Induktion, "nur" eine LED leuchten lassen

[jcrypter]

Hi,

ich finde Induktion ist ein sehr spannendes Thema.
Gerade in Bezug auf kabellose Stromübertragung.

Was ich gerne versuchen würde, ist eine LED dauerhaft zum leuchten zu bewegen ohne das sie an eine Baterie etc angeschlossen ist. Der Strom soll eben per Induktion an erzeugt werden.

Das bedeutet ich muss die LED an eine Spule anschließen und diese einem sich ständig ändernden Magnetfeld aussetzen. Soweit richtig, oder?
Dabei ändert sich dann ja aber auch ständig die Flussrichtung des Stromes ind er Spule, dass bedeutet die LED würde flackern, wenn die Frequenz nicht hoch genug ist (zumindest würde man das Flackern bei hoher Frequenz nicht mehr sehen). Immer noch richtig? :)

Meine Frage bezieht sich eher auf die Spule die das Magnetfeld erzeugt.
Ich würde das gerne über Batterien/Akkus erzeugen, allerdings müsste sich dabei dann ja auch die Flussrichtung ändern um eine Veränderung im Magnetfeld zu verursachen, wie ist das zu bewerkstelligen?

Wie müssten die Spulen dimensioniert sein, wenn man davon ausgeht, dass man einen standard 9V-Block als Primärenergiequelle verwenden wollte und im Sekundärkreis der LED so um und bei 3V erzeugen wollte?

Könnt ihr mir Tipps geben wo ich Informationen zu dieser Problematik finde? Vielleicht Experimente an Hand derer man eine Lösung nachvollziehen könnte?

Danke für eure Mühe!

Crypi

[fhs]

Hi Crypi,

zu diesem Thema ist im Januar 2008 ein ausführlicher Elektor-Artikel (http://www.elektor.de/jahrgang/2008/januar/drahtlose-energieubertragung.321584.lynkx) (Download-URL steht auf der genannten Seite; Download kostet EUR 1,20) erschienen.

Viele Grüße

Fred

[jcrypter]

Leider verfüge ich nicht über die Kredits die man benötigt um den Artikel zu lesen.

Gibts vergleichbare Informationen an anderer Stelle?

Ich habe bisher nicht viel Erfolg gehabt bei der Suche nach Anleitungen, Experimenten etc die ich nachvollziehen kann.

Crypi

[FeiaDragon]

Das bedeutet ich muss die LED an eine Spule anschließen und diese einem sich ständig ändernden Magnetfeld aussetzen. Soweit richtig, oder?
Dabei ändert sich dann ja aber auch ständig die Flussrichtung des Stromes ind er Spule, dass bedeutet die LED würde flackern, wenn die Frequenz nicht hoch genug ist (zumindest würde man das Flackern bei hoher Frequenz nicht mehr sehen). Immer noch richtig? :)

müsste richtig sein ;)

ich bin mir da jetzt nicht ganz sicher, aber meiner meinung nach müsste es reichen wenn das feld sich auf- und abbaut, d.h. dir würde zB eine einfache Rechteckschwingung reichen.
Da eine "Hälfte" (über/unter 0V) der induzierten Wechselspannung bei einem normalen Sinus die LED eh nicht interessiert (Diode, wenn du keinen Gleichrichter benutzt) müsste theoretisch auch ein Rechteck oder Sinussignal über 0V reichen.

Bitte korregiert mich wenn das Blödsinn ist!

Das wäre die Theorie, zur Praxis würde ich versuchen mit einem NE555 eine einfache Rechteckschwingung zu erzeugen (da gibts viele Schaltungen im Netz). Eine Alternative wäre ein RC-Schwingkreis.
Da kenn ich mich aber nicht so gut aus.

Hilfreich bei der Dimensionierung der Spulen ist die Wiki: http://de.wikipedia.org/wiki/Transformator

Da steht zB

U(vorher) / U (nachher) = N(Primärspule) / N(Sekundärspule)

das würde dann heißen das du bei 9V zu 3V ein Verhältniss von 3:1 zwischen deinen Windungsanzahlen haben müsstest. (unbelastet...aber nur mit einer LED sollte das doch noch so ungefähr hinhauen?)

