Gemäss Amidon bzw. Micrometals Hinweisen ist bei den Eisenpulverkerne die Sättigung sowieso praktisch nie ein Thema, da die thermische Grenze deutlich früher erreicht ist. Also solange der Kern nicht allzu heiss wird, ist er nicht überlastet. Die Lebendauer des Kerns nimmt mit zunehmender Temperatur überproportional ab wie bei anderen elektronischen Bauteilen.
73, Peter - HB9PJT
Hallo Peter,
hast du Informationen ab welchem magnetischen Fluss Amidon von Sättigung spricht und wie sie diesen Grenzwert definieren?
Tom, ich glaube nicht, dass ich sowas gelesen habe, war aber auch nicht in meinem Fokus, als ich die Daten studierte. Hier findest Du weieter Info: http://www.micrometals.com/materials_index.html
Und hier: http://www.micrometals.com/thermalaging_index.html die Temperatur/ Lebensdauer-Kurven. Bei 95° C bzw. 140° C ? Kerntemperatur etwa 100'000 Stunden Lebensdauer
Und hier eine Software: http://www.micrometals.com/software_index.html
73, Peter - HB9PJT
Hallo Karsten und Tom,
sorry,ich stand auf dem Schlauch.
Beim zweiten Hinsehen habe ich erst entdeckt,daß da Flux und max. Flux
im Programmfenster stehen.
Also Programm-Sache.
Ich werde versuchen,den Autor zu kontaktieren,um die aufgeworfenen
Fragen zu klären.
@Tom:
Amidon definiert den max. zulässigen Fluß bei 10 Oersted (H).
ZitatKorrektur: Das allerdings nur dann, wenn beides reelle Widerstände wären. Man muss aber die Phasenverschiebung durch das L beachten. Die Parallelschaltung aus R und L ergibt dann im Idealfall ein Z=48,35 Ohm, was einem SWR von 1,03 entspräche. Also völlig vernachlässigbar. Sorry, das ist mir auch erst gerade aufgefallen.
Korrektur der Korrektur (wenn auch ohne praktische Relevanz):
50 Ohm reell mit +j190 Ohm parallel egeben im Serienersatzschaltbild
46,762 Ohm +j12,306 was wiederum an 50 Ohm ein SWR von genau
1,3 ergibt.
@Karsten:
ZitatFakt ist doch, neben allen Definitionsfragen, daß das 43er Material glühend heiß wird und das 2er Material nicht mal ansatzweise erwärmt wird. Diese Feststellung reicht mir inzwischen, das 43er Material für diesen Einsatzzweck an der Hühnerleiter auszuschließen. Da ist es mir zunächst egal, was Amidon dazu für Daten liefert.
Aber vielleicht kannst Du auf Basis der Amidon Daten erklären warum es ist wie es ist?
Es ist schlicht die hohe Permeabilität die die hohen Ummagnetisierungsverluste verursacht in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung am Ausgang bzw.
Eingang.
Hohes SWR,wie es bei undefinierten Impedanzen der Fall ist,kann hohe Spannung
bedeuten.
Bei hohen Strömen kommen dann die Kupferverluste der Wicklung zum Tragen.
73
Clemens
ZitatOriginal von DL4RAJ
Es ist schlicht die hohe Permeabilität die die hohen Ummagnetisierungsverluste verursacht in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung am Ausgang bzw. Eingang.
Hohes SWR,wie es bei undefinierten Impedanzen der Fall ist,kann hohe Spannung
bedeuten. Bei hohen Strömen kommen dann die Kupferverluste der Wicklung zum Tragen.
Hallo Clemens,
dann fassen wir es doch zu einer Faustformel zusammen und schließen -43er Material zum Einsatz an Hühnerleitern mit undefinierten Impedanzen künftig aus. Einverstanden?
Hallo Clemans,
irgendwo ist da ein Rechenfehler: Z=sqrt(46,76^2 + 13,31^2)=48,35 Ohm. Das SWR ist dann: 50/48,35=1,03. Aber alles unter SWR 2 ist sowieso für den Praktiker gut genug.
