Dimensionierung eines "Lufttrafos"

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Autor
Dimensionierung eines "Lufttrafos"

Problem gelöst    







BID = 394244

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241
 

  


Durch die geringe magnetische Kopplung ist das ganze eher eine Strom als Spannungsquelle. Durch die Spannung am Elko verhält sich das ganze wie eine Z-Diode, daher wird die Spannung am Anfang auf die Spannung am Elko begrenzt, weshalb man das Rechteck erhält.

Ich würde die Schaltung mit 12V betreiben und parallel zum Elko eine Z-Diode mit etwa 35V hängen, um die Spannung zu begrenzen. Die 35V dann mit einem MC34063 oder LM2574-5 (ich würde letzeren nehmen) auf 5V runtersetzen.
Dies dürfte die beste Lösung sein und müsste genügend Leistung liefern.

BID = 394252

Steppenwolf

Schreibmaschine



Beiträge: 1757
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Hmmm, ein Schaltregler...Jo, ist verkraftbar. Sonst pump ich Leistung nach oben und verbrate sie in Wärme...
Bei 12V hab ich 60V sekundär.
Die Z-Diode parallel zum Elko: Sobald die Spannung über diese 35V geht, dann schliesst die Z-Diode doch meine Spule kurz..(über den Gleichrichter) hält die das aus, oder muss da noch ein Widerstand rein?

Herzlichen Gruss
Mario


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Steppenwolf am 22 Dez 2006 15:57 ]

BID = 394262

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241

Wie gesagt: Wegen der hohen Streuinduktivität aufgrund der geringen Kopplung zwischen den Spulen ist das ganze eine Stromquelle -> kurzschlussfest. Du kannst ja mal den Kurzschlusstrom und die Leerlaufspannung messen.
Daraus die Leistung berechnen und die Hälfte davon ist die Leistung die du nutzen kannst.

BID = 394264

Steppenwolf

Schreibmaschine



Beiträge: 1757
Wohnort: Zürich, Schweiz
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Hmm, Ok, werd ich nachher mal testen. (Wieso nur die Hälfte?)

Dann noch ne Frage:
Falls ich die Sache mit 12V laufen lasse, dann hab ich ja 60V Sekundär. Davon schneide ich mit der Z-Diode a einiges ab und verbrate dies in der Z-Diode in Wärme. Die restlichen 35V, die in den Elko durchkommen, kann ich ja nutzen, mit dem Schaltregler. (77% Teta)
Ist dies effizienter, als wenn ich primär mit 5V antreibe und sekundär 20V direkt auf den 7805 zu geben, der dann den Rest in Wärme verbrät? Kommt das nicht aufs selbe hinaus?

Neuer Vorschlag: ich benutze meine alte Primärspule nun als sekundärspule ==> ich hab nicht ganz 60V, wenn ich mit 12V primär arbeite.. Also hätte ich auch weniger Verluste in der Z-Diode und das Ganze wäre effektiver, oder??

Ich probiers einfach mal aus und berechne in allen Fällen die max. Leistung, die ich sekundär abpumpen kann.

Herzlichen Gruss
Mario

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BID = 394267

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241


Zitat :
Steppenwolf hat am 22 Dez 2006 17:28 geschrieben :

Hmm, Ok, werd ich nachher mal testen. (Wieso nur die Hälfte?)


Versorgt man eine Schaltung über einen Widerstand mit Spannung, ist die Schaltung am besten angepasst (d.h. man kann die maximale Leistung entnehmen) wenn die Schaltung denselben Widerstand hat, wie der Innenwiderstand der Spannungsquelle. Dann werden 50% der Leistung in der Schaltung und 50% im Innenwiderstand der Spannungsquelle verbraten. Hier stimmt das nicht ganz, denn die Spannungsquelle hat einen induktiven Innenwiderstand, aber näherunsgweise kommt das hin.

Die 60V hast du nur im Leerlauf. Sobald du die Spannung belastest, bricht diese zusammen. Die 20V werden warscheinlich nicht reichen, wenn ein paar LEDs an sind.

Messe also mal die Leerlaufspannung und den Kurzschlussstrom, dann weist du wieviel Leistung maximal übertragen wird.

BID = 394275

high_speed

Schreibmaschine



Beiträge: 2073

> Wieso nur die Hälfte?

