[alfsch]

Trafos und Drosseln haben ja unvermeidbar Verluste - klar.
zum einen im Kupfer, Widerst. des Drahtes, zum andern im Kern, Ferrit bei höheren Frequenzen.
nun die Frage: bezogen auf die Verluste im Kern, was muss man tun, um die geringer zu machen?
angenommen, es steht ein bestimmtes Volumen zu Verfügung, also die Kerngrösse ist schon "so gross wie möglich";

a: beim Trafo
b: bei (Speicher-) Drossel

zu a: ich muss versuchen, mehr Windungen drauf zu packen

zu b: ich muss weniger Windungen drauf machen

ist das richtig?

[voltwide]

ja, ist richtig

Die Kernverluste verringerst Du wirksam durch Reduktion des magnetischen Fluss-ripples

Beim Trafo ist die Wicklungsspannung vorgegeben, und über die Frequenz auch die Vsec-Fläche = das ET-Produkt. Hier sind mehr Windungen das Mittel der Wahl. Dabei wächst die Induktivität

B = ET / n*Ae

Bei einer Drossel (strom-getrieben) mußt Du Windungen abnehmen, um bei gebenem Stromripple die Magnetisierungsverluste einzudämmen. Dabei fällt die Induktivität

B ~ n*I

[alfsch]

schön

und was macht die Steuinduktivität im Trafo ? dh, wenn ich absichtlich mehr Streuung reinbaue, zb mit "Luft" zwischen Primär und Sekundär, ändert das was an den Verlusten ? sprich: produziert mehr Streuinduktivität mehr Verlust (und wo?) oder eher weniger oder ändert das nix an den Verlusten? grübel..

[urs]

Bei NF wären als Kernmaterial VM111 Bleche mit
0.35 mm Stärke günstig.
Bei HF ist HF-Litze 20x 0,071mm als
Wickelmaterial hilfreich. Hiervon werden bei
größeren Wandlern ganze Bündel verwendet
( weg.Skin-Effekt )

[voltwide]

Zitat:Original geschrieben von alfsch

schön

und was macht die Steuinduktivität im Trafo ? dh, wenn ich absichtlich mehr Streuung reinbaue, zb mit "Luft" zwischen Primär und Sekundär, ändert das was an den Verlusten ? sprich: produziert mehr Streuinduktivität mehr Verlust (und wo?) oder eher weniger oder ändert das nix an den Verlusten? grübel..

Beim Sperrwandler führt der Streuanteil zu entsprechenden Verlusten, die im snubber und in den Wicklungen verheizt werden. Faustformel 1% Streuinduktivität = 1% zusätzliche Verluste.Da ist also ultrafeste Kopplung angesagt.

Beim Durchfusswandler hat man lediglich eine induktive Reihenschaltung, die den Innenwiderstand erhöht, d.h. den Trafo "weich" macht. Hier wird im Wesentlichen zusätzliche Blindleistung generiert, die zusätzlichen Verluste sind entsprechend.
Und dann gibt es noch Resonanz- und LLC-Wandler, die diese Streuinduktivität sogar ausnutzen.

[alfsch]

- also , wenn ich Streuindukt. Extra einbaue, baue ich Verluste, sprich mehr thermische Verluste, in den Trafo ein ?

Um den Trafo weniger aufzuheizen, muss ich also moeglichst wenig Streu drin haben ?

[voltwide]

Trafo bezieht sich auf Durchflusswandler - Sperrwandler haben genau genommen keine Trafos.
Mit der Streuinduktivität baust Du da einen Reihen-Blindwiderstand ein.
Der ist zwar theoretisch verlustfrei, aber,
der Leistungsfaktor sinkt ab, nicht anders als wir es aus der 50Hz-Technik kennen,
und damit erhöhen sich die zirkulierenden Ströme -
und damit alle Verluste an den reellen Widerstandsanteilen wie Wicklungswiderstände, RDson der MOSFEts etc ppp..

