Hallo, ich habe hier einen Heizwiederstand (Heizspirale), dessen Stromaufnahme nicht linear von der Spannung abhängig ist (siehe Anhang). Es scheint so, als ob der Widerstandswert mit ansteigender Spannung kleiner wird. Die Strom- und Spannungskennlinien wurde direkt am Widerstand gemessen, es gab keine SSRs oder Relais auf der Leitung. Hat jemand eine Erklärung für so ein nicht lineares Verhalten von Widerständen?
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Hans schrieb: > Heizwiederstand Wieder mal: Widerstand! > Hat jemand eine Erklärung für so ein nicht lineares Verhalten von > Widerständen? Stichworte: PTC, NTC, VDR Das, was du da hast, könnte auch eine Gleichrichterbrücke mit Last sein... Oder ein Messfehler... Wie wurde der Strom gemessen?
Wenn Du eine Gleichspannung anlegen würdest, wäre die von der Heizspirale abgegebene Leistung nach einer kurzen Aufheizzeit identisch mit der elektrisch aufgenommenen Leistung. Jetzt hast Du aber eine Wechselspannung und damit Leistungs-Nullstellen. Im Bereich des Nulldurchgangs hast Du nur eine vernachlässigbar kleine elektrische Leistung. Der Heizdraht hat eine gewisse thermische Trägheit und gibt im Nulldurchgangsbereich mehr Leistung an die Umgebung ab, als er elektrisch aufnimmt. D.h. seine Temperatur sinkt. Dieser Bereich ist in Deinem Oszillogramm sehr schön an der sich ändernden Stromsteilheit kurz vor bzw. kurz nach dem Nulldurchgang zu sehen. Eine Temperaturänderung eines Metalls hat eine Widerstandsänderung zur Folge (wegen Gitterschwingungen, die mit steigender Temp. zunehmen). Daniel
Der Widerstand hat die charakteristik eines PTCs, hoher Einschaltstrom für die ersten paar Sekunden, dann konstante Stromaufnahme. Dennoch kann ich mir das Verhalten des Widerstandes damit nicht erklären. Gemessen habe ich den Strom über einen 0,1 Ohm Shunt. Habe solche Messungen schon oft gemacht, daher ist ein Messfehler ausgeschlossen. Auch eine Gleichrichterbrücke kommt nicht in Frage, da es in dem Heizer keine Halbleiter gibt, nur eine Heizspirale.
Das ist der Knackpunkt: Daniel R. schrieb: > Der Heizdraht hat eine gewisse thermische Trägheit Der Draht ist beim/im Nulldurchgang am heißesten und hinkt mit seinem PTC-Verhalten der Spannung hinterher. Lass dein Oszi mal rechnen: U/I. Mit der Mathefunktion sollte das locker gehen...
@Daniel R. Soweit richtig, im Nulldurchgang kühlt sich der Widerstand ab, aber damit müsste der gegenteilige Effekt eintreten, dass der Widerstandswert kleiner wird und der Strom überproportional zur Spannung steigt. Genau das Gegenteil ist aber der Fall.
Hans schrieb: > Soweit richtig, im Nulldurchgang kühlt sich der Widerstand ab Nein, dort ist er fast schon am heißesten, so wie es im Jahresverlauf am 21.Ausgust deutlich wärmer ist als am 21.April. Und das obwohl die Sonnenscheindauer gleich ist... Die Temperatur (und damit der Widerstand) hat eine Phasenverschiebung gegenüber der Leistung. Das muss ja so sein, denn erst mal brauchst du eine Leistung, dann wird der Draht warm...
Lothar Miller schrieb: > hinkt mit seinem PTC-Verhalten der Spannung hinterher Da hinkt aber gar nichts - das Signal ist völlig symmetrisch. Das kann es nicht sein :-( Also kann es auch kein induktives Verhalten sein... Vielleicht koppelt da doch was von der Spannung in die Strommessung ein - oder umgekehrt? Gruß Dietrich
Dioden(grätz) im mesgerät am Shunt? Shunt mit oxidierten Anschlüssen?(können leicht als halbleiter wirken) MfG
@ lkmiller Wenn es ein verzögerter Nachwärmen-Effekt wäre, gebe es eine Phasenschiebung (Wie bei Nacht- Tag-Verhältnis und Temperatur). Diese konnte ich jedoch in der Messung nicht feststellen.
