Wie bekomme ich 500W über eine Potentialdif ferenz von +-100

[Klaus P. Pieper]

Hallo Erik,

Erik Groß schrieb:

2. Motor + Generator :
Wirkungsgrad : ?? (ich vermute mal > 85%)
Schwierigkeitsgrad : gering
Nachteile : Verschleiß, Verbindungswelle muss sehr lang sein
damit keine Kriechströme u.ä. entstehen (eventuell
Platzprobleme)
Vorteil : wahrscheinlich billigste Variante

entsprechend ausgelegte Komponenten können durchaus 10 Jahre ohne
Austausch halten (die Lager und Generatoren in Windkraftanlagen sind auf
min. 20 Jahre ausgelegt und da sind viel ungünstigere Einsatzbedingungen
zu beachten). Man sollte hier bürstenlose Motoren / Generatoren
einsetzen. Ganz ohne Wartung geht es aber vermutlich nicht.

Aber das würde ich bei einer Elektronik auch nicht erwarten: Dichtungen
verspröden, Insekten kriechen auch hier in die (un-)passenden Ritzen
etc. Da kommt es nicht nur auf den 24/7 Einsatz über 10 Jahre an,
sondern vor allem auf die Umgebungsbedingungen: innen / außen,
klimatisiert, Wüste / Tropen etc.

Gruß

Klaus

--
reply to: pub dot kp2 dot pieper at ibeq dot com

 

[Wieslaw Bicz]

Joerg schrieb:

Es hat schon einen Grund, warum die Behoerden zum Beispiel den
Sendepegel selbst diagnostischer Ultraschallgeraete bei Anwendungen an
Kleinkindern begrenzten. Hier handelt es sich um weit weniger als
Erik's 500W.

Das hat aber gar nichts mit der hier besprochenen Verwendung zu tun. Da
der Schall nicht in den menschlichen Körper geht (das wäre hier auch
ziemlich schwer zu bewerkstelligen), würden höchstens die Normen
greifen, die bei Ultraschallbearbeitungsmaschinen und Bädern greifen.
Sie arbeiten auch meistens mit höheren Leistungen und zwar dauerhaft. Da
es sich hier aber um etwas handelt, was irgendwo ohne menschliche
Begleitung läuft (das setze ich voraus), wären nicht mal diese Normen
von irgendwelcher Bedeutung. Die Maschinen werden dagegen oft von
Menschen bedient,.

Das Problem ist, dass man eventuell noch gar nicht weiss, wie manche
Materialien auf Dauerbeschallung ueber 10 Jahre reagieren. So ein
Projekt wuerde ich nur eingehen, wenn dazu eindeutige Daten zu
Schallenergiedichte, Dauer und Frequenzabhaengigkeit vorliegen.

Das ist nicht so kritisch. Materialien, die hier in Frage kommen (z.B.

Glas oder Keramik) sind aus dieser Sicht schon bewährt und geprüft. Das
Problem würde sicher existieren, falls man an die Grenzen der
Belastbarkeit erreichen möchte. Das ist hier aber eindeutig nicht der Fall.

Ich will darauf hinweisen, daß die mit der besprochenen Verwendung
verwandte Technik der Ultraschallbearbeitung schon viele Jahre bekannt
ist. Ich selbst habe Teile in den Händen gehabt, die mehr als 30 Jahre
im Einsatz waren. Deswegen habe ich geschrieben, daß das Probleme
bereiten wird, wenn man die Grenzen der Belastbarkeit des Materials
testen möchte. Sonst wird es zwar nicht grade trivial, aber ziemlich
sicher in der Anwendung und wahrscheinlich unbegrenzt haltbar.

--
Wieslaw Bicz

---------------========== OPTEL sp. z o.o. ===========---------------
------===== R&D: Ultrasonic Technology/Fingerprint Recognition ====------
ul. Otwarta 10a PL 50-212 Wroclaw Tel.:+48 71 3296854 Fax.:+48 71 3296852
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[Erik Groß]

Klaus P. Pieper schrieb:

Ganz ohne Wartung geht es aber vermutlich nicht.

Da "versprechen" die Alternativen mehr, ob sie das dann auch halten muss
natürlich noch geklärt werden.

Aber das würde ich bei einer Elektronik auch nicht erwarten:
Dichtungen verspröden,

Ist vermutlich eine Materialfrage, Silikon soll recht gut sein (benötigt
keine Weichmacher). Ungünstige Einflüsse, wie z.B. UV-Licht, muss man ja
nicht rankommen lassen.

Insekten kriechen auch hier in die (un-)passenden Ritzen
etc. Da kommt es nicht nur auf den 24/7 Einsatz über 10 Jahre an,
sondern vor allem auf die Umgebungsbedingungen: innen / außen,
klimatisiert, Wüste / Tropen etc.

Als Umgebungsbedingung für die Elektronik dachte ich an "hermitsch Dicht
verpackt" (wenn gewünscht auch gerne mit ner Stickstofffüllung).

Ich stelle mir da eine ausreichen große Schachtel aus geeignetem
Isoliermaterial vor die in der Mitte eine Trennplatte hat und an den 2
Stirnseiten jeweils ein geeignetes Kabel rausschaut. Da haben Insekten
und anderes keine Chance.

Grüße
Erik

 

[Wieslaw Bicz]

Erik Groß schrieb:

Danke erstmal für Deine Richtigstellung und das Lesematerial. Das
sieht ja wirklich nach einer echten Alternative aus, nur hab ich von
dieser Materie quasi Null-Ahnung. Die Entwicklungskosten sind aber
schon nicht unerheblich.