Solange Du die Streuinduktivität nicht als Bestandteil eines Resonanzkreises nutzt, ist sie ein rein parasitärer Anteil, der den Innenwiderstand erhöht und den Wirkungsgrad herabsetzt.

[alfsch]

danke für die Erklärungen, erstmal;
dann beschreibe ich mein aktuelles Problem mal genauer:

der Trafo ist ein etwas "dickeres" Teil, Kernpacket mit Wicklung wiegt 35kg, Psoll 60kW ;

Antrieb kommt von 4 Invertern, gesamt 160A eff output;
als Draht ist primär 1200 x 0,2 mm , sek. 200 x 0,2 mm verwendet;
Stromdichte ca. pri. 4,3 A /qmm , sek. 3,2 A/qmm ;
die Last ist kapazitiv (Kabel usw. ) ca. 2nF, und Entladungs-elektrode ca. 1nF , da leuchtet das Plasma

das Ganze ist resonant, bei etwa 20kHz :


es läuft im Prinzip, bei 20Khz, wie berechnet, aber....
nun das Problem:
ich bekomme , so wies aussieht, zuviel Verluste im Trafo; das Kernpaket ist in 40 L Öl versenkt und aussen ist ne Wasserkühlung vorgesehen; vorerst getestet ohne Wasserkühlung, steigt die Temperatur in 45 min auf etwa 67° , bei 35kW ; wenn ich richtig gerechnet habe, sind da etwa 1400 W Verluste im Trafo; da ich -mit Wasser- etwa 2kW abführen kann, aber jetzt bei vollen 60kW wohl > 2,5kW Verluste zu erwarten sind, sehe ich das Problem kommen: zuviel Verluste im Trafo ; MIST...

+ die Streuinduktivität soll -in Reihe zu den Vor-Drosseln - die Belastung dieser Drosseln reduzieren (die sind mit Luft gekühlt und werden evtl. zu heiss, wenn sie allein die gesamte Speicherdrossel darstellen ) , wenn ich etwa 50% der Induktivität durch Streu.. im Trafo bekommen könnte , wäre das perfekt für die Vordrosseln, die dann entsprchend weniger Induktivität bringen müssen und somit weniger belastet sind.
Nun scheint aber der Trafo mehr Verluste zu erzeugen, als ich weg-kühlen kann : warum nur ? kommt das von der Streuinduktivität ? und was kann ich verbessern ?

[voltwide]

Du solltest vlt mal eine vollständige spec liefern - mit allen relevanten Parametern.
Damit könnte ich den Flux-swing berechnen um etwas über die Kernverluste sagen zu können.
Es ist ja bislang nicht klar, ob Du mehr mit Kern- oder Wicklungsverlusten (proximity-Effekt) zu tun hast. Überwiegend Wicklungsverluste halte ich, trotz Litze, für wahrscheinlich. Ich hab mal entsprechende Untersuchungen gelesen (Dartmouth College), wonach es durchaus lohnen kann, von 0,2mm auf 0,05mm Litzen zu wechseln

Eine 2-Kammer-Wicklung zur Erhöhung der Streuiduktivität käme in Betracht.
Wieweit sich das auf die Trafoverluste auswirkt, weiß ich auch nicht, meine Erfahrungen enden bei 400W. Zumindest hatte ich den Eindruck, dass bei 2-kammer-Wicklung an der Grenze Primär-Sekundär die Wicklungen am heissesten werden (proximity?).

Und bist Du sicher dass die Speicherdrossel nicht in die Sättigung fährt?
Dieses Problem hat man nicht, wenn die Streuinduktivität dies voll übernimmt.
Die größte Streuinduktität erreicht man offenbar mit einem CC-Kern und zwei separaten Wicklungen, verteilt auf beide Schenkel (so wie beim Philbert-Trafo).
Ich hatte dieses Spielchen ja mit einem alten Zeilentrafokern im LLC-Wandler hier mal vorgeführt.

