Hallo, aus dem Grundlagenartikel Spulen : "Wenn in einer Spule aufgrund der Anwendung eine nennenswerte Menge Energie gespeichert werden muss, benötigt sie einen Luftspalt. Der Großteil der Energie wird dann nicht mehr direkt im Kernmaterial (welches sättigen kann), sondern im Luftspalt gespeichert." das dies so ist ist ja Fakt. Aber warum ? Ich kann mir nicht vorstellen wie im Luftspalt Energie gespeichert wird. Was für Zustände (Veränderungen) finden in den Luftspalt statt um das dort Energie gespeichert wird ? - Muss es unbedingt Luft sein, oder würde zb. die Energiespeicherung auch in einen anderen Gas funktionieren? - Was wäre wenn die Spule in (Trafo)-öl getaucht würde - findet die Energiespeicherung dann im Öl welches sich im Spalt befindet statt ? Irgendwie kann ich mir Energiespeicherung in einen Luftspalt nur sehr schwer vorstellen bzw. überhaupt nicht erklären. Wer kann mich hierzu "aufklären" ? Paul Panther
Paul Panther schrieb: > Aber warum ? Das Kernmaterial ist der magnetische Leiter. Jedwede Energie die im Leiter transportiert wird trägt stets nur zu den Verlusten bei (Pointing Vektor), die Nutzenergie wird außerhalb des Leiters, idR Luft, transportiert.
Die Energie wird nicht in der Luft gespeichert. Die Energie befindet sich im Magnetfeld das sich an der Stelle des Luftspaltes befindet. Somit geht jedes Material, was ein µr hat das wesentlich kleiner ist, als das von Eisen. Volker
Volker Zabe schrieb: > Die Energie wird nicht in der Luft gespeichert. Das ist ein guter Einwand und ein Aspekt, den ich nicht bedachte. Volker hat natürlich recht, die Energie ist zwar hier in der Luft und wird da (scheinbar) gespeichert aber sie wäre auch im Vakuum im "Luftspalt". Gespeichert wird sie natürlich, wie Volker sagte, im magnetischen Feld. Zu Felder muss man eines sagen: Sie sind fiktive mathematische Konstrukte die uns helfen sollen etwas zu verstehen. Ein Feld ist, so die Definition, ein Gebiet in welchem Kräfte wirken können aber nicht zwangsläufig müssen. Genauer erklärt wird sowas häufig in Einleitungen zur numerischen Feldberechnung.
@ Paul Panther (Gast) >Was für Zustände (Veränderungen) finden in den Luftspalt statt um das >dort Energie gespeichert wird ? Es wird ein Magnetfeld aufgebaut. Die Luft sorgt dafür, dass der magnetische Widerstand hoch ist, damit kann man mehr Energie speichern. Klingt komisch, ist aber so. In einem geschlossenen Eisenkern kann man nur wenig Energie speichern, weil man zwar mit wenig Strom schon einen hohe Flußdichte erreicht, der Kern dann irgendwann sättigt, aber damit die Energie klein bleibt! Siehe Formel! http://www.mikrocontroller.net/articles/Spule#Spulen_selber_wickeln.2C_quick_.26_dirty >- Muss es unbedingt Luft sein, Nein. So ziemlich jeder Nichteisenwerkstoff, der keine magnetische Sättigung hat, ist brauchbar. Holz, Kunststoff, sogar Aluminium und Kupfer, dann aber nur für Gleichstrom, wegen der Wirbelströme ;-) > oder würde zb. die Energiespeicherung >auch in einen anderen Gas funktionieren? Sicher. >- Was wäre wenn die Spule in (Trafo)-öl getaucht würde - findet die >Energiespeicherung dann im Öl welches sich im Spalt befindet statt ? Ja. >Irgendwie kann ich mir Energiespeicherung in einen Luftspalt nur sehr >schwer vorstellen bzw. überhaupt nicht erklären. Energie in einem Magnetfeld speichern heißt, stark vereinfacht, eine magnetische Feder zu spannen. Ist diese recht hart (hoher magnetischer Widerstand, Kern mit Luftspalt), kann man viel Energie speichern. Ist sie weich (geringer magnetischer Widerstand, Eisenkern ohne Luftspalt) kann man nur wenig Energie speichern. MfG Falk P S Die wissenschaftliche Erklärung ala Maxwell überlasse ich den dazu qualifizierten Leuten, ich hatte in Theoretischer Elektrotechnik nur ne 4- 8-0
Ich erklärs mal mathematisch in möglichst einfachen Formeln. Da sieht man das mMn. am besten. Fangen wir an mit der magnetischen Energiedichte. Die ist
. Man muss also das B-Feld und das H-Feld kennen. Das B-Feld ist (wegen den Stetigkeitsbedingungen) überall im magnetischen Kreis (d.h. im Kernmaterial und im Luftspalt, sofern der Luftspalt klein ist) gleich gross. Das H-Feld hingegen macht einen Sprung an der Materialgrenze. Weil B gleich bleibt und man es einfach berechnen kann, rechnen wir damit weiter. Um aus der Energiedichte die Energie zu erhalten, muss man die Energiedichte über den Raum integrieren. Da wir aber davon ausgehen, dass unser Luftspalt klein ist, ist das B-Feld ja überall gleich gross, also konstant. Damit vereinfacht sich das Integral zu einer Multiplikation mit dem Volumen, in dem sich das Feld befindet.
