Schaltnetzteil mit Luftspulen berechnen

[Stefan Heindel]

Schönen Guten Tag!

Ich habe eine Frage für die "Experten" von euch. Ich möchte eine
berührungslose Energieübertragung realisieren, um eine rotierende
Platine mit Energie zu versorgen (ca. 5VA). Es soll mit 2 Luftspulen
realisiert werden, die äußere ist feststehend mit einem
Innendurchmesser von 4cm, die innere Spule soll mit einem Abstand von
ca. 1mm innerhalb der inneren rotieren. Beide Spulen sollten ca. 1-2cm
hoch sein. Ich habe bereits eine Platine mit einer recht starken
H-Brücke (l6203) geplant, diese H-brücke soll - von einem
Mikrocontroller gesteuert - die äußere Spule treiben. Als
Schaltfrequenz habe ich 20kHz angepeilt.
Ich habe schon ein bischen mit Luftspulen experimentiert, ich habe es
auch schon geschafft (in etwa) die benötigten Energien zu übertragen,
allerdings waren da beide Spulen direkt aufeinander gewickelt.

Also "irgendwie" würde ich das ganze schon durch experimentieren
hinbekommen, aber mich interessiert die Theorie hinter der ganzen
Sache. Die einfachen Trafoformeln kenne ich, mich würde speziell
interessieren wie man die Induktivität der Primärspule berechnet. Ich
habe nämlich keine Ahnung, ob primär 10, 50 oder 100 Windungen ideal
sind.

Kennt sich jemand damit aus?

Ich freue mich auf Antworten

Grüße

Stefan

 

[Uwe Hercksen]

Stefan Heindel schrieb:

Ich habe eine Frage für die "Experten" von euch. Ich möchte eine
berührungslose Energieübertragung realisieren, um eine rotierende
Platine mit Energie zu versorgen (ca. 5VA). Es soll mit 2 Luftspulen
realisiert werden, die äußere ist feststehend mit einem
Innendurchmesser von 4cm, die innere Spule soll mit einem Abstand von
ca. 1mm innerhalb der inneren rotieren. Beide Spulen sollten ca. 1-2cm
hoch sein. Ich habe bereits eine Platine mit einer recht starken
H-Brücke (l6203) geplant, diese H-brücke soll - von einem
Mikrocontroller gesteuert - die äußere Spule treiben. Als
Schaltfrequenz habe ich 20kHz angepeilt.

Hallo,

warum nimmst Du nicht zwei passende Schalenkerne? Die leiten nun mal ein
Magnetfeld erheblich besser als Luft.
Es müssen dann zwar zwei nebeneinander liegende Spulen sein die von den
beiden Schalenkernen umschlossen werden, jeweils eine feste Spule und
Schalenkern sowie eine rotierende Spule und Schalenkern.

Bye

 

[Rick Sickel]

Stefan Heindel wrote:

Schönen Guten Tag!

Ich habe eine Frage für die "Experten" von euch. Ich möchte eine
berührungslose Energieübertragung realisieren, um eine rotierende
Platine mit Energie zu versorgen (ca. 5VA). Es soll mit 2 Luftspulen
realisiert werden, die äußere ist feststehend mit einem
Innendurchmesser von 4cm, die innere Spule soll mit einem Abstand von
ca. 1mm innerhalb der inneren rotieren. Beide Spulen sollten ca. 1-2cm
hoch sein. Ich habe bereits eine Platine mit einer recht starken
H-Brücke (l6203) geplant, diese H-brücke soll - von einem
Mikrocontroller gesteuert - die äußere Spule treiben. Als
Schaltfrequenz habe ich 20kHz angepeilt.

Die höchste Leitung läßt scih übertragen, wenn zwischen primärseitiger
und sekundärseitiger Spannung ein Phasenwinkel von 90° herrscht,
allerdings fließt dann auch viel Blindleistung. Das läßt sich z.B. mit
einem zur Sekundärwicklung parallelgeschalteten Kondensator erreichen,
der zusammen mit der Streuinduktivität eine Resonanzfrequenz knapp unter
der Taktfrequenz ergibt.

Rick

 

[Andreas Donner]

"Stefan Heindel" <Stefan.Heindel@web.de> schrieb:

[...]
Also "irgendwie" würde ich das ganze schon durch experimentieren
hinbekommen, aber mich interessiert die Theorie hinter der ganzen
Sache. Die einfachen Trafoformeln kenne ich, mich würde speziell
interessieren wie man die Induktivität der Primärspule berechnet. Ich
habe nämlich keine Ahnung, ob primär 10, 50 oder 100 Windungen ideal
sind.

Achte darauf, dass die Impedanz der Primärspule bei der Grundwelle hoch
genug ist, sodass die Blindleistungsaufnahme klein bleibt gegenüber der
übertragenen Wirkleistung. Ab einer gewissen Windungszahl bringt eine
noch höhere Induktivität nicht mehr, nur noch erhöhte primäre ohmsche
Verluste. Abstimmung der Sekundärseite auf Grundwelle könnte evtl.
Vorteile bringen, erhöht aber auch wieder die Blindleistung
primärseitig (Speisesignal ist ja Rechteck).

Fausformel für Luftspulen:

N = 1/D * sqr(1000*l*L/K)

mit

N: Windungszahl /1
D: Durchmesser /cm
l: Spulenlänge /cm
L: Induktivitat /ľH
K: Korrekturfaktor (K=3,8 bei D/l=4)

Da Deine Anordnung ja eine koaxiale Energieübertragung ist, nehme ich
an, dass die rotierende Schaltung auch voll im Induktionsfeld liegt.
Probier' vorsichtigerweise mal aus, ob dein Kleinordinator dann noch
gescheit läuft...


Mit besten Grüssen

Andreas Donner