Hans schrieb: > Soweit richtig, im Nulldurchgang kühlt sich der Widerstand ab, aber > damit müsste der gegenteilige Effekt eintreten, dass der Widerstandswert > kleiner wird und der Strom überproportional zur Spannung steigt. > > Genau das Gegenteil ist aber der Fall. Tatsächlich ;) Da hab ich danebengeschaut.
Hans schrieb: > Heizspirale Du hast also quasi ne Luftspule, damit kann man schonmal induktives Verhalten annehmen. Da das Ganze ja heizen soll kann man weiter vermuten, dass die Verschiebung durch die wahrscheinlich sehr kleine Induktivität sieht man vielleicht nur, wenn man weiter rein zoomt. Eine Verschiebung von 10 µs würde man bei der gewählten Auflösung nicht erkennen und es ist durchaus denkbar, dass die Verschiebung noch geringer ist als 10 µs ;) Dann kommen noch die Temperatureffekte dazu...ich find das Verhalten jetzt nicht sooo merkwürdig.
Ein induktives Verhalten würde keine Nichtlinearität ergeben, und thermische Effekte, die bei einer Frequenz von 400 Hz noch so deutlich sind, würden mich wundern. @Hans: was für eine Spannungsquelle nutzt du eigentlich? (123 V effektiv bei 400 Hz). Ich weiß das Ohmsche Gesetz sollte unabhängig von der Spannungsquelle gelten, aber vielleicht hilft ein genauerer Blick auf den Messaufbau doch weiter... schöne Grüße Achim S.
Achim S. schrieb: > @Hans: was für eine Spannungsquelle nutzt du eigentlich? (123 V effektiv > bei 400 Hz). Nennspannung wahrscheinlich 115 V mit 400 Hz, wie in vielen Bordnetzen.
Wahrscheinlich wird hier mit den wildesten Spekulationen ein unspektakulärer Stromverlauf besprochen, der von einem nicht-linearen Stromwandler falsch wiedergegeben wurde... Nächstes Kapitel: Tischerücken. ;-)
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hast du etwas mit 1200Hz in der nähe? kannst du zwei dieser widerstände in serie an 230V/50Hz hängen? f(x)=170*sin(400*x)-20*sin(1200*x) sg clemens
Gemessen wird über einen 0.1 Ohm Shunt, daher ist der Stromverlauf ziemlich authentisch. Wie zoggl schon richtig erkannt hat, ist die dritte Oberwelle stark ausgeprägt (z.a. 15% der Hauptwelle). Bei 50 Hz hat man das gleiche Ergebnis. Die Kurvenform ist frequenzunabhängig, womit Induktive-, Kapazitiv-e und Nachheiz-Efekte ausgeschlossen werden können. Bei niedrigerer Betriebsspannung wird die dritte Oberwelle kleiner (prozentual zur Hauptwelle), was mich in der Behauptung bestärkt, dass der Widerstand Spannungsabhängig ist. Nur warum kann ich mir nicht erklären.
> Wahrscheinlich wird hier mit den wildesten > Spekulationen ein unspektakulärer Stromverlauf > besprochen, der von einem nicht-linearen > Stromwandler falsch wiedergegeben wurde... Mich hat der Stromverlauf auch zuerst an einen nichtlinearen Übertrager erinnert. Das passt aber nicht so richtig gut zu der Angabe von Hans: > Gemessen habe ich den Strom über einen 0,1 Ohm Shunt. Habe solche > Messungen schon oft gemacht, daher ist ein Messfehler ausgeschlossen. Es wäre interessant, den tatsächlichen Messaufbau kennen zu lernen...