Oersted ist eine Einheit der magn. Feldstärke H und nicht des mag. Flusses B. Der ist über die Permeabilität u mit B verknüpft. 10 Oe erscheint mir als Grenze etwas willkürlich, denn dann müsste der Verlauf B=f(H) bei allen Materialien gleich sein. Das ist er ganz sicher nicht. Es sieht eher danach aus, dass Amidon bei 10 Oe z.B. u oder die dort auftretenden Kernverluste misst und den Wert in ihren Datenblättern angibt. Eine für den Praktiker wenig brauchbare Definition habe ich bei der Firma Kschke & Co gefunden:
"Durch die Erhöhung des Magnetfeldes werden zunächst die Blochwände der Weißschen Bereiche verschoben, ehe ein inelastischer Umklappprozess zu einer Drehung der Magnetisierung in Richtung von H führt. Wenn alle magnetischen Momente ausgerichtet sind, ist sie maximale Flussdichte ( = Sättigungsflussdichte Bs ) erreicht."
Das erklärt zwar was passiert und leitet auch eine Grenze ab, hilft uns aber kein bischen weiter, denn wo ist dieser Punkt in der Magnetisierungskennlinie? Die interessiert uns ja viel mehr, denn aus ihr kann man viel besser etwas über die Verluste aussagen, die bereits bis zu diesem Punkt aufgetreten sind. Die Verluste kommen ja nicht schlagartig ab einem bestimmten mag. Fluss. Sie wachsen vielmehr stetig an.
Die Schlussfolgerung "hohe Permeabilität" -> "hohe Verluste" kann so nicht ganz nachvollziehen. Es ist in jedem Fall erst mal eine Frage des Materials. Bei Ferritmaterialien mit meistens höherem u bedeutet das, dass man die gleiche Induktivität mit weniger Windungen (also einer geringeren magnetischen Feldstärke) erzeugen kann. Da sollte die magnetische Flussdichte beim gleichen Anwendungsfall (sagen wir mal eine Drossel mit gegebenen L) aber mit unterschiedlichen Materialien doch gleich sein.
Es dürfte eine Frage sein, "wie krumm" die Magnetisierungskennlinie B=f(H) des Materials im Arbeitspunkt - also bei der zugeführten Leistung - ist. Da erscheint mir Ferrit bei kleineren H meistens linearer als Eisenpulver zu sein. Je linearer die Kennlinie (also die Änderung von u), um so geringer sind auch die Magnetisierungsverluste (Hysteresiseffekte mal vernachlässigt). Möglicherweise kann man Eisenpulver bei gleichen Verlusten aber deutlich weiter aussteuern, weil die Ferritmaterialien bei hohen H einen schärferen Knick in der Magnetisierungskennline aufweisen.
Man wird wohl nicht pauschal sagen können, Ferrit sei für höhere Leistungen schlecht. Es ist dann eine Frage der Kerngrösse (eigentlich des Querschnitts) und damit der magnetischen Flussdichte. Denkbar ist aber, dass Ferrit bei gleichem Kernquerschnitt eher an seine Aussteuerungsgrenze kommt (um den schwammigen Begriff Sättigungsgrenze mal zu vermeiden).
Bei Amidon habe ich leider keine Hysteresis-Kurven gefunden. Man findet aber Ableitungen wie u=f(H). Je geringer diese Abhängigkeit ist, um so geringer dürften auch die Kernverluste sein. Kernmaterial -2 sieht recht linear aus. Leider fehlt hier aber ein Vergleich mit Ferrit. Bei der Firma Kaschke habe BH-Kurven für Ferritmaterialien jedoch leider keine für Eisenpulver gefunden. Es fehlt leider noch der direkte Vergleich. Vielleicht kann da jemand aushelfen?
ZitatOriginal von Ken, DL8LBK
dann fassen wir es doch zu einer Faustformel zusammen und schließen -43er Material zum Einsatz an Hühnerleitern mit undefinierten Impedanzen künftig aus. Einverstanden?
