Reale Spule ohne Kern aber mit Mantel

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich bin schon ewig im Netz unterwegs auf der Suche nach einer Erklärung für ein für mich unverständliches Phänomen. Jetzt hoffe ich, hier ein paar Experten zu finden, die mir auf die Sprünge helfen können.

Ich glaube ich muss etwas weiter ausholen. Also:

Ich habe eine Zylinderspule mit herausziehbarem Kern, deren Kennwerte ich bestimmen möchte.
Ich habe jetzt ganz toll 2 Ersatzschaltbilder. Einmal Rx und Lx in Reihe und einmal Rfe und Lp parallel zusammen mit Rcu in Reihe (Rcu soll der Wicklungswiderstand sein, Rfe repräsentiert meinen Kernverlust. Kapazitäten werden mal wegen der geringen Frequenz außen vor gelassen)

Jetzt möchte ich für die Spule ohne Kern das Reihen- ins Parallelschaltbild umrechnen. da hab ich auch meine Formeln für. Da die Spule keinen Kern hat wollte ich ursprünglich einfach Rfe=0 annehmen. Jetzt ist es aber so, dass die Spule zwar keinen Kern, aber einen Eisenmantel hat. also das ding ist komplett in nem Stück Rohr. Dann ist der „Kern“-verlust Rfe aber nicht gleich 0 zu setzen, oder? Wenn ich das mit der Formel wie bei der Spule mit Kern berechne kommen da Astronomische Widerstände bei raus, was auch nicht so ganz sein kann.

Jetzt ist die Frage: Mache ich was falsch und wenn ja was? meine Vermutung ist ja, dass ich dieses Ersatzschaltbild gar nicht bei so einer spule verwenden darf. Falls das so ist, ist die frage: was dann?

Falls es noch nicht ganz klar geworden sein sollte, das ganze mal mit konkreten Werten:

mit der Brückenschaltung habe ich folgende Werte aufgenommen:

mit Kern (und Mantel):
f=500Hz, Rx=302,57Ohm, Lx=140,5mH

ohne Kern (mit Mantel):
f=500Hz, Rx=104,20Ohm, Lx=46,9mH

mit Rfe=(Rx-Rcu)^2+(2*pi*f*Lx)^2/(Rx-Rcu)
und Lp=(Rx-Rcu)^2+(2*pi*f*Lx)^2/(2*pi*f)^2*Lx

bestimme ich nun die Werte des Parallel-ESB. dann bekomme ich

mit Kern: Rfe=1161,73Ohm, Lp=170,30mH
ohne Kern: Rfe=4440,41Ohm, Lp=46,46mH

und da wurde ich stutzig. denn schließlich ergibt sich die Güte zu
Q=Rfe/(2*pi*f*Lp)
Das ist in diesem Fall für mit Kern Q=0,3805 und für ohne Kern 30,0890.
War das nicht so, dass Spulen mit Kern eine höhere Güte haben?
Wenn da jemand eine Erklärung zu hätte wäre ich äußerst dankbar!

Ich hoffe damit kann jemand was anfangen.
Übrigens: Ich hasse es, wenn Leute in Foren schreiben, dass sie es eilig haben und dringend eine Lösung brauchen. Trotzdem: Ich habe es eilig und brauche dringend eine Lösung :stuck_out_tongue:
Leider habe ich bis Freitag einen Bericht fertigzuschreiben. Um da noch Lösungen vernünftig einzuarbeiten brauch is es tatsächlich bis morgen!

Danke im Voraus

FriarsLantern

#2

Hallo FriarsLantern,

fange doch mal mit vernunftbedingten Überlegungen an. Stört bei einem gewöhnlichen Wechsel- Drehstrommotor das Motorgehäuse in irgend einer Weise die Statorwicklung? Nein.

Hast du etwas anderes ausser das der Rotor ein Ferritkern ist? Nein.

(Bist du das mit den Ufo-Fotografien? Egal.)

Schönen Gruß,
John

#3

Hallo John,
erstmal vielen Dank für deine Antwort.
Soll das jetzt heißen, der Mantel ist egal und kann ignoriert werden? Dann wundert aber trotzdem, dass Rfe ohne Kern ungleich 0 ist und die güte ohne Kern auch wesentlich größer als die mit Kern.

#4

Hallo FriarsLantern,

fange doch mal mit vernunftbedingten Überlegungen an. Stört
bei einem gewöhnlichen Wechsel- Drehstrommotor das
Motorgehäuse in irgend einer Weise die Statorwicklung? Nein.

Hast du etwas anderes ausser das der Rotor ein Ferritkern ist?
Nein.
…
Schönen Gruß,
John

Hallo John

Das kann so nicht stimmen.

