Induktivität Induktoren

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo Leute,

ich möchte mit einem Induktor Material in einem Grafittiegel schmelzen und habe dazu einiges aus dem Institutskeller geholt. Aber es geht nicht (der Generator schwingt an, kann aber nur ca. 10 kW von 80 kW Ausgangsleistung in den Lastkreis pumpen): Die Induktivität des Induktors ist anscheinend für den verwendeten Generator zu groß. Der ist für Frequenzen von 8 kHz bis 9,6 kHz ausgelegt, bei der Anpassung sollte mindestens noch eine Stammkapazität von 20 µF verbleiben. Mit 8 kHz komme ich damit auf eine maximale Induktivität im Lastkreis von 1,99 x 10^-5 H. Im Lastkreis habe ich einen Härtetrafo, dessen Induktivität ich nicht kenne und einen Induktor aus technischem Kupfer mit 6 Windungen, einer Länge l von 176 mm und einem mittleren Windungsradius rw von 133 mm. Ich habe versuchsweise die Induktivität dieses Induktors mit einer Formel für kurze Spulen (l > 0,6 x rw) zu 8,5 x 10^-6 H berechnet. Mit dem Trafo zusammen ist das wohl zu viel.

Jetzt habe ich mir überlegt, statt eines Induktors mit 6 Windungen 6 Windungen parallel zu schalten (also sozusagen 6 parallele Induktoren), komme aber hier nicht weiter: Kann mir jemand von Euch sagen (oder mir eine zielführende Quelle nennen), wie man die Induktivität einer Spule mit einer einzigen Windung berechnen kann und ob und ggf. wie man das Ergebnis modifizieren muss, wenn man n (n = 1 bis 6) solcher einwindigen Spulen dicht nebeneinander setzt. Ich möchte die beiden Lösungen hinsichtlich ihrer Induktivitäten miteinander vergleichen können.

Grüße, Thomas

P.S.: Bezüglich des Materials für den Induktor habe ich zwei verschiedene Meinungen gehört: Die einen sagen, technisches Kupfer reicht, weil der ohmsche Widerstand nicht den großen Einfluss auf die Lage der Resonanz hat, die anderen sagen, man bräuchte OFC. Weiß jemand was dazu?

#2

jemand von Euch sagen (oder mir eine zielführende Quelle
nennen), wie man die Induktivität einer Spule mit einer
einzigen Windung berechnen kann

Hallo,

fast ganz ohne Physik: wenn du eine Spule in 2 Hälften teilst, hat jede die halbe Induktivität, und wenn du die beiden parallel schaltest, sinkt der Wechselstromwiderstand auf die Hälfte einer der beiden, also ein Viertel der ganzen Spule - Koppeleffekte allerdings ausgeschlossen, d.h. wenn die Windungen der Teilspulen nebeneinander laufen, wirken sie wie eine einzige Windung, aber mit dem doppelten Querschnitt. In deinem Fall dürfte also der doppelte Strom fliessen, wofür der doppelte Querschnitt gerade recht ist. Was für wunderbare Zufälle.

Gruss Reinhard

#3

Hallo

OFC?
Das ist ja der Lacher…

Mal bei Wikipedia nachgeschaut, was das wohl sein soll…
Wikipedia sagt was über OFC, hochwertige Kabel usw., verhindert Fehler in Verbindung mit Wasserstoff.

Ich versteh aber nicht, was das mit der Energieabgabe Deines Generators zu tun haben soll.

Überhaupt versteh ich nicht recht, was eigentlich Dein Problem ist.
Wofür ist denn der Generator vorgesehen?
Von Härtespulen ist Die Rede.
Von einer Frequenz ist die Rede.
Muss der Energieabnehmer eine abgestimmter Schwingkreis sein?
Oder reicht ein Scheinwiderstand einer Spule von 50 Ohm(nur ein Beispiel)?

Als Tipp:
Einen Schwingkreis dieser Art kann man mit einem Oszilloskop und einer einfachen Schaltung in etwa beurteilen. Dann bracht man keine Frequenzratestunde.

