Belastbarkeit von Spulen => Drahtdurchmesser?

[raphael]

Hallo!

Mal folgende Frage an die Praktiker:
Nehmen wir an, ich möchte eine Spule wickeln bei vorgegebener Induktivität. Also sagen wir einfach man 25mH. Dann lege ich fest, ich möchte einen maximalen Strom von 100mA zulassen. Ok, jetzt habe ich meinen Spuleträger, von dem ich den inneneren Durchmesser und die mögliche Wickelhöhe kenne, nun die Windungszahl auszurechnen ist nicht wirklich schwer, auch den Spulenwiderstand kann man dann schnell ausrechnen, der ist daneben noch vom Drahtdurchmesser abhängig. Nur, woher weiß ich, welchen Durchmesser ich wählen muß, bzw. welche maximale Verlustleistung zulässig ist?

Gruß,

Raphael

[Frank S]

Praktisch: Stromdichte 3 (dicht gepackt, Länge in etwa Wickelhöhe) bis 5 (langgestreckt, offener Einbau) A/mm^2 Stromdichte wählen. Das gilt für Effektivwerte - bei Lautsprechern wird meist unterdimensioniert.

Theoretisch: innerhalb dr Wicklung sehr gute Wärmeverteilung annehmen und dann Oberfläche ausrechnen. Strömungsverhältnisse der Luft abschätzen (Bassrefelexrohr oder Dämmwatte), damit Rth bestimmen. Rth von Wickelkörper nicht vernachlässigen.

Praktische Erfahrung aus dem Bau von Schaltnetzteilen: wenn die Spule vertretbaren ohmschen Widersatnd hat, stimmt meist auch der thermische Aspekt von gang alleine.

[raphael]

@Frank: Deinen ersten Satz (Praktisch) habe ich nicht ganz verstanden, wie Du das meinst. Ich möchte auch keine Spule wickeln für Lautsprecherweichen, sondern für eine Filterschaltung, also eher wie Deine Schaltnetzteilanwendung. Allerdings bin ich in der maximalen Stromstärke etwas frei, d.h in einem gewissen Rahmen kann ich die beeinflussen, 100mA ist schon eher ein Maximum.

Raphael

[BN]

Hallo,

bei den Trafokernen (z.B. für Schaltnetzteile) wird die maximale Verlustleistung für die verschiedenen Trafokerne in den Datenblättern angegeben: z.B. ein E55 Kern erwärmt sich bei 4W (Kupfer-)Verlustleistung um 40 Grad.

Bei einer Luftspule wird die Verlustleistung evtl. geringer sein, weil weniger Fläche für die Wärmeabstrahung vorhanden ist. Ob es hier genauere Formeln/Diagramme gibt, weiß ich allerdings nicht.

Grüße
Bernhard

[raphael]

@Frank, Sorry, stand gerade aufm Schlauch, Du meintest m it A Ampere und nicht die Fläche, jetzt kapiere ich wie das gemeint ist.

Raphael

[Frank S]

3...5 Ampere pro Quadratemillimeter. Kleinere Spulen kann man auch über 5 fahren, da das Volumen (Wärmeerzeugend) eine Potenz schneller sinkt als die Oberfläche (Kühlung).

Bei Filterspulen besser geschlossene Kerne nehmen, damit Streufelder nicht so leicht einkoppeln.

[raphael]

Ja, habe bei Epcos so hübsche Bausätze gefunden und passend dazu Berechnungsvorschriften in einem uralt Elektronikbuch, ist recht einfach:
Also, wenn man einen Ferritkern hat wird vom Hersteller ein AL-Wert angegeben. dann gilt für die Wickelzahl: n=sqrt(L/AL).
Anschließend gilt für den Drahtdurchmesser: d=sqrt(4*I/(pi*i)), da Stromdichte gegeben über i=4*I/(pi*d^2).
Und schon kann man jemanden mit Wickeln beschäftigen.

Raphael

[Frank S]

Dabei beachten, daß der Kern nicht zu weit ausgesteuert wird. hoher DC Anteil ->Kern mit Luftspalt.

Möglichkeit 1:

http://schmidt-walter.fbe.fh-darmsta...smps/smps.html

ganz unten...

Möglichkeit 2: per Hand ausrechnen.

Ich habe die Formeln des genannten Links auch mal hergeleitet - sie sind korrekt.

[raphael]

Ja, das ist ja mall ein gutes Tool, das Du da verlinkt hast.
Von Handrechnen geht aber auch schnell und gut (inzwischen).
Jetzt wäre eigentlich nur noch interessant, welche Kernbauform für Audio-Filterschaltungen gut geiegnet ist.
Ich hatte zunächst mal an diese RM-Baureihe von Epcos gedacht mit N30-Kernen. Allerdings muß ich gestehen, daß ich da keine Ahnung habe und erstmal zu dem gegriffen habe, was sich einfach beschaffen läßt.

Raphael

[Frank S]

Die Rundkerne wie R5 sind nicht schlecht. Auch Standardbauformen, wie sie Epcos hat.

Meine LE Teile bestelle ich teilsweise hier:

http://shop.spulen.com/

[raphael]

Jo, über den Shop bin ich auch schon gestolpert, werde dort wohl bestellen. Allerdings, R5 habe ich noch nicht gefunden oder meintest Du RM5?

[raphael]

Muß mich korrigieren, N48-Kerne sollten besser als N30 geeignet sein, zumindestens was die Einsatzgebiete betrifft.

Raphael

[Frank S]

Ja, RM.

[juergen_e]

Weiß nicht, ob das hier was hilft, aber bei http://www.epcos.de gibt es unter 'Tools für Entwickler' und 'Ferrite' ein Programm mit den ganzen(?) Kerndaten. Da bekommt z.B. auch angezeigt, wieviel Leistung man z.B. mit einem bestimmten Kern bei einer bestimmten Frequenz übertragen kann und für welchen Frequenzbereich der Kern geeinet ist.
Ist etwas besser als dutzende PDFs durchzuforsten. Auch kann man einige Parameter berechnen. Es sollten, bis auf die mechanischen Daten, eigentlich alle Daten enthalten sein.
Hatte das mal benutzt um einen Übertrager für ein kleines Schaltnetzteil zu berechnen (ist aber noch nichts daraus geworden).

EDIT: Als Nachteil sei erwähnt, daß das Programm von der Bedienung her etwas gewöhnungsbedürftig ist.

Hier mal ein Copy/Paste von der Beschreibung:
Die vierte Version des Tools erlaubt die Berechnung anwendungsbezogener Parameter sowie den Zugriff auf die digitalisierten Materialdaten aller EPCOS Ferrite und deren graphische Darstellung. Hier einige Funktionen der neuen Version:
* Darstellung der komplexen Permeabilität und Impedanz in Abhängigkeit von der Frequenz
* Übertragbare Leistung unter Berücksichtigung von Skin- und Proximityeffekten (Übertragung aus dem Drahtberechnungsmenü)
* Berechnung des Klirrfaktors (3. Harmonische) unter aktuellen Schaltungsbedingungen bei verschiedenen Temperaturen
* Angabe der Drahtstärke gemäß der American Wire Gauge (AWG)