Die Spule in FriarsLantern’s Anfrage erzeugt ein geschlossenes Magnetfeld, das durch die Mitte der Spule geführt wird und außen um die Spule wieder zurückführt.

Für die Magnetfeldkomponente außerhalb der Spule bildet das Mantelrohr einen Weg, welcher die Induktivität der Spule sehr wohl beeinflusst.

Gruß merimies

#5

Hallo,
imho rechnest Du falsch. Die Kupferverluste sind wie der Kupferwiderstand Ohmscher Anteil, nur die Induktivität bildet den Blindwiderstand. Klopf Deine Formel nochmal daraufhin ab, ob Du da nicht einen Blindanteil in den Kupferverlusten reingerechnet hast:

mit Rfe=(Rx-Rcu)^2+(2*pi*f*Lx)^2/(Rx-Rcu)
und Lp=(Rx-Rcu)^2+(2*pi*f*Lx)^2/(2*pi*f)^2*Lx

Mal Dir mal das zugehörige Zeigerdiagramm auf, dessen Diagonale Du mit diesen Formeln berechnest.
Gruß
loderunner

#6

Hallo merimies,

das sehe ich nicht so.

Ein zu einer Schleife gebogener Leiter wird im Inneren der Schleife von den Kraftlinien in gleicher Richtung durchsetzt.

Mehrere Schleifen hintereinander ergeben die Luftspule (das Solenoid). Die benachbarten Leiter sind jetzt gleichsinnig durchflossen. Um gleichsinnig durchflossene Leiter bilden sich aber gemeinsame Kraftlinien, weil sich die Kraftlinien zwischen ihnen gegenseitig aufheben.

Die Kraftlinien einer Schleife müssen somit durch alle Schleifen oder Windungen der Luftspule hindurchgehen und man erhält im Inneren der Spule ein starkes Magnetfeld.

Sonst dürfte man nie einen Motor oder Generator auf ein Metallfundament befestigen können. Aber das ist die Regel.

Schönen Gruß,
John

#7

Hallo,

Die Kraftlinien einer Schleife müssen somit durch alle
Schleifen oder Windungen der Luftspule hindurchgehen und man
erhält im Inneren der Spule ein starkes
Magnetfeld.

Du solltest Dir mal überlegen, dass ein Magnetfeld IMMER ringförmig geschlossen ist. Es gibt keinen Nord- und Südpol und da hören die Feldlinien auf.
Vergleich das ganze ein wenig (der Vergleich hinkt heftig) mit einem Strom: der sucht sich den Weg des geringsten Widerstands. Ein Magnetfeld macht das auch. Und weil das Metallrohr hier einen guten magnetischen Leiter darstellt, gehen die meisten Feldlinien durch diesen hindurch und nur wenige außen rum. Das Rohr bildet daher eine magnetische Abschirmung - und dafür ist es schließlich überhaupt da, das ist ja nicht als Spulenhalter oder -schutz gedacht.
Und natürlich beeinflusst es das Magnetfeld dadurch und darf nicht einfach unberücksichtigt bleiben. Die Magnetischen Widerstände addieren sich im Verlaufe des Magnetfeldes, analog zu den Widerständen eines Stromkreises. Wenn man einen der Serienwiderstände kleiner macht, sinkt der Gesamtwiderstand und es fließt mehr Strom. Im Falle des Magnetfeldes ist das der Magnetische Widerstand und der magnetische Fluß. Was sich selbstverständlich auf die Induktivität und die Verluste des Ummagnetisierens auswirkt.

Sonst dürfte man nie einen Motor oder Generator auf ein
Metallfundament befestigen können. Aber das ist die Regel.

Überleg Dir einfach mal, wo genau sich das Magnetfeld eines Motors befindet.
Gruß
loderunner

#8

Hallo,

Mal Dir mal das zugehörige Zeigerdiagramm auf, dessen
Diagonale Du mit diesen Formeln berechnest.

Hab ich gemacht, aber ich finde keinen Fehler. Die Formeln sollten an sich auch stimmen. Ich habe eher die Vermutung, dass sich diese Umrechnerei mit den ESB bei dieser Spule so nicht machen lässt.

Aber da die Zeit drängt, will ich mich jetzt nicht weiter mit Fehlersuche beschäftigen, sondern bin auf der Suche nach einer Erklärung bzw Rechtfertigung dafür, dass ich bei der Spule Rfe=0 annehmen kann/darf. Das ist ja auch logisch gesehen richtig, wenn man den Mantel nicht mitberücksichtigt. Nur muss ich die Mess-/Rechenergebnisse irgendwie erklären…

#9

Hallo,

Mal Dir mal das zugehörige Zeigerdiagramm auf, dessen
Diagonale Du mit diesen Formeln berechnest.

Hab ich gemacht, aber ich finde keinen Fehler.