Mit
folgt nun
. Energie im Kernmaterial:
Energie im Luftspalt:
Das Verhältnis der beiden:
Nun ist
sehr gross (Bereich 5000). Das Verhältnis der Volumina von Luftspalt und Eisenkreis, also das Verhältnis deren Längen, liegt vielleicht im Bereich 1:50 (10cm Eisenkreis, 2mm Luftspalt). Damit wäre das Gesamtverhältnis der Energien im Bereich 100. D.h. der Luftspalt trägt 100 mal mehr Energie als das Kernmaterial. Ich hoffe, dass das einigermassen verständlich ist. MfG Daniel
Danke , so in etwa habe ich das verstanden und kann mir das jetzt auch besser vorstellen. Schöne erklärung von Falk. Wie es nun streng wissentschaftlich funktioniert scheint ja doch sehr komplex zu sein - schon alleine die Aussage "Ein Feld ist, so die Definition, ein Gebiet in welchem Kräfte wirken können aber nicht zwangsläufig müssen. " deutet für mich dahin das das was in innersten abläuft wohl sehr komplex und wenig anschaulich sein wird. Da gefällt mir das Bild von Falk wesentlich besser :-) Danke an alle. Paul Panther
Paul Panther, deine Fragestellung finde ich superinteressant, da auch mich diese Fragen bewegen. du zitiertest folgendes: > "Ein Feld ist, so > die Definition, ein Gebiet in welchem Kräfte wirken können aber nicht > zwangsläufig müssen. " Es könnte ja fast philosophisch werden, wenn man sich mal Gedanken über die Spule macht. Da wir ja nun wissen, dass auch Öl oder das Vacuum funktionieren würde, frage ich mich, wo nun das Energiezeugs bleiben könnte. Falks Erklärung mit der Feder finde ich ganz gut, aber ich würde gern ein präziseres Bild haben. z.B. was machen die Federn bei einem Kern ohne Luftspalt anders als bei einem mit Luftspalt. Daniel R. hat es mit Sicherheit auch gut gemeint mit seinen Formeln aber die sagen mir nix. Ich bin eher Praktiker. Ich hoffe es geht weiter Klaus
@ Klaus De lisson (kolisson) >ein präziseres Bild haben. z.B. was machen die Federn bei einem Kern >ohne Luftspalt anders als bei einem mit Luftspalt. Sie gehen in den Anschlag (=Sättigung). Kann man sich so vorstellen, dass man eine Feder nur endlich zusammendrücken kann, dann stoßen die einzelnen Windungen aneinander, Feierabend. Mit Luftspalt kommt der Anschlag deutlich später, je größer der Luftspalt umso später. Kerne ohne jegliche Eisenmaterialen haben keinerlei Sättigung und können "endlos" komprimiert werden. Praktisch setzt hier der ohmsche Widerstand der Wicklungen eine Grenze. Supraleitende Spulen wie z.B. im Magnetresonanztomographen (MRT) helfen hier weiter. MFG Falk
Wie sieht das bei Ferritkernen von Übertragern aus. Gehen diese später in Sättigung wie Übertrager mit Luftspalt? Kann man theoretsich beliebig viel Energie im Magnetfeld speichern? Sind die natürlichen Grenzen durch die Ausdehnung des Drahts bzw. den Querschnitt vorgegeben?
Mit Übertragern (Transformatoren) will man, wie der Name schon sagt, etwas übertragen und nicht speichern. Übertrager haben idR keinen Luftspalt.
Meine Frage war wie sich Übertrager mit Ferritkernen verhalten. Erhöht der Ferritkern gegenüber einem Eisenkern die zu übertragende Energie pro Magentisierungsvorgang im Sinne eines Luftspalts, oder dient der Ferritkern dazu, die Wirbelstrom und Ummagnetisierungsverluste zu reduzieren.
