Hallo Leute, :-) heute mal ein theoretisches, praktisches Problem, was mir grade einen Knoten im Kopf macht: Nehmen wir einen Kurzschlussfall über eine kleinere Induktivität an. Der Strom steigt seeeehr weit. Es geht jetzt um die Massefläche, die den Strom führt. Ich habe im Anhang mal eine Simualtion von Quelle und Senke - Das Portential und die Stromdichte. Ich frage mich nun 1) Wenn die Kurzschlussinduktivität den Strom schnell steigen lässt so baut sich der Strom linar auf. _Skineffekt_: die steigende Flanke vom Strom hat durch ihre Steilheit eine gewissen Spektrum. Je steiler destro hochfrequenter. Vom bauchgefühl her. Aber: das ganze ist ja eigentlich eine Lineare Funktion ohne Periode, somit ohne Frequenz. Dadurch fällt es mir auch schwer eine Skintiefe zu errechnen. Wenn ich den Überstrom abschalte, nachdem er für T=1ms gestiegen ist, weiß der Überstrom in der Zeit in der er steigt ja noch nicht für wie lang... also kann dort ohne Periode keine frequenz angenommen werden?? Hirnknoten. 2) Halleffekt?: Ich bin mir unsicher obs der Halleffekt ist: aber der Strom in der obrigen Abbildung ist ja hauptsächlich stark direkt zwischen den Einspeisepunkte. Der Strom rings rum wird immer geringer. Ich frage mich ob eine Stromlinie nicht ein Magnetfeld erzeugt, sodass alle äußerden schwächeren stromlinien immer mehr zur mitte verdrängt werden. Auch hier habe ich einen Knoten im kopf: passiert das oder nicht? ist die obrige Stromverteilung stromstärkeunabhängig? Nun.. sie ist sicher nicht Frequenzunabhängig.. aber bei 1) habe ich ja festgestellt, das es vor dem Abschalten keine Frequenz gibt. Kann mir mal jemand den Kopf waschen^^ Das ganze ist durchaus wichtig für mich.. mir ist das total unangenehm dass ich so wenig drüber weiß.
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ShuntKiller schrieb: > Aber: das ganze ist ja eigentlich eine Lineare Funktion ohne Periode, > somit ohne Frequenz. Eine Singularität, üblicherweise "Dirac-Stoß" genannt. Der hat so interessante mathematische Eigenschaften, daß man ihn vielfach sogar absichtlich zu Meßzwecken erzeugt... Also einfach mal nach Dirac googeln sollte dein Problem lösen.
ShuntKiller schrieb: > aber der > Strom in der obrigen Abbildung ist ja hauptsächlich stark direkt > zwischen den Einspeisepunkte. Das ist nur das Ohmsche Gesetz. Je länger der Pfad, umso höher sein Widerstand.
@ ShuntKiller (Gast) >_Skineffekt_: die steigende Flanke vom Strom hat durch ihre Steilheit >eine gewissen Spektrum. Je steiler destro hochfrequenter. Vom >bauchgefühl her. Ja. >Aber: das ganze ist ja eigentlich eine Lineare Funktion ohne Periode, >somit ohne Frequenz. Doch. Auch nichtperiodische Vorgänge können spektral betrachtet werden. Mathematisch gibt es da ein paar Tricksereien, aber das ist nebensächlich. > Dadurch fällt es mir auch schwer eine Skintiefe zu >errechnen. Pi Mal Daumen. fg = 0,35/tr >Wenn ich den Überstrom abschalte, nachdem er für T=1ms gestiegen ist, >weiß der Überstrom in der Zeit in der er steigt ja noch nicht für wie >lang... also kann dort ohne Periode keine frequenz angenommen werden?? >Hirnknoten. Siehe oben. Man braucht keine Periode, das di/dt allein reicht, um es einer Frequenz zuordnen zu können. >2) Halleffekt?: Ich bin mir unsicher obs der Halleffekt ist: aber der >Strom in der obrigen Abbildung ist ja hauptsächlich stark direkt >zwischen den Einspeisepunkte. Der Strom rings rum wird immer geringer. Das ist kein Halleffekt, das ist was ganz anderes. http://de.wikipedia.org/wiki/Halleffekt >Ich frage mich ob eine Stromlinie nicht ein Magnetfeld erzeugt, sodass >alle äußerden schwächeren stromlinien immer mehr zur mitte verdrängt >werden. Nur bei Wechselstrom, du hast aber wahrscheinlich Gleichstrom simuliert. Das was du siehst ist eine reine ohmsche Sache. > Auch hier habe ich einen Knoten im kopf: passiert das oder >nicht? ist die obrige Stromverteilung stromstärkeunabhängig? Da die Materialien alle linear sind, wahrscheinlich schon.