Hans schrieb: > Gemessen wird über einen 0.1 Ohm Shunt, daher ist der Stromverlauf > ziemlich authentisch. Tja, was bleibt dann noch als Erklärung? Ein weichmagnetischer Heizdraht, der beim Nulldurchgang ummagnetisiert wird? Irgendein nichtlineares Schutzelement in der Heizspirale, das man von außen nicht sieht? (Aber was/wie sollte man an einer Heizspirale schützen wollen...)
Ist das wirklich eine Heizspirale mit einem metallischen Leiter oder vielleicht z.B. ein keramisches SiC Heizelement? Bei einem solchen würde ich mich über einen spannungsabhängigen Widerstand nicht wundern.
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Hans schrieb: > @ lkmiller > Wenn es ein verzögerter Nachwärmen-Effekt wäre, gebe es eine > Phasenschiebung (Wie bei Nacht- Tag-Verhältnis und Temperatur). > Diese konnte ich jedoch in der Messung nicht feststellen. Ich habe da mal kurz was zusammengeclickt. Und ich meine zu erkennen, dass der Widerstand (=Temperatur) der Leistung um 90° versetzt folgt (wobei eine Simulation nur so gut ist, wie das zugehörige Modell). Im Screenshot: rot=Spannung / grün=Strom / cyan=Leistung / blau=Widerstand (Nicht auf die Einheiten sehen, mir geht es nur um eine qualitative Aussage) Mich wundert aber, dass es solche schnellen thermischen Effekte geben kann... :-o Kannst du an die Heizung mal 50Hz anlegen und sehen, wie sich Spannung und Stromm dort verhalten?
Lothar Miller schrieb: > Ich habe da mal kurz was zusammengeclickt. Und ich meine zu erkennen, > dass der Widerstand (=Temperatur) der Leistung um 90° versetzt folgt Jeglicher thermische Effekt würde eine Phasenverschiebung bewirken. Ausser das Heizelement wäre thermisch so gut gekoppelt, daß fast beliebig große Energien abgeführt werden könnten, aber dann würde es sich auch nicht erwärmen und so einen Effekt verursachen :-) Ich tippe eher auf einen systematischen Fehler (Messung) oder tatsächlich auf sowas wie eine Diodenbrücke.
Lothar Miller schrieb: > Ich habe da mal kurz was zusammengeclickt. Klick doch mal was mit einem SiC Varistor zusammen.
Lothar Miller schrieb: > Mich wundert aber, dass es solche schnellen thermischen Effekte geben > kann Wenn die Oberfläche und die Temperaturdifferenz groß genug ist (und die Wärmekapazität klein genug) sollte das möglich sein.
Udo Schmitt schrieb: > Jeglicher thermische Effekt würde eine Phasenverschiebung bewirken. Ja, das ist doch das, was ich sagen will: der Heizdraht an sich wird mit gepulster Leistung beaufschlagt. Und der Heizdraht an sich kann dieser Leistungsänderung nur mit Verzögerung folgen und erwärmt sich dann "von innen heraus", was sich dann an der verzögerten Widerstandsänderung erkennbar macht... Es geht mir also um den Draht und sein Verhalten, nicht um das Bauelement "Heizung". Ich sehe noch nicht, wo ich mit meinen Vermutungen falsch liegen könnte. Wobei ich davon ausgehe, dass das wirklich nur ein Draht ist und keine Messfehler involviert sind... > Klick doch mal was mit einem SiC Varistor zusammen. Das hatte ich schon im meinem ersten Post geschrieben. Aber das wird von Hans eindeutig ausgeschlossen. Man kann nur davon ausgehen, dass 1. das nur ein simpler Heizdraht mit PTC-Verhalten und 2. kein Messfehler beteiligt ist.
Hallo Hans, sei doch so nett und prüfe mal mit einem Permanentmagneten, ob dein Heizelement magnetisch ist... danke im voraus Achim S.