@Falk Den vergleich mit der harten und weichen Feder find ich prima. Muss ich mir merken :-) Danke Udo
M. H. schrieb: > Meine Frage war wie sich Übertrager mit Ferritkernen verhalten. > > Erhöht der Ferritkern gegenüber einem Eisenkern die zu übertragende > Energie pro Magentisierungsvorgang im Sinne eines Luftspalts, oder dient > der Ferritkern dazu, die Wirbelstrom und Ummagnetisierungsverluste zu > reduzieren. Nun, auch Ferritkerne gibts mit und ohne Luftspalt. Ferrit nimmt man hauptsächlich, um höhere Frequenzen verarbeiten zu können. Gruss Harald
Paul Panther schrieb: > Wie es nun streng wissentschaftlich funktioniert scheint ja doch sehr > komplex zu sein Nö, Paul, Sorry, aber die Physik ist überhaupt nicht kompliziert. Nur manchmal tun wir Menschen uns so schwer im Verständnis wie mit der Relativitätstheorie.... Dein "gesunder Menschenverstand" hat völlig Recht - wo nichts ist, wie eben im Luftspalt, da ist auch nichts, was speichern könnte. Aber dem mathematischen Verstand kann es so scheinen. Bessere Erklärungen findet man mit der Fragestellung "wie funktioniert das?" Dazu bemühe ich die Elementarmagnete in ferromagnetischen Materialien wie Ferrite - und zur Darstellung benutze ich eine Handvoll winziger Magnete. Wenn Du die auf einer Fläche ausbreitest, dann orientieren die sich Nord an Süd, bilden "Rudel", sogar "Schleifen", bis sie ein gemeinsames Energieminimum gefunden haben. Legen wir eine Spule drum rum und schicken Strom durch, orientieren sich einige Elementarmagnete um. Je größer der Strom, desto mehr. In der Sättigung sind dann alle Elementarmagnete gemeinsam ausgerichtet gegen das elektromagnetische Feld. Sobald das nachlässt, verlieren die Elementarmagnete wieder ihre Ordnung. In der Auslenkung der Elementarmagneten ist die Energie gespeichert. Aber wenn Du mit Trafoquerschnitten rechnest, mit "mittlerer magnetischer Weglänge", EpsilonE und EpsilonR und Luftspaltlänge, dann findest Du, was oben schon klug gesagt war. Ciao Wolfgang Horn
> In der Auslenkung der Elementarmagneten ist die Energie gespeichert.
Das kann man so aber auch nicht sagen. Bei einem Kern mit Luftspalt ist
tatsächlich die meiste Energie im Luftspalt gespeichert, die
"Elementarmagnete" sind aber im Kernmaterial.
Hier passt ganz gut ein Satz von Albert Einstein: "Mache die Dinge so
einfach wie möglich - aber nicht einfacher."
Um das wirklich zu verstehen, sollte man das nicht auf einen so
einfachen (und falschen) Satz reduzieren.
Es ist eher so, dass man in Luft (bzw. Vakuum oder anderen dia- und
paramagnetischen Materialien) ein wesentlich stärkeres H-Feld braucht,
um eine bestimmte Flussdichte (B-Feld) zu erzeugen als ein
ferromagnetischen Werkstoffen (Eisen, Ferrit, ...).
In einem Kern mit konstantem Querschnitt ist die Flussdichte überall
gleich, also auch im Luftspalt. Die Energiedichte ist das Produkt aus H-
und B-Feldstärke. In Luft ist also bei gleicher Flussdichte die
Energiedichte um den Faktor µ_r größer als in Eisen bzw. Ferrit. Deshalb
kann in einem relativ schmalen Luftspalt viel mehr Energie gespeichert
werden als im deutlich größeren Kern.
Gleichzeitig ist bei ferromagnetischen Werkstoffen der Zusammenhang
zwischen H- und B-Feld (µ_r) nichtlinear, ab einer bestimmten
Flussdichte (Sättigungsflussdichte) sinkt die Permeabilitätszahl und
geht Richtung 1, also den Wert von Luft. Man kann also theoretisch in
einer Spule auf einem Eisen- bzw. Ferritkern eine beliebig hohe Energie
speichern, allerdings gehen dabei die ferromagnetischen Eigenschaften
des Kerns verloren und die Spule verhält sich annähernd wie eine
Luftspule.
Deshalb verwendet man Kerne mit Luftspalt. Mathematisch kann man das so
betrachten, dass sich das effektive µ_r durch den Luftspalt verringert.
Das vereinfacht evtl. einige Berechungen, aber man sollte schon auch das
Prinzip verstanden haben.
Johannes E. schrieb: >> In der Auslenkung der Elementarmagneten ist die Energie gespeichert. > > Das kann man so aber auch nicht sagen. Bei einem Kern mit Luftspalt ist > tatsächlich die meiste Energie im Luftspalt gespeichert, die > "Elementarmagnete" sind aber im Kernmaterial. Sorry, Johannes, ich halte nichts von Geistern, Gespenstern oder nichtexistenten Behältern für Energie wie einen Luftspalt. Ein Modell, wie das Zustandekommen eines Schwingkreises aus L und C, ist erst dann geklärt, wenn die Frage "wie funktioniert das?" hinreichend geklärt ist. Im Ferrit haben wir natürlich keine magnetischen Klötzchen, im Gitter aber Atome, die mit einem Valenzelektron ein magnetisches Feld erzeugen. All die Elementarmagnete im Ferrit verhalten sich etwa so, wie ich beschrieben habe. Der experimentelle Beweis: Erhitze den vermuteten "Speicher" für das Magnetfeld über den Curie-Punkt hinaus. Was passiert? Erhitze ich allein den Luftspalt, passiert gar nix. Erhitze ich aber das Kristallgitter, lösen sich am Curiepunkt die Bindungen auf und sogar die Restremanenz verschwindet. Das war der Beweis, dass der Speicher für die magnetische Energie tatsächlich im Kristallgitter war. Ciao Wolfgang Horn
> Aber warum ? > Ich kann mir nicht vorstellen wie im Luftspalt Energie gespeichert wird. Brauchst du auch nicht, ist ja nur ein Bildnis: Eine Spule ohne Luftspalt ist wie ein magnetischer Kurzschluss. Legst du eine Spannung an, steigt (im Arbeitsbereich, also unterhalb der Sättigung) der Strom und damit der "magnetische Strom", das B-Feld, jedoch nicht die magnetische Spannung, das H-Feld, also ist (I*U=B*H) nicht so besonders. Führst du in derselben Spule einen Luftspalt ein, steigt der "magnetische Widerstand" und damit mit dem "magnetischen Strom" auch die "magnetische Spannung" und du bekommst mehr I*U=B*H. Daher der Luftspalt, und das Bildnis der Energie im Luftspalt. Es ginge mit Kernmaterialen mit niedrigerem magnetischen µ genau so auch ohne Luftspalt.
