Spule hoher Güte

[Kohlenstoffkarbid]

Vor ein paar Monaten habe ich mir einen 10,5 Kilogramm schweren Transformatorenkern besorgt.

Aus diesem Ringkern habe ich mir durch Bewicklung mit 2,5 mm² Kabel, welches ich durch Zufall in optimaler Menge für 7 € auf dem Flohmarkt fand, eine Spule hoher Güte gebaut.

Für die Bewicklung habe ich eine modifizierte Shuttletechnik benutzt. Statt eines klassischen Shuttles habe ich einfach einen Besenstiel sauber mit dem Kabel umwickelt und diesen dann wie eine Nähnadel durch die Spule geführt. Es musste ein langer Stab sein, da viel Drahtvolumen durch ein schmales Loch musste. Die Windungen mussten manuell sorgfältig in Form gebracht werden, damit das Wicklungsfenster maximal genutzt wird. Da außen zwangsläufig Lücken entstanden, wurden die Windungen der Folgelagen mit Kraft in die Lücken gezogen. Dies sorgt für effektivere Nutzung des Kabels und des Raumes und lässt die Spule besser in Form bleiben (Mit Lackdraht würde ich das aber nicht tun!). Alles in Allen hat die Arbeit etwa 10-12 Stunden gedauert.

Die Kenndaten sind

-ca. 450 Windungen von 133 Meter Kabel 2,5 mm² (Länge aus Widerstand errechnet)
Induktivität
-3,2 Henry bei 0,75 Ampere (3200 mH! Induktivität aus Zeitkonstante errechnet) bei Gleichstromimpulsen (Restinduktivität nach "Remanenzverlust") mit einer Zeitkonstante knapp über 1,6 Sekunden (Mit Stoppuhr und Video gemessen)
-11,9 Henry bei Wechselstrombetrieb
-Widerstand 1,7 Ohm, mit Messgerät (0,3 Ohm) sind es knapp unter 2 Ohm (0,75 A bei 1,5 Volt)
-Die von Induktivität und Widerstand abhängige Zeitkonstante der Spule mit Messgerät währe bei Wechselstrom 5,95 Sekunden und ohne Messgerät sogar 7 Sekunden.

Belastbarkeit 8 Ampere Dauer (Bei entsprechend niedrigerer Induktivität, da Sättigung eintritt!) und kurzzeitig einiges mehr.

Die Besonderheit dieser Spule ist, dass bei niedrigen Widerstand und großen Eisenkern eine hohe Induktivität vorliegt. Diese Kombination ermöglicht interessante Experimente mit der Selbstinduktion und der Speicherung von Energie im Magnetfeld.

Davon abgesehen kann man mit wenigen Sekundärwindungen in wenigen Minuten einen leistungsstarken Hochstromtrafo mit der Wunschspannung draus machen.

Edit:
-Dämlicher Kopfrechenfehler korrigiert (1,5 Volt / 2 ergibt 0,75 Ampere, also 2 Ohm Widerstand).
-Messergebnisse mit Stopuhr und Video genau ermittelt. Die Zeitkonstante beträgt über 1,6 Sekunden, was bei 2 Ohm 3,2 Henry entspricht.
-Ergebnisse und Messwertkorrekturen des Versuchs auch hier berücksichtigt: viewtopic.php?f=3&t=63985&p=289521#p289590

[VDX]

... was kostet so ein Kern?

Viktor

[Multi-kv]

Mit vernünftigem CuL hättest Du da aber wesentlich mehr Windungen drauf bekommen!
Diese PVC-Ummantelung nimmt enorm viel Platz ein - der Füllfaktor dürfte weit unter 50% liegen.
Kannst Du die Primärwicklung ans Netz (230 V) anschließen - und wie hoch ist dann der Leerlaufstrom?

[Kohlenstoffkarbid]

Mit vernünftigem CuL hättest Du da aber wesentlich mehr Windungen drauf bekommen!

Richtig! Theoretisch währen es doppelt so viele Windungen geworden. Jedoch ist Kupferlackdraht teurer und empfindlicher. Wenn mir dieses Kabel bei einem Experiment durchschlägt, tuts nicht weh, es zur Not einfach mit nem Seitenschneider abzumachen und zu entsorgen und neues aufzutragen. CuL hingegen haut preislich und aufwandsmäßig richtig rein, wenns zeitnah gekauft werden soll und passen muss. Außerdem nimmt es jeden Kratzer krumm, was gerade bei der Bewicklung von Ringkernen nicht so gut kommt.