Das war nur eine Schätzung. Um es genauer zu kalkulieren muß ich etwas
mehr Daten und ein bißchen Zeit haben. Ganz billig wird es nicht sein.
Die Produktionskosten müssen aber nicht erheblich sein.

Der Wirkungsgrad von über 90% bezieht sich auf die ganze Stecke, vom
Sender bis zum Empfänger inklusive der Elektronik?

Das betrifft die akustischen Teile. Elektronik kann wahrscheinlich auch
nicht weit davon entfernt sein.

Kann man so einen Stab durch eine Dichtung führen? Ich kann den Stab
nicht länger als ca. 80 cm machen und das ist als Kriechstrecke zu
wenig. Deshalb benötige ich eine Trennwand in der Mitte durch welche
der Stab durch müsste.

Das ist kein Problem. Es ist sicher möglich, ein Stab von kürzerer Länge
mit einem oder mehreren Rippen zu machen, die ähnliche Funktion haben
werden, wie bei den Hochspannungsisolatoren. Man kann es auch durch eine
Scheibe führen.

Wie siehts denn mit der Spannungsfestigkeit der Piezo's aus? Die
Umgebung ist aus elektrischer Sicht schon recht "rau", dort gibts
reichlich EMV-Störungen und es ist auch mal mit ner kleinen
Überspannung zu rechnen. Wie gut muss die Elektronik solche Sachen
rausfiltern?

Piezos, die hier in Frage kommen halten sehr viel und zwar dauerhaftaus

aus (wahrscheinlich deutlich mehr als 10kV). Die Elektronik kann u.U.
viel weniger aushalten. Derartige Geräte werden meistens mit Spannungen
von 500-1000 Volt betrieben, in Extremfällen deutlich mehr. Spitzen
vertragen sie mühelos. Es ist natürlich auch möglich, mehrere
Piezoscheiben in Serie zu schalten, dann erhöht man noch die
Spannungsfestigkeit.

Fertiges Gerät kann praktisch ewig laufen, die schwächste
Stelle wird hier wahrscheinlich die Elektronik darstellen.


Das klingt ja schon mal traumhaft gut. Es fällt mir aber doch etwas
schwer das zu glauben, gibts da irgendwo Erfahrungswerte die das
untermauern können. Das Wort "ewig" erzeugt in dieser Beziehung schon
etwas Skepsis.

Akustische Teile, die unterhalb der Belastungsgrenzen funktionieren sind

ungefähr so dauerhaft, wie das Material selbst. Man muß das Material auf
eventuelle Fehler prüfen (am besten auch mit Ultraschall), Klebestellen
auch, richtig dimensionieren und gut konstruieren, so daß keine
schädlichen, parasitären Schwingungen auftreten. Da ist ungefähr so, wie
bei den Musikinstrumenten. Danach muß man sich aber keine Sorgen machen.
Die Chance, daß sowas kaputt geht ist sehr gering.
Wie ich schon gesagt habe, gibt es schon zahlreiche Beispiele zum
Beispiel bei den Werkzeugmaschinen. Wir haben hier eigentlich eine viel
bequemere Situation, da die dort genutzten Ultraschallwerkzeuge u.U. mit
sehr unstabilen Verhältnissen leben müssen.


Wieslaw Bicz

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[Erik Groß]

Hallo,

Danke erstmal für Deine Richtigstellung und das Lesematerial. Das sieht
ja wirklich nach einer echten Alternative aus, nur hab ich von dieser
Materie quasi Null-Ahnung. Die Entwicklungskosten sind aber schon nicht
unerheblich. Der Wirkungsgrad von über 90% bezieht sich auf die ganze
Stecke, vom Sender bis zum Empfänger inklusive der Elektronik? Kann man
so einen Stab durch eine Dichtung führen? Ich kann den Stab nicht länger
als ca. 80 cm machen und das ist als Kriechstrecke zu wenig. Deshalb
benötige ich eine Trennwand in der Mitte durch welche der Stab durch
müsste. Wie siehts denn mit der Spannungsfestigkeit der Piezo's aus? Die
Umgebung ist aus elektrischer Sicht schon recht "rau", dort gibts
reichlich EMV-Störungen und es ist auch mal mit ner kleinen Überspannung
zu rechnen. Wie gut muss die Elektronik solche Sachen rausfiltern?

Fertiges Gerät kann praktisch ewig laufen, die schwächste
Stelle wird hier wahrscheinlich die Elektronik darstellen.

Das klingt ja schon mal traumhaft gut. Es fällt mir aber doch etwas
schwer das zu glauben, gibts da irgendwo Erfahrungswerte die das
untermauern können. Das Wort "ewig" erzeugt in dieser Beziehung schon
etwas Skepsis.

Grüße
Erik

 

[Erik Groß]

Hallo Joerg,

Die uebertragene Wellenform ist zwar kein perfekter Sinus,
doch bei genuegend Guete des entstehenden
Schwingkreises nicht weit davon entfernt.

Ist mir gleich, Hauptsache man kanns Gleichrichten.

@Joerg :
Ich hatte bislang immer deutlich ueber 75% geschafft.
Serienprodukte ohne Abgleich und sonstiger Justage,
nicht bloss mal auf dem Labortisch.
Was ist den auf dem Labortisch mit Abgleich und Justage machbar ??