Ahhhh ok ok ok. Mit etwas Input von euch wirds was. Vorallem >fg = 0,35/tr kommt mir sogar bekannt vor. Aber wie groß ist tr? Das steht ja vorher nicht fest.. eigentlich hat tr ja die Einheit Ampere/Sekunde in meinem Fall. Es ist doch Frequenztechnisch schon ein unterschied, ob ich in 10us Abschaltzeit den Strom auf 10A oder 10kA ansteigen lasse, oder? Der DIracImpus ist mir herzlich bekannt, aber was er mit der Linearen Funktion zu tunhat ist mir noch unklar :-( >Nur bei Wechselstrom, du hast aber wahrscheinlich Gleichstrom simuliert. >Das was du siehst ist eine reine ohmsche Sache. Ja, das Simulationsprgramm hab ich selbst geschrieben, wenn du mir die PDE für das Frequenzabhängige Verhalten verrätst, könnte ich das auch ändern :-)
@ ShuntKiller (Gast) >>fg = 0,35/tr >kommt mir sogar bekannt vor. Aber wie groß ist tr? Die Anstiegszeit von 10-90% > Das steht ja vorher >nicht fest.. eigentlich hat tr ja die Einheit Ampere/Sekunde in meinem >Fall. Es ist doch Frequenztechnisch schon ein unterschied, ob ich in >10us Abschaltzeit den Strom auf 10A oder 10kA ansteigen lasse, oder? Oder. Es steigt nur die Amplitude, nicht aber die Frequenz. Klingt komisch, ist aber so. >Ja, das Simulationsprgramm hab ich selbst geschrieben, wenn du mir die >PDE für das Frequenzabhängige Verhalten verrätst, könnte ich das auch >ändern :-) Bin ich der Urenkel von Maxwell? Hey, ich hab damals theroretische E-Technik nur knapp mit 4 bestanden ;-) Sowas würde ich mit der Studentenversion von Maxwell (der Software) berechnen, dort haben Leute die es wissen was Gescheites programmiert. Gab es vor einigen Jahren noch zum Download, ob das heute noch so ist, weiß ich nicht. Such mal nach Maxwell 2D
@ShuntKiller: sehr cool übrigens. Darf man fragen, weshalb Dich das interessiert? :-)
>Oder. Es steigt nur die Amplitude, nicht aber die Frequenz. Klingt >komisch, ist aber so. Alter Schwede, bin ich bekloppt. klar doch. Naja also das mit der Simulation.. es ist also zum schluss so, dass ich hier wohl eine Induktivität ausrechne - mehr nicht. Das mit der Frequenz ist ist jetzt klar, aber ich weiß immernoch nicht woher der Strom während des Steigens weiß, für wie lang er steigen wird. denn das ist maßgeblich für tr... die 90%-Marke kennt der Strom ja nicht vorher :-/ Was veranlasst die Massenflächen-Induktivität dann den Strom abzuschnüren..? Wobei sich das selbst beantwortet: Induktivität trifft auf dI/dt. -> dU. Dieses dU kommt im momentanzustand ensprechend dem Strom mit "R" = dU/I. Es entsteht also ein zusätzlicher Widerstand - also etwas, was man als Stromabschnürung bezeichnen könnte. Nun ist diese Abschnürung über die Induktivität durchaus mit dI/dt verknüpft, also macht die Stromamplitude am Ende doch wieder was aus. Ein schneller steigener strom (höherer endstrom nach tr), führt also zu einem größeren "momentanen zusätzlichen Widerstand". das ist unabhängig von tr bzw nicht nur davon abhängig. Und woher weiß der Strom während des losfließens, wie weit er ins medium eindringen darf? (Skinneffekt) ISt es so, dass nach 100ns die Skinntiefe automatisch auf die bei 10MHz "steigt" und nach 1us auf die Tiefe von 1Mhz... usw? Das ist ja gruselig.