Wolfgang Horn schrieb: > ich halte nichts von Geistern, Gespenstern oder nichtexistenten > Behältern für Energie wie einen Luftspalt. Dann solltest du dir unbedingt nochmal die Grundlagen anschaun und durchlesen. Jedwede Energie, die im Eisen ist, trägt nur zu den Verlusten bei und kann für nichts sonst benutzt werden (sofern man die Wärme des Eisens nicht nutzt). Jedwede Energie, die außerhalb des Eisens (des Leiters) transportiert wird kann auch genutzt werden. MaWin hats schön anschaulich erklärt wie ich finde.
Wolfgang Horn schrieb: > ich halte nichts von Geistern, Gespenstern oder nichtexistenten > Behältern für Energie wie einen Luftspalt. Ich nehme an, dass du zum Telefonieren dein Handy sorgfältig mit dem GSM-Kabel am nächsten Funkmast anschliesst.
> Der experimentelle Beweis: Erhitze den vermuteten "Speicher" für das > Magnetfeld über den Curie-Punkt hinaus. Was passiert? > Erhitze ich allein den Luftspalt, passiert gar nix. > Erhitze ich aber das Kristallgitter, lösen sich am Curiepunkt die > Bindungen auf und sogar die Restremanenz verschwindet. Du verstehst das anscheinend überhaupt nicht. Der Ferritkern macht einen "magnetischen Kurzschluss", in dem sich die Feldlinien um den Luftspalt herum schließen. Durch das wesentlich größere µ_r ist die Feldstärke im Kern dabei sehr klein, während sie im Luftspalt sehr groß ist. Den Kern braucht man eigentlich nur dazu, dass man Platz für eine große Wicklung hat, mit der eine hohe Feldstärke erziehlt werden kann. Durch erwärmen über den Curiepunkt wird der "magnetische Widerstand" der Ferrits ziemlich groß, dadurch sinkt die Induktivität und damit die Flussdichte. Die Energiedichte im Luftspalt wird dadurch auch kleiner. > Das war der Beweis, dass der Speicher für die magnetische Energie > tatsächlich im Kristallgitter war. Das ist ungefähr so, wie wenn man eine Batterie mit einem Kabel mit einer Lampe verbindet und dann das Kabel durchschneidet und das dann als Beweis dafür bezeichnet, dass die Energie im Kabel und nicht in der Batterie gespeichert ist. Hier ist mein "Gegenbeweis": Nimm einen E20-Kern, Material N87: Mit Luftspalt 0,25 mm ist der A_l - Wert 171 nH Mit Windungszahl 10 ergibt sich eine Induktivität von 17,1 µH. Bei einer maximalen Flussdichte von 0,4 T entspricht das einer maximalen Energie von 482 µJ. Mit Luftspalt 0,5 mm ist der A_l - Wert 103 nH Mit Windungszahl 10 ergibt sich eine Induktivität von 10,3 µH. Bei einer maximalen Flussdichte von 0,4 T entspricht das einer maximalen Energie von 800 µJ. Durch den doppelt so großen Luftspalt hat sich die maximale Energie fast verdoppelt; die Abweichung kommt daher, dass das µ_r von N87 nicht unendlich ist, die Feldstärke im Ferrit ist also nicht 0. Es wird also schon noch ein gewisser Anteil der Energie im Ferrit gespeichert, aber der größte Anteil ist im Luftspalt. Wenn die komplette Energie im Kern gespeichert würde, dann bräuchte man gar keinen Luftspalt in den Kern reinmachen.
Nachtrag: Man kann auch in einer Luftspule bzw. im Vakuum, also ganz ohne Ferrit und Elemntarmagnete Energie speichern. Nur ist hier das Volumen deutlich größer bzw. man braucht eine viel größere Stromdichte (Supraleiter).
Johannes schrieb: > Es wird also schon noch ein gewisser Anteil der Energie im Ferrit > gespeichert, aber der größte Anteil ist im Luftspalt. Eher im Streufeld. Im Ferrit ist zwar auch Energie aber die trägt nur zu den Verlusten bei. ;) Aber schönes, anschauliches Beispiel.