Nun ja, man muss im Montagealltag damit leben, dass die Kernhaelften mit
Schrauben befestigt werden, die nicht ganz so praezise sitzen. D.h. man
muss mit einem Versatz und einem Kippwinkel rechnen.

Das beantwortet aber meine Frage nicht.
Wie siehts unter idealen Einbaubedingungen mit dem Wirkungsgrad aus?

Ihr habt was von "Schalenkern" geredet, ist damit sowas (linke Seite)
gemeint ? :
http://www.laborplan.de/ph/img/pdm/pdm.php?datum=200009&typ=ph&file=160834.jpg

Aehnlich,
Ich hab nur schnell nach nem Bild im Internet gesucht, wollte nicht das

wir an einander vorbeireden.

aber zwei gleiche Haelften und ohne
Luftspaltrueckschliff des Mittelzapfens.
schon klar

Warum keinen Ringkern? Wenn der Durchmesser groß ist dürfte
doch das meiste vom Magnetfeld durch beide Hälften wollen.
Nimmt die Induktivität wirklich so stark ab wenn da
ca. 2*30mm Isoliermaterial dazwischen sind?

30mm? Das ist arg viel.
das waehren 10KV/mm mit Angsfaktor 3.

Was hat den z.B. Acrylglas oder Glas für ne Durchschlagspannung? Google
hat mir leider nicht wirklich geholfen.

Ringkerne habe ich zwar schon mit wassergespuelter
Diamantsaege durchtrennt, aber das ist knifflig.
Ich haette da an erodieren gedacht.

Und danach nem Lehrling einen Stapel feines Schleifpapier zum Kanten
"rundschleifen" geben.

Ausserdem sind die Halbkreise schwierig zu montieren. Man muss eine
Menge mit Laschen und dergleichen tricksen und alles verrutscht schnell.
Man muesste den Haelften natuerlich eine passende Halterung spendieren

Ein Schalenkern ist da viel simpler.
Aber auch deutlich groesser. Ich fuerchte mir fehlt dafuer der Platz,

ich bekomme etwa 100 * 100 * 30 cm fuer den kompletten Koppler. Einen
grossen Ringkern kann man da bequem in der Mitte platzieren.

Am Rande: Ich wuerde mal bei ABB nachfragen. Von denen sind bei uns
viele Hoch- zu Mittelspannungstrafos und vielleicht haben die ja schon
etwas passendes kleines.
gute Idee, werd ich machen

Grueße
Erik

 

[Joerg]

Hallo Erik,

Die uebertragene Wellenform ist zwar kein perfekter Sinus,
doch bei genuegend Guete des entstehenden
Schwingkreises nicht weit davon entfernt.

Ist mir gleich, Hauptsache man kanns Gleichrichten.

Nun ja, Du moechtest aber sicher auch nicht, dass es eines Tages Aerger

mit der RegTP gibt.

Das beantwortet aber meine Frage nicht.
Wie siehts unter idealen Einbaubedingungen mit dem Wirkungsgrad aus?

Ich kam etwas ueber 80%, doch dabei waren es nur 4mm Wanddicke. Er wurde
mit niedrigen Batteriespannungen versorgt. Bei Deinen sicherlich hoehern
Eingangsspannungen sieht der Wirkungsgrad besser aus.

BTW, je nach Vorschriftslage bei Euch kann es sein, dass 500W in
Industrieanwendung schon nach Power Factor Correction (PFC) verlangt.
Ist aber auch nicht "Rocket Science".

30mm? Das ist arg viel.

das waehren 10KV/mm mit Angsfaktor 3.
Was hat den z.B. Acrylglas oder Glas für ne Durchschlagspannung? Google
hat mir leider nicht wirklich geholfen.

Wie schon gesagt, ich wuerde mich einmal mit den Herstellern in dieser
Hinsicht unterhalten.

Ringkerne habe ich zwar schon mit wassergespuelter
Diamantsaege durchtrennt, aber das ist knifflig.

Ich haette da an erodieren gedacht.
Und danach nem Lehrling einen Stapel feines Schleifpapier zum Kanten
"rundschleifen" geben.

Wie hatte Guenther Strack in der Werbung immmer gesagt? "Man goennt sich
ja sonst nichts."

Ausserdem sind die Halbkreise schwierig zu montieren. Man muss eine
Menge mit Laschen und dergleichen tricksen und alles verrutscht schnell.

Man muesste den Haelften natuerlich eine passende Halterung spendieren

Geht, aber warum so aufwendig? Nein, nein, nein, ich schreibe jetzt
nicht "aufwaendig"....

Ein Schalenkern ist da viel simpler.

Aber auch deutlich groesser. Ich fuerchte mir fehlt dafuer der Platz,
ich bekomme etwa 100 * 100 * 30 cm fuer den kompletten Koppler. Einen
grossen Ringkern kann man da bequem in der Mitte platzieren.

Viel groesser ist er nicht. Wenn das wirklich Zentimeter sind, dann
koenntest Du da noch einen kleinen Dienstfernsehapparat, Kaffeemaschine
und sonstwas mit einbauen.

Am Rande: Ich wuerde mal bei ABB nachfragen. Von denen sind bei uns
viele Hoch- zu Mittelspannungstrafos und vielleicht haben die ja schon
etwas passendes kleines.

gute Idee, werd ich machen

Auch Pulse Engineering keonnte sich lohnen. Vielleicht hatten die schon
einmal einen Kunden mit solcher Anforderung.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Wieslaw Bicz]

Joerg schrieb:

das waehren 10KV/mm mit Angsfaktor 3.
Was hat den z.B. Acrylglas oder Glas für ne Durchschlagspannung?
Google hat mir leider nicht wirklich geholfen.