In jedem Falle finde ich 5% Trafoverlust reichlich hoch

[alfsch]

eine vollständige spec ...gar nicht so einfach, weil das Ding ja resonant betrieben wird und ich die echte Last (wegen der Entladung, die ja Fläche und damit Kapazität abhängig von Spannung und Leistung ändert) nicht genau kenne - genau kann ich nur die Kapazität ohne Saft drauf messen: das sind 2400pF .

ok...dann die Kerne: 32 x U-Kerne , db anbei , ca. 20x30mm Querschnitt; somit ges. A : 9600 qmm ;
Spannung primär: ca. 1200V eff (bei 20kHz) ; max. Strom kann 160A eff sein (Limit der Inverter); ich denke, bei voller Last könnten pri. 1500V eff anliegen;
Ü etwa 1:10 ; (oder 1: 8 , wenn Anzapfung benutzt wird);
sek. gemessen 40kVss , bei ca. 30Ass , bei 35kW ;
prim. Wickel: 10,5 Wdg. , 1200 x 0,2 mm ; 2 Lagen ;
sek. Wickel : 80 bzw 100 Wdg. (Anzapfung) , 200 x 0,2 mm ; in 5 Lagen (je 20Wdg.);
Isolation ist Trivoltherm (3-Schicht Nomex/Mylar) in Öl ; unter Vakuum befüllt;
Abstand pri-sek ca. 7mm , um mehr Streu reinzubekommen; (und Öl durch den Wickel, zwecks Kühlung );
fehlt noch was an specs ?

[alfsch]

wg. der Speicherdrosseln: die sind sicher nicht in Sättigung , bisher, aber ist ja auch noch ne Ecke unter der maximalen Leistung ; das Problem kommt dann, wenn die Drosseln so stark belastet werden, dass ihre Temperatur >100° steigt....Bmax wird dann wieder geringer und sie können in die Sättigung kommen; daher das Bemühen, einen Teil der Induktivität im Trafo "einzubauen" , um die Drosseln (mit mehr Luftspalt) weniger zu heizen.
+
2-Kammer : habe auch schon daran gedacht, pri + sek nebeneinander zu wickeln; aber : wegen der Abstände der HV-Wicklung zur Umgebung ist das nicht ganz einfach, daher erstmal Wickel in voller Breite aufeinander .

zu erwarten sind maximal Spannungen von 60kVss , da habe ich bei Versuchen mit nem kleinen Trafo in Luft Überschläge von 60..70mm Länge produziert;
und der Hammer: auch im Öl nen Blitz mit ca. 8mm Länge!
(ich muss also schon >10 mm Abstände im Öl haben, damit es nicht knallt)

[voltwide]

Bei diesen UU-Kernen bieten sich imho getrennte Primär- und Sekundärspulenkörper an, jeder auf einem eigenen Schenkel. Das gibt maximale Streuinduktivität.

Die Kernverluste kannst Du bestimmen im Leerlauffall, dabei mußt Du nur dafür sorgen, dass sich die Frequenz entsprechend Volllast einstellt - dann hast Du dieselben magn Flusswechsel wie unter Vollast.

[voltwide]

Wie groß sind Primärinduktivität und der Primär-Serienresonanzkondensator?

[voltwide]

Zum Trafo eine kurze Berechnung:

PrimärSpannung Vprim 1200 Veff
PrimärKurvenform Rechteck
PrimärFrequenz F 0,02 MHz
Primär-Vsec-Fläche ET=Vprim/4*F 15000 uVsec
Kernquerschnitt Ae 5,60E+002 mm²
Anzahl der Kerne Nc 32
Gesamt-Querschnitt Atot=Ae*Nc 1,79E+04 mm²
Windungszahl primär Nprim 10,5
magn. Fluß Phi=ET/Nprim*Atot 0,079 Tesla

Danach komme ich auf doppelt so viel Kernquerschnitt wie Du.
Und auf einen magnetischen Fluss von +- 0,08T.

