Hallo!
Ich möchte mir einen E-Magnet bauen, den ich dann mit 230V und 50Hz betreibe.
Meine Frage: Wie berechne ich dabei die Windungszahl und den Drahtquerschnitt um einen Strom von etwa 1A zu erreichen?
Spielt vielleicht auch der Eisenkern eine Rolle bei der Berechnung? (Ändert sich der Strom ohne Eisenkern?)
Danke im Voraus!!!
Hallo Markus,
zunächst erfolgt hier der übliche Hinweis, dass jeder, der nicht mindestens eine 3-jährige Elektrikerlehre oder etwas Gleichwertiges hinter sich hat, tunlichst die Finger von Netzspannung lassen sollte. Das habe ich früher auch lockerer gesehen, und dass ich noch lebe, ist teilweise auch Glück. Also, unberechtigt ist der Hinweis nicht.
Man braucht für einen Elektromagneten eine Spule. Wenn man davon ausgeht, dass diese Spule ein maximales Magnetfeld erzeugen soll, muss man sie mit so viel elektrischer (Verlust-)Leistung betreiben, dass sie nicht zu heiß wird. (Bei kurzer Einschaltdauer kann das also auch entsprechend mehr sein.)
Die maximale Verlustleistung ergibt sich aus der Kühlung der Spule und deren maximaler Betriebstemperatur. Die maximale Betriebstemperatur nehme ich mal mit 100°C an. Die Kühlung wird in der Regel Konvektionskühlung sein, also eine Spule in ruhender Luft. Dann ergibt sich die Wärmeabfuhr aus der Oberfläche der Spule. Eine Formel dafür habe ich nicht. Als Schätzwert würde ich sagen, bei einer faustgroßen Spule vielleicht 5 - 7,5°/W (5 - 7,5°C pro 1 Watt Verlustleistung). Bei Zimmertemperatur also ungefähr 15 bis 10 W max. Verlustleistung.
Bei einer Luftspule bei 50 Hz ergibt sich der Strom fast ausschließlich durch den ohmschen Widerstand des Drahtes. Es wird kompliziert, wenn man diese Vereinfachung nicht machen kann oder will. Also muss du so viele Wicklungen eines Drahtes mit dem richtigen Durchmesser wickeln, dass der Widerstand die richtige Leistung ergibt. Das ergibt sich aus dem spezifischen Widerstand des Drahtes, seiner Länge und seinem Durchmesser. Das ist simple Mathematik, auch „Rechnen“ genannt. Dazu noch ein Tipp: Nimm irgend einen Drahtdurchmesser an, rechne aus, wie viele Windungen passen, welchen Widerstand das ergibt und bei welcher Betriebsspannung die max. Verlustleistung erreicht wird. Jede Halbierung des Drahtdurchmessers (1/4 Querschnittsfläche) ver-4-facht die Windungszahl, ver-16-facht den Widerstand und ver-4-facht die Betriebsspannung.
Je mehr Windungen bei gleichem Strom du hast, desto stärker ist das Magnetfeld. Daraus ergibt sich, dass ein dünnes Wicklungspaket bei gleicher Verlustleistung zwar viel Innenraum lässt, aber ein schwächeres Feld erzeugt.
Mit Kern steigt der induktive Anteil des Stroms, der ohmsche lässt nach, und damit wird auch die Verlustleistung kleiner. Wie man das für verschiedene Wicklungs- und Kernformen berechnet, lernt man im E-Technik-Studium im 2. Semester und hat es im 4. Semester spätestens wieder vergessen. Deshalb kann ich dir hier auch nicht weiterhelfen.
Nebenbei: Es werden _richtig viele_ Windungen werden.
Grüße
Uwe
Danke für deine Antwort!
Ich habe zuerst auch angenommen mit dem ohmschen Widerstand des Drahtes rechnen zu müssen. Jedoch dachte ich, dass ich noch einen induktiven Widerstand beachten muss (s. Trafo).
Ein unbelasteter Trafo ist im Prinzip auch nur ein E-Magnet. Lässt sich Strom in diesem Fall auch über den Leitungswiderstand des Cu-Drahtes rechnen?
Markus Steiner
Hallo !
Bei Wechselstrom und Spule mit Eisenkern ist der Unterschied im Strom beträchtlich gegenüber Gleichspannung.
Bei Gleichspannung zählt tatsächlich nur der Drahtwiderstand.
Beispiel aus der Praxis:
Vorschaltgerät(konventionell) für Leuchtstofflampen, 40 W Typ hat einen ohmschen Widerstand von ca. 28 Ohm,das würde bedeuten 230 V : 28 Ohm = 8,2 A.
Tatsächlich fließt aber nur ca. 0,8 A .
Beim Trafo ist es vergleichbar,die Primärwicklung hat auch einen geringen Widerstand trotzdem ist der Leerlaufstrom viel geringer als nach dem Ohmwert zu erwarten.
Es liegt an dem induktiven Anteil und dem Eisenpaket.
MfG
duck313
Jedoch dachte ich, dass ich
noch einen induktiven Widerstand beachten muss (s. Trafo).
Der induktive Widerstand wird erst dann nennenswert, wenn ein Kern in der Spule ist. Und nicht nur ein bisschen Eisen, sondern der magnetische Fluss muss schon, wie beim Trafo, vollständig durch das Eisen gehen.
Ein unbelasteter Trafo ist im Prinzip auch nur ein E-Magnet.
Nein, ist er nicht. Wegen des geschlossenen Magnetfeldes ist gibt es so gut wie keine externen Feldlinien, die man für Magnetismus brauchen würde. Erst wenn du den Kern öffnest, ergeben sich Feldlinien außerhalb des Kerns. Und dann sinkt der induktive Widerstand ganz erheblich und wird bald vernachlässigbar.
Lässt sich Strom in diesem Fall auch über den
Leitungswiderstand des Cu-Drahtes rechnen?
Nein, belastet oder unbelastet, der Strom ergibt sich beim Trafo im Wesentlichen durch die Induktivität. Wie auch bei der Drossel von duck313.
Grüße, Uwe
Danke!!!
Ihr habt mir echt weiter geholfen…
Mfg
Markus Steiner