Die meisten Isollierstoffe haben Duchschlagspannungen, die deutlich besser als 10kV/mm sind. Eine Trennschicht mit etwa 1cm Dicke würde also wahrscheinlich problemlos reichen,auch, wenn sie zum Beispiel aus Polystyrol gemacht wird.

Das würde aber auch bedeuten, daß mein Vorschlag mit dem Piezoübertrager deutlich einfacher zu verwirklichen wäre, da man beide Seiten einfach auf einer Platte befestigen kann.

Wieslaw Bicz

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[Joerg]

Hallo Wieslaw,

Die meisten Isollierstoffe haben Duchschlagspannungen, die deutlich
besser als 10kV/mm sind. Eine Trennschicht mit etwa 1cm Dicke würde also
wahrscheinlich problemlos reichen,auch, wenn sie zum Beispiel aus
Polystyrol gemacht wird.

Man muss ganz einfach Daten zur Durchschlagsfestigkeit von den
Materialherstellern bekommen und danach dimensionieren.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Erik Groß]

Hallo Joerg,

Ist mir gleich, Hauptsache man kanns Gleichrichten.

Nun ja, Du moechtest aber sicher auch nicht, dass es eines Tages Aerger
mit der RegTP gibt.

Das ganze ist in einem geschirmten Gebaeude, sonst haette der
Anlagenbetreiber schon laengst mal Besuch von solch netten Mitmenschen
bekommen. Die 100kV Potentialdifferenz kommen schliesslich nicht von
ungefaer, die sind jedenfalls nicht gewuenscht sondern eine ueble
Randerscheinung.

Ich kam etwas ueber 80%, doch dabei waren es nur 4mm Wanddicke. Er wurde
mit niedrigen Batteriespannungen versorgt. Bei Deinen sicherlich hoehern
Eingangsspannungen sieht der Wirkungsgrad besser aus.

Ich wollte meine 500V DC eingangsseitig mit nem ordentlichen
Vollbrueckenwandler direkt auf 50kHz Recheck umsetzen und an die
Sekundaerseite einen acktiven Gleichrichter dranhaengen.
Nehmen wir mal an es gaebe keinen Spalt im Kern, wie hoch koennte dann
der Wirkungsgrad werden.

BTW, je nach Vorschriftslage bei Euch kann es sein, dass 500W in
Industrieanwendung schon nach Power Factor Correction (PFC) verlangt.
Ist aber auch nicht "Rocket Science".

Seit wann gibts PFC fuer DC ??
Da kommen 3 Kondis (klein,mittel,gross) dran und noch ein passendes
EMV-Filter davor und gut is. Das gleiche, in umgekehrter Reihenfolge,
logischerweise auch am Ausgang. Ich wuerde sagen wenn der Eingangsstrom
sich mit weniger als 0,5A/s aendert ist das ausreichend.

Ringkerne habe ich zwar schon mit wassergespuelter
Diamantsaege durchtrennt, aber das ist knifflig.

Ich haette da an erodieren gedacht.
Und danach nem Lehrling einen Stapel feines Schleifpapier
zum Kanten "rundschleifen" geben.

Wie hatte Guenther Strack in der Werbung immmer gesagt?
"Man goennt sich ja sonst nichts."

eben, wenn dann ordentlich

Man muesste den Haelften natuerlich eine passende Halterung spendieren

Geht, aber warum so aufwendig? Nein, nein, nein, ich schreibe jetzt
nicht "aufwaendig"....

Den Satz hab ich jetzt nicht verstanden, bitte noch mal ganz langsam zum
mitmeisseln.

Ein Schalenkern ist da viel simpler.

Aber auch deutlich groesser. Ich fuerchte mir fehlt dafuer der Platz,
ich bekomme etwa 100 * 100 * 30 cm fuer den kompletten Koppler. [....]

Viel groesser ist er nicht. Wenn das wirklich Zentimeter sind, [....]

Das sind die maximalen Aussenmasse fuer den Koppler, bei einer
entsprechenden Wandstaerke von 4 cm bleiben innen nur 22 cm Hoehe. Wie
gross sollte ich mir denn einen geeigneten Schalenkern ungefaehr vorstellen?


Gruesse
Erik

 

[Joerg]

Hallo Erik,

Das ganze ist in einem geschirmten Gebaeude, sonst haette der
Anlagenbetreiber schon laengst mal Besuch von solch netten Mitmenschen
bekommen. ...

Dann mag es gehen. Jedenfalls wenn Ihr internen Funkverkehr da drin
nicht unbedingt braucht. Denkt aber bitte auch an Leute mit
Herzschrittmachern usw.

Ich wollte meine 500V DC eingangsseitig mit nem ordentlichen
Vollbrueckenwandler direkt auf 50kHz Recheck umsetzen und an die
Sekundaerseite einen acktiven Gleichrichter dranhaengen.
Nehmen wir mal an es gaebe keinen Spalt im Kern, wie hoch koennte dann
der Wirkungsgrad werden.

Das haengt von den gewaehlten FETs und anderen Bauteilen ab, weniger vom
Trafo. Rdson, Steilheit des Gatesignals usw. Der Trafo selbst haette
ohne Luftspalt beinahe 100% Wirkungsgrad, solange man von der
Kernsaettigung wegbleibt. Die Regelelektronik moechte dann auch noch
etwas vom Saft.

