[E_Tobi]

Moin,

beim spielen mit dem LLC ist mir bei hohem Output aufgefallen dass die Wicklungstemperatur ab ca. 1kW sehr schnell ansteigt. Darunter ist das ganze relativ entspannt, darüber scheinen die Wicklungsverluste zu explodieren. Die Temperatur der Wicklung erhöht sich in dem Bereich recht flott von 60 auf ca. 120 Grad.

Ich habe das Streufeld des doch recht großen Luftspaltes (~2mm, verteilt auf alle drei Schenkel) im Verdacht.

Die Sek-Wicklung besteht aus 300x0.2mm HF-Litze. Primär sinds ~60x0.2mm, glaub ich.

Daraufhin habe ich eine Simu angefertigt, konstant sind die Amperewindungen. Bei Modifikation des Luftspaltes wird die resultierende Flussdichte konstant gehalten.

Folgendes kommt raus:

LS normal:




Lösung eins...Schild die das Feld "außen rum" ziehen soll.




Lösung zwei...leicht ferromagnetischer Füller im Luftspalt.




Lösung drei: Verteilter Luftspalt.




Die resultierenden Streufelder auf der Oberfläche der Wicklung dann im Vergleich, die X-Achse entspricht praktisch dem Streufeld entlang der Spulenoberfläche vom oberen (links) zum unteren (rechts) Joch des Kerns.




Deutlich zu sehen....der verteilte Luftpalt ist am besten, wie zu vermuten war, gefolgt von der Lösung mit dem Gap-Filler. Die Lösung mit dem Schirm außen rum dürfte den Aufwand nicht wert sein...

Also hab ich mir mal einen Kernsatz für einen verteilten Luftspalt angefertigt (bestehend aus 8 Einzelteilen, also 3x ein drittel Luftspalt), und einen Trafo gebaut mit einem Füllmaterial im Spalt.

Dazu hab ich mir ein magnetisches Schirmmaterial von Würth genommen, Ferritstaub gebunden in einem Kunststoffträger. Sättigungsflussdichte ähnlich wie N87 aber ein niedrigeres µ. Das Material sollte laut Simu in der Lage sein, trotz des für gleiche Induktivität größeren Luftspaltes, das Streufeld stärker zu bündeln als ein "nackter" Luftspalt.

Die Preisfragen sind jetzt, wie genau stelle ich am lebenden Objekt mit meinen beiden Versuchsträgern fest wo das Feld rumfliest...und wie viel Einfluss es auf die Verluste in meiner Wicklung hat...dazu mache ich mir jetzt noch Gedanken.

Eine Idee ist - die Wicklungsverluste dürften sich in der Güte der Induktivität messen lassen...die Verluste des Füllmaterials aber auch...

[christianw.]

Mit einer Feldsonde?

[voltwide]

Finde ich ja sehr spannend, was Du da so treibst.
Ich hätte ja auch den Luftsspalt im Verdacht - btw, wieso brauchst Du den überhaupt, für ZVS? Muss es wirklich so viel sein?
Die Messung der Güte könnte durchaus einen Anhaltspunkt liefern, solange der Kern im halbwegs linearen Bereich ausgesteuert wird.
Ich hätte auch keine Idee wie man solch ein MagnetFeld vermißt.
Ein auffällig rapider TemperaturAnstieg könnte allerdings auch auf rapide ansteigende Kernverluste /Sättigung hindeuten.

Aufschlußreich könnte ein Wärmebild sein, unter Last und gleich zu Anfang, bevor sich überhaupt irgendwelche Temperaturunterschiede ausgleichen können.

[alfsch]

jo, interessant - aber:

1. warum Spalt?? beim LLC brauchste doch keine "Speicherdrossel" , wie bei flyback

2. da die Verluste -wie du schreibst- erst bei rel. hoher Leistung und dann plötzlich ansteigen, denke ich eher an proximity/Stromverdrängung , evtl zusätzlich durch das Streu-magentfeld verstärkt

[voltwide]

Stromverdrängung ist ein linearer Effekt und erklärt keinen rapiden Zuwachs der Verluste.
Die FEM Simus zeigen eine deutliche Zunahme der Flussdichte an der Innenseite der Kerne. Übliche Berechnungen unterstellen aber eine homogene Flussverteilung im Kern.
Es könnte doch sein, dass in diesen Teilbereichen dann schon Kernsättigung auftritt mit entsprechend rapide ansteigenden Temperaturen.

Ansonsten habe ich immer einen kleinen Luftspalt im LLC-Trafo für hinreichenden Magnetisierungsstrom für ZVS. Der wird aber möglichst knapp eingestellt, dafür lieber etwas mehr Totzeit.

