Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

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Rumgucker
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Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#1 Beitrag von Rumgucker »

Hallo Forum, hallo Paul,

um eine sättigbare Spule modellieren zu können, müssen wir sie an einen "Ferrographen" anschließen, dann aus dessen Oszi-Messdiagramm drei Spannungswerte ablesen und dann zwei Formeln durchrechnen.

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Die Messung per Ferrograph:

Ein Ferrograph misst die Sinus-Spannung, die an einer Spule (L2) anliegt und den (durch Sättigung verzerrten) Strom, der durch die Spule hindurchfließt (per Spannungsabfall an R1). Die Spannung parallel zur Spule eilt dem Strom um 90° voraus und wird daher in einem RC-Glied (R2 und C1) integriert.

Die nun phasengleichen Größen werden auf einem XY-Oszillogramm dargestellt. In X-Richtung der Strom, der der H-Feldstärke proportional ist. Und in Y-Richtung die integrierte Spannung, die der B-Induktion proportional ist. Es erscheint also eine BH-Hysteresiskurve:
1_trans_189.png
Wenn man den X-Kanal invertiert, wird die Kurve in gewohnter Weise dargestellt.

Im Normalfal kann man die Bauteile - wie gezeigt - dimensionieren. Man wird lediglich die Generatorfrequenz und Generatorspannung so abgleichen, dass sich die gezeigte BH-Schleife ergibt, die man auch durch Steigerung der Generatorspannung oder Senkung der Frequenz nicht mehr wachsen lassen kann. Man benötigt einen Tongenerator mit Leistungsendstufe.

----------

Aus dem Bild lesen wir drei Werte ab:

Das Plateau der Sättigungsinduktion. Mehr Spannung kann die Spule nicht aufnehmen. Im Beispiel Us=14mV.

Ur ist die Remanenz. Also der Punkt, an dem die Schleife die Abszisse bei bei H=0 schneidet. Sie sollte kleiner oder gleich Us sein. Bei mir Ur=13.5 mV.

Uc ist der Punkt an dem die Schleife die Ordinate bei B=0 schneidet. Bei mir also Uc=90mV.

Zuerst berechnen wir die Sättigungsinduktion

Bs = Us * R2 * C1 / (n * A)

Us = 14 mV (aus dem Ferropgraphen abgelesen)
R2 = 100 kOhm (aus dem Ferrographen-Schaltbild abgelesen)
C1 = 100 nF (aus dem Ferrographen-Schaltbild abgelesen)
n = 5 (Windungen auf der Spule)
A = 0.000024 m² (magnetische Fläche des Spulenkerns per Schieblehre)

Ergibt Bs=1.17 Vs/m²

--------

Nun die Remanenz

Br = Ur * R2 * C1 / (n * A)

Ur = 13.5 mV (aus dem Ferropgraphen abgelesen)
R2 = 100 kOhm (aus dem Ferrographen-Schaltbild abgelesen)
C1 = 100 nF (aus dem Ferrographen-Schaltbild abgelesen)
n = 5 (Windungen auf der Spule)
A = 0.000024 m² (magnetische Fläche des Spulenkerns per Schieblehre)

Ergibt Br=1.16 Vs/m²

-------

Und nun Hc

Hc = n * (Uc / R1) / lm

n = 5 (Windungen auf der Spule)
Uc = 90 mV (aus dem Ferropgraphen abgelesen)
R = 1 Ohm (aus dem Ferrographen-Schaltbild abgelesen)
lm = 0.0511 m (magnetische Länge des Spulenkerns per Schieblehre)

Ergibt Hc=8.8 A/m

-------

Den Luftspalt messen wir mit einer Fühlerlehre. Bei uns lg = 0 m, also kein Luftspalt.

Der Gleichstromwiderstand der Wicklung wird per Ohmmeter gemessen Rser=0.02 Ohm.

Damit ist das LTSpice-Modell einer sättigbaren Spule vollständig erfasst:

Bs=1.17 Br=1.16 Hc=8.8 A=0.000024 lm=0.0511 lg=0 n=5 Rser=0.02


Geil, oder?

Viele Grüße

Wolfgang
Zuletzt geändert von Rumgucker am So 29. Sep 2019, 06:14, insgesamt 2-mal geändert.


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Rumgucker
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Re: Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#2 Beitrag von Rumgucker »

Hallo,

kurze Entspannungspause, bevor es gleich mit den Trafos weitergeht.

-----

Mich hat der Ferrograph-Drahtverhau irgendwann....
1_1477857870_100_0069.JPG
1_1477857870_100_0069.JPG (22.64 KiB) 2696 mal betrachtet
...genervt. Ich hab mir sowas gebaut:
100_0089.JPG
100_0096.JPG
100_0092.JPG
100_0092.JPG (19.56 KiB) 2696 mal betrachtet
Und sowas kommt typischweise da raus:
100_0094.JPG
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Viele Grüße

Wolfgang


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Re: Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#3 Beitrag von Rumgucker »

Hallo Forum,

Trafos bestehen aus einer willkürlich aus den Trafowicklungen ausgewählten sättigbaren Spule, deren Modellparameter genau so ermittelt wird, wie eingangs gezeigt.