Wenn ein grosser Spalt da ist (bzw. hier sein muss), dann ist nichts mit
simpler Rechteckansteuerung einer Wicklung. Der Trafo wuerde aufgrund
der hohen Streuinduktivitaet einfach kaum etwas an Leistung annehmen. So
wie der Motor einer Pumpe mit viel zu kleinem Propeller eben auch kaum
Leistung aufnimmt. Die Uebertragung wird hier nur mit der
Serienresonanzmethode erfolgreich sein.

Seit wann gibts PFC fuer DC ??

Ich hatte gedacht, dass dieser Gleichstrom irgendwo erzeugt werden muss
und das nicht unbedingt eine Batterie ist, denn sonst waere ja die Frage
der Isolation muessig ;-)

Da kommen 3 Kondis (klein,mittel,gross) dran und noch ein passendes
EMV-Filter davor und gut is. Das gleiche, in umgekehrter Reihenfolge,
logischerweise auch am Ausgang. Ich wuerde sagen wenn der Eingangsstrom
sich mit weniger als 0,5A/s aendert ist das ausreichend.

Ok, wenn die Sache vor den Kondis nicht so wichtig ist. Irgendwer muss
sie ja laden.

Man muesste den Haelften natuerlich eine passende Halterung spendieren

Geht, aber warum so aufwendig? Nein, nein, nein, ich schreibe jetzt
nicht "aufwaendig"....

Den Satz hab ich jetzt nicht verstanden, bitte noch mal ganz langsam zum
mitmeisseln.

Nur eine Spitze gegen das leidige "Neu-Deutsch". Aufwaendig,

Platzierung, Messstab und all solcher Unsinn.

Das sind die maximalen Aussenmasse fuer den Koppler, bei einer
entsprechenden Wandstaerke von 4 cm bleiben innen nur 22 cm Hoehe. Wie
gross sollte ich mir denn einen geeigneten Schalenkern ungefaehr
vorstellen?

Da kannst Du einige Dutzend davon einbauen. Die Groesse haengt
weitgehend von der gewaehlten Frequenz ab. Je hoeher, desto kleiner.
Hier faengt es an, ins Rechnen zu gehen. Man muss rechnen, ob das mit
4cm noch hinhaut. Flacher, aber sehr breiter Kern ist wohl angesagt.
Literatur dazu findet sich in den Unitrode App Notes oder Publikationen
zum Thema "Inductively Coupled Power Transfer" oder kurz ICTP.

Nur mal als Denkanstoss: Sieh Dir einmal die Groesse des Schalenkerns in
einem PC Netzteil an. Ein gutes schafft normalerweise schon locker 350W,
fast soviel wie in Deiner Anwendung. Selbst bei nur 50kHz glaube ich
nicht, dass der Kern viel mehr als Faustgroesse benoetigt. Bei 4cm Spalt
muss er eben nur so breit wie moeglich sein. Doch wie gesagt, ich wuerde
erst einmal mit den Fachleuten ueber die 4cm reden.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Jan N. Klug]

Wieslaw Bicz wrote:

Die meisten Isollierstoffe haben Duchschlagspannungen, die deutlich
besser als 10kV/mm sind. Eine Trennschicht mit etwa 1cm Dicke würde also
wahrscheinlich problemlos reichen,auch, wenn sie zum Beispiel aus
Polystyrol gemacht wird.

PE z.b. gibts mit durchschlagfestigkeiten von 50 kv/mm, allerdings wird
dich da der feinmechaniker deines vertrauens erschlagen, wenn du
kompliziertere dinge daraus hergestellt haben möchtest, das zeug ist
schlecht zu bearbeiten. PP hab ich schon mit 40kv/mm gesehen, das
scheint mir ausreichend zu sein, ist auch besser zu bearbeiten.

wichtig dabei: keine gefärbten kunststoffe nehmen, das raubt ohne ende
durchschlagfestigkeit.

gruss,

--
Jan N. Klug, Essen

 

[Jan N. Klug]

Joerg wrote:

[iso-trafo bauen]

Man muss ganz einfach Daten zur Durchschlagsfestigkeit von den
Materialherstellern bekommen und danach dimensionieren.

ich versteh allerdings nicht so ganz, warum man so einen trafo überhaupt
selbst bauen muss. es gibt leute, die können das, weil die nix anderes
machen. imho kauft man son zeugs am besten, dann muss man sich um nix
gedanken machen, gibts schön, klein, fertig vergossen. und wenn man
meint, man bräuchte noch mehr, na dann halt das ganze vakuumdicht
verpacken, abpumpen und mit sf6 wieder füllen, fertig ist die lauge.

gruss,

--
Jan N. Klug, Essen

 

[Wieslaw Bicz]

Erik Groß schrieb:

Hallo,

mein Problem: ich soll ca. 500V/1A DC von einem System in ein anderes
bekommen und die 2 Systeme haben bis zu 100kV Potentialdifferenz (mit
wechselhafter Polarität). Ich hab mir gedacht man nimmt nen
Ringkern-Trafo, sägt den in der Mitte durch und positioniert die zwei
Halbringe gegenüber an einer ausreichend dicken Isolierplatte. Auf der
Primärseite kommt ein Zerhacker mit ? kHz und auf die Sekundärseite
ein Gleichrichter dran.
Das müsste doch funktionieren oder ??
Welches Material sollte man für die Isolierplatte verwenden und wie
dick muss diese sein ??