[E_Tobi]

Zitat:Original geschrieben von christianw.
Mit einer Feldsonde?

zwischen Spule und Kern ist kein Platz für Sonden, das Wickelfenster ist knallvoll.
Ich mach morgen mal Fotos vom Trafo.

Zitat:Original geschrieben von voltwide
Ich hätte ja auch den Luftsspalt im Verdacht - btw, wieso brauchst Du den überhaupt, für ZVS? Muss es wirklich so viel sein?

Zitat:Original geschrieben von voltwide
Ansonsten habe ich immer einen kleinen Luftspalt im LLC-Trafo für hinreichenden Magnetisierungsstrom für ZVS. Der wird aber möglichst knapp eingestellt, dafür lieber etwas mehr Totzeit.

Ja - der ist so klein wie es geht. Ich hab meinen LLC geregelt im Betrieb, ich muss recht hoch fahren können (>150kHz). Deswegen darf ich nur eine recht kleine Hauptinduktivität haben...es reicht gerade so, unter Anwendung von Tricks wie extended off Time, mit unter Vollast einer unnötig langen Totzeit und recht hohen Magnetisierungsströmen...unschöne Kompromisse....

Zitat:Original geschrieben von voltwide
Aufschlußreich könnte ein Wärmebild sein, unter Last und gleich zu Anfang, bevor sich überhaupt irgendwelche Temperaturunterschiede ausgleichen können.

Zitat:Original geschrieben von voltwide
Es könnte doch sein, dass in diesen Teilbereichen dann schon Kernsättigung auftritt mit entsprechend rapide ansteigenden Temperaturen.

Das Wärmebild zeigt dass der Kern kalt ist und eigentlich nur von der Wicklung geheizt wird. Ich nähere mich langsam an das Optimum an, bezüglich Kern/Wicklungsverlust. Das spielt der Sache auch in die Hände - bei reduzierter Windungszahl und höherem magnetischen Hub brauch ich weniger Luftspalt, für die gleiche Hauptinduktivität.
Es ist aber eindeutig die Wicklung selbst, die irgendwann recht schnell sehr viel heißer wird. Ich hab leider keins aufgenommen, mach ich aber wenn ich nächstes mal daran am basteln bin.

Zitat:Original geschrieben von alfsch
2. da die Verluste -wie du schreibst- erst bei rel. hoher Leistung und dann plötzlich ansteigen, denke ich eher an proximity/Stromverdrängung , evtl zusätzlich durch das Streu-magentfeld verstärkt

Jo, ich eben auch. Könnte ich das Streufeld wegnehmen, das sicherlich recht groß ist, wäre auch der Proximity bekämpft.

[voltwide]

Zitat:Original geschrieben von E_Tobi

zwischen Spule und Kern ist kein Platz für Sonden, das Wickelfenster ist knallvoll.

Das ist eigentlich immer schlecht hinsichtlich proximity Verlusten

[E_Tobi]

Bei massivem Leiter würde ich dir zustimmen, aber bei so feiner HF-Litze...lieber nur halb ausgenutztes Kupfer als gar kein Kupfer, oder nicht?

[voltwide]

Diese Regeln sind hier durchaus zu hinterfragen. Ich habe z.B. mal eine signifikante Verbesserung allein durchmehrere zehntel-mm dicke Iso-Zwischenlagen zwischen allen Wickellagen erreicht, und das trotz feiner HF-Litze - wobei der Kupferfüllfaktor natürlich in den Keller ging.
Und da die Windungslänge mit dem Durchmesser wächst, sind die äußeren Lagen immer besonders "lossy"

[christianw.]

Kann man denn "Sensorlagen" einschieben?

[E_Tobi]

So, update...

Einige Tests später:
- mit dem leicht permeablen Gap-Filler im Luftspalt keine Verbesserung
- Distributed Airgap: leichte Verbesserung, die Wicklung wird nicht mehr in der Mitte, beim Luftspalt, am heißesten, sondern überall gleichmäßig. Trotzdem sehr heiß.

Die Methode die Voltwide an anderer Stelle vorgestellt hatte (Gütemessung bei kurzgeschlossener Wicklung, usw) liefert widersprüchliche Ergebnisse.
Ich vermute das Messgerät ist der Auslöser. Es arbeitet bei meinen Trafos am Ende seines Messbereichs.

Der nächste Versuch wird also sein die Sekundärwicklung dünner zu machen, und mehr Abstand zwischen primär und sekundär zu bringen.
Schlimmstenfalls muss ich schachteln, wenn dann die Streuinduktivität zu hoch ist.