Ich hoffe ich hab dir ein bisschen geholfen und nicht nur meine eigenen Fragen gestellt *g*

[jcrypter]

Oh doch, das hast du!

Ich danke dir!

Werde mich mal auf die Suche nach der Schaltung machen!

edit: es gibt ja auch Wechselrichter... entnehme ich dem Namen, dass der aus Gleich- Wechselstrom macht? Kommt dann natürlich auf die Frequenz an, aber im Prinzip sollte das auch gehe, oder?

Crypi

[FeiaDragon]

joa stimmt.

aber damit das auch sinn machen würde bräuchtest du wieder einen Gleichrichter auf der Seite der LED, da diese ja in eine Richtung sperrt.
Wenn du das dann aber noch ein bisschen glättest, zB mit Kondensatoren, könntest du die LED sogar ununterbrochen leuchten lassen...

spielt aber keine rolle *g*

ps: wenn du das mit der led versuchst, vergiss den vorwiderstand nicht - der zur verfügung stehende strom ist bei 9V->3V deutlich höher!

[jcrypter]

Nun ja, den gleichrichter bräuchte ich ja so oder so, vorausgesetzt die LED flackert immer noch wenn die Frequenz eigentlich hoch genug ist.

Gleichstrom werde ich im Sekundärkreis der LED ohne Gleichrichter eh nie erzeugen können.

Interessanter fände ich zur Zeit die Schaltung zur Erzeugung der Schwingung im Primärkreis.
Da finde ich nicht so recht den Zugang.
Könnt ihr mir noch einen Hinweis geben wie die Schaltung heißen könnte.
Oder ist das dieser Astabilde Multivibrator?

Crypi

[FeiaDragon]

das auge kann ein flackern bis ungefähr 20 Hz wahrnehmen - mit deiner Schaltung über 50Hz zu kommen ist vermutlich kein größeres Problem.

Damit könntest du dir das Gleichrichten/Glätten sparen...
Die LED fungiert ja schon als ganz einfacher Gleichrichter, nur das der Rest verloren geht.

Beispiele für eine PWM-Rechteck-Ansteuerung mit einem Ne555 wäre zB hier:

http://www.mikrocontroller.net/attachment/2872/pwm555.gif
http://www.atx-netzteil.de/pwm_mit_ne555.htm

der ne555 kann zB ein Astabiler Multivibrator (tolles Wort) sein, ein Beispiel ist in dem Datenblatt bei typical Applications.

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/NE_SA_SE555_C_2.pdf

ob das Rechteck reicht - keine Ahnung, das müsste man ausprobieren.

*edit* naja...bisher hab ich bisher keine tollen ergebnisse erzielen können :D

haben hier einen ne555 der ein 500Hz rechteck erzeugt.
allerdings sind wohl 5 windungen bei primär/sekundär auf einem nagel bei 0,2a nicht ausreichend um irgendwas zu induzieren. da kommt einfach nichts an. aber wir versuchens mal weiter...;)

[jcrypter]

Guten Morgen,

was genau machst du denn mit Induktion?

edit: Bei deinem zweiten Link, http://www.atx-netzteil.de/pwm_mit_ne555.htm , was ist da P1 und P2 ?
Das in diesem Beispiel zwei LEDs verwendet werden ist auch wirklich nur ein Beispiel oder?
Für mich ist doch nur wichtig was aus Pin3 kommt, oder?
Die LEDs kann ich weglassen?


Crypi

[i_make_it]

Wenn deine Schaltung Batteriebetrieben sein soll und die LED konstant leuchten soll, dürfte für dich der Wirkungsgrad der magnetischen Kopplung und der Stromverbrauch deines Multivibrators von Interesse sein.

Je höher die Frequenz um so besser der Wirkungsgrad. (Siehe Wirkungsgrad Schaltnetzteile) So 40 KHz sind ganz gut.

Da du mit zwei Luftspulen arbeitest ist die Kopplung deutlich geringer als bei einem Traffo mit Kern.
Und natürlich bei variablen Spulenabstand auch variabel.
Also Led seitig besser eine Ladeschaltung mit Kondensator und Spannungsbegrenzung vorsehen so das auch bei schlechter Kopplung noch genug Energie für die LED da ist und bei zu Guter Kopplung nichts durchbrutzelt.