Die Eingangsspannung schwankt leicht (ca. +-50V) und die
Ausgangsspannung muss nicht geregelt werden (darf 1:1 mit der
Eingangsspannung mitschwanken). Der Wirkungsgrad ist hierbei sehr
wichtig, trotzdem soll die Lösung bezahlbar bleiben. Die
Potentialdifferenz zwischen den 2 Systemen ändert sich maximal mit
1V/ľs, trotzdem soll die Kapazität zwischen den zwei Anschlüssen so
klein wie möglich sein.

Wie dimensioniert man den Kern, Windungszahl und die Schaltfrequenz
für sowas ??
Darf ich den Kern auf beiden Seiten jeweils mit "GND" verbinden ??
Wie sollten die Wicklungen isoliert sein ??


Prüfbedingungen für diesen Koppler :
+-100kV DC
70kV AC 5Hz
7kV AC 50Hz


Grüße und Danke schonmal für Eure Hilfe
Erik

Die ganze Disskusion hat mich dazu gebracht, über das Problem
nachzudenken. Das sind meine Bemerkungen:

Fertige elektromagnetische, wie auch piezoelektrische Transformatoren
dieser Art sind offensichtlich nicht zu haben (ich kann das nicht
garantieren, aber einige Nachfragen bei Fachleuten und im Internet
haben vorläufig nichts gebracht - keiner hat von sowas gehört).

Sie lassen sich bestimmt machen, sowohl mit der Technik des
Serienresonanz, wie auch mit speziellen Ferriten (siehe hier:
http://www.alfatec.de/www_alfatec/images/Kataloge/kerafol_kataloge/Keratherm_dt.pdf
- die hier erwähnten Ferritfolien halten etwa 1kV/mm aus).
Piezotransformatoren kann ich selbst machen.

Ich bin sicher, daß Piezotransformatoren die beste Wirkung zeigen
werden, Wahrscheinlich läß sich schon beim ersten Prototypen eine
Effektivität im Bereich von 90% erreichen, die sicher bis fast 100
gesteigert werden kann. Die Entwicklung eines Piezotransformators kann
schon bis 10.000 Euro verschlingen. Das läßt sich auch schlecht
kalkulieren. Egal, wer das macht, muß eine Reserve einbauen. Es sei
denn, jemand hat schon etwas sehr ähnliches gemacht. Man muß natürlich
auch die fertige Konstruktion testen - und derartige Tests müssen auch
einkalkuliert werden - 100kV ist grade üblich zu Hause.

Ob die Entwicklung eines elektromagnetischen Transformators viel
billiger sein wird, wage ich zu bezweifeln, in diesem Bereich habe ich
jedoch nicht genug Erfahrung. Ich bin aber ziemlich sicher, daß ein
solches Gerät nachher in der Herstellung teurer wird.

Die Thematik hat mich angeregt, wiel es eine für mich interessante
Verwandschaft hat: Es ist nämlich möglich, die Energie nicht nur in Form
der elektrischen Ströme, sondern auch in Form der Schallwellen zu
transportieren. Es gibt mehrere interessante Begründungen dafür:

1. Die Verluste durch Dämpfung im Material sind sehr viel niedriger (ich
schätze, daß sie mindestens 1000-1000000 kleiner als Widerstandsverluste
im Kupfer sein müssen). Bei weiteren Entwicklung der Materialien
(Beispiel: optische Fasern) können sie sicher noch kleiner werden.
2. Es gibt keine elektromagnetische Abstrahlung - eine Haptleitung mit
Gigawattransmission könnte man sogar direkt unter dem Kinderbett anlegen.
3. Die Wellenleiter müssen nicht so auwendig isoliert und geschützt
werden - elektrische Spannung ist null - den Wellenleiter kann man sogar
berühren, auch wenn die Energiekonzentration darin gewaltig wäre.
4. Solche Übertragung kann auch als eine Art Speicherung betrachtet
werden (Schallwellen, die hier in Frage kämen bewegen sich mit etwa 1-10
km/Sekunde) - die Trägheit eines ausgedehnten Systems wäre daher sehr groß.
5. Das beste Material für Wellenleiter könnte Glas sein, und das ist
natürlich deutlich billiger als Kupfer.
6. Abhängigkeit von den Schwankungen des Magnetfeldes der Erde wäre
null. Magnetische Stürme würden daher für solche Systeme keine Rolle
spielen. Natürlich auch solche Erscheinung, wie Pulse, die atomare
Explosionen hervorrufen können, usw.
7. Ich vermute auch, daß die Wartung solcher Wellenleiter entfallen
könnte und man könnte sie komplett vergraben. Eventuelle Wartung wäre
auch sicher wenig aufwendig, da man die Menschen und Geräte nicht vor
hohen Spannungen schützen muß. Einzige potenziell existierende Gefahr
ist anders: ein Wellenleiter mit großer Konzentration der mechanischen
Energie könnte in gewisser Weise "explodieren". Ob das aber für Menschen
gefährlich sein könnte, ist aber schwer abzuschätzen.

Es wäre daher durchaus interessant, diese Form der Energieübertragung
besonders bei den Hauptstrecken in Erwägung zu ziehen. Leider haben das
bisher nur ganz wenige gemacht. Daher war dieser Post für mich anregend.

Wieslaw Bicz

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[Erik Groß]

Hallo Joerg,

Das ganze ist in einem geschirmten Gebaeude, sonst haette der
Anlagenbetreiber schon laengst mal Besuch von solch netten Mitmenschen
bekommen. ...

Dann mag es gehen. Jedenfalls wenn Ihr internen Funkverkehr da drin
nicht unbedingt braucht.