Vielleicht sind einfach zu viele Windungen auf dem Kern. Der 43-er Kern braucht natürlich viel weniger als der Eisenpulverkern.
73, Peter - HB9PJT
ZitatOriginal von HB9PJT
Vielleicht sind einfach zu viele Windungen auf dem Kern. Der 43-er Kern braucht natürlich viel weniger als der Eisenpulverkern.
Hallo Peter,
der Ferrit hatte nur 5 Windungen, der T200-2 hat deren 19.
Ich hatte den Balun zunächst nach dem Bauvorschlag von Peter (2FI) hergestellt. Auf der ersten Seite dieses Threads ist auch noch ein Bild davon. Nachdem dieser glühend heiß seinen Dienst quittierte bin auf die Suche nach einem anderen Balun gegangen und nach einiger Diskussion beim Guanella mit 2 Stück T200-2 gelandet. Dieser erfüllt jetzt meine Erwartungen.
Ein erfahrener OM formulierte es so: "Ferritkerne sind geeignet für Impedanztransformatoren, Eisenpulverkerne für Resonanzkreise. Bei einem System Dipol-Hühnerleiter-Anpasskreis hat man es mit einem Resonanzkreis zu tun. Das gesamte System bis zum Speisepunkt ist als Schwingkreis anzusehen."
Für mich ist damit die Einstiegsfrage in diesen Thread beantwortet.
ZitatOriginal von Ken, DL8LBK
der Ferrit hatte nur 5 Windungen, der T200-2 hat deren 19.
Auf dem FT140-43 ergeben 2 Windungen eine vergleichbare Induktivität wie mit einem T200-2 mit 19 Windungen.
5 Windungen auf einem FT140-43 sind vergleichbar mit 37 Windungen auf einem T200-2.
73, Peter - HB9PJT
ZitatOriginal von HB9PJT
5 Windungen auf einem FT140-43 sind vergleichbar mit 37 Windungen auf einem T200-2.
Weshalb die Rückflußdämpfung bei 1,8Mhz schlecht, und bei 3,5Mhz auch noch nicht ideal ist. Dennoch kann ich damit auf 80m zufriedenstellend senden. Wollte ich das verbessern, würde ich einen solchen Balun mit einem größeren Kern (damit die Windungen auf den Kern passen) bauen und diesen nur für 160m/80m (evt. 40m) verwenden.
Hi Ken,
Zitat
Hallo Clemens,
dann fassen wir es doch zu einer Faustformel zusammen und schließen -43er Material zum Einsatz an Hühnerleitern mit undefinierten Impedanzen künftig aus. Einverstanden?
Zu 100% ja!
73
Clemens
Hallo Tom,
Zitatirgendwo ist da ein Rechenfehler: Z=sqrt(46,76^2 + 13,31^2)=48,35 Ohm. Das SWR ist dann: 50/48,35=1,03
Ja,der grundlegende Fehler besteht darin,daß Du zur Berechnung des SWR nicht |Z| verwenden darfst,siehe Anhang.
Der kleine Kreis repräsentiert SWR1.03 (Programm schreibt aber nur 1.0 hin).
Hier macht das fast nichts aus.
Nimm aber mal (an 50 Ohm) 500 Ohm reell und 500 Ohm als |Z|,z.B. in Form von
353,55 + j353,55 Ohm
Einmal ergibt sich ein SWR von 10 und beim zweiten Beispiel ein SWR von
14,2.
ZitatOersted ist eine Einheit der magn. Feldstärke H und nicht des mag. Flusses B.
Schon klar,vielleicht mißverständlich formuliert.
Gemeint war, daß der magn. Fluß B,der bei der magn. Feldstärke H von 10 Oer. fließt,von Amidon als max. zulässige Grenze definiert wird.
Im besagten Buch sind für jedes Ferrit-Material die Hysterese-Kurven dazu abgebildet und sie sind,wie Du schon sagst,natürlich verschieden,z.T.
extrem verschieden,je nach Material.