>> Es wird also schon noch ein gewisser Anteil der Energie im Ferrit >> gespeichert, aber der größte Anteil ist im Luftspalt. > Eher im Streufeld. Im Ferrit ist zwar auch Energie aber die trägt nur zu > den Verlusten bei. ;) Ferrit (N87) hat laut Datenblatt ein effektives µ_r von 1680, das bedeutet, dass bei gleicher Flussdichte die Feldstärke im kern um diesen Betrag kleiner ist als im Luftspalt und damit auch die Energiedichte. Der Luftspalt beim E20-Kern hat ein Volumen von 8 mm^3 (bei 0,25mm Luftspalt) bzw. 16mm^3 (bei 0,5mm Luftspalt). Der Kern (ohne Luftspalt) hat ein Volumen von 1490 mm^3. Damit ist die gesamte im Kern gespeicherte Energie ungefähr W_kern = W_Luftspalt / 1680 * 1482 / 8 bzw. W_kern = W_Luftspalt / 1680 * 1474 / 16 je nach Luftspalt. Beim 0,25 mm - Spalt sind im Kern also ca. 11% der Energie des Luftspalts gespeichert; beim 0,5 mm - Spalt sind das etwa 5,5 %. Damit erhält man für mein Beispiel folgende Energie-Verteilung: 0,25mm Luftspalt: W_Luftspalt = 434 µJ, W_Kern = 48 µJ 0,5mm Luftspalt: W_Luftspalt = 758 µJ, W_Kern = 42 µJ Theoretisch müsste die Energie im Kern in beiden Fällen gleich groß sein, der Unterschied kommt durch die Streufelder und die Kerngeometrie (inhomogenes Feld). Im Kern ist also schon auch Energie gespeichert, nur eben wesentlich weniger als im Luftspalt. > Aber schönes, anschauliches Beispiel. Danke.
Johannes schrieb: > Theoretisch müsste die Energie im Kern in beiden Fällen gleich groß > sein Nein, nicht ganz. Dein Kern ist beim 0.5mm Luftspalt ja auch kleiner als beim 0.25mm Luftspalt. ;) Johannes schrieb: > Im Kern ist also schon auch Energie gespeichert, nur > eben wesentlich weniger als im Luftspalt. Klar ist auch im Kern Energie gespeichert nur bringt dir die Energie im Kern nüschts außer, dass sie den Kern warm macht. Dat Kernmaterial ist ja nicht verlustfrei ;)
>> Theoretisch müsste die Energie im Kern in beiden Fällen gleich groß >> sein > Nein, nicht ganz. Dein Kern ist beim 0.5mm Luftspalt ja auch kleiner als > beim 0.25mm Luftspalt. ;) ja, richtig, hatte ich übersehen. > Klar ist auch im Kern Energie gespeichert nur bringt dir die Energie im > Kern nüschts außer, dass sie den Kern warm macht. Dat Kernmaterial ist > ja nicht verlustfrei ;) Doch. Diese im Kern gespeicherte Energie wird genau so wieder abgegeben wie die Energie im Luftspalt. Ansonsten würden beim 0,25 mm Luftspalt ca. 10 % der gesamten Energie in Wärme umgewandelt werden. Der Wirkungsgrad einer Ferrit-Speicherdrossel ist aber ziemlich groß. Durch die Änderung der Flussdichte entstehen Verluste im Kern, die sind aber nicht so groß wie die Energie, die im Kern gespeichert ist und diese Verluste haben auch nichs mit der im Kern gespeicherten Energie zu tun.
Paul Panther schrieb: > Ich kann mir nicht vorstellen wie im Luftspalt Energie gespeichert wird. Es ist, wie bei einem Stein, der gehoben wird. Steckt da die Energie in der Luft. Nein, der Stein wird gegen das Kraftfeld, in diesem Fall das Gravitationsfeld, gehoben. Man stelle sich vor, man hätte zwei U-förmige Schnittbandkerne, die mit einer stromdurchflossenen Spule versehen sind und ohne Luftspalte zusammen gefügt sind. Wenn man jetzt die beiden Hätten von einander trennen, dann muss man eine erhebliche Kraft aufwenden. Die dabei hinein gesteckt Energie ist das Produkt aus Kraft mal Weg. Der Weg entspricht dem Luftspalt. Steckt nun die Energie in der Luft zwischen den beiden Schnittbandkernhälften?
Falk B. schrieb: > Energie in einem Magnetfeld speichern heißt, stark vereinfacht, eine > magnetische Feder zu spannen. Ist diese recht hart (hoher magnetischer > Widerstand, Kern mit Luftspalt), kann man viel Energie speichern. > Ist sie weich (geringer magnetischer Widerstand, Eisenkern ohne > Luftspalt) kann man nur wenig Energie speichern. Das Bild paßt zwar, hängt aber verkehrt herum. Wenn die maximale Kraft feststeht, kann ich in einer weichen Feder mehr Energie speichern als in einer harten. Einfachstes Beispiel: Wassertank vs. Drucklufttank bei gleichem Druck und gleichem Volumen. In der Luft ist viel Kompressionsarbeit gespeichert, im Wasser fast gar keine. Beim Magnetfeld ist es genauso. Wenn die maximale Feldstärke festliegt (und zwar bei der Sättigungsgrenze), kann ich natürlich mehr Energie im Feld speichern, wenn der dafür nötige Fluß besonders groß ist. Das geht eben besser bei einem sehr weichen Kern. Weil die Energie, die benötigt wird, um den Luftspalt aufzumagnetisieren, größer ist als beim Eisen.