Das ist eher verschwindend wenig Magnetisierung, dafür unnötig viel Wdg.
Wenn ich mich nicht verhauen habe, heißt dass, dass Du mit der Windungszahl insgesamt deutlich runtergehen solltest.

Oder Du senkst die Taktfrequenz ab auf vlt 8kHz.

[alfsch]

pri. Induktivität (glaube) ca. 5mH (war 4,6 oder 5,6mH ..vergessen);
pri. Kap in Reihe 120 uF - der sollte mit der Resonanz nix zu tun haben
Streu Ind. ist 33uH ;
es sind je 2 U-Kerne gegen-einander gestellt, bilden also ein grosses O , mit etwa 70 x 126mm Wickelraum; somit 8960 mm² gesamt Querschnitt;
die geringe Magnetisierung war gedacht, um eben möglichst wenig Erwärmung zu produzieren
ich hatte 0,15 T angedacht, weil prim. Spannung (je nach Last) bis zu 2kV eff sein könnte und Frequenz bis 16kHz runter gehen könnte - was dann immer noch keine Sättigung ergeben sollte; daher dachte ich, besser, mehr Ferrit und mehr Windungen drauf, um bei den "erwarteten" Betriebsbedingungen weniger Magnetisierung zu haben und weniger Verluste im Trafo; daher rätsel' ich mich eben so, warum das Teil so schnell aufheizt...doofe Sache

so sind die Kerne angeordnet:
von oben /Querschnitt:


und von der Seite /Querschnitt:

[voltwide]

ok, also hast Du den Gesamtquerschnitt von 16 Kernen, und danach stimmen Deine Berechnungen mit meinen überein.

Bei nur 20khz Taktfrequenz würde ich bis +-0,3T gehen. Nach meiner Erfahrung hat man selbst damit überwiegend Kupferverluste.

Und wie gesagt, Du kannst ja mal den Leerlauftest machen zur Bestimmung der Kernverluste. Dabei könntest Du sie sogar über die Eingangsleistung annähernd bestimmen.

[voltwide]

handelt es sich überhaupt um einen LLC-Wandler?
Dein Kern hat offenbar keinen Luftspalt - wie bekommst Du da ZVS hin?

Das Optimum könntest Du ermitteln durch einen Test mit einstellbarer (=ungeregelter) Taktfrequenz: Abgleich auf besten Wirkungsgrad
Bei Sperrwandlern war das meist bei einer Magnetisierung von 0,4T, also hart am Sättigungspunkt.

[alfsch]

nee, is im Prinzip ein serien-Resonanz-Kreis , wie im simu Bild gezeigt.
Trafo hat kein Luftspalt, bewirkt quasi Anpassung der Last-Kapazität (bzw erzeugt die nötige HV an der Last); die Serien-Drosseln haben natürlich Luftspalt;
ZVS wird nur ..hm..eher "zufällig" erreicht, der controller fährt die Taktfrequenz von höherer Frequenz her, nah an die Resonanz - bis gewünschte Leistung erreicht wird, und regelt dann auch dauernd nach (die Last ist ja ne rotierende Walze, dh es ist ne kleine periodische Modulation der Last unvermeidlich)

[voltwide]

Verstehe, also Serienschwingkreis aus Streuinduktivität und zurücktransformierter Sekundärkapazität.
Ganz unabhängig von diesem Wirkmechanismus könntest Du mit einem Luftspalt die Primärinduktivität verringern, entsprechend den Magnetisierungsstrom erhöhen und auf diesem Wege ZVS gewährleisten.

[voltwide]

und noch was: Die an der Primärwicklung anliegende Spannung ist eher sinusförmig.
Die bisherigen Berechnungen basierten aber auf einer rechteckförmigen Spannung.
Damit ist die tatsächliche Magnetisierung um den Faktor Wurzel(0,5) zu korrigieren.