ZitatDie Schlussfolgerung "hohe Permeabilität" -> "hohe Verluste" kann so nicht ganz nachvollziehen. Es ist in jedem Fall erst mal eine Frage des Materials.
Im Amidon Buch sind Verlustkurven über die Flußdichte abgebildet.
Nr.43 und Nr.61 sind beides gleiche Materialien,nämlich Nickel-Zink Ferrite,
aber mit unterschiedlicher Permeabiltät (850 resp. 125).
Bei 1MHz hat Nr. 43 bei 100 Gauss etwa 180mW/mm^3,
Nr.61 nur etwa 80mW/mm3.
ZitatBei Ferritmaterialien mit meistens höherem u bedeutet das, dass man die gleiche Induktivität mit weniger Windungen (also einer geringeren magnetischen Feldstärke) erzeugen kann. Da sollte die magnetische Flussdichte beim gleichen Anwendungsfall (sagen wir mal eine Drossel mit gegebenen L) aber mit unterschiedlichen Materialien doch gleich sein.
Das schon,aber die Verluste sind nicht gleich,siehe oben.
ZitatMan wird wohl nicht pauschal sagen können, Ferrit sei für höhere Leistungen schlecht. Es ist dann eine Frage der Kerngrösse (eigentlich des Querschnitts) und damit der magnetischen Flussdichte.
Genau, und dazu muß ergänzt werden:..und vor allem auch eine Frage der Permeabilität,der Frequenz, des Übersetzungsverhältnisses und des
impedanzrichtigen Abschlusses.
Je höher Leistung,Frequenz,Übersetzung oder Fehlabschluß,desto niedriger
muß die Permeabilität gewählt werden,um die Verluste möglichst gering zu halten.
Mit Nr.61 kann man z.B.problemlos Baluns für mehrere KW bauen
(für resonante wanderwellengespeiste Antennen).
Fritzel verwendet für die Serie 83 ausschleißlich Nr.61,die großen "Russenkerne",
die auf Flohmärkten verkauft werden und aus 1:9 Baluns stammen, haben ebenfalls ein µ von 125 wie Amidon Nr.61
73
Clemens
Hallo Clemens,
richtig, man darf nicht |Z| verwenden, sondern man muss |r| verwenden. Es ist einfach eine Frage der Definition. s=Z1/Z2 verleitet dazu durchgängig komplex zu rechnen, gilt aber nur für reelle Widerstände. Richtig ist s=(1+|r|)/(1-|r|). Böse Falle!
Zu den Kernmaterialien sind wir glaube ich auf der gleichen Linie.
Hallo Clemens und Tom,
dieser Threat und insbesondere der letzte Beitrag von Clemens hat mir sehr schön erklärt, warum für den in einer unsymetrischen Matchbox benötigten Balum Material 43 nur schlecht zu gebrauchen ist. Eine Ausnahme mag sein rel. große Kerne und rel. kleine Leistung. Siehe der 1:4 QRP-AG-Balun. Weiter erklärt mir das auch warum HaJo für Balune 61 Material vorzieht. Er hat es nur nie so schön erklärt. Messen kann man dann einen Balun aus 43 Material als geeignet, aber er kommt sehr schnell an seine Belastungsgrenze und ist für die Anwendung dann wieder nicht geeignet. Das ist der Unterschied vom Messen mit mW und benutzen mit 100W.
Herzlichen Dank für diese guten Beiträge
de uwe df7bl
Hallo Uwe und Clemens,
ich habe zwar noch keine Magnetisierungskurven für -2 und -43 Material vorzuliegen (ich suche noch), aber die Erklärung erscheint mir schlüssig zu sein. Der Eisenpulverkern wird bei geringer Aussteuerung (gleicher magn. Flussdichte) wahrscheinlich zwar höhere Verluste als ein Ferritkern haben. Dafür nehmen sie aber beim Eisenpulverkern nicht so heftig wie beim Ferritkern zu. Das Ferritmaterial reagiert wesentlich kritischer auf Übersteuerung. Ich glaube das muss man als Erkenntnis festhalten.