[jcrypter]

hmmm berechtigter hinweis.

da hast du sicher recht.
nur erstmal muss ich mich daraum kümmern, dass überhaupt etwas passiert :)
deswegen steht für mich momentan die schaltung der primärspule im vordergrund.

über die spannungsversorgung mittels eines Kondensators habe ich auch schon nachgedacht.

danke für deinen hinweis!

edit: "was heißt P"... Potentiometer natürlich... ich Trottel. und von was bis was? 1MOhm als Obergrenze? Oder wie ist der erläuternde Text zu verstehen?


Crypi

[i_make_it]

P =1M, Heist tatsächlich Potentiometer 1 Megaohm.
Da keine andere Angabe vorhanden ist sind die Poties linear und nicht logarithmisch.
Da die Poties nur zum Frequenzabgleich benötigt werden, nimm am besten Spindeltrimmer.

Für den ersten Versuch kannst du aber auch z.B. eine einfache Wechselblinker Schaltung (Multivibrator) oder einen Phasenschieber Generator verwenden.

http://de.wikipedia.org/wiki/Multivibrator

http://de.wikipedia.org/wiki/Phasenschieber

Ein Rechteck Signal ist am besten, je steiler die Flanken um so besser.
Je schneller die Spannungsänderung um so stärker das Magnetfeld.
Je größer die Spannungsänderung um so stärker das Magnetfeld.
Das ist bei einer Luftkopplung wichtiger als bei einem Trafo mit Kern.
Im Zweifelsfall mal was zu Antennentechnik und zur Schatzsuche mit Metalldetektoren lesen.

[jcrypter]

Hi,

die Schaltung hab ich jetzt, ein einfacher Multivibrator.

Was für Spulen würdet ihr mir empfehlen für einen ersten Versuch? Windungszahl, Kern etc

Zur Erinnerung, ein 9V block sorgt für die nötige Spannung.


Gruß,
Crypi

[FeiaDragon]

ich würde soviele windungen benutzen wie möglich für dich...

das wird dann immer besser...

als kern solltest du einen eisenkern nehmen...wenn deine zukünftige anwendung den erlaubt ;)

[harry3]

Du wirst einiges an Leistung vorne reinstecken müssen damit du die LED zum Leuchten kriegst.
Die Kopplung von 2 Luftspulen ist sehr schlecht. Aber soweit ich das verstanden habe willst du ja keinen Eisenkern verwenden.
Du musst also versuchen ein möglichst starkes Magnetfeld aufzubauen, das geht mit möglichst viel Windungen und möglichst viel Strom.

Die zweite Spule mit der LED dran sollte natürlich auch soviele Windungen wie möglich haben um den magnetischen Fluß möglichst gut auszunutzen.

Je höher die Frequenz, desto mehr Spannung wird induziert.
Das mit dem Rechteck ist schon ok, durch die Spulen wird das Rechtecksignal eh so verbogen dass es nicht mehr so kantig ist.

[jcrypter]

Guten Morgen,

danke für eure Antworten!

Ich will irgendwann dahin, dass ich mit Luftspulen arbeite aber erstmal will ich überhaupt einen Effekt erzielen :)

Also zwei Spulen mit möglichst vielen Windungen und jeweils einem Eisenkern.
Wie sollten die Spulen zueinander ausgerichtet werden?
Die Köpfe der Kerne zueinander oder die Kerne Parallel?
Vermulich parallel, oder?


Einen erfolgreichen Tag!
Crypi

[harry3]

Ja, viele Windungen und jeweils einen Eisenkern.

Schau dir mal das Magnetfeld einer Spule an, z.B. bei Google Bilder, ich hab dir mal eins rausgesucht:
http://www.cup.uni-muenchen.de/studium/lafprak/gr7_versuch1/kl6_65.jpg

Das stärkste Feld liegt entlang der Spulenlängsachse, also wenn schon würde ich die zweite Spule in gleicher Ausrichtung entlang der Achse platzieren. Parallel dazu bringt wenig, da, wie du siehst, außer einem bisschen einem Streufeld nimmer viel vom magnetischen Fluß vorhanden ist.