:
Bearbeitet durch User
Walter T. schrieb: > Wenn die maximale Kraft feststeht, kann ich in einer weichen Feder mehr > Energie speichern als in einer harten. Die gespeicherte Energie in einer Feder ist Kraft x Weg besser
daher weiche Feder, langer Weg oder harte Feder, kurzer Weg
GEKU schrieb: > Walter T. schrieb: > Wenn die maximale Kraft feststeht, kann ich in einer weichen Feder mehr > Energie speichern als in einer harten. > > Die gespeicherte Energie in einer Feder ist Kraft x Weg > besserW=∫tst=0f(t)dt W = \int_{t = 0}^{ts}f(t) dt > > daher weiche Feder, langer Weg oder harte Feder, kurzer Weg
Ich merk's mir ganz einfach: - Eisen sorgt mit wenig Kupfer für viel Induktivität - Der Spalt macht die Sättigung vom Eisen weg (und die Induktivität etwas weniger). Die Aufteilung ist halt ein Kompromiss. Mechanisch will man möglichst viel Eisen verwenden, elektrisch aber keins.
Beispiel Röhrenradio: - Bei Netztransformatoren wird kein Luftspalt benötig - Bei Ausgangstransformatoren hingegen muß ein Luftspalt verwendet werden
GEKU schrieb: > Die gespeicherte Energie in einer Feder ist Kraft x Weg besser > W=∫tst=0f(t)dt W = \int_{t = 0}^{ts}f(t) dt > daher weiche Feder, langer Weg oder harte Feder, kurzer Weg Und irgendwann bist Du bei gegebenem Querschnitt an der Festigkeitsgrenze des Materials angekommen. Die Kraft hat damit eine Obergrenze. In welcher Feder ist mehr Energie: Der weichen oder der harten mit dem gleichen Querschnitt? (Bonuspunkte gibt es, wenn als Plausibilitätskontrolle die Längen der weichen und harten Feder im entspannten Zustand verglichen werden.)
Mal eine Spielerei mit Maßeinheiten: Die Induktivität hat die Maßeinheit Vs /A . Sie gibt an, wie viele Vs Magnetfeld man je A erzeugen kann. Bei einem ferromagnetischen Stoff passiert es aber ganz leicht: die schon in den Atomen in Form von Elektronenspin vorhandenen Magnete werden durch die außen angelegten A geordnet und man bekommt viele Vs Magnetfeld durch wenige A. Die aufgewendeten A je Vs sind nur wenige Ws = wenige J (oder Ws) In Luft bzw. Vakuum müssen die A die Vs des Magnetfeldes "selbst" erzeugen. man muss also vielmehr A für die gleiche Magnetfeldmenge (Vs)aufwenden, das Wagnetfeld enthält also viel mehr Ws (J)als in dem von z.B. Eisen ablaufenden Vorgang. Natürlich ist die zutreffende Erklärung diejenige mit den Volumenintegralen. Aber vielleicht bringt diese Spielerei mit den Maßeinheiten auch etwas
Ich sage es mal so schrieb: > - Bei Ausgangstransformatoren hingegen muß ein Luftspalt verwendet > werden Hat aber andere Gründe, man will hier vermeiden daß der Kern durch den Ruhestrom der Röhre (A-Betrieb!) in die Sättigung geht. Energie will man hier nicht speichern. Bei einer Glättungsdrossel wird aus dem selben Grund ein Luftspalt im Kern eingebaut.
loeti2 schrieb: > Energie will man hier nicht speichern. > > Bei einer Glättungsdrossel wird aus dem selben Grund ein Luftspalt im > Kern eingebaut. Liest (und versteht) man das so zusammen, könnte man auf die Idee kommen, daß so eine Drossel ebenfalls keine Speicherwirkung braucht. Man könnte Drosseln ohne Luftspalt bauen, und allein das Eisen die Energie speichern lassen - das aber würden sehr, sehr große Drosseln... Einzig Trafokerne ohne DC- Belastung ("-Bias", "-Vormagnetisierung", ...) wie z.B. Netztrafos mit Spannungs- Ein- und auch Ausgang (der Großteil aller Netztrafos (*)) sind - bzw. werden immer mehr - auf möglichst geringe Speicherwirkung / Streuung hin optimiert. Weil diese nicht zur Funktion erforderlich, sondern sogar eher hinderlich. (Magnetisierungsstrom darf natürlich Kern nicht saettigen.) Eine AC- Drossel arbeitet prinzipiell wie eine DC- Drossel auch - für die Funktion ist diese Speicherwirkung erforderlich. Zwar ist das Ergebnis hierbei kein glatter Gleich- sondern ein (nahezu / je nach Dimensionierung) rechteckförmiger Wechselstrom, aber auch das gilt als Konstantstrom... an AC-Verbrauchern. (*: Ein Trafo und eine Drossel "in einem" ist z.B. ein sogenannter Streu-(feld-) Trafo. Dieser hat am Ausgang eher Stromquellencharakteristik. Ist sogar kleiner machbar als z.B. einem normalen Trafo eine Drossel nachzuschalten - durch einen Trick: Den magnetischen Nebenschluß. https://de.wikipedia.org/wiki/Streufeldtransformator) Oder was hattest Du sagen wollen? Dem obigen Anschein mußte man (also ich) widersprechen. Die Energiespeicherung ist bei Drosseln in keinster Weise "Nebensache", sondern die essentielle Funktionsgrundlage. Lediglich bei Ausgangstrafos könnte man das überhaupt als Nebensache betrachten - aber auch nur betrachten, denn ohne würden sie auch nicht funktionieren.