Daher kann man eben auch nicht so ganz einfach sagen, das Eine sei besser als das Andere. Es kommt auf die Anwendung an. Besser ist wohl die Aussage, Ferrit kann linearere Kennlinienbereiche haben. Man kann es durchaus auch im Sendezweig einsetzen, muss aber seine Leistungsgrenze genau kennen. Bei Eisenpulver hat man immer noch etwas Reserve.
Hallo Tom,
ich habe noch eine Passage von Dir weiter oben im Thread gefunden,wo ich nachhaken möchte.
ZitatEin 2x6,5m-Dipol hat damit auf 80m ein l/Lambda von 6,5/80, also etwa 0,08, was einen Strahlungswiderstand von 2x (es ist ein Dipol) 2,5 Ohm, also von etwa 5 Ohm ergibt. Schaltet man hier nun unmittelbar am Dipol einen 1:4 Balun mit der 4er-Seite an den Dipol, so wird der Strahlungswiderstand auch noch auf 1,25 Ohm herunter transformiert. Ein 11m langes speisendes 50 Ohm Koaxkabel würde diesen Widerstand bei 80m Wellenlänge auf etwa 2,8 Ohm transformieren, was ein Tuner problemlos auf 50 Ohm anpassen kann. Doch was fliessen im Balun für Ströme bei 100W HF? Es sind I=sqrt(P/R), also Wurzel aus 100/1,25 = 8,9A. Dieser hohe Strom bringt den Kern sehr schnell in die Sättigung, wobei er erhebliche Verluste hat und selbstverständlich heiß wird!
Bei Deiner Betrachtung zur Kernsättigung begehst Du einen Denkfehler.
8,9 A ist der reine Laststrom.
Der Laststrom im Trafo führt bekanntlich zu absolut keinem (Netto-)Fluß im
Kern,da sich die Kernflüsse der Primär- und Sekundärseite gegenseitig aufheben.
Der Fluß (phi) im Kern ensteht einzig und allein duch den Magnetissierungsstrom (im Leerlauf um 90° zum Laststrom versetzt) welcher wiederum nur durch die Eingangsspannung und XL bstimmt wird.
Phi = Uein/(Omega*Windung)
oder auch durch Umformung
Phi = L*I/Windung
Wenn durch hohes SWR am Balunausgang eine Spannungsüberhöhung stattfindet
wird sie entsprechend dem Überstzungsverhältnis (näherungsweise) auf den
Eingang zurück reflektiert.
Damit steigt Uein,damit der Kernfluß,damit die Verluste.
73
Clemens
Hallo Clemens,
stimmt, die Überlegung am Anfang war falsch. Es ist - neben dem Material - eine Frage der mag. Feldstärke, die von U, N und µ abhängt.
Die Angabe von 10 Oe habe ich mittlerweile auch in einer Amidon-Tabelle gefunden. Allerdings nur bei Ferrit. Dabei stellt sich aber nicht die Sättigungsflussdichte ein, sondern - wie vermutet - ein spezifischer Fluss. Da jedes Material Streuungen unterliegt, geben sie aus einer Reihe von Messungen den größten gemessenen Fluss @ 10 Oe an, den man bei diesem Material erwarten kann. Das hätte man auch bei anderen Feldstärken machen können und da käme dann natürlich etwas anderes heraus. "Max Flux density" bedeutet also nicht "Sättigung", sondern den größten Wert in einer Reihe von Messungen am gleichen Material. - Auch eine Falle!
Du hattest erwähnt, dass du Magnetisierungskennlinien aus einem Amidon-Datenbuch hast. Kannst du die für Eisenpulver -2 und Ferrit -43 mal hier als Anlage beifügen (oder alternativ mir per Email schicken)? Ich kann sonst leider nichts vergleichbares im Netz finden.