@ ShuntKiller (Gast) >Naja also das mit der Simulation.. es ist also zum schluss so, dass ich >hier wohl eine Induktivität ausrechne - mehr nicht. In deiner 1. Simulation? Nein. Das ist eine rein ohmsche, geometrische Stromverteilung, resultieren aus der ungleichmäßigen Stromverteilung. > Das mit der Frequenz >ist ist jetzt klar, aber ich weiß immernoch nicht woher der Strom >während des Steigens weiß, für wie lang er steigen wird. denn das ist >maßgeblich für tr... die 90%-Marke kennt der Strom ja nicht vorher :-/ Das di/dt "kennt" er schon. Und der Herr Maxwell weiß auch, was man damit anstellen kann. >Was veranlasst die Massenflächen-Induktivität dann den Strom >abzuschnüren..? Du hast keine Induktivität! >Wobei sich das selbst beantwortet: Induktivität trifft auf dI/dt. -> dU. Bitte mal nicht zu sehr vereinfachen. U = di/dt * L >Dieses dU kommt im momentanzustand ensprechend dem Strom mit "R" = dU/I. Uhhhh, jetzt rührt du ganz schön was zusammen. >Es entsteht also ein zusätzlicher Widerstand - also etwas, was man als >Stromabschnürung bezeichnen könnte. du bist immer noch auf dem Holzweg. Deine Simulation hat mit Induktivität NICHTS zu tun! >Und woher weiß der Strom während des losfließens, wie weit er ins medium >eindringen darf? (Skinneffekt) di/dt wirkt sofort. >ISt es so, dass nach 100ns die Skinntiefe automatisch auf die bei 10MHz >"steigt" und nach 1us auf die Tiefe von 1Mhz... usw? ???
>sehr cool übrigens. Darf man fragen, weshalb Dich das interessiert? :-)
ich weiß nicht, ich werde für mein Vorhaben viel geflame ernten..
deswegen hmmh.
Es geht um die Parallelschaltung meherer Transsitoren. Die Emitter sind
alle aufm Top-Layer und die Kollektoren alle auf dem Bottom layer
verbunden - gerne auch mit fettem kupfer, was aber eh nix bringt wegen
skinneffekt. Ich kann die Transsitoren nicht symmetrisch anordnen, daher
beschäftigt mich jetzt der Einfluss von parasitären Elementen auf das
Schaltverhalten. Und der ist Gruselig, wenn ich mir eine LTSpice
simulation mit Zufällig verteilten Bauteilwerten ansehe.
Es gilt also festzustellen, wie zufällig die Bauteilwerte am Ende
wirklich sind.
Die Emitter werden von Rings um die platine verlöten Kupfer versorgt,
die Kollektoren fließen alle Zur mitte der Platine.. wobei die mitte
leider nicht in der mitte liegen kann, das ist das hässliche -.-
@ShuntKiller (Gast) >Es geht um die Parallelschaltung meherer Transsitoren. Was vollkommen neues. > Die Emitter sind >alle aufm Top-Layer und die Kollektoren alle auf dem Bottom layer >verbunden - gerne auch mit fettem kupfer, was aber eh nix bringt wegen >skinneffekt. Wieviel GHz sind es denn? > Ich kann die Transsitoren nicht symmetrisch anordnen, Es gibt viele Arten von Symetrien. > daher >beschäftigt mich jetzt der Einfluss von parasitären Elementen auf das >Schaltverhalten. Und der ist Gruselig, wenn ich mir eine LTSpice >simulation mit Zufällig verteilten Bauteilwerten ansehe. >Die Emitter werden von Rings um die platine verlöten Kupfer versorgt, >die Kollektoren fließen alle Zur mitte der Platine.. wobei die mitte >leider nicht in der mitte liegen kann, das ist das hässliche -.- Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte. http://www.mikrocontroller.net/articles/Netiquette#Klare_Beschreibung_des_Problems
ShuntKiller schrieb: > Es geht um die Parallelschaltung meherer Transsitoren. Transistoren kann man nicht parallel schalten. Man braucht mindestens Emitterwiderstände zum Ausgleich der Parameterstreuungen und Temperaturunterschiede.
