Hallo allseits, ich bin gerade dabei, Übertrager für große Schaltnetzteile zu dimensionieren, und bin dabei auf folgende Frage gestoßen, über die ich nun schon Tage lang nachdenke: Welchen Einfluss hat eigentlich die Permeabilität des (Ferrit-)Kerns auf das Verhalten des Übertragers? In die Gleichungen des Idealen Transformators geht ja die Permeabilität nirgendwo ein. Ihr Einfluss dürfte sich also auf die Abweichung vom idealen Verhalten beziehen. Nur wie? Wenn man z.B. nach U = Bmax A f * N die Windungszahl berechnet, geht da ja die Permeabilität nicht ein. Eine Auswirkung, die ich mir vorstellen könnte: Je niedriger die Permeabilität des Kernes ist, desto mehr Feldlinien gehen durch die Luft statt durch den Kern - die Streuverluste werden größer. Aber ist das die EINZIGE Auswirkung der Permeabilität? Oder gibt es noch andere Effekte? Sollte man für einen Leistungs-Übertrager (100 kHz) eher Kerne mit hoher oder mit niedriger Permeabilität benutzen (bei gleicher Sättigungsflussdichte)? Viele Grüße Martin
Die Permeabilitaet bestimmt die Anzahl Feldlinien des B-Feldes, bestimmt also die Leistungsdichte. Das H-Feld wird duch die Wicklung erzeugt. Und die Aenderung des B-Feldes erzeuft die induzierte Spannung.
Bei einer hohen Permeablität brauchst du weniger Windungen --> dickere und kürzere Leitung möglich --> der ohmsche Widerstand sinkt. Abhängig von der Geometrie kannst du auf einen größen Ringkern mehr Abstand zwischen den Wicklungen lassen, wodurch die parasitäre Kapazitit sinkt. Wenn du Kernmaterial verwendest hast du immer das Problem der Sättigung. Bei einem höhen Strom sinkt sozusagen die Permeabilität wodurch die Induktivität sinkt. Eine wichtige Frage währe wohl, welche Induktivität du benötigst. Danach würde ich schauen, was am besten ist. Es gibt bestimmt auch einen Zusammenhang zwischen Permeabilität und Ummagnetisierungsverlusten des Materials.
Es ist relativ witzlos, nur die Permeabilität der Kernmaterial selber zu betrachten. Hinzu kommt der Luftspalt, und das ergibt eine Permeabilität für den ganzen Kern. Bei hoher Permeabilität bekommst du einen steifen Kern, d.h. auch wenn lange grosse Spannungsdifferenz an seinen Anschlüssen liegt, steigt der Strom nur langsam (hohe Induktivität) (bis zu Sättigung...). Das ist bei einem TRAFO für einen Flusswandler wichtig, denn dort willst du nur direkt vom Eingang auf den Ausgang übertragen, den Kern selbst willst du dir am liebsten wegdenken, du brauchst eine möglichst hohe Permeabilität des Kernmaterials für gute Koplung und möglichst ideales Trafoverhalten. Für einen Sperrwandler willst du aber gerade den steigenden Strom haben, damit du Energie in den Kern laden kannst (auch hier bevor die Sättigung dir eine Strich durch die Rechnung macht). Du willst hier niedrige Permeabilität aber hohes Sättigungsverhalten, daher einen (distributed) Luftspalt. Siehe http://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen
Hallo, vielen Dank für die Antworten. Den Artikel über Trafos und Spulen auf dieser Seite hatte ich zuvor gelesen, er gab mir aber keinen Aufschluss über die Frage. Also sollte bei einem Trafo für einen Flusswandler die Permeabilität immer möglichst hoch sein, ja? Mir ist klar, dass die Gesamtpermeabilität mit Luftspalt zählt, aber bei Flusswandlern ist ein Luftspalt ja meist unerwünscht und man verzichtet darauf. Natürlich hat die Permeabilität einen entscheidenden Einfluss darauf, welche Induktivität meine Wicklung hat. Aber wie kriege ich denn raus, welche Induktivität meine Wicklung möglichst haben sollte? @redegle: Du sagtest, dass man bei hoher Permeabilität weniger Windungen braucht. Wieso? Nach der "üblichen" Gleichung "U = Bmax A f * N" ist die benötigte Windungszahl ja gar nicht von der Kernpermeabilität abhängig? An welcher Stelle geht die in die Windungszahl ein? Viele Grüße Martin
@ Martin B. (brehministrator) >dieser Seite hatte ich zuvor gelesen, er gab mir aber keinen Aufschluss >über die Frage. Dann hast du ihn nicht verstanden. >Also sollte bei einem Trafo für einen Flusswandler die Permeabilität >immer möglichst hoch sein, ja? Ja. >welche Induktivität meine Wicklung hat. Aber wie kriege ich denn raus, >welche Induktivität meine Wicklung möglichst haben sollte? Pi mal Daumen sollte der Blindwiderstand der Wicklung um den Faktor 10 größer sein als der (transformierte) Lastwiderstand. dann ist auch der Magnetisierungsstrom nur 1/10 des (transformierten) Laststroms). Steht auch im Artikel. >Du sagtest, dass man bei hoher Permeabilität weniger Windungen braucht. >Wieso? Weil das so ist. > Nach der "üblichen" Gleichung "U = Bmax A f * N" ist die >benötigte Windungszahl ja gar nicht von der Kernpermeabilität abhängig? Logisch, weil das in der Formel nicht berücksichtigt wird, weil man (implizit) davon ausgeht, dass der Anwender sich darum kümmert. MFG Falk
> Du sagtest, dass man bei hoher Permeabilität weniger Windungen braucht. > Wieso? Die Windungszahl wirkt sich auf zwei Parameter aus, nämlich Induktivität und Flussdichte. Wenn du bei einem Durchflusswandler einen Ferrit mit höherer Permeabilität nimmst, brauchst Du weniger Windungen für die gleiche Induktivität. Dadurch steigt aber auch die Flussdichte, weil diese vom Spannungs-Zeit-Integral, der Windungszahl und dem Kernquerschnitt abhängt. Dann ist es aber auch meistens so, dass Ferrite mit höherer Permeabilität bei gleich großem Flussdichte-Ripple mehr Verluste erzeugen als Ferrite mit kleinerer Permeabilität, so dass B_max evtl. kleiner gewählt werden muss. Dadurch kann es sogar passieren, dass man mehr Windungen braucht, wenn man einen Kern mit größerer Permeabilität einsetzt.
Bei einem Trafo hat die Permeabilität direkt keinen Einfluß auf die nötige Windungszahl. Begrenzend ist da in der Regel Bmax. Eine Ausnahme hat man bei sehr kleinen Trafos (z.B. unter etwa 1 VA bei Netzfrequenz und normalem Eisenkern): da wird das vom Material gegbene Bmax nicht mehr erreicht, sondern der Leerlaufstrom und die Permeabilität legen die Grenze fest. Da gilt dann tatsächlich, dass man bei höherer Permeabilität weniger Windungen braucht, einfach weil Bmax größer wird. Einen ähnlichen Effekt sollte man auch bei kleine HF Trafos bekommen. Man könnte z.B: so vorgehen: Erstmal aus: U = Bmax A f * N das nötige N berechen. Dann mit dem N und der Permeabilität die Induktivität berechen. Wenn die Berechente Induktivität zu klein ist (z.B. die Grenze mit 10 fache Impedanz der Last), muß man mehr Windungen nehmen als nach der ersten Rechnung.