Wenn man die erhöhte Empfindlichkeit bedenkt, die Trennlagen aus Klebeband notwendig macht, währen es höchstens 1,5 mal so viele Windungen geworden. Die aktuell aufgetragene Menge hätte bei Sauter incl. Versand derzeit ca. 80 € gekostet. 1,5 mal so viel Lackdraht würde etwa 120 € kosten. Dafür müsste ich dann auch noch ganz anders mit umgehen als mit meiner derzeitigen 7 € Bewicklung. Lohnt sich für meine Zwecke nicht wirklich!

Kannst Du die Primärwicklung ans Netz (230 V) anschließen - und wie hoch ist dann der Leerlaufstrom?

Verhält sich wie die Primärwicklung eines "normalen" Ringkerntrafos. Da jedoch doppelt so viele Windungen drauf sind, wie für den Kern als Trafo empfohlen sind, ist der Leerlaufstrom noch geringer.

... was kostet so ein Kern?

Ich bekam den Kern aus den USA für ca. 200 €. Er hat eine besonders hohe Permeabilität, weshalb ich unbedingt den wollte. Ebay leitet automatisch auf nen 3KVA-Kern weiter. Ich hab jedoch einen 5 KVA-Kern gekauft.

https://www.ebay.com/itm/5000VA-Power-T ... 2093102153

Ein gewöhnlicher gebrauchter Ringkerntrafo ähnlicher Größe tuts auch und kann mit Glück auf Ebay weniger als 100 € kosten. Darf jedoch nicht vergossen sein. Jedoch muss man für die selbe Induktivität mehr Windungen auftragen.

[kilovolt]

Hallo Kohlenstoffkarbid

Mich würde eher interessieren: Wofür brauchst Du die Drossel denn nun?

Gruss kilovolt

[Multi-kv]

Danke für die Infos!
Ich habe den größten Teil meines CuL bei einer E-Motoren-Werkstatt gekauft, ab ca. 0,5mm Drahtstärke ca. 20 Eur/kg!
Das ist ein Superpreis, den man kaum irgendwo sonst findet.
Glaube nicht, dass Du da mehr als 3-4 kg Kupfer draufhast, oder?
Den eigentlichen Ringkern sollte man m.E. ohnehin isolieren, da er ja außen ziemlich scharfe Kanten hat.
Wenn man nicht gerade an solchen scharfen Kanten kratzt ist die Isolierung vom CuL eigentlich sehr robust.
Gerade wenn Du keine allzu hohen Spannungen da durchschickst würde sicher eine Lage Klebeband o.ä. je Lage reichen.
Die geplante Anwendung würde mich ja auch interessieren

Als Hochstromtrafo zum Punktschweißen etc. fliegt Dir aber ganz sicher jede Sicherung raus. Die RK-Trafos sind ja sehr spannungssteif und daher für sowas eher
weniger bis gar nicht geeignet.

[EL12]

Jetzt kannst du mal einen schön langsamen Schwingkreis bauen...
In der Schule hatten wir auch eine riesige Drossel (ich glaube so um die 130 H) mit dieser und einem grossen Folienkondensator haben wir einen Schwingkreis zu Demonstrationszwecken gebaut, der für eine Amplitude etwa 10 Sekunden brauchte. Das war schon eindrücklich, wie man die Strom-spannungsvehältnisse mit grossen analogen Multimetern gesehen hat...
Es hat mich immer gereitzt da mal einen fetten Lichtbogen zu ziehen, das durfte ich aber leider nicht.

[Kohlenstoffkarbid]

Mich würde eher interessieren: Wofür brauchst Du die Drossel denn nun?

Ich möchte damit alle möglichen Experimente im Bereich Zeitkonstante und Selbstinduktion ausprobieren. Eine solche Spule wollte ich schon sehr lange haben. Die Spulen und Drosseln hoher Induktivität im Handel sind leider sehr teuer und können auch nicht viel ab. Zudem haben die meist einen hohen Widerstand.

Das ist die Beste derzeit käufliche:
http://www.wenger-lehrmittel.de/drossel/
(Die Zeitkonstante ist entgegen der dortigen Angaben aber nur 1300H : 212 Ohm = 6,13 Sekunden. Die 212 Ohm sind mir aber zu viel und die Maximalbelastbarkeit mit 0,013 Ampere bei voller Induktivität ist mir zu wenig.)

Jetzt kannst du mal einen schön langsamen Schwingkreis bauen...
In der Schule hatten wir auch eine riesige Drossel (ich glaube so um die 130 H) mit dieser und einem grossen Folienkondensator haben wir einen Schwingkreis zu Demonstrationszwecken gebaut, der für eine Amplitude etwa 10 Sekunden brauchte. Das war schon eindrücklich, wie man die Strom-spannungsvehältnisse mit grossen analogen Multimetern gesehen hat...

Ja, das ist eine Sache, die ich mit vorhabe. Da der Innenwiderstand meiner Spule sehr gering ist, kann man auch mit den 3,2 Henry einen solch langsamen Schwingkreis bauen.

