Guten Abend, ich befasse mich mit der Planung eines Versuchsaufbaus für den sehr große Ströme benötigt werden. Es geht darum Spulen mit ca. 20 kA bei Spannungen unter 5 V zu schalten. Für entsprechende Kühlung der Spulen und Leitungen ist gesorgt. Meine Frage ist, welche Transistorarten sich am besten für mein Vorhaben eignen. Meine bisherige Recherche hat mich zu IGBTs gebracht. Eine Parallelschaltung mehrerer IGBTs könnte den Strom tragen. Die Datenblätter weisen soweit ich das erkennen kann keine Mindestspannung aus, die Maximalspannungen zeigen aber deutlich, dass die Teile nicht für meine Anwendung gemacht sind. Ist die kleine Spannung ein Problem? Bzw. gibt es andere Problem und was sollte ich stattdessen nehmen? Viele Grüße, Henrik PS: Mein Plan ist nicht die Schaltung selber zu entwickeln. Ich möchte mich lediglich in die passende Materie einlesen um mit denen, die das tun werden zusammenarbeiten zu können.
Also an IGBTs fallen im leitenden Zustand immer irgendwas zwischen 1,7 und 3,2V je nach Typ ab. Genaueres steht im Datenblatt. Das ist natürlich ein rießen Problem bei diesen Strömen: P=U*I z.B. P=2V*20000A=40000W=40kW Verlustleistung an den IGBTs. Das muss man erst mal kühlen / wegbekommen.
@ Henrik Stromberg (henrikstromberg) >große Ströme benötigt werden. Es geht darum Spulen mit ca. 20 kA bei >Spannungen unter 5 V zu schalten. Hoppla! >und Leitungen ist gesorgt. Meine Frage ist, welche Transistorarten sich >am besten für mein Vorhaben eignen. Ich meine MOSFETs. https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#Wann_setzt_man_einen_MOSFET.2C_Bipolartransistor.2C_IGBT_oder_Thyristor_ein_.3F >Meine bisherige Recherche hat mich zu IGBTs gebracht. Nö, denn die haben eine diodenartige Ausgangskennlinie, h.h. auch bei kleinen Strömen von ein paar Dutzend mA hat man schon 1-2V U_CE. >Datenblätter weisen soweit ich das erkennen kann keine Mindestspannung >aus, Richtig. > die Maximalspannungen zeigen aber deutlich, dass die Teile nicht >für meine Anwendung gemacht sind. Hä? >PS: Mein Plan ist nicht die Schaltung selber zu entwickeln. Ich möchte >mich lediglich in die passende Materie einlesen um mit denen, die das >tun werden zusammenarbeiten zu können. Gut ;-) Um 20kA halbwegs verlustarm zu schalten, sagen wir mal mit max. 100mV Spannungsabfall braucht man 10uOhm (in Worten zehn Mikroohm). Und zwar über alles, sprich Verdrahtung, Verbindungen + Schaltelemente. Wenn wir mal großzügig die Hälfte für die MOSFETs reservieren, braucht man bein 1mOhm Killer-MOSFETs 200 Stück parallel ;-) Und auch dann werden noch satte 2kW umgesetzt, 10W / MOSFET. Der Rest geht für VIEL Kupfer drauf. Mahlzeit!
Henrik S. schrieb: > Spulen mit ca. 20 kA bei > Spannungen unter 5 V Was sollen das für Spulen sein???
Henrik S. schrieb: > eine bisherige Recherche hat mich zu IGBTs gebracht Stören da bei U < 5 Volt nicht die 1-2 Volt V_CEsat? Eventuell wären bei der geringen Spannung MOSFETs (viele parallel) besser geeignet. YMMV.
Auf der Arbeit liegt noch ein kleiner Quecksilberschalter rum, der schon 16A kann. Gut man bräuchte dann mehrere im XXL Format. :) Aber das wird nicht möglich sein, war auch nicht so ganz erst gemeint. Um welche Frequenzen geht es überhaupt?
Soweit auf jeden Fall vielen Dank. Auf die Idee IGBTs zu nutzen bin ich gekommen, weil das auf den ersten Blick die Transistoren sind, die man für die größten Ströme pro Modul bekommt (z.B. SKM400GA12V mit 467A @80°C). Kühlungstechnisch könnte es aber natürlich interessant sein eher mehr kleinere MOSFETs zu verwenden. @Jens: Spule ist vielleicht nicht der beste Begriff um es zu beschreiben. Spulen mit jeweils einer Wicklung und ca. 1500mm² Querschnitt. Ich habe Spule dazu geschrieben um zu verdeutlichen, dass es sich um eine induktive Last handelt.