Funkverkehr ist da drin wirklich nicht möglich. Zur Kommunikation mit
meiner Sensor/Aktor-Box benutze ich Ethernet ueber LWL. Hardwarekosten
für die 20m bei 10MBit weniger als 100 Euro. Ordentliches Kupferkabel
und passende Schutzbeschaltung waehre deutlich teurer gekommen, vor
allem wenn man auch dabei die 100kV mit beruecksichtigen soll.
Nur bei der Energiezufur kann man leider keine simplen LWL einsetzen,
schade eigentlich das wuerde mein Problem sofort in Wohlgefallen aufloesen.

Denkt aber bitte auch an Leute mit Herzschrittmachern usw.

Nach sowas wurde ich gefragt als ich da das erste mal rein bin. Ich
glaub da hat schon mal jemand drueber nachgedacht. Meinen Laptop lass
ich da auch lieber draussen.

Ich wollte meine 500V DC eingangsseitig mit nem ordentlichen
Vollbrueckenwandler direkt auf 50kHz Recheck umsetzen und an die
Sekundaerseite einen acktiven Gleichrichter dranhaengen.
Nehmen wir mal an es gaebe keinen Spalt im Kern, wie hoch koennte dann
der Wirkungsgrad werden.

Das haengt von den gewaehlten FETs und anderen Bauteilen ab,

Nur gutes Zeug natuerlich. Also keine "Leistungs"-FETs die kleiner sind
als der kleine Finger meines dreijaehrigen Sohnes sondern eher was aus
der Reihe "dicker Daumen".

Rdson, Steilheit des Gatesignals usw.

eben ordentliches Design, kein Taiwan-NT mit 550W fuer unter 55 Euro
(PMPO wird dort wohl auch bald Einzug halten)

Der Trafo selbst haette ohne Luftspalt beinahe 100% Wirkungsgrad,
solange man von der Kernsaettigung wegbleibt.

Auch bei Rechteckansteuerung der Primaerseite?

Die Regelelektronik moechte dann auch noch etwas vom Saft.

Der wuerde ich auf jeder Seite maximal je 1 Watt gewaehren.

Seit wann gibts PFC fuer DC ??

Ich hatte gedacht, dass dieser Gleichstrom irgendwo erzeugt werden muss
und das nicht unbedingt eine Batterie ist, denn sonst waere ja die Frage
der Isolation muessig ;-)

Die 500 V DC kommen aus nem guten 400V-Drehstrom-Netzteil. Ist uebrigens
das einzigste Teil das sich nicht an die maximal 0,5A/s haelt, es
reagiert auf Lastaenderungen mit bis zu 2A/s. Durch diese relativ grosse
Traegheit kommen auch die Spannungsschwankungen ins
500V-DC-Versorgungsnetz. Dafuer ist es sehr resistent gegen EMV-Probleme.

Da kommen 3 Kondis (klein,mittel,gross) dran und noch ein passendes
EMV-Filter davor und gut is. Das gleiche, in umgekehrter Reihenfolge,
logischerweise auch am Ausgang. Ich wuerde sagen wenn der
Eingangsstrom sich mit weniger als 0,5A/s aendert ist das ausreichend.

Ok, wenn die Sache vor den Kondis nicht so wichtig ist.
Irgendwer muss sie ja laden.

Ich glaub da hab ich was nicht ganz deutlich formuliert.
"Eingangsklemme > Filter > Kondis > Zerhacker > Trafo > Gleichrichter >
Kondis > Filter > Ausgangsklemme"
Am den Eingangs- und Ausgangs-Klemmen treten maximal 0,5A/s auf. Auch
beim Ein-/Aus-schalten.


Gruesse
Erik

 

[Erik Groß]

Jan N. Klug schrieb:

ich versteh allerdings nicht so ganz, warum man so einen trafo überhaupt
selbst bauen muss. es gibt leute, die können das, weil die nix anderes
machen. imho kauft man son zeugs am besten, dann muss man sich um nix
gedanken machen, gibts schön,

Klar gibts Trafos die 100kV Potentialdifferenz zwischen Primär und
Sekundär können von der "Stange", z.B. von ABB, aber in der Größe eines
Kleintransporters und zu einem mindestens ebensolchen Preis. Natürlich
kann der dann auch 500kW bei 50Hz übertragen aber genau das brauche ich
nicht.

klein, fertig vergossen.

Link bitte.
für nen Trafo mit der geforderten Spannungsfestigkeit und Leistung bei
50kHz und maximal 30*30*20cm groß.

und wenn man
meint, man bräuchte noch mehr, na dann halt das ganze vakuumdicht
verpacken, abpumpen und mit sf6 wieder füllen, fertig ist die lauge.

nix is fertig, bei 100kV brauchst Du mindestens 1 m Abstand an Luft, mit
SF6 wird das wohl nicht um 2 bis 3 Zehnerpotenzen weniger werden. Und
die Kriechstrecken sind noch mal ein Stückchen länger, egal ob SF6 oder
normale Luft.

Für mein Problem benötigt man 2 komplett voneinander isolierte
Wicklungen um einen relativ kleinen Kern. Die Isolation darf ruhig 20mm
(inklusive Angstfaktor) dick sein und muss die komplette Elektronik
jeweils mit einschließen so das nur ein Kabel mit ausreichender Länge
und Isolierung rausschaut. Die beiden Kabelenden müssen immer mindestens
1 m Abstand zueinander haben, am besten dieser Koppler wird so in eine
Trennwand integriert das auf jeder Seite sich eine Hälfte des Aufbaus
befindet.