MfG
Matthias

#4

Hallo Matthias,

OFC?
Das ist ja der Lacher…
Mal bei Wikipedia nachgeschaut, was das wohl sein soll…
Wikipedia sagt was über OFC, hochwertige Kabel usw.,
verhindert Fehler in Verbindung mit Wasserstoff.

Ich habe eine Wechselspannungsgenerator, der im Bereich zwischen 8 kHz und 9,6 kHz betrieben werden sollte. Damit wird eine Spule aus Kupferrohr mit derzeit 6 Windungen betrieben, mit der ein Grafittiegel induktiv erwärmt werden soll. Um die Leistung optimal zu übertragen, sind parallel zum Induktor Kapazitäten geschaltet, so dass sich ein Parallelschwingkreis ausbildet. Als zusätzliches Problem kommt hinzu, dass sich zwischen Generator und Induktor ein Trafo befindet, mit dem die Spannung des Generators herabgesetzt werden muss, da sich der Induktor im Vakuum befindet und Überschläge zwischen den einzelnen Windungen vermieden werden sollen.

Ich versteh aber nicht, was das mit der Energieabgabe Deines
Generators zu tun haben soll.

Einerseits ist der ohmsche Widerstand von OFC geringer als der von technischem Kupfer. Damit ist der Strom im Induktor höher, das von ihm erzeugte Magnetfeld auch und damit auch die Erwärmung des Grafittiegels. Deswegen nehmen ja auch HiHi-Freaks Kabel aus OFC. Ich bin aber im Zweifel, weil ich mir nicht vorstellen kann, dass das viel ausmacht. Deswegen habe ich nachgefragt. Andererseits kann es sein, dass der ohmsche Widerstand die Resonanz des Parallelschwingkreises verschiebt. Als zweite Meinung habe ich gehört, dass OFC unempfindlicher gegen Korrosion sei (der Induktor wird zur Kühlung mit Wasser durchströmt) und dass das der eigentliche Grund für die Verwendung von OFC sei.

Überhaupt versteh ich nicht recht, was eigentlich Dein Problem
ist.
Wofür ist denn der Generator vorgesehen?
Von Härtespulen ist Die Rede.
Von einer Frequenz ist die Rede.
Muss der Energieabnehmer eine abgestimmter Schwingkreis sein?
Oder reicht ein Scheinwiderstand einer Spule von 50 Ohm(nur
ein Beispiel)?

Wie oben beschrieben: Der Generator wirkt über einen Trafo auf einen Induktor mit 6 Windungen, der einen Grafittiegel erwärmen soll. Der Trafo bildet zusammen mit dem Induktor die Induktivität eines Parallelschwingkreises. Parallel dazu sind im Generator Kapazitäten untergebracht, die man dazu- oder abschalten kann, um den Kreis in Resonanz zu bringen. Der Generator verträgt bauartbedingt Frequenzen zwischen 8 kHz und 9,6 kHz, aber mit der Änderung der Kapazität (zwischen 12,6 µF und 25,2 µF) lässt sich dieser Frequenzbereich nicht erreichen. Ich vermute, dass das daran liegt, dass die Induktivität des Induktors (die sich ja mit ü^2 nach „vorne“ überträgt) zu hoch ist und wollte wissen, wie man die Induktivität mehrerer parallel geschalteter Spulen berechnen kann, die nahe beieinander liegen und damit vermutlich über die Magnetfelder zumindest teilweise gekoppelt sind.

Als Tipp:
Einen Schwingkreis dieser Art kann man mit einem Oszilloskop
und einer einfachen Schaltung in etwa beurteilen. Dann bracht
man keine Frequenzratestunde.

Ich habe ein digitales 2-Kanal-Osko mit Stromzange und Hochspannungsmesskopf, da die Spannung 450 V und der Strom vor dem Trafo um die 500 A beträgt. Aber ich bin Physiker, habe also nicht die handwerklichen Fähigkeiten eines E-Technikers, der ein solches Gebilde einfach analysieren und durch ein Ersatzschaltbild ersetzen kann, um an geeigneter Stelle zu messen.