Es hat mich immer gereitzt da mal einen fetten Lichtbogen zu ziehen, das durfte ich aber leider nicht.

Man kann mit der Spule allein durch Kontakt und schnelles abziehen schon aus einem 9 Volt Block bis zu 1 cm lange und deutlich hörbare Abrissfunken ziehen!

Glaube nicht, dass Du da mehr als 3-4 kg Kupfer draufhast, oder?

Derzeit 3,2 Kilogramm Kupfermasse. Wenn ich jedoch mehr Windungen wollte, müsste es auch mehr Kupfer sein.

Gerade wenn Du keine allzu hohen Spannungen da durchschickst würde sicher eine Lage Klebeband o.ä. je Lage reichen.

Das hab ich auch so geschätzt. Dennoch kann man allein schon wegen dieser Lage den Wicklungsraum nicht voll nutzen. Außen bleiben mehr Lücken, was mehr Drahtverbrauch bedeutet und innen wird die teuer erkaufte Effektivität durch das Klebeband auch wieder reduziert. Ich gehe davon aus, dass ich 1,5 mal so viele Windungen reinbekäme.

Ich müsste für diese Windungen mindestens 5 Kilo CuL einsetzen, den ich bei Sauter für 105 Euro zzgl. 15 € Versand bekäme. CuL lässt sich nicht so einfach auftragen, wie das Kabel mit dem vielfaserigen Kupfer. Das bedeutet, ich müsste auch noch 20 Stunden (Statt 10) lang wickeln und dabei höllisch aufpassen.

Als Hochstromtrafo zum Punktschweißen etc. fliegt Dir aber ganz sicher jede Sicherung raus. Die RK-Trafos sind ja sehr spannungssteif und daher für sowas eher
weniger bis gar nicht geeignet.

Ich hab noch immer mein selbst gebautes 3 KW Netzteil, welches ein stufenweise regelbares Drosselmodul für einen sanften Start des Ringkerns und für die induktive Strombegrenzung hat. Das hab damals auch für solche Zwecke vorgesehen.

viewtopic.php?f=6&t=1811

[Kohlenstoffkarbid]

Beim Experimentieren fiel mir die erhebliche Wechselhaftigkeit der Induktivität bei unterschiedlicher Restmagnetisierung des Kerns auf.

An der Hauptwicklung wurde ein Stromstärkemessgerät angeschlossen. Die hochinduktive Wicklung ist durch das Messgerät kurzgeschlossen. Eine gesonderte Wicklung aus 10 Windungen dient zum Induzieren eines Stromimpulses. Dieser Impuls wird durch profanes Anschließen einer üblichen 1,5 Volt Batterie induziert.

Der einmal induzierte Impuls klingt langsam über mehrere Sekunden ab, so lange ich die Batterie angeschlossen lasse. Das Entfernen der Batterie induziert einen Stromimpuls in Gegenrichtung.

Nach Abklingen schließe ich die Batterie erneut an. Der Impuls ist nun erheblich kürzer. Während der erste Impuls eine Zeitkonstante von deutlich über 8 Sekunden hat, hat der zweite Impuls eine Zeitkonstante von etwas über 1,6 Sekunden. Auch wiederholte Versuche zeigen nur kurze Abklingzeiten. Ein Wechsel der Polarität magnetisiert den Kern um und sorgt dafür, dass erneut ein langer Impuls zu sehen ist. Die Ursache ist, dass Der Kern nach jedem Durchgang magnetisiert bleibt.

Dies ändert das Induktivitätsverhalten des Kernes für Ströme in dieser Richtung und natürlich auch für Ströme in Gegenrichtung. Dies hat bei Einzelpulsen erhebliche Änderungen der Abklingzeiten bzw. Zeitkonstante zur Folge.

Hier ein Video der Messergebnisse in nostalgischer Qualität (Wo wir grad bei sind: Kann jemand zufällig eine günstige robuste leicht bedienbare Kamera für Videos empfehlen? Mit fest verbauten nicht klappbaren Bildschirm.).
https://www.youtube.com/watch?v=3IChXcRoU5U

Da ich die Induktivität mit Gleichstrom in einer Richtung ermittelt habe, kann bzw. muss ich die Induktivität nun deutlich nach oben korrigieren.

Ich habe nun eine Messung des induktiven Widerstandes vorgenommen, um auf diesem Wege die Induktivität korrekt zu ermitteln:

Bei 45 Volt Wechselstrom fließen 12 mA. Das entspricht 3750 Ohm induktiven Widerstand.

