Gibt es irgendeinen Effekt, der bei größeren Luftspulen zu einem deutlichen Anstieg des ESR bei höheren Frequenzen führen könnte?
Hintergrund: ich bastle gerade mit ESR/ESC/ESL-Messungen herum. Und ich bekomme beim Vermessen einer 2mH Luftspule so ab ca. 2kHz einen deutlichen Anstieg des ESR. Andere Luftspulen (z.B. mit 1mH) ergeben ähnliche wenn auch nicht ganz so extreme Resultate. Konkret: bei DC hat die Spule ca 0,9 Ohm. bei 12kHz ist der ESR schon auf ca. 10 Ohm gestiegen. Die Induktivität sinkt dabei auch marginal (
das Thema kommt mir bekannt vor, Du hattest es schon mal früher geschildert. Wie wäre es mit einer alternativen Meßmethode? Ich hab noch alte Aufzeichnungen gefunden, wie man Impedanzen geringer Güte messen könnte, allerdings nie ausprobiert. Die Anordnung ist sehr einfach:
U0 U1 U2 o------R--------R-------- | Z GND | o------------------------
Als Voraussetzung gilt:
|Z|~R
Abkürzungen, Beträge der Spannungen gegen GND gemessen:
Vorteil dieses Verfahrens ist, daß man die Phase nicht messen muß und wenn man die 3 Spannungen im gleichen Meßbereich mißt, der Fehler des Voltmeters herausfallen müßte. Nachteil ist, daß nur geringe Güten gemessen werden können wegen der Quadrierungen und das Vorzeichen der Wurzel nicht bestimmt werden kann ohne Zusatzmessung mit Scope oder so.
Der Radikand der Wurzel darf natürlich nicht negativ werden, sonst ist der Meßfehler zu groß. Getestet habe ich dieses Verfahren nie, kann man aber mit SPICE sehr leicht machen, hatte ich damals nicht zur Verfügung.
Falls Du mit dieser rein passiven Anordnung auf das gleiche Ergebnis kommen solltest, wärst Du auf einen sehr merkwürdigen Effekt gestoßen. Allerdings erinnere ich mich dunkel, daß Energietechniker bei Elektromotoren den Skineffekt schon bei sehr kleinen Frequenzen haben. Als Erklärung kamen solche Argumente wie: Durch die Drehung werden die Elektronen nach außen gedrückt, da sie ja eine Masse haben :-).
Feldverluste, weil das Ding zusammen mit den Kapazitäten zwischen den Windungen auf Resonanz geht und strahlt ?
Bedenke: Bei Induktivitäten besteht bei höheren Frequenzen der ESR nur zu einem geringen Teil aus dem Drahtwiderstand.
Klingt plausibel, 2mH auf Luftspule ist schon viel Draht und heftig.
Kann schon sein, schau Dir mal an, was bei Schaltreglern an Induktivitäten verbaut wird, bei 1 MHz liegt man in der Region Mikrohenry und das hat einen guten Grund. Die Teile haben zwar durch den Ferrit Zusatzverluste, aber selbst bei einem (für Schaltregler niederfrequenten) 12kHz Schalter wären 2mH schon ein sehr großer L Wert. Selbst die alten
50kHz Teile hatten zweistellige Mikrohenry's zur Reduzierung der unvermeidlichen Verluste.
Nö, Du hast eine Kapazität zwischen den Windungen => Schwingkreis => Antenne => Abstrahlung => Verlust => Realanteil
Damit scheidet der Skinffekt aus. Bei 12 kHz ist die Eindringtiefe in Kupfer immer noch 0.65 mm. Falls deine Spule aus ca. 25 m CUL 0.75 besteht, sollte da also nichts passieren. Ausserdem würde er nur mit SQRT(2) pro Oktave zunehmen. Parasitäre Wicklungskapazitäten usw. könnten deine Messung allerdings aus dem Lot bringen.
Es sind halt 2mH und die Physik ist erstmal die gleiche wie bei 2MHz.
Die Frage ist, wie diese Spule genau aufgebaut ist, dann könnte man mehr rechnen. Wenn es wirklich schon 10 Ohm Realanteil bei
2kHz sind, dann hat der OP die Spule vermutlich schlecht konstruiert, sollte er auf eine hohe Güte wert legen, denn dann liegt die Güte bei 2 bis 3.
Generell streuen Luftspulen aber schon recht ordentlich, ergo braucht es bei einer Luftspule für eine hohe Güte auch eine hohe Frequenz, nur dann sind die Verluste im Ferrit soviel größer, dass das hochwertige Dielektrikum Luft Punkte sammelt.
Machbar ist so eine miese Güte von 2..3 bei der Frequenz problemlos, schließlich gibt es induktive Audioübertragung, die lebt davon, da will man derlei.
Oder nimm einfach Induktivitäten in den Frequenzweichen von Lautsprecherboxen, da gibt es auch derlei, natürlich auch mit Luftspulen. Dafür sind diese Luftspulen hochlinear, was man bei Audio gerne möchte.
Und umgekehrt hat man früher für Tonfrequenz-Filter ganz bewußt hochwertige _Schalen_kerne eingesetzt, z.B. in Fernsteuerungen.
Nicht umsonst haben Radios früher diese Luftspulen mit sehr großer Fläche auf dem Gerät gehabt, siehe:
formatting link
Der kommt mit 200uH, also einem Zehntel, gerade mal auf Q=60.
