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Energy Harvesting

Energie aus stromdurchflossenen Leitungen

2. Juni 2014, 13:09 Uhr | Von Klaus Dembowski

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Transformator reloaded

Ein Stromwandler ist nur eine spezielle Anwendung des Transformators. Wie gut die Kopplung mit einem Durchsteckwandler, d.h. mit einer Ringspule (Umfang 2πr) funktioniert, hängt vom Magnetfeld ab, welches mit der Feldstärke H (in A/m) angegeben wird und proportional ist zur Windungszahl N und dem durchfließenden Strom I.

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Der Gesamtfluss Φ im magnetischen Material (in Wb) ergibt sich allgemein durch die Flächenintegration (a, b) mit:

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Die magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität µ in H/m) gibt dabei an, wie gut oder schlecht der magnetische Fluss in einem Stoff (z.B. Eisen oder Luft) geleitet wird. Die Permeabilität setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: der magnetischen Feldkonstante µ0 und der relativen Permeabilität (Permeabilitätszahl) µr, die materialspezifisch, nichtlinear und von der magnetischen Feldstärke (H) sowie von Parametern wie der Frequenz und der Temperatur abhängig ist. In den Datenblättern der Hersteller werden deshalb für µr auch andere Bezeichnungen wie etwa µ4 (bei H = 4 mA/cm) oder µP (Impuls-Permeabilität) verwendet, wofür dann ganz bestimmte typische Betriebsparameter gelten.

Charakteristisch für die Beschreibung von magnetischen Werkstoffen ist die Angabe der Hysteresekurve, die die Abhängigkeit der Flussdichte B von der Feldstärke H darstellt (Bild 2). Die Flussdichte (in Tesla), die auch als Induktion bezeichnet wird, steckt im Gesamtfluss (Φ s.o.) als

B = μ₀μ_rH

und der Induktivität (L in Henry)

$L space equals space fraction numerator N times ϕ over denominator 1 end fraction$

mit N als Windungsanzahl, womit in Kurzform die wichtigsten Kenngrößen komplett sind, um die Angaben in den Datenblättern der Hersteller verstehen zu können.