Wenns sowas fix und fertig gibt dann bitte einen Link.


Grüße
Erik

 

[Joerg]

Hallo Erik,

Denkt aber bitte auch an Leute mit Herzschrittmachern usw.

Nach sowas wurde ich gefragt als ich da das erste mal rein bin. Ich
glaub da hat schon mal jemand drueber nachgedacht. Meinen Laptop lass
ich da auch lieber draussen.

Kreditkarten und dergleichen am besten auch. Meine ging einmal nach
einem EMV Job nicht mehr.

Der Trafo selbst haette ohne Luftspalt beinahe 100% Wirkungsgrad,
solange man von der Kernsaettigung wegbleibt.

Auch bei Rechteckansteuerung der Primaerseite?

Auch, aber er nimmt nicht alles an und wird den FETs mit Ueberschwingern

und dergleichen das Leben schwer machen. Wie gesagt, Rechteckansteuerung
bei grossem Spalt macht keinen Sinn.

Die Regelelektronik moechte dann auch noch etwas vom Saft.

Der wuerde ich auf jeder Seite maximal je 1 Watt gewaehren.

Mit Reglern und allem laeppert sich das auch auf ein halbes oder ganzes
Prozentpuenktchen.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Joerg]

Hallo Erik,

ich versteh allerdings nicht so ganz, warum man so einen trafo überhaupt
selbst bauen muss. es gibt leute, die können das, weil die nix anderes
machen. imho kauft man son zeugs am besten, dann muss man sich um nix
gedanken machen, gibts schön,

Nicht so einfach wie man denkt. Ab 5kV wird das Angebot an kleinen

Trafos duenn, ab 20kV hauchduenn bis nicht existent.

Klar gibts Trafos die 100kV Potentialdifferenz zwischen Primär und
Sekundär können von der "Stange", z.B. von ABB, aber in der Größe eines
Kleintransporters und zu einem mindestens ebensolchen Preis. Natürlich
kann der dann auch 500kW bei 50Hz übertragen aber genau das brauche ich
nicht.

Bestellung des Krans nicht vergessen ;-)

Für mein Problem benötigt man 2 komplett voneinander isolierte
Wicklungen um einen relativ kleinen Kern. Die Isolation darf ruhig 20mm
(inklusive Angstfaktor) dick sein ...

Waren es nicht gestern noch 40mm? 20mm sollten durchaus per
Schalenkernhaelften machbar sein. Da hatte ich schon Beispiele in der
Literaur zu "Inductively Coupled Power Transfer" gelesen. Nur eben
danach umweltbewusst ins Altpapier gegeben :-(

Doch Google hilft. IIRC war nicht alles in Englisch, teils kam es aus
Suedamerika.

Wenns sowas fix und fertig gibt dann bitte einen Link.

Wenn ABB und aehnliche nichts haben, dann vielleicht mal im
Bahnelektronikbereich fragen. Die betreiben doch sicher auch Sensoren
auf HV Niveau. Zwar etwas weniger Spannung, doch die muessen mehr
Angstfaktor drauflegen wegen Blitzschlag und dergleichen.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Joerg]

Hallo Jan,

PE z.b. gibts mit durchschlagfestigkeiten von 50 kv/mm, allerdings wird
dich da der feinmechaniker deines vertrauens erschlagen, wenn du
kompliziertere dinge daraus hergestellt haben möchtest, das zeug ist
schlecht zu bearbeiten. PP hab ich schon mit 40kv/mm gesehen, das
scheint mir ausreichend zu sein, ist auch besser zu bearbeiten.

Im Fall einer Magnetfelduebertragung reduziert sich die Bearbeitung auf
Bohrungen, um die Raender der Platte irgendwo zu befestigen und dann das
Aufkleben von Haltewinkeln. Selbst die Loecher koennte man vermeiden,
indem die Platte in Nuten eingeschoben wird.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Joerg]

Hallo Wieslaw,

Ob die Entwicklung eines elektromagnetischen Transformators viel
billiger sein wird, wage ich zu bezweifeln, in diesem Bereich habe ich
jedoch nicht genug Erfahrung. ...

Ein Serienresonanzwandler braucht kaum mehr Ingenieurstunden als ein
"normaler" Schaltregler. Viel der Fussarbiet ist uns mit Application
Notes von Unitrode und anderen schon abgenommen worden, man muss also
nicht mehr zurueck bis zu den Maxwell Gleichungen.

...Ich bin aber ziemlich sicher, daß ein
solches Gerät nachher in der Herstellung teurer wird.

Nicht viel mehr als ein gewoehnliches Schaltnetzteil.

7. Ich vermute auch, daß die Wartung solcher Wellenleiter entfallen
könnte und man könnte sie komplett vergraben. Eventuelle Wartung wäre
auch sicher wenig aufwendig, da man die Menschen und Geräte nicht vor
hohen Spannungen schützen muß. Einzige potenziell existierende Gefahr
ist anders: ein Wellenleiter mit großer Konzentration der mechanischen
Energie könnte in gewisser Weise "explodieren". Ob das aber für Menschen
gefährlich sein könnte, ist aber schwer abzuschätzen.

Ein kleiner Wermutstropfen vielleicht: Die Hersteller von Piezowandlern
geben begrenzte Lebensdauern an. Manchmal 5 Jahre, andere 10 Jahre.

Andere Frage: Woher kannst Du so gut Deutsch? Es ist wirklich exzellent.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com