[i_make_it]

EINSPRUCH:

Blos keine Kerne! (zumindes auf der Primärseite)
Kerne ziehen das das Magnetfeld in sich rein und machen es kompakter.

Das erhöt zwar die Magnetische Durchflutung im Kern, aber was nutzt dir das wenn deine Sekundärspule nicht auf dem Kern ist.

Nur mit dem notwendigem Wissen wie das Magnetfeld geformd wir kannst du mit Kernen eine Verbesserung erziehlen.
Und da sind dann am besten Ferritkerne und keine Weicheisen Kerne.

Ein Kern ist nur von Vorteil wenn du eine Bauform ereichen kannst wie zum Beispiel bei der Ladestation einer elektrischen Zahnbürste.
Dort hat es ja diesen Plastiknocken auf den die Zahnbürste gesteckt wird.
Da drinn ist der Kern und unter der Stellfäche der Zahnbürste die Primärspule.
Die Sekundärspule ist im Boden der Zahnbürste rund um das Loch.

Sollte deine Spulenanordnung Axial sein z.B.: innen und außen an einer Aquarium Scheibe oder ein anderes metallfreies Gehäuse oder Trennwand, sollte der Radius der Spulen mindestens dem Abstand der Spulen untereinander entsprechen (Helmholz Spulenpaar) so entsteht dann innerhalb der beiden Spulen im Ideealfall ein homogenes Magnetfeld.
Was die beste Kopplung bei Luftspulen ist.

Für erste Tests kannst du mal zwei identische aber spiegelbildliche Spulen auf 0,5mm Platinenmaterial ätzen.
Zur verdopplung der Windungszahl einfach doppleseitig kaschierte Platinen nehmen, aber auf den Richtungssinn der Wicklung auf der zweiten Seite achten, eine gegensinnige Leiterbahnführung würde das Magnetfeld wieder aufhebeben anstelle zu verstärken.

[jcrypter]

uiui..
erstmal verarbeiten.

Also zwei luftspulen deren Radius dem Abstand beider Spulen von einander entspricht, kein Abstand oder nur minimal wäre auch ok?!
Dabei die Windungen der Spule so positionieren als wenn sie einen gemeinsamen Kern hätten.
Und möglichst viele davon.
Die Stärke des Drahtes ist egal?!
Eine Möglichst hohe Stromstärke, nun ja das ist begrenzt durch die Anwendung die ich mal betreiben möchte, die soll mit einem 9v block laufen.
Wenns gar nicht geht muss ich mir dabei was überlegen.

ok, ich danke euch für diese Informationen und werde mal anfangen rum zuspielen! Erstmal mit nem Messgerät und nicht mit einer LED. Nur zum gucken ob überhaupt irgendwas passiert.

Gruß und ein schönes Wochenende!

Crypi

[i_make_it]

Keine hohe Stromstärke. Hoher Spannungshub.

Diskret Multivibrator aufbauen mit low current Bauteilen.
Spannungshub Ausgang z.B.: 7,5V
Primärspule z.B.: 200 Wdg. 0,5mm CuL Draht 20mm Durchmesser.
Sekundärspule 160Wdg. ca. 6V
Gleichrichter aus Schottky-Dioden 0,2V Sperrpannung gegenüber 0,7V bei normalen Silizium Dioden.
Als Ladekondensator z.B.: ein 16V 220uF Elko.
Diode und Vorwiederstand.

Ein Kern in der Sekundärspule zieht das Magnetfeld an und erhöht so die Kopplung. Während ein Kern in der Primerspule das Magnetfeld anzieht und so die Auskopplung erschweren kann.
Bei zwei oder drei gleichsinnigen Primärspulen auf einem längeren Kern wird wiederrum die Reichweite in Achse zum Kern verlängert, belastet allerdings die Batterei auch zwei bis dreifach.
Prinzipiell hast du die beste Kopplung wenn beide Spulen Achsial und conzentrich ausgerichtet sind und natürlich so diecht wie möglich aneinander.