Bei 11,9 Henry Induktivität hat eine Spule 2*Pi*11,9H*50Hz = 3738 Ohm induktiven Widerstand. Meine Spule hat also eine Induktivität von etwa 11,9 Henry. Beim Prüfen des Messgerätes fiel mir auf, dass es beim Messen der Stromstärke einen Innenwiderstand von 0,3 Ohm hat (Steht hinten drauf), den man ja normalerweise vernachlässigen kann. Bei 2 Ohm Gesamtwiderstand fallen die 0,3 Ohm aber schon ins Gewicht. Die Spule hat nur 1,7 Ohm Widerstand statt 2 Ohm.

Die Zeitkonstante der Spule mit Messgerät währe bei Wechselstrom also 5,95 Sekunden und ohne Messgerät sogar 7 Sekunden.

[kilovolt]

Im Prinzip könnte man für solche Versuche ja auch einen bestehenden, grossen Transformator nehmen, von dem man nur eine Wicklung beschaltet und den Rest offen lässt, oder? Grosse 50Hz-HV-Trafos hätte ich noch einige hier Die haben sicher auch massivste Induktivitäten. Hab's zwar nie gemessen, aber ich denke schon, da wäre einiges machbar, beispielsweise mit meinem grossen 4kVA-Trafo... vielleicht müsste cih da auch mal was probieren damit.

Beste Grüsse
kilovolt

[Kohlenstoffkarbid]

Ja, mit großen Trafos geht es manchmal auch. Meine erste "Spule" mit nennenswerter Zeitkonstante (knapp 1 Sekunde, klingt in etwa 6 Sekunden auf prakisch 0 ab) ist ein amerikanisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen. Das habe ich damals in meinem ersten Youtube-Video dokumentiert.

https://www.youtube.com/watch?v=4LvOsotyPFE

Die meisten Wicklungen von Kleintrafos haben jedoch eine geringere Zeitkonstante. Man muss halt einfach die eigenen Bestände durchprobieren, ob was passendes bei ist.

Wer aber nur hohe Induktivität wünscht und keinen Wert auf einen niedrigen Widerstand (hohe Zeitkonstante) legt, ist am besten mit Sekundärspulen von großen HV-Trafos und Messwandlern bedient. Wer sich mit etwas höheren Widerständen bei mäßiger Induktivität begnügt, kann hier und da günstig Netzdrosseln im zweistelligen Henry-Bereich und 100 bis 300 Ohm erwerben.

https://www.ebay.de/sch/i.html?_from=R4 ... ssel+henry

Die Zeitkonstante wird jedoch durch deren hohen Widerstand in Bereiche unter 0,1 Sekunde gedrückt. Die Zeitkonstante ist einfach zu errechnen: Induktivität in Henry geteilt durch Widerstand in Ohm.

[Kohlenstoffkarbid]

Ich hab nun einfach mal drei 9 Volt batterien in Reihe geschaltet und an die Spule gehalten, um die Unterbrechungsfunken zu sehen. Das Ergebnis ist schon recht beeindruckend, wenn man bedenkt, dass es nur 9 V Blocks und die Spule sind. Die Funken können über 2,5 Zentimeter Länge erreichen und verdampfen auch ein klein wenig von dem Metall der Elektroden. Im ersten Bild sieht man das Grün des verdampfenden Kupfers. Im zweiten Bild ist eine Alufolieelektrode verwendet worden. An dem blauen Glimmen des Staubes erkennt man, dass da im Licht besonders viel UV-Anteil drin ist.

[Kohlenstoffkarbid]

Zum Vergleich noch die Unterbrechungsfunken bei einer einzelnen 1,5 Volt Batterie. Aufgrund der Induktivität muss man die Anschlüsse ein paar Sekunden in Kontakt bringen, da sonst noch nicht genug Strom für größere Funken fließt. Die Kamera hat deshalb ein paar Sekunden Belichtungszeit, so dass dieser Moment auch drauf ist.

Im voherigen Beitrag hab ich noch ein neues Bild (als 1. Bild) hinzugefügt.

[Paul]

Zum Vergleich noch die Unterbrechungsfunken bei einer einzelnen 1,5 Volt Batterie.

Alter Schwede Hätte ich mit einer AA-Batterie garnicht für möglich gehalten. Wieviel Henry hat das Ding nochmal?!

[kilovolt]

Das sind erstaunliche Ergebnisse! Du solltest dem Spülchen mal ein bisschen mehr Strom gönnen und schauen, was beim Abschalten zurückkommt Was auch mal interessant wäre, ein Schwingkreis mit dieser Spule und einer möglichst hohen Kapazität (man könnte beispielsweise zwei grosse Elkos in Bipolarkonfiguration verschalten). Wäre interessant zu sehen, welche tiefste Resonanzfrequenz damit möglich ist und wie lange die Schwingung erhalten bleibt, wenn der Kreis einmal kurz angestossen wird

Gruss kilovolt