Hi Tom,
hier die Bilder.
Für Eisenpulver gibt's wie schon erwähnt,keine Hysteresekuven.
Weitere Kommentare morgen (muß ins Bett).
73
Clemens
Hallo Clemens,
danke für die Magnetisierungskurven. Man sieht ja sehr schön, dass bei 10 Oe alle Materialien weit in der Sättigung sind. Wenn man µr=1 als Sättigungsgrenze nähme, dann bräuchte man dazu aber ein materialspzezifisches H und nicht gerade 10 Oe. Für Eisenpulverkerne habe ich bei Amidon mittlerweile auch eine BH-Kurve gefunden. Sie ist nicht besonders deutlich, zeigt aber den erwartet längerern und etwas krummeren Verlauf (siehe Anlage).
Zu den Verlusten hatte ich geschrieben, dass sie von der Änderung von µ (also der Krümmung der BH-Kurve) abhängen. So einfach ist es offenbar nicht, wie ich nachlesen musste. Die Verluste können auch im linearen Anfangsbereich der BH-Kurve schon sehr hoch sein. Damit erklärt sich dann auch, dass man die Kerne weit unterhalb der Sättigungsgrenze betreibt und dann kommt der im mini-Ringkernrechner verwendete Grenzwert von 57 G @ 7 MHz für -43 Material einen Sinn.
Wie diese Grenze allerdings definiert ist, bleibt mir zunächst noch unklar. Bei 100 kHz zeigt der Ringkernrechner als Grenzwert 500 G. Diesen Wert sehe ich auch bei deiner letzten Anlage ganz unten ("Operating frequency is one of the most..."). Leider ist der Rest abgeschnitten. Vielleicht kommen daher ja die Grenzwerte im Ringkernrechner her. Kannst du bitte mal den Rest scannen?
Verständlich ist, dass die Grenze bei höheren Frequenzen sinkt. Die Kernverluste sind proportional zu den Ummagnetisierungen pro Sekunde, was ja auch einleuchtet. Aus der Hilfe des Ringkernrechners habe ich mal die Formel zur Berechnung der Kernverluste in die Anlage gelegt. An den gebrochenen Exponenten im Nenner sieht man, dass die Formel allerdings auch nur eine Näherungslösung ist. Es ist also nicht ganz so einfach, wie es zunächst erschien.
Nachtrag: Ich habe noch eine BH-Kurve bei Micrometal für -2 Material gefunden.
Hi Tom,
nach einigem Gefrickel ist es mir gelungen den halbierten Textscan
(sollten eigentlich die beiden Hälften sein,nicht zweimal die gleiche)
als Ganzes in pdf auf passende Größe zu schrumpfen.
Hab's oben ausgetauscht.
Es wäre schön,wenn die Admins/Betreiber in naher Zukunft vielleicht etwas großzügiger mit den Dateigrößen,z.B. max.300k werden könnten.
Nun wird klar,daß sich der mini Ringkernrechner mit "max. Fluß" (in unserem Beispiel 57 Gauss) an den "supersicheren" Werten orientiert,die von Amidon nicht wegen der Sättigungsgrenzen,sondern rein wegen der thermischen Sicherheit empfohlen werden ,und zwar für Eisenpulver und Ferrite identisch!
Den Unterschied zwischen den Rechenwerten (40 versus 57 Gauss)
kann ich jetzt auch erklären:
Das Programm berechnet B'Spitze,während ich B'eff berechnet hatte.
Relevanter für evtl. Sättigungsprobleme ist natürlich Bspitze,aber wie
wir jetzt von Amidon wissen (siehe pdf File),spielt bei Anwendungen über
100kHz die Sättigung praktisch keine Rolle,weil weit vorher Überhitzung auftritt.
Aus o.g. Amidon Text geht auch hervor,daß sie den sicheren Betriebslevel
was den Kernfluß betrifft für Ferrite typ. bei 2000 Gauss angeben bzw. für Eisenpulver bei 5000 Gauss.
73
Clemens