Lothar Miller schrieb: >> Klick doch mal was mit einem SiC Varistor zusammen. > Das hatte ich schon im meinem ersten Post geschrieben. Aber das wird von > Hans eindeutig ausgeschlossen. So eindeutig ist das vielleicht nicht. Nach den Abbildungen hier http://www.berghuetten-gmbh.de/Siliziumkarbid.html kann ein Siliziumkarbid - Heizstab von aussen so aussehen als wäre da ein Draht auf einen zylindrischen Grundkörper aufgewickelt
So, der Übersichtlichkeit wegen: der Widerstand bildet immer diese signalform, egal ob bei 400 oder 50 Hz. Gemessen wurde über einen 0,1 Ohm widerstand. Der Widerstand ist ein PTC. Der Messshunt ist nicht oxidiert. ich bin der meinung, dass ein PTC halbleiter effekte zeigen kann und das ebens hier schön demonstriert.
OK, zur Aufklärung, es ist in der tat ein Siliziumkarbid Heizstab. Dachte auch erst, dass der Stab nur als Winkelkörper für den Heizdraht dient. Da Siliziumkarbid kein idealer Widerstand ist sondern Halbleitereigenschaften aufweist, kann man denke ich damit die Verzerrungen erklären. Danke für die Antworten werde mich mal in das Thema einlesen.
Clemens S. schrieb: > der Widerstand bildet immer diese signalform, ob bei 400 oder 50Hz. Woher weißt du das? Bist du bei Hans in der Nähe? > ich bin der meinung, dass ein PTC halbleiter effekte zeigen kann Die PTC-Keramik ist ein Halbleiter http://de.wikipedia.org/wiki/Kaltleiter > Der Widerstand ist ein PTC. Aber Hans schrieb: > da es in dem Heizer keine Halbleiter gibt, nur eine Heizspirale. Und ich wüsste nicht, wie man eine PTC-Keramik billig als Spirale ausformen könnte. Epcos bietet solche Heizelemente nur im massiven Block an: http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/CeramicComponents/HeatingElements/Page,locale=de.html
Lothar Miller schrieb: > Woher weißt du das? Bist du bei Hans in der Nähe? nein, wenn er es schreibt glaube ich ihm das. über den unterschied zwischen glauben und wissen spreche ich nur mit meinem pfarrer. Hans schrieb: > Bei 50 Hz hat man das gleiche > Ergebnis. Lothar Miller schrieb: >> Der Widerstand ist ein PTC. > Aber Hans schrieb: >> da es in dem Heizer keine Halbleiter gibt, nur eine Heizspirale. scheinbar fehlte hans die verknüpfung dass ein PTC ein halbleiter ist und dieses verhalten zeigt: aber Hans schrieb auch im Beitrag #2547226: > Der Widerstand hat die charakteristik eines PTCs, hoher Einschaltstrom > für die ersten paar Sekunden, dann konstante Stromaufnahme.
Clemens S. schrieb: > nein, wenn er es schreibt glaube ich ihm das. > Hans schrieb: >> Bei 50 Hz hat man das gleiche Ergebnis. Das ist übel, den habe ich überlesen und übersucht, weil die Zahl und die Dimension getrennt sind... :-/ > über den unterschied > zwischen glauben und wissen spreche ich nur mit meinem pfarrer. Ja, das sollte man Profis überlassen... ;-) Clemens S. schrieb: > aber Hans schrieb auch im Beitrag #2547226: >> Der Widerstand hat die charakteristik eines PTCs, hoher Einschaltstrom >> für die ersten paar Sekunden, dann konstante Stromaufnahme. Gut, das ist ein PTC. Und PTCs sind spannungsabhängig, das schreibt auch EPCOS...
Lothar Miller schrieb: > Gut, das ist ein PTC. > Und PTCs sind spannungsabhängig, das schreibt auch EPCOS... Dann müssten sie ja eeigentlich VDR heissen. :-)) Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: >> Und PTCs sind spannungsabhängig, das schreibt auch EPCOS... > Dann müssten sie ja eeigentlich VDR heissen. :-)) Naja, die werden halt für das verkauft, was sie besser können.... :-/ So wie bei keramischen Kondensatoren (schon wieder Keramik): die Kapazität nimmt (als unerwünschter Nebeneffekt) mit steigender Spannung ab.
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