Das frage ich mich gerade auch. Benedikt hat sich da wohl
ein wenig vertan. Aus dem Produkt von Leerlaufspannung
u_q(t) (Quelle) und Kurzschlussstrom i_KS(t) kann man die
maximale Leistung berechnen, die im Transformator bei einem
Kurzschluss zuätzlich in Wärme umgesetzt wird.

\fed\mixonP_KS = 1/T * int(u_q(t) * i_KS(t) ,t,0,T )

Die maximale Leistung stellt sich an der Last ein, wenn
R_L (Last) = R_i (Innenwiderstand der Quelle).
Das kann man herleiten. -> Hausaufgabe

Jetzt vereinfachen wir es erst mal und betrachten es rein
reell.

\fed\mixonP_KS = U_q * I_KS = U_q * U_q/R_i

\fed\mixonR_L = R_i
\fed\mixonP_g = U_q * U_q/(R_i + R_L) = U_q * U_q/(2 * R_i)
\fed\mixonP_L = U_q/2 * U_q/(2 * R_i)
\fed\mixonP_L = P_g/2 = P_KS/4

Ich komme auf 1/4.

Als erstes sollte man mal die Kopplung verbessern. Das
bringt des weiterem den Vorteil, dass man nicht gerade die
ganze Gegend mit seinem Langwellensender versorgt. Dazu
würden sich ein Halbschalenkern anbieten. Des weiteren
würden die magnetischen Feldlinien die Aluscheibe weniger
durchsetzen und da zu einer Erwärmung führen.

MfG
Holger

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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 22 Dez 2006 18:11 ]

BID = 394279

Steppenwolf

Schreibmaschine



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So, hab den Kurzschlussstrom nach dem Gleichrichter (ca. 40mA) und den Effektivwert der Leerlaufspannung (53.7V)gemessen.
Ich kann etwa 0.94W entnehmen.

Edit: Oh, da war einer noch schneller. Ja was jetzt, nur 1/4?? Dann reichts wohl nicht.
Woher nehm ich einen Halbschalenkern?
Edit ende

Das sollte wohl schon reichen, wenn man bedenkt, dass die Leds eine kurze Einschalt- und lange Ausschaltdauer haben.
Wenn ich dann noch einen Ferritkern reinbastle wirds auch nochmals etwas besser. (hab ohne Kern gemessen).

Edit2: Für die magn.Kopplung: Ich hab hier nen 20cm langen Ferritstab. Den Könnte ich in 2-3 cm lange Stücke zersäbeln, die ich dann, auf einer Plexiglasscheibe aufgeklebt, in die Spulen bringen könnte, um so möglichst viel Ferrit da reinzukriegen.
Ende Edit2

Tja, dann werd ich das wohl so aufbauen.

Die Datenübertragung mach ich mit 3 IR-Leds am Stator und 3 IR-Fototransistoren am Stator, so hab ich nie einen IR-Schatten. Modulieren werd ich nicht, ich "morse" nur manchestercodiert rüber.
Die Sendedioden und die Fototransistoren schalt ich alle parallel.
Die Fototransistoren häng ich direkt an den AVR, aber noch mit nem Pullup gegen 5V. (Genauso wie bei den Gabellichtschranken)

Herzlichen Gruss und vielen Dank

Mario

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Steppenwolf am 22 Dez 2006 18:16 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Steppenwolf am 22 Dez 2006 18:23 ]

BID = 394282

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241


Zitat :
high_speed hat am 22 Dez 2006 18:07 geschrieben :

> Wieso nur die Hälfte?

Das frage ich mich gerade auch. Benedikt hat sich da wohl
ein wenig vertan.

Ich komme auf 1/4.


Stimmt, du hast recht. 1/2 von dem Wert ist die von der Quelle abgegebene Leistung. Davon gehen 50% in den Innenwiderstand der Quelle und 50% in die Last.
Es bleiben also nur 25%.

@Steppenwolf
0,5W sind vermutlich etwas zu wenig. Du kannst versuchen die Kopplung zu verbessern, oder die Sekundärspule mit einem parallel oder Reihenkondensator abzustimmen, das sollte eine Verbesserung um mindestens Faktor 2 bringen.