Bei einem Luftspalt im Kern verringert sich doch die Induktivität L einer Spule. Die gespeicherte Energie ist: W = 0,5 L * I *I Demnach ist die gespeicherte Energie mit Luftspalt kleiner als ohne. Dies widerspricht sich zu den obigen Aussagen. Wo ist das der Fehler?
Peda schrieb: > Bei einem Luftspalt im Kern verringert sich doch die Induktivität > L > einer Spule. > Die gespeicherte Energie ist: > W = 0,5 L * I *I > Demnach ist die gespeicherte Energie mit Luftspalt kleiner als ohne. > Dies widerspricht sich zu den obigen Aussagen. > Wo ist das der Fehler? Die Spule geht mit Luftspalt aber erst bei viel höherem Strom in Sättigung.
Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne Luftspalt mehr Energie speichern.
Peda schrieb: > Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne > Luftspalt mehr Energie speichern. Nein.
Solange die Ströme unter der Sättigungsgrenze (im linearen Bereich) sind, sind I~H~B und die Induktivität der Spule ohne Luftspalt größer. Größere Induktivitäten können mehr Energie speichern. Was ist daran falsch?
Peda schrieb: > Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne > Luftspalt mehr Energie speichern. Wir betrachten zwei Kerne, die - bis auf den Luftspalt, identisch sind. Wenn du fragst, welcher Kern mehr Energie speichern kann, dann ist die Antwort immer: der Kern mit Luftspalt. Diese Frage bezieht sich auf eine Eigenschaft des Kerns (nicht auf einen konkreten Arbeitspunkt oder einen bestimmten Strom). Wenn du dich z.B. in beiden Fällen der Sättigungsgrenze "auf 80% näherst", dann hat der Kern mit Luftspalt sehr viel mehr Energie gespeichert. Wenn du stattdessen fragst, wo bei einem identischen (Popel)Strom, der in beiden Fällen nicht zur Sättigung führt, mehr Energie im Kern gespeichert ist, dann lautet die Antwort tatsächlich: im Kern ohne Luftspalt. Es ist aber sehr viel weniger Energie als der Kern mit Luftspalt problemlos speichern könnte.
Peda schrieb: > Was ist daran falsch? Peda schrieb: > sind I~H~B dein Fehler ist z.B., dass du die stark unterschiedlichen Proportionalitätskonstanten in beiden Fällen ignorierst.
Achim S. schrieb: > Wenn du stattdessen fragst, wo bei einem identischen (Popel)Strom, der > in beiden Fällen nicht zur Sättigung führt, mehr Energie im Kern > gespeichert ist, dann lautet die Antwort tatsächlich: im Kern ohne > Luftspalt. Es ist aber sehr viel weniger Energie als der Kern mit > Luftspalt problemlos speichern könnte. Genau das war meine Aussage. Mann kann das eben nicht so einfach verallgemeinern, wie das hier gemacht wurde. Ist wahrscheinlich aber nur von akademische Bedeutung;)
Peda schrieb: > Genau das war meine Aussage. Nein, war es nicht. Deine Aussage war: Peda schrieb: > Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne > Luftspalt mehr Energie speichern. Diese Aussage ist die falsche Verallgemeinerung. Wenn man in beiden Fällen bis auf 80% von B_sat geht (also in beiden Fällen unter der Sättigungsgrenze bleibt), dann steckt im Kern mit Luftspalt sehr viel mehr Energie.
Peda schrieb: > Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne > Luftspalt mehr Energie speichern. Ja. Oder anders formuliert: bei gleichem Strom kannst du in der Spule mit der größeren Induktivität mehr Energie speichern. Woher die größere Induktivität kommt, ist dabei egal. Die Frage die du nicht gestellt hast, deren Antwort dir die Leute hier aber alle aufs Auge drücken wollen, ist die ob du in einer gegebenen Spule mit gegebenem Kern mehr Energie speichern kannst, wenn du einen Luftspalt hinzufügst. Und die Antort ist: ja, mit Luftspalt kann die Spule mehr Energie speichern. Aber eben auch erst bei einem wesentlich höheren Strom.