Dann hast Du nicht genau genug hingeschaut. Ist Dir klar, dass sich der Gesamtwiderstand aus drei Zeigern ergibt, von denen zwei parallel zur realen Achse, der andere senkrecht dazu liegen muss? Deine Gleichung ergibt aber die Diagonale eines Rechtecks, kann also nicht für den Widerstand stehen, der den magnetischen Verlusten entspricht.

Aber da die Zeit drängt, will ich mich jetzt nicht weiter mit
Fehlersuche beschäftigen, sondern bin auf der Suche nach einer
Erklärung bzw Rechtfertigung dafür, dass ich bei der Spule
Rfe=0 annehmen kann/darf.

Darf man aber nicht. Ist doch klar, dass der Mantel magnetische Verluste hat. Die kannst Du doch nicht einfach unter den Tisch fallen lassen.

Das ist ja auch logisch gesehen
richtig, wenn man den Mantel nicht mitberücksichtigt.

Eben nicht! Lies mein Posting weiter unten im Thread.

Nur muss
ich die Mess-/Rechenergebnisse irgendwie erklären…

Eben.
Gruß
loderunner

#10

Hallo John,

Die Kraftlinien einer Schleife müssen somit durch alle
Schleifen oder Windungen der Luftspule hindurchgehen und man
erhält im Inneren der Spule ein starkes
Magnetfeld.

Hier ein paar Bilder der Feldlinien:
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10/versuch…

Sonst dürfte man nie einen Motor oder Generator auf ein
Metallfundament befestigen können. Aber das ist die Regel.

Schon mal ein Statorblech gesehen?
http://www.hans-mayer-elektrotechnik.de/go/mayer/_ws…

Hier das ganze als Zeichnung:
http://www.motorera.com/dictionary/pics/S/stator.jpg

und ein Foto:
http://www.slmti.com/windings/windingpics/bldcstator…

MfG Peter(TOO)

#11

Dann hast Du nicht genau genug hingeschaut. Ist Dir klar, dass
sich der Gesamtwiderstand aus drei Zeigern ergibt, von denen
zwei parallel zur realen Achse, der andere senkrecht dazu
liegen muss? Deine Gleichung ergibt aber die Diagonale eines
Rechtecks, kann also nicht für den Widerstand stehen, der den
magnetischen Verlusten entspricht.

Hm, sorry. Ist mir irgendwie nicht klar. Mit Zeigerbildern hab ich nie gelernt zu rechnen. Ich habe für meine Gleichungen einfach die komplexen Widerstände meiner ESBs gleichgesetzt und nach Rfe bzw Lp aufgelöst. Ich habe keine Ahnung warum da so ein Murks rauskommt.

dass ich bei der Spule
Rfe=0 annehmen kann/darf.

Darf man aber nicht. Ist doch klar, dass der Mantel
magnetische Verluste hat. Die kannst Du doch nicht einfach
unter den Tisch fallen lassen.

Ok, meinetwegen nicht null. Aber doch nicht vielfach mehr als bei der Spule mit Kern. Und eine Spule mit Mantel + Kern kann doch keine geringere Güte aufweisen als eine Spule nur mit Mantel. Oder bin ich da auf nem falschen Dampfer?

Ich bin verwirrt :frowning:

#12

Hallo,

Mit Zeigerbildern hab ich nie gelernt zu rechnen.

Lies mal: http://de.wikipedia.org/wiki/Komplexe_Wechselstromre…

Ich habe für meine Gleichungen
einfach die komplexen Widerstände meiner ESBs gleichgesetzt
und nach Rfe bzw Lp aufgelöst. Ich habe keine Ahnung warum da
so ein Murks rauskommt.

Weil Du die Phasenbeziehungen zwischen den Widerstandsarten nicht berücksichtigst. Du verwendest die Formeln für die Berechnung des Gesamtwiderstands zweier parallel geschalteter Widerstände und einem zusätzlichen Serienwiderstand. Das passt aber nicht, wenn es um komplexe Widerstände geht.

Und eine Spule mit Mantel + Kern kann
doch keine geringere Güte aufweisen als eine Spule nur mit
Mantel. Oder bin ich da auf nem falschen Dampfer?

Wie berechnest Du denn die Güte, wenn Du den Verlustwiderstand gar nicht kennst? Miss mit Deiner Messbrücke mal nicht nur einfach die Spannungen, sondern auch die Phase dazu.
Gruß
loderunner

#13

Grad noch eingefallen
Hallo,

Miss mit Deiner Messbrücke mal nicht nur
einfach die Spannungen, sondern auch die Phase dazu.

wie hast Du eigentlich überhaupt gemessen? Mit welchem Messgerät? Hast Du ein Oszilloskop zur Verfügung?
Gruß
loderunner