@Falk: dass die simulation nichts mit Induktivität zu tun hat ist klar, ich löße dafür auch das falsche Gleichungssystem ;-) bzw stelle ich nicht das richitge auf. Fakt ist, ich müsste eine Simulation machen, mit der ich die Impedanz ermittle und damit wäre das dynamische Verhalten geklärt. Bleibt noch das Verhalten des Skinneffekts: woher weiß der Skinneffekt welche frequenz anliegt -.- Er weiß weder vorher wie lange der Strom steigt und vom dI/dt hängt es nicht wirklich ab, da wie du schon sagtest, das ein Ausdruck für die Amplitude ist, aber das verändert die Frequenz nicht. Demnach gäbe es den Skinneffekt nur in eingeschwungenen Systemen, was ich stark bezweifel. btw: tut mir leid für meinen schlechten elektrotechnischen ausdruck. Es ist natürlich korrekt, das ein L mit einem dI/dt kein dU erzeugt, sondern ein U. ..und es entsteht natürlich daraus auch kein R.. sondern nur sowas in der Art^^ weil halt Strom fließt und Spannung da ist (über L).. momentanwerte und so.. stark vereinfacht... ja ok, is quatsch. -.-
Bei hohen impulsartigen Strömen muss der Skineffekt tatsächlich berücksichtigt werden. Ein klassisches Beispiel ist der Blitzschutz: http://www.kem.de/simulation/-/article/30599594/38047144/Windkraftanlagen-mit-Blitzschutz/art_co_INSTANCE_0000/maximized/
>Wieviel GHz sind es denn?
Es sind IGBTs in parallelschaltung (mit positivem TempKoeff). Je nach
Streuung der Charakterisitken ist das ausschaltverhalten ganz schön
verakckt. (sagt die simulation). Es werden Induktive Lasten hart
ausgeschaltet. Schaltet einer zu früh ab, leiden die anderen usw. In
kombination mit ActiveClamping rumpelts da ganz schön. Dämpfungsperlen
am Kolektor-Pin gehen hffnungslos in sättigung, helfen daher durchaus,
aber nicht viel.
Die Streuung verursachen schwingungen im >10MHz bereich. Angesichts der
Strommenge ist der Verlust von Kupfertiefe durchaus relevant.
Bilder kann ich zur Zeit nicht liefern, da das ganze noch nicht designt
ist, Ich möchte vorher wissen auf was ich alles achten muss.
Die ganze Diskussion wäre erheblich einfacher, wenn Du mal Butter bei die Fische gibst. Also welche Schaltfrequenz, Spannung, Strom, Leistung, Transistortyp. Man kann nicht mit einer Formel alles erschlagen. Zwischen mW und MW gibt es erhebliche Unterschiede zu beachten.
ShuntKiller schrieb: > Es sind IGBTs in parallelschaltung (mit positivem TempKoeff). Genau dafür sind die Emitterwiderstände nötig, sonst setzt der heißeste die meiste Leistung um und wird noch heißer. IGBTs eignen sich eh nur bis etwa 50kHz, da ist der Skineffekt in den Leiterbahnen vernachlässigbar.
Nein die Diskussion triftet dann wieder ab zu einem Thema das wo anders hingehört. Hier geht es mir gerade um parasitäre Effekte in Kupferflächen, wie z.B. Masseflächen. Mein Vorhaben ist elektrotechnisch nicht sinnvoll und das ist fdas einzige worauf sich die Leute im Forum hier stürzen werden, weil Kritik spaß macht, solange man nicht selbst der jenige ist, der am ende etwas schaffen will. Aaber aus Budget-Gründen des Privaten hibby bastler studenten kann ich mir keine größeren IGBT module leisten. Es geht um 2-2.5kA mit 20 parallelen IGBTs die eine Induktive Last abschalten können müssen. ich arbeite bei 350V mit 600V spannungsfesten IGBTs mit Active Clamping bei 440V. Und nein das Problem kann NICHT durhc Prinzipänderung umgangen werden.
>IGBTs eignen sich eh nur bis etwa 50kHz, da ist der Skineffekt in den
koninuierliches Schalten ja. Schaltverluste.. blabla. Und dennoch kann
man im Datenblatt meist eine Kurzschlussfestigkeit von 10us ablesen was
per definition 100kHz sind und das Abschaltverhalten ist noch viel
schneller (0.2us) was sogar schon 5MHz sind. Wenn dann noch die
Streuung durhc Paralellität dazu kommt ist man schnell im noch höheren
Frequenzbereich...
was hat also die 50kHz schaltfrequenz damit zu tun?
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