BID = 394284

Steppenwolf

Schreibmaschine



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Ok, ich häng mal ein paar Kondensatoren parallel zur Sekundärspule, vielleicht treff ichs einigermassen...
Werde berichten.

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BID = 394289

Steppenwolf

Schreibmaschine



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So, hab den Stab mal in 8 Stückchen getrennt. Die hab ich um zwei Ringkerne herum angeordnet und in die Spulen gelegt. Mehr Ferrit hab ich nicht im Haus.

Also viel bringts nicht. Immer noch nur 500mW...
Diese Leistung wird doch aber noch von der Z-Diode heruntergesetzt, oder? Die macht ja alles über 35V in Wärme...

Hmmm, was könnte man denn noch verbessern?
Wäre es besser, wenn man die Spulen INeinander, anstelle ÜBEReinander anordnet?


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Steppenwolf am 22 Dez 2006 18:51 ]

BID = 394293

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241

Probier mal verschiedene Kondensatoren parallel oder in Reihe zur Sekundärspule zu hängen. Diese kompensieren teilweise die Streuinduktivität.

BID = 394298

Steppenwolf

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Joha, bin grad dabei!
Bei einem hab ich sozusagen Volltreffer:
102 (1nF). Da wird der eckige Sinus schön rund, und die Amplitude geht etwas hoch.
Ich könnte auch primärseitig den Kondnesator noch tauschen, dann bin ich aber bei 150V sekundär... Ich frag mich halt einfach, ob dieses Amplitudenerhöhen etwas bringt... Die Z-Diode über dem Elko kappt dann ja sowieso den Rest wieder wech...
Ich teste mal, ob der Kurzschlusstrom durch diese Kondensatoren noch erhöht wird.

Herzlichen Gruss
Mario

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BID = 394300

Steppenwolf

Schreibmaschine



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So, hab neue Erkenntnisse.
Der Parallelkondensator(1nF) erhöht die Spannung (Resonanz) und macht nen schönen Sinus. Er senkt den Kurzschlussstrom ganz leicht. Der Serienkondensator (100nF) senkt die Spannung nicht, erhöht den Kurzschlussstrom aber um sagenhafte 1mA
Momentan kann ich also Leistungen von 763mW rüberfunken...
(U=120V, I=36mA)

Wobei ich mich frage, ob das wirklich etwas bringt..
Von den 120V kann ich ja nur die 35V nutzen, der Rest wird verbraten.
Oder seh ich da was falsch?

Edit: Hoha, was seh ich denn da...
Wenn ich den Primärschwinkreiskondi grösser mach, hab ich sekundär kleinere Spannung und kleinere Frequenz, aber 140mA Kurzschlussstrom... Das bei 70V und 20kHz Schaltfrequenz.
Macht ne Leistung von 1.7W... Uiiiii.. Powerrrr Ouououou

DAS isses doch, oder? Anstelle von hoher Spannung, die sowieso von der Z-Diode unnütz gemacht wird, hab ich doch vielmehr davon, wenn ich mehr Strom pumpen kann...



Herzlichen Gruss
Mario

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Steppenwolf am 22 Dez 2006 19:43 ]

BID = 394310

Steppenwolf

Schreibmaschine



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Wuups, Zenerdioden können leuchten! Hab hier noch ein paar 31V-Typen. Aber leider sehr kleine... Die werden gekocht.
Ich werd mir 1W 35V Typen zulegen, dann sollte das gehen.

Ich hab jetzt nach dem Gleichrichter 1150müF Elko drangehängt. Die sind innert 4.5 Sekunden auf 66V geladen.

Tönt doch net schlecht, oder?
Ich mein, die Spannung ist nicht zu hoch, dafür hab ich nen anständigen Kurzschlussstrom, was ja eigentlich zählt.
Irgendwelche Einwände? Verbesserungen?
Der Gefährlichkeit der Elkos im geladenen Zustand bin ich bewusst.

Herzlichen Gruss und Danke

Mario

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BID = 394313

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241

Das sind ja wirklich gute Eregebnisse !

Ich würde die Schaltung so lassen, und später wenn alles fertig ist, kannst du ja immer noch die Betriebsspannung runterdrehen falls zuviel Leistung in der Z-Diode verheizt wird.


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