Hallo, so was wird evtl. besser geeignet sein (Impulsströme bis über 1000A): http://www.infineon.com/dgdl/IPLU300N04S4-R8-Data-Sheet-10-Infineon.pdf?fileId=5546d4614755559a01476cd7a7417b72 Gruß Öletronika
Henrik S. schrieb: > Es geht darum Spulen mit ca. 20 kA bei > Spannungen unter 5 V zu schalten. Mein Gott... worum mag es da gehen? Induktive Erwärmung? Oder EM-Gun? Mal als Frage voraus: MUSS man exakt das schalten? Gibt´s keine andere Möglichkeit? (Spulen seriell statt parallel, schalten vor 5V-Erzeugung, ...) Dein letzter Beitrag wurde leider just geschrieben, als blio schrieb: > Auf der Arbeit liegt noch ein kleiner Quecksilberschalter rum, der schon > 16A kann. Gut man bräuchte dann mehrere im XXL Format. > > :) Aber das wird nicht möglich sein, war auch nicht so ganz erst > gemeint. Um welche Frequenzen geht es überhaupt? ...ankam. Die Frequenz ist schon entscheidend, wobei es aber wahrscheinlich eh nur zwei Möglichkeiten gibt, sowas sinnvoll und mit wenig Verlust zu schalten. Und zwar, wie genannt, mit MOSFETs - meine Wahl wären wohl http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPT004N03L-DS-v02_00-EN.pdf?fileId=db3a30433e9d5d11013e9e0f382600c2 weil da ca. 100 Stk. reichen würden, um Falks sinnige Festlegung einzuhalten. Die ließen sich nötigenfalls mit etwas Aufwand auch schnell und häufig schalten. Oder halt, wenn es "nur" um niedrige Schaltraten geht, mit einer Eigenanfertigung eines mechanischen Schalters (bediene mich frech aus genannten Antworten), eventuell mit E-Magnet steuerbarer riesiger horizontaler Plattenkontakt aus Kupfer. Evtl. noch stark größen-/flächenreduzierbar, wenn man ihn (sicher verkapselt und) unten als Wanne mit etwas Quecksilber ausführt, oben mit Löchern, um dieses z. T. aufzunehmen, das Hg würde halt den Kontaktwiderstand stark absenken, weil es die Unebenheiten ausgleicht. Henrik S. schrieb: > Kühlungstechnisch könnte es aber natürlich interessant sein eher > mehr kleinere MOSFETs zu verwenden. Nicht nur deshalb. Mir persönlich (das heißt aber nicht allzu viel) sind keine MOSFET-Module für so niedrige Spannungen bekannt. Und andere Halbleiter kämen ja kaum in Frage. MfG
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Nur so als Idee: Statt einer Wanne voll Quecksilber könnte man auch eine Wanne voll flüssigem Gallium nennen. Das ist zwar auch nicht das unkomplizierteste Material. Aber man kippt schonmal nicht sofort um wenn das Quecksilber wegen schlagartiger Erhitzung spazierengeht. Gallium wird bereits bei 40-50 Grad flüssig (gibt ja sogar Videos von Leuten, denen Gallium auf der Hand zerfließt). Alternativ ginge auch flüssiges Zinn unter Schutzatmosphäre. Braucht nur wesentlich mehr Hitze zur Aufrechterhaltung der Schmelztemperatur. Aber bei 20 kA wird die mechanische Lösung billiger sein. (Wenn ich mich nicht täusche werden in Trafohäuschen im Notfall die Leitungen sogar durch eine Sprengladung geöffnet!)
Wieder so eine wahnwitzige Anforderung, bei der der TO auch nicht alles auf den Tisch legt..., zum Schluss kommt dann raus... Und genauso so schlau und praktikabel die entsprechenden Lösungen.
Ach komm, troll dich doch bitte einfach. Was ist an den genannten Lösungen praxisfremd? Wie würdest du denn 20 kA bei minimalstem Spannungsverlust schalten?
