten ist das zwar nicht gefaehrlich, aber unglaublich laestig, weil man ueberall kleine Stromschlaege bekommen kann. Einziges Gegenmittel ist, alles zu erden.



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Hallo,
Du hast angesprochen, dass man ja nicht unbedingt erden muss. Dazu habe ich eine Frage:
Eigentlich ist es üblich, die untere Elektrode zu erden. Das ist der Wunsch nach Sicherheit im Labor
Aber ich habe festgestellt, dass ich ohne Erdung, also die Sekundärseite mit Aktuator frei "in der Luft hängend", höhere Spannungen bei kleineren Strömen erreiche, als wenn eine Seite der Sekundärwicklung geerdet ist.
Ich nehme an, das hat mit der Sättigung des Ferritkernes meines Trafos zu tun, kann es aber dennoch nicht verstehen.
Es sollte der Sekundärwicklung, galvanisch getrennt und so, doch egal sein um welches Potential herum sie die Spannung erzeugt.

Was passiert da?

ciao
Sven

Moin, Moin,

Zitat : Grundmann hat am  1 Mär 2005 09:01 geschrieben :

>Du hast angesprochen, dass man ja nicht unbedingt erden muss. Dazu habe ich eine Frage:
Eigentlich ist es üblich, die untere Elektrode zu erden. Das ist der Wunsch nach Sicherheit im Labor

Das macht man quasi aus Gewohnheit, aber es ist eine vorgegaukelte Sicherheit! Erden stammt aus der Zeit der Metallgehaeuse, an denen bei Masseschluss Spannung gegenueber Erde liegen und von einem menschlichen Koerper ueberbrueckt werden kann. Erdet an das Gehaeuse, fliesst ein Kurzschlussstrom und loest den Leitungsschutz aus. Man erreicht also durch Erdung in diesem Fall einen zusaetzlichen Schutz gegen gefaehrliche Beruehrungsspannungen, ohne extra ueberwachen zu muessen. Man muesste sich Euren Versuchsaufbau mal konkret anschauen, ob das dort einen Sicherheitsnutzen hat. Ich bezweifle es. Jemand, der in Kontakt mit der nicht geerdeten Leitung geraet, liegt bei Erdung an Hochspannung, bei potentialfreien Leitungen aber nur, wenn er die Gegenelektrode beruehrt.


>Aber ich habe festgestellt, dass ich ohne Erdung, also die Sekundärseite mit Aktuator frei "in der Luft hängend", höhere Spannungen bei kleineren Strömen erreiche, als wenn eine Seite der Sekundärwicklung geerdet ist.

Alles andere haette mich auch sehr ueberrascht.


>Was passiert da?

Kapazitiver Verschiebungsstrom! Bei den diskreten Ersatz-Schaltungen wird leicht vergessen, dass nicht nur galvanische Stromdichten fliessen, sondern es immer auch einen Term dD/dt gibt. (D=Dielektrische Verschiebungsdichte). Also hat die Modellbildung einen Fehler; eine parallelgeschaltete Lastkapazitaet fehlt.

Mal zum Vergleich: Bei 50 Hz und 230V reicht der kapazitive Verschiebungsstrom aus, eine Glimmlampe eines Baumarkt-"Pasenpruefers" zum Leuchten zu bringen, wenn man ihn in die Luft haelt und auf einer Heizdecke sitzt. Du hast aber 10kHz und 10kV. Der Effekt ist bei Dir also ca. 8000 mal so gross.

Grob laesst sich sagen: Je naeher eine leitende Oberflaeche und je groesser sie ist, desto groesser die parasitaere Kapazitaet, und im allgemeinen ist ein Laborversuch von keinem anderen Leitungspotential so intensiv umgeben wie vom Erdpotential, ich moechte fast sagen umzingelt.



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