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Thema: Spulen Verlustwärme

  1. #1
    Benutzer Stammmitglied
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    Spulen Verlustwärme

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    Hallo Leute,

    ich habe bereits einen anderen Thread hier am Laufen bzgl. meines Projektes.
    Es handelt sich um die Ansteuerung von Elektromagneten.

    Kurz mein Problem (Ich weiß leider nicht, ob ich hier im richtigen Forum bin...bitte mir das zu verzeihen, habe aber nichts passenderes gefunden)
    Die Aktoren befinden sich in Vakuum. Somit fällt Wärmekonvektion schon mal weg.
    Die Spulen sind soweit fertig dimensioniert.

    n=280
    Imax=1.2A
    R=2.9Ohm
    Tumgebung=333K

    Wie kann ich denn unter diesen Umständen berechnen, wie die Temperatur der Spulen für t>>5*tau sein wird?

    Kann mir da einer weiterhelfen?
    Weiss jemand ein bisschen Rat für mich?

    (Habe auch schon das Wärmeschaltbild aufgestellt mit Strahlung und Leitung, allerdings bringt mich das auch kein bisschen weiter)

    Gruß
    Wildy

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Das kann man so einfach nicht sagen. Die Wärmeableitung hangt von der KontaktFläche zu kälteren Materialien sowie deren Leitfähigkeit und Wärmekapazität ab und von der Oberfläche, die Wärmestrahlung abgibt.
    Sowas simuliert man eigentlich mit zB Ansys, um halbwegs verwertbare Ergebnisse zu bekommen.
    Im Zweifelsfall Wasserkühlen.
    Sag mir mal die Stromwerte, Größe usw, vielleicht kann ich dazu was sagen.
    Gruß

  3. #3
    Benutzer Stammmitglied
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    Hallo Gock,

    sowas in der Art hab ich mir schon gedacht, nicht umsonst macht mir das so Probleme.
    Nochmal kurz ein paar Daten:

    T(umg)=333K
    Imax=1.2A
    n=280
    Material Draht=Kupfer
    Material Stator=mehr oder weniger Eisen
    Wickelfenster=17mmx5.5mm (17mm liegen am Polschuh an - eigentlich ist noch ein Wickelkörper aus PC dazwscihen, aber das würde ich jetzt mal vernachlässigen)
    R=2.9Ohm
    Jmax=6A/mm^2 (habe ich so festgelegt als Basis meiner Berechnungen, damit der Draht sich nicht übermäßig erwärmt)
    dDraht=0.5mm
    dPolschuh=10mm
    dStator=10mm

    Hmmm...ich denke, das sind alle relevanten Angaben die ich machen kann.

    Ich danke dir schon mal für deine Mühen

    Gruß
    Wildy

    EDIT: Habe mal ein kleines Bild hinzugefügt, dann kann man sich das besser vorstellen.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken moto_0016.jpg  

  4. #4
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    Beim Motor gibt es durch die Isolation der Spulen ohnehin schon eine etwas verkettete Wärmeleitung mit Wärmewiderständen und Kapazitäten.
    Hier ist eine Beispielmessung:
    http://www.roboternetz.de/phpBB2/zei...=119966#119966

    Der Betrieb in Vakuum deutet auf eine unübliche Umgebung hin was die Sache nicht einfacher macht. Es ist ja nicht damit getan, dass sich die Wärme über den Motor verteilt, der muss sie ja auch wieder über einen Wärmewiderstand (und Strahlnug) abgeben. Wenn Du von 5 tau sprichst dann meinst Du damit ja wohl ein recht langfristiges Verhalten bei dem das berücksichtigt werden soll.
    tau tritt in der Kette ein paar mal mit ganz unterschiedlichen Werten auf.

    Mit einer Beispielmessung mit einem Widerstand kann man vielleicht den Abtransport in die weitere Umgebung abschätzen.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Ich komme zwar beim Überschlagen nur auf 1,4 Ohm, aber Du wirst es schon wissen.
    Bei 2,9Ohm sind das jedefalls P = I²xR = 4W, die Du dauerhaft wegkühlen musst. Zusätzlich nocht die Reibungsverluste im Lager usw.
    Ich kann Dein Bild nicht so recht erkennen, aber bei einer normalen Befestigung ohne zusätzliche Ableitung könnte das schlimmstenfalls etwas viel sein auf Dauer, voor allem bei ca. 60°C.
    Eine AluManschette um den Motor, die an einem gut leitenden Gehäuseteil befestigt ist, könnte aber reichen.
    Um etwas ähnliches zu tun habe ich mich mal für einen Schrittmotor entschieden, der bekanntermaßen sein Blechpaket außen hat. Dadurch war es möglich, eine Alumanschette anzubringen, die mit dem Gehäuse verbunden werden konnte. Diese Möglichkeit ist die beste neben einer Wasserkühlung. Du kannst ja mal überlegen, ob das für Deinen Fall geeignet wäre.
    Gruß

  6. #6
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    Der Betrieb im Vakuum ist leider vorgegeben. Konvektion hätte man ja wenigstens mit Cth und Rth berechnen können.

    Bei der Problemlösung bin ich aber noch nicht.
    Vorab gibt es nur den geblechten Stator, geblechte Polschuhe, Spule. (also noch keine Kühlung vorgesehen)
    Ich möchte vorerst wissen, wie hoch die Temperatur der Spule bei Tumg=333K und der gegebenen Verlustleistung bei Dauerbetrieb (t>5tau) sein wird.

    Hört sich ja irgendwie trivial an, aber ich wüsste bei meinem jetzigen Kenntnisstand nicht wie ich das bewerkstelligen kann. Abgesehen davon ist Wärmestrahlung doch nicht linear (?)

    Gibt es denn eine Möglichkeit das Delta T zu berechnen?

  7. #7
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    Wärmestrohlung ist nichtlinear, halt das T^4 Gesetzt für die Anstrahlung. Je wärmer es wird, desto mehr wärme kann abgeführt werden. Als Faustformel kommt man auf rund 1 - 4 W/m^2/K Wärmewiderstand bei Raumtemperatur. Genau läßt sich das aber schwer berechnen, denn da geht der Absorbtions(Emissions koeffizient und die optischen Rfelxionen ein. Auch die Wärmeleitung läßt sich schwer berechnen, denn die Kontaktstellen sind immer recht schlecht definiert. Auch leitet Edelstahl, den man oft für Vakkumaperaturen nimmt recht schlecht.


    Von der größe entspricht der Aufbau etwa einr Kugel mit 6 cm Durchmesser und damit ca. 1/100 m^2 Oberfläche für die Abstrahlung. Damit muß man dann mit einer Temeraturerhöhung von ca. 25 - 100 K/W rechnen. Das wird nicht reichen, um 4 Watt allein durch Strahlung los zu werden, es sei denn man kühlt außen deutlich unter Raumtemperatur.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Wenn Du das elektrische Ersatzschaltbild Deiner Anlage mit allen Widerständen schon hast, dann kannst Du es auch simmulieren. Die Erstellung würde ich aus dem Stehgreif nicht hinbekommen, aber irgendwo hier gibt es ein Skript dazu....
    Hab aber leider gerade keine Zeit, sehe mal später nach

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