Kleiner Querschnitt, viele Windungen, damit bekommt man das hin, dann wird die Spule zum Feldgenerator oder Sensor. Denn Luftspule = hohe Güte gilt nur für etwas höhere Frequenzen.
10 Ohm Realanteil bei 2KHz kann meiner Meinung nach nur ein Messfehler sein, oder die Spule hat einen extrem schlechten Formfaktor. Die Induktion ändert sich typischerweise auch nicht wenn sich die Frequenz ändert, da sind vermutlich tatsächliche hohe Kapazitäten im Spiel
Eisenpulverkerne wären da vielleicht günstiger
ja, ich verwende 2mH Luft-Drosseln in einer passiven Weiche,
4mm Kupferlackdraht aud einem Trafowickelkörper
formatting link
mit einer richtigen Luftspule sind Güten von 600 bei 200µH problemlos zu erreichen
ja, es wird wohl keine einlagige Zylinderspule sondern eine Drossel sein
Ich schrieb, ab 2 kHz kann ich den Effekt beobachten. 10 Ohm Realteil sind es bei /12/ kHz.
Eine eben solche war es. Allerdings nicht gerade aus der Klasse mit goldenen Steckern. Zugegeben, die Eigenschaften bei 12kHz werden einer in einer Schaltung, die vielleicht bei 800Hz abtrennt nicht wirklich klangbeeinflussend sein.
Was wäre denn, wenn man eine Luftspule in Toroidalform konstruiert? Die müßte doch bauartbedingt recht verlustarm ausfallen, oder? (Ich weiß, wer soll das bei 2mH wickeln.)
naja, wenn hier schon von Feldverlusten die Rede ist, sollte doch zumindest der Skineffekt nicht unerwähnt bleiben, die passende Faustformel ist schnell ergoogelt, mit ein wenig Pech für Zollangaben :-)
Die Meßmethode sieht zwar beeindruckend aus, trotzdem habe ich Zweifel, daß man damit Spulengüten genauer bestimmen können sollte als mit einer simplen Bandbreitenmessung, die dann auch gleich den Einfluß der Parasitär-Kapazitäten eliminiert. Parallelschwingkreis mit passendem verlustarmen C(Styroflex), Sinusgenerator, -3dB-Bandbreite am Osziloskop, fertig. Selbst eine wahllos hingeworfene Rolle Kupferlackdraht liefert problemlos Güten > 10, also kann mit der Methode etwas nicht stimmen.
"Marcel Müller" schrieb im Newsbeitrag news:deiko3$f9f$ snipped-for-privacy@online.de...
Hallo Marcel,
Ich habe gerade die ganzen Postings durchgelesen.
Skin-Effekt jann man ausschließen. Habe ich gerade selber auch nachgerechnet.
Streufeld spielt keine Rolle wenn du nicht gerade Eisen in der Nähe liegen hast oder die Spule auf einem Tisch über Eisen-Trägern/Platte liegt.
Jetzt kommts. Wenn eine! Windung einen Kurzschluß macht, dann kann man genau dein Messergebnis nachvollziehen (Simulation mit LTspice). Sieht man irgendwelche Beschädigungen? Kann natürlich auch innen liegen.
Ja, ganz sicher nicht. Aber als All-Round-Methode für ESR-Messungen von Elkos (ggf. auch automatisiert) und Impedanzmessungen von Lautsprechern ist es ganz gut. Und der Hauptgrund: außer den beiden Differenzverstärkern für die
4-Punkt-Messung reicht ein handelsüblicher PC und ein HiFi-Verstärker als Signalquelle. Dank der Kompensationen kann ich sogar mit den Onboard-Soundchip ohne Meßbare Unterschiede im Vergleich zu einer guten Soundkarte arbeiten und vorallem das Equipment tauschen, ohne lang nachzudenken. Es entfällt also das sauteure Meßtechnik-Equipment, das man üblicherweise braucht, um halbwegs etwas Vernünftiges zu messen. Naja, und die 2x2 Matrixinversion war nicht wirklich eine programmtechnische Herausforderung.
Ich suche eigentlich nach einer Lösung mit minimalem individuellen Aufwand, die sozusagen jeder nachbauen kann. Und Software läßt sich eben für nahe 0 replizieren, Hardware nicht.
Die Sache mit der Spule habe ich nur gemacht, um das Verfahren zu verifizieren. Dabei habe ich natürlich nicht mit den mir bis dato unbekannten Problemen gerechnet. Ich hätte erwartet, daß diese Effekte erst bei deutlich höheren Frequenzen auftreten.
Ich habe leider keinen Sinusgenerator. Außer einem 15 Jahre alten Hameg
605 habe ich nichts von Wert in Sachen Meßtechnik herumstehen.
Gäbe wohl etwa Q=15. Ist aber wohl immernoch recht wenig. Ich habe leider kein Gefühl dafür.
Q=15 kommt für eine "gewöhnliche" Drossel grob hin. Q=30 sind schon Induktivitäten, die als solche speziell hergestellt und verkauft werden, bei denen man langsam auf die Güte Wert legt. Q=60 bis 80 läuft schon unter ausgezeichneter Güte und wird dick und fett mit dieser beworben. Q>100 sind bestenfalls noch große flache Luftspulen in ganz bestimmten, deutlich höheren Frequenzbereichen Q>1000 kommt für Keramikresonatoren grob hin, je nach Typ. Q>10000 typisch 40000 ist ein Quarz.
ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.