Alle anderen Wicklungen des Trafos transformieren die sättigbare Spule entsprechend den jeweiligen Windungsverhältnissen.

Die ganze Arbeit besteht also darin, eine willkürliche Wicklung mit dem Ferrographen zu vermessen und dann die Windungsanzahlen und Wicklungswiderstände aller anderen Wicklungen zu ermitteln.

Die bisher angefertigten Trafomodelle und Schaltsymbole:
trafos.png
hab ich hier:
spice_cores.zip
(16.72 KiB) 145-mal heruntergeladen
abgelegt.

------

Bei der Benutzung der Modelle ist ggfls. die Streuinduktivität anzugeben, also der Koppelfaktor.

DAS Thema ist schwierig. Vor einiger Zeit hab ich ein Verfahren erdacht, wie man die Streuinduktivität jeder einzelnen Wicklung messen kann, da mir ein Summenparameter zu ungenau erschien. Ich habs aber nie in die Modelle eingearbeitet, weil das ziemlich praxisfern ist. Wir sollten hier erstmal die Finger davon lassen. Ihr habt ja jetzt erstmal genug zum Verdauen, denke ich.

Viele Grüße

Wolfgang

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Re: Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#4 Beitrag von Paul »

Moin Wolfgang,

danke für das Tutorial! :mrgreen:

Dein Ferrographen-Kistchen schaut echt praktisch aus!

Ich habe allerdings noch nicht verstanden, welche Rolle der "Modemtrafo" dabei spielt...

EDIT: Aahhh, ok. Du brauchst den, um den X-Kanal galvanisch vom Generator-Input zu trennen. Hatte mich schon gewundert, warum deine BNC-Buchsen-Außenleiter über das Gehäuse alle miteinander verbunden sind, obwohl das gemäß dem allerersten Schaltplan nicht ginge.


Was die Spice-Modelle angeht: Habe noch nicht viel mit Spice gemacht, aber die sind jetzt erstmal bei mir auf Halde gelegt, bis ich sie irgendwann mal gebrauchen kann. :)

Viele Grüße
Paul!
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Re: Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#5 Beitrag von Rumgucker »

Moin Paul,

ich bin baff: Bisher ist da nie einer drüber gestolpert. Respekt!

Es ist so wie Du sagst. Ich kann zwar meinen Generator potentialfrei schalten. Aber schön war das nicht.

Außerdem hatte ich extra für den Ferrographen mein altes Ultron-Scope abgestellt. Als rein Analoger macht das Ding sauberere Abbildungen beim XY-Betrieb. Aber man kann bei der Mühle die X-Achse nicht invertieren. Mit dem Effekt, dass die Schleife genauso gespiegelt aussieht, wie bei meiner Simulation. Wenn man das abfotografiert, muss man das immer wieder erklären oder im Photshop spiegeln.

Also doppelter Nutzen. Und der Rest dient der besseren Anpassung an unterschiedlche Frequenzen bzw. unterschiedliche Drosseln. Und der Spannungskalibrierung der beiden Oszi-Achsen.

Das Keksdöschen hat sich bewährt. Aber es geht eben auch per Drahtverhau. Es sind ja nur drei RC-Bauteile zusammenzustecken.

Und es kam noch hinzu, dass ich ein Muster von dem Resopal-Ersatzzeugs zugeschickt bekam und einfach mal gucken wollte, wie das gefräst aussieht.

Viele Grüße

Wolfgang


TrafoKopf
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Re: Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#6 Beitrag von TrafoKopf »

Der gezeigte Kern (Oszi-Foto) eignet sich wohl Ideal für "Magnetic Logic"

Zweiteiler: https://archive.org/details/gov.dod.dimoc.28374
Mein Lieblingsfilm in den letzten Tagen, sicher schon 10 mal geguckt, jedesmal bleibt mehr hängen :)
Dort hat man alles mit ersten Tests beginnen zu können. Sehr einfach und stichpunktartig erklärt, einfaches Englisch.


//edit:
Weisst du noch woher der Kern stammt? Bisherige Recherchen zu "square loop" Kernen brachten mich nur auf die Plastikummantelten aus ATX Netzteilen für die 3V3 Schiene ("Saturable Reactor", Sättigungskerne).

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Paul
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Re: Unbekannte Spulen/Trafos mit LTSpice abbilden

#7 Beitrag von Paul »

Hey TrafoKopf,

diese alten Army-Videos finde ich auch immer total geil. :D

"Rumgucker" wird dir wohl nicht mehr antworten, der hat hier fleißig gepostet, sich über irgendeinen Kack aufgeregt und dann beleidigt zurückgezogen.
Typisches Verhalten eines (technisch kompetenten) Trolls (?) der seinem Namen alle Ehre gemacht hat.

Ansonsten: Guck mal hier, der Graph hat Rechts auch eine Achse für die Remanenz B_R, die sollte ja möglichst groß für dein Vorhaben sein: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetwerkstoffe
Vllt. findest du da einen geeigneten magnetischen Werkstoff! So richtig kenne ich mich da aber auch nicht aus. ^^*

Gruß!
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