[voltwide]

(18.12.2016, 01:35 PM)E_Tobi schrieb: So, update...

Einige Tests später:
- mit dem leicht permeablen Gap-Filler im Luftspalt keine Verbesserung
- Distributed Airgap: leichte Verbesserung, die Wicklung wird nicht mehr in der Mitte, beim Luftspalt, am heißesten, sondern überall gleichmäßig. Trotzdem sehr heiß.

Die Methode die Voltwide an anderer Stelle vorgestellt hatte (Gütemessung bei kurzgeschlossener Wicklung, usw) liefert widersprüchliche Ergebnisse.
Ich vermute das Messgerät  ist der Auslöser. Es arbeitet bei meinen Trafos am Ende seines Messbereichs.

Der nächste Versuch wird also sein die Sekundärwicklung dünner zu machen, und mehr Abstand zwischen primär und sekundär zu bringen.
Schlimmstenfalls muss ich schachteln, wenn dann die Streuinduktivität zu hoch ist.

Ich gehe bislang vom 2-Kammer-Aufbau aus. Bei zu hoher Streuinduktivität kann man einen Teil der Primärwindungen in die Sekundärkammer verlegen - natürlich unter Beachtung der doppelten Isolierung.

Mit dem Thema bin ich auch nicht wirklich durch.
Der rapide Anstieg der Erwärmung im Grenzlastbereich ist vmtl erklärbar über die quadratisch mit dem Strom steigenden Cu-Leitungsverluste.

[E_Tobi]

Ich hab mal das nächste Kapitel aufgeschlagen.

Die Simu eines ETD59 zeigt zwischen den nicht-geschachtelten Wicklungen Feldstärken die fast das Niveau wie im Luftspalt erreichen.
Schachtelung entspannt das ganze um Größenordnungen.

Eine Folienwicklung bringt gut Querschnitt und wenig Fläche für Wirbelströme.

Also gebaut, Ls reicht nicht mehr (war klar). Jetzt geht's mit externer Induktivität. Mal sehen wie der Trafo in echt so läuft (nachm Urlaub)....rechnerisch/Simulatorisch dürften die Verluste um über drei Watt zurückgehen.

[voltwide]

Interessant. Wenn Du schon beim Simulieren bist: Was passiert mit der Stromverdrängung innerhalb einer mehrlagigen, unverschachtelten Wicklung, wenn man den Draht dick isoliert (abgesehen davon, dass man Cu-Querschnitt einbüßt)?

Die Sache mit der externen Drossel ist ein zweischneidiges Schwert. Sicher läßt sich bei verschachteltem Trafo mehr Leistung durchsetzen, andererseits besteht bei der externen Streudrossel immer die Gefahr der Sättigung. Am sichersten wäre an dieser Stelle wohl Eisenpulver, das hat aber hohe Wechselfeldverluste.

[Basstler]

Mein damaliger Versuch mit nem multi kW LLC lief auch ganz gut mit ner externen Spule.

Im Trafo (PM Kern) war auch kein Platz um die Wicklungen weit genug zu trennen, daher ging es nur so.
Vorteil der Nummer - man hat die Parameter komplett getrennt vom Übertrager im Griff.
Dafür ein Teil mehr in der BOM und auf der LK, aber in dem Leistungsbereich ist das dann auch schnuppe 

[E_Tobi]

Ich seh da auch eher weniger ein Problem. Boardfläche und Geld, das ists halt. Ohne find ichs auch eleganter, aber wenns ned gscheid gehd, ohne, dann gehds ned gscheid...

Mit genug Luft zur Sättigungsgrenze hab ich da wenig Bedenken was die Stabilität und die Verlustbilanz der Sache angeht.
Ich hab mal einen RM14 genommen, bei 100°C 30% Luft zur Sättigung. Das dürfte safe sein.

(23.12.2016, 04:26 PM)voltwide schrieb: Was passiert mit der Stromverdrängung innerhalb einer mehrlagigen, unverschachtelten Wicklung, wenn man den Draht dick isoliert (abgesehen davon, dass man Cu-Querschnitt einbüßt)?

Das kann ich nach den Feiertagen gerne mal durchlaufen lassen. Ich bräuchte nur ein paar Parameter....Welche Leiter, jeweilige Lagenzahl, parallel- oder Reihenschaltung der Drähte, Magnetisierungsstrom (RMS) und dann noch die zwei Abstände die du vergleichen willst.

Bei HF-Litze kommt keine "genaue" Verdrängung raus, sondern ein "Mittelwert" des AC-Widerstandes über den Gesamtquerschnitt.