Achim S. schrieb: > Peda schrieb: >> Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne >> Luftspalt mehr Energie speichern. > > Diese Aussage ist die falsche Verallgemeinerung. Wenn man in beiden > Fällen bis auf 80% von B_sat geht (also in beiden Fällen unter der > Sättigungsgrenze bleibt), dann steckt im Kern mit Luftspalt sehr viel > mehr Energie. Da verstehst du ihn (absichtlich?) falsch. Denn er schrieb ja auch noch: bei gleichem Strom. Ohne Luftspalt ist die Sättigungsflußdichte geringer, damit bestimmt diese Konfiguration den maximalen Strom. Und die Spule mit Luftspalt speichert bei diesem Strom dann weniger Energie.
Achim S. schrieb: > Peda schrieb: >> Genau das war meine Aussage. > > Nein, war es nicht. Deine Aussage war: > > Peda schrieb: >> Ok, solange man unter der Sättigungsgrenze bleibt, kann man ohne >> Luftspalt mehr Energie speichern. > > Diese Aussage ist die falsche Verallgemeinerung. Wenn man in beiden > Fällen bis auf 80% von B_sat geht (also in beiden Fällen unter der > Sättigungsgrenze bleibt), dann steckt im Kern mit Luftspalt sehr viel > mehr Energie. Ok, dann habe ich den linearen Bereich gemeint. Ich wollte damit nur aufmerksam machen, dass nicht immer mit Luftspalt mehr Energie gespeichert werden kann. Sonder es gibt einen Strom abhängigen Grenzfall wo das eine Modell in das andere übergeht.
Jetzt mal zum konkreten Anwendungsfall: Wo benötigt man die eine oder die andere Variante?
Axel S. schrieb: > Da verstehst du ihn (absichtlich?) falsch. Nein: ich versuche ihm zu erklären, dass das, was er meint, und das, was er als Aussage aufschreibt, zwei unterschiedliche Dinge sind. Seine von mir zitierte Aussage ist falsch. Das hat hinz ihm korrekt, aber knapp beantwortet. Peda hat um einge Begründung geben, die habe ich ihm geliefert. Was Peda eigentlich richtig meint (die tatsächich gespeicherte Energie bei konstanten Strom), habe ich deswegen oben auch schon mal richtig umformuliert. Peda schrieb: > Ich wollte damit nur aufmerksam machen, dass nicht immer mit Luftspalt > mehr Energie gespeichert werden kann. Es tut mir leid: wenn du fragst, welcher Kern mehr Energie speichern kann, dann ist die Antwort völlig eindeutig: im Kern mit Luftspalt kann immer sehr viel mehr Energie gespeichert werden als im selben Kern ohne Luftspalt. Die speicherbare Energiemenge ist eine Eigenschaft des Kerns und seines Luftspalts. Ein bestimmter Kern mit bestimmtem Luftspalt kann maximal eine bestimmte Energiemenge in J speichern. Und der Wert ist mit Luftspalt immer viel größer als ohne Luftspalt. Was du meinst, ist: es kann sein, dass unter bestimmten, willkürlichen Randbedingungen mehr Energie im Kern ohne Luftspalt gespeichert ist. Ja, klar kann das sein (wie oben schon beschrieben). Wenn du als Randbedingung "konstanter Strom" wählst, dann wird in dem Kern mehr Energie gespeichert sein, der bei diesem Strom die größere Induktivität hat.
Ich könnte folgendes Modell für die Vorstellung anbieten : Ein Behälter gefüllt mit Öl (entspricht dem Eisen) enthält eine Luftblase (entspricht dem Luftspalt). Der Behälter wird unter Druck gesetzt. Öl und Luftblase werden komprimiert. Wo wird mehr Energie gespeichert? Im Öl oder in der kleinen Luftblase? Natürlich ändern sich beim Eisenkern und Luftspalt das Volumen nicht, aber es zeigt, dass sich die Energie sehr unterschiedlich auf die Materialien aufteilt. Das Material mit der geringeren Dicht nimmt den größeren Teil der Energie auf.
Achim S. schrieb: > im Kern mit Luftspalt > kann immer sehr viel mehr Energie gespeichert werden als im selben Kern > ohne Luftspalt. Wenn man meine Randbedingung vernachlässigt stimmt das;) Ist das, dann aber immer?
Achim S. schrieb: > m Kern mit Luftspalt kann immer sehr viel mehr > Energie gespeichert werden als im selben Kern > ohne Luftspalt. Sicher nicht. Der Hauptteil der Energie wird ja gerade NICHT im KERN gespeichert, sondern im LUFTSPALT -- sofern vorhanden. Anders formuliert: Es würde rein sprachlich helfen, wenn Du Dich festlegen könntest, ob den den Luftspalt zum Kern dazuzählen willst oder nicht.
Gerald K. schrieb: > Ein Behälter gefüllt mit Öl (entspricht dem Eisen) enthält eine > Luftblase (entspricht dem Luftspalt). Ich hab auch noch einen: schalte einen 100µF Elko und einen 100nF Folienkondensator in Reihe und lade diese Reihenschaltung auf 1000V auf. Wo wird die meiste Energie gespeichert? Der dicke Elko allein würde die hohe Spannung nicht vertragen, aber würde er sie vertragen dann könnte man damit natürlich 1000 mal mehr Energie speichern.
:
Bearbeitet durch User
Beitrag #6163896 wurde vom Autor gelöscht.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.