@Ulrich: Vielen Dank, das ist sehr hilfreich für mich. Ich kannte die Regel mit "10-fache Impedanz der Last" bisher nicht, bitte noch einmal erklären. Soll der Trafo mindestens die 10-fache Impedanz der Last haben (was mir komisch vorkäme), oder soll die Last maximal die 10-fache Impedanz des Trafos haben (was mir realistisch vorkäme). Und wenn ich danach nun den Primärkreis eines Gegentakt-Flusswandlers definieren möchte: Was ist dann eigentlich meine Last bzw. deren Impedanz? Beim Sekundärkreis ist es mir auch nicht ganz klar, aber da könnte man vllt. aus der Sekundärspannung und dem Sekundärstrom eine Impedanz berechnen... Ich bitte um Aufklärung. Viele Grüße Martin
Hallo nochmal, hatte Falks Beitrag eben noch gar nicht gelesen, sorry. Jetzt ist mir die "10-fach-Regel" klar. Verbleibt noch die Frage, was für meine Primärwicklung eigentlich der Lastwiderstand ist - ob man diesen einfach aus Primärspannung und Primärstrom nach R = U / I ausrechnen kann. Viele Grüße
@ Martin B. (brehministrator) >Primärwicklung eigentlich der Lastwiderstand ist - LastIMPEDANZ! Das ist der induktive Widerstand der Primärwicklung im Leerlauf! > ob man diesen einfach > aus Primärspannung und Primärstrom nach R = U / I ausrechnen kann. Nein, auch nicht im Leerlauf, es sein denn, man rechnet echt mit komplexen Zahlen. MFG Falk
Sorry, aber ich steh immer noch etwas auf dem Schlauch. Ich weiß jetzt also: "Pi mal Daumen sollte der Blindwiderstand der Wicklung um den Faktor 10 größer sein als der (transformierte) Lastwiderstand." Es geht ja um die Primärwindung des Flusswandlers. Ich muss jetzt also den Blindwiderstand der Wicklung der Primäseite sowie den transformierten Lastwiderstand der Primärseite bestimmen - und die beiden dann ins Verhältnis 1:10 bringen. Den Blindwiderstand der Wicklung kann ich bestimmen, der ist "2 Pi x f x L". Als ich grad fragte, was nun der Lastwiderstand ist, war die Antwort: "LastIMPEDANZ! Das ist der induktive Widerstand der Primärwicklung im Leerlauf!". Aber ist das nicht genau das Gleiche wie der Blindwiderstand? Ich sehe zumindest keinen Unterschied. Ich brauche ja zwei verschiedene Größen, wenn die im Verhältnis 1:10 stehen sollen. Viele Grüße
@ Martin B. (brehministrator) >den Blindwiderstand der Wicklung der Primäseite sowie den >transformierten Lastwiderstand der Primärseite bestimmen - und die >beiden dann ins Verhältnis 1:10 bringen. Ja. >Den Blindwiderstand der Wicklung kann ich bestimmen, der ist "2 Pi x f x >L". Ja. >Als ich grad fragte, was nun der Lastwiderstand ist, Nöö, du hast Kauderwelch gefragt. "was für meine Primärwicklung eigentlich der Lastwiderstand ist" Das ist konfus. >Ich brauche ja zwei verschiedene Größen, wenn die im Verhältnis 1:10 >stehen sollen. Ja. Blindwiderstand der Primärwicklung sowie transformierten Lastwiderstand, sprich, die Last am Ausgang über Ü^2 auf die Primärseite transformiert. Wenn du also 10:1 Prim:Sek übersetzt, und am Ausgang 100 Ohm hast, ist dein Transformierter Lastwiderstand 100 Ohm * 10^2 = 10kOhm. MFG Falk
Hallo Martin, schau hier http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html und Dir ist geholfen. Das "Wie" wird auch erklärt. Gruss Klaus.
Hallo, alles klar, jetzt verstehe ich das etwas besser. Vielen Dank nochmal an alle :-) @Klaus: Eine sehr gute Seite! Die wird mir sehr helfen. Martin
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