Es geht um eine Spulenanordnung zur Erzeugung beweglicher Magnetfelder. Zur Frage der Schaltfrequenz hätte ich mich früher äußern sollen. Bitte entschuldigt meine Vergesslichkeit. Die Spulen müssen mit ca. 0.25 bis 1 Hz an und ausgeschaltet werden. Allerdings mit klar definierten An- und Abschaltzeitpunkten. Die Toleranz liegt hier im Bereich von 0,0 5s. Es muss nicht zwingend schnell geschaltet werden. Der Schaltvorgang darf auch bis zu 0,5 s dauern. Die Dauer muss aber reproduzierbar sein und zwar unabhängig davon welche Sputen gerade an sind. Um lange Zuleitungen zu vermeiden, die einerseits einen erheblichen Widerstand haben und andererseits zusätzliche Induktivität und damit Trägheit in das System bringen denke ich, dass die Schalter möglichst nahe am Verbraucher sein sollten. Dann werden aber elektromechanische Konstruktionen Probleme bekommen, weil die unter wechselnden äußeren Magnetfeldern wahrscheinlich nicht reproduzierbar schnell schalten können. Ein nicht ferromagnetisches Flüssigmetall wäre in dieser Frage eher unkritisch. Hier stellt sich die Frage, wie man einen Antrieb zum Kippen baut, der den Anforderungen gerecht wird. Die Schalter müssen für ca. 2 s geschlossen sein und haben danach ca. 10 s bis sie wieder schalten müssen. Da ich für das Drumherum ohnehin eine leistungsstarke Wasserkühlung brauche, kann ich auch die Schaltelemente mit Wasser kühlen. Viele Grüße, Henrik
@ Henrik Stromberg (henrikstromberg) >Abschaltzeitpunkten. Die Toleranz liegt hier im Bereich von 0,0 5s. Der Fachmann nennt das 50ms. >muss nicht zwingend schnell geschaltet werden. Der Schaltvorgang darf >auch bis zu 0,5 s dauern. Das schafft auch ein Monster-Schütz. >zwar unabhängig davon welche Sputen gerade an sind. Um lange Zuleitungen >zu vermeiden, die einerseits einen erheblichen Widerstand haben und >andererseits zusätzliche Induktivität und damit Trägheit in das System >bringen denke ich, dass die Schalter möglichst nahe am Verbraucher sein >sollten. Ja. > Dann werden aber elektromechanische Konstruktionen Probleme >bekommen, weil die unter wechselnden äußeren Magnetfeldern >wahrscheinlich nicht reproduzierbar schnell schalten können. Nein. Klar muss man aufpassen, aber das muss man immer. > Ein nicht >ferromagnetisches Flüssigmetall wäre in dieser Frage eher unkritisch. Hä? Auch in nichtmagnetische, aber leitfähige Materialien können Wirbelströme induziert werden! -> Wirbelstrombremse, dort ist meist Aluminium im Spiel. >Hier stellt sich die Frage, wie man einen Antrieb zum Kippen baut, der >den Anforderungen gerecht wird. Vergiss es! Das ist eine Schnapsidee! Vergiss nicht die Freilaufdiode für deine Spule! Und denk dran, die muss "etwas" größer sein. Wenn gleich sie keine 20kA dauerhaft tragen muss. Bei Schaltfrequenzen von 1 Hz und darunter kann man die Pulsbelastbarkeit der Dioden ausreizen.
Kindergarten schrieb: > schlau und praktikabel Rekrut Maier schrieb: > 20 kA > bei minimalstem Spannungsverlust schalten? Das würde mich auch stark interessieren. Henrik S. schrieb: > ca. 0.25 bis 1 > Hz an und ausgeschaltet ...widerspricht aber leider... Henrik S. schrieb: > Die Schalter müssen für ca. 2 s geschlossen sein und haben danach ca. 10 > s bis sie wieder schalten müssen. ..nur zur Info. Und nochmal (um meine angebl. "Kindergartenlösung" im Hg-Bad evtl. doch noch durch etwas gebräuchlicheres ersetzen zu können): Keine Chance, die Spulen seriell liegend zu betreiben? Und wieso nicht, wenn doch scheinbar alle gleichzeitig an-/ausgeschaltet werden? (Zweite Frage war: Keine Möglichkeit, vor der 5V-Erzeugung zu schalten?) MfG
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