Grüße, Thomas

#5

Hallo Thomas

Ich glaube, wir kommen dem Problem jetzt etwas näher.
Ich habe eine Wechselspannungsgenerator, der im Bereich
zwischen 8 kHz und 9,6 kHz betrieben werden sollte. Damit wird
eine Spule aus Kupferrohr mit derzeit 6 Windungen betrieben,
mit der ein Grafittiegel induktiv erwärmt werden soll.

Wenn ich „6 Windungen“ lese, denke ich zuerst an Kurzwelle oder UKW, keinesfalls an 8-9,6 kHz.
Dient die Spule nur zur Auskopplung, kann es schon eher hinkommen.
ausbildet. Als zusätzliches Problem kommt hinzu, dass sich
zwischen Generator und Induktor ein Trafo befindet, mit dem
die Spannung des Generators herabgesetzt werden muss, da sich
der Induktor im Vakuum befindet und Überschläge zwischen den
einzelnen Windungen vermieden werden sollen.

Um die Überschläge zu verhindern, könnte man die Leistung des Generators verringern. Ich vermute deswegen eher eine Art von Anpassung. Der Generator produziert auch mit korrekter Anpassung weniger Funkstörungen.
Erwärmung des Grafittiegels. Deswegen nehmen ja auch
HiHi-Freaks Kabel aus OFC. Ich bin aber im Zweifel, weil ich
mir nicht vorstellen kann, dass das viel ausmacht.

Genau, bei Hifi-Freaks mit den 4Ohm Lautsprechern könnte das wohl was bringen, aber bei Dir ist es wohl egal. Woher soll man denn auch Wasserrohr aus „OFC-Kupfer“ bekommen?

Korrosion wird auch kein wichtiger Grund für OFC sein, notfalls kann man das Wasser schwach alkalisch machen und auf korrekte Anschlüsse achten. Außerdem wird die bisher vorhandene Spule für eine konkrete Anwendung vorgesehen gewesen sein.
Wie oben beschrieben: Der Generator wirkt über einen Trafo auf
einen Induktor mit 6 Windungen, der einen Grafittiegel
erwärmen soll. Der Trafo bildet zusammen mit dem Induktor die
Induktivität eines Parallelschwingkreises. Parallel dazu sind
im Generator Kapazitäten untergebracht, die man dazu- oder
abschalten kann, um den Kreis in Resonanz zu bringen. Der
Generator verträgt bauartbedingt Frequenzen zwischen 8 kHz und
9,6 kHz, aber mit der Änderung der Kapazität (zwischen 12,6 µF
und 25,2 µF) lässt sich dieser Frequenzbereich nicht
erreichen. Ich vermute, dass das daran liegt, dass die
Induktivität des Induktors (die sich ja mit ü^2 nach „vorne“
überträgt) zu hoch ist und wollte wissen, wie man die
Induktivität mehrerer parallel geschalteter Spulen berechnen
kann, die nahe beieinander liegen und damit vermutlich über
die Magnetfelder zumindest teilweise gekoppelt sind.

Natürlich bilden 2 parallele gleiche Induktivitäten die halbe Induktivität, wobei ich aber den Unterschied zwischen Parallelschaltung und dickerem Kabel in Deinem Fall nicht direkt unterscheiden kann, also das weiß ich nicht genau.

Zur Messung kannst Du Dein genanntes Oszilloskop verwenden.
Nimm eine 1,5V Monozelle und einen Schalter zum unterbrechen.
Die 1,5V schließt Du kurze Zeit parallel an den geschlossenen Schwingkreis an und unterbrichst mit dem Schalter. Auf dem Oszilloskop (Spannungsmessung am Parallelschwingkreis) müßte dann wenigstens eine Welle erscheinen, die einen Rückschluss auf die Resonanzfrequenz zulässt.
Ob der Generator eine solche Messung zulässt(natürlich im ausgeschaltetem abgetrenntem Zustand), musst Du prüfen.

Ausserdem vermute ich schlicht einen Defekt(Kondensator/Generator), wenn die Bauteile alle für einander vorgesehen waren.

Also im Zweifelsfall(auch weil es sich um ein Energiegerät handelt) lieber eine Elektrofachkraft holen.

MfG
Matthias

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