Unterschied zwischen Trafo und Royer Converter

Ein Trafo ist mit seinen Primär und Sekundärwicklungen statisch 
fix.Diese Royer Converter werden ja dazu benötigt um eine 
Leistungsübertragung teilbar oder drehbar zu gestalten also ohne 
Schleifringe etc. Wo die Knackpunkte sind kann ich im Detail nicht sagen 
weil ich zu wenig darüber gelesen habe.

Die Schwingkreistopologie dient dem "Zwischenspeichern" von Energie. Im 
Falle des Senders von noch nicht abgegebener Energie, im Falle des 
Empfängers von noch nicht aufgenommener Energie. Bestes Beispiel für 
eine derartige Übertragung ist der Tesla-Generator.

Der Kern eines Transformators verbessert lediglich den "Übertragungsweg" 
zwischen den elektromagnetisch gekoppelten Leitungssystemen, in dem das 
Feld (in diesen Fall überwiegend der magnetische Anteil) in eine 
bestimmte Konformation "gezwungen" wird.

Demgegenüber steht die Elektromagnetische Ausbreitung im "leeren Raum" 
die einer Übertragung allerlei "Widerstand" entgegen bringt. Unter 
anderem wegen der "freien Ausbreitung" des Feldes. Hierbei ist ein 
abgestimmtes Doppelschwingkreissystem von Vorteil. Und wegen des 
einfacheren Aufbaus solcher Schwingkreise höhere Frequenzen. Wobei die 
Frequenz wiederum durch die weiterverarbeitenden Elemente (Transistoren, 
Dioden) begrenzt wird.

So meine einfache Sichtweise um vielleicht den Wald wieder erkennbar zu 
machen.

Hallo.

Danke für die Antworten bis jetzt. Das macht schonmal einiges klarer.

Zu der Auslenkung der Bewegung: Die innenliegende Spule sollte sich 
insgesamt um 80 mm bewegen. Die Anordnung ist so geplant, dass ich die 
Primärspule mittig anbringe. Daher ergibt sich eine Entfernung vom 
Mittelpunkt zu 40 mm.

Die Leistung von 1 Watt ist die obere Grenze. Mehr brauch ich eigentlich 
nicht. Geplant ist die Versorgung eines Sensors und entsprechender 
Elektronik. Der Sensor benötigt im Maximalfall 0,25 W.

- Besteht die Möglichkeit, einen Datenstrom neben der Energieübertragung 
über die gleichen Spulen zu übertragen?

Bei RFID wird das ja z.B. mit Lastmodulation gemacht. Der Grund liegt 
nach meinem aktuellen Verständnis ja bei der Modellierung eines 
Datensignals auf einem Träger nahe der Energieversorgung. Damit hat man 
beim Schwingkreis noch ausreichende Übertragung abhängig vom Q Faktor.
Betrachte ich aber den Aufbau als Trafo ohne Schwinkreis, so könnte ich 
ja theoretisch eine Energieübertragung auf einer Frequenz realisieren 
und einen Datenstrom zusätzlich einkoppeln. Dieses sollte sich doch auch 
einfacher übertragen lassen wie z.B. bei RFID.

Mir sind die Grenzen noch nicht ganz klar, wann zwei Spulen als Trafo 
angesehen werden können und wann als "Übertragungssystem". Klar, 
Abhängig vom Abstand und somit der Kopplung. Aber ist das allgemein so?

- Ich überlege, mit geeigneter Flussführung ein Übertragungssystem zu 
bauen, was eine gestreckte Spule und eine bewegliche Spule beinhaltet. 
Somit befindet sich die bewegliche Spule immer in einem Teil des 
Magnetfeldes. Die Kopplung ist somit zwar schlechter, aber sollte doch 
hoch genug werden um ein Watt übertragen zu können, oder?

Vielen Dank für die Mühe! Ich weiß die Hilfe für meine Denkblockaden 
wirklich zu schätzen!

pst69de schrieb:
> Die Schwingkreistopologie dient dem "Zwischenspeichern" von Energie.

Ok. Soweit klar. Aber das kommt ja vermutlich daher, dass ich bei einer 
freien Ausbreitung mehr Energie einkoppeln muss um überhaupt was raus zu 
bekommen. Also dient der Schwingkreis dazu, die kurzzeitig abzugebende 
Leistung des Verstärkers zu erhöhen, oder?

Mit den anderen Teilen deines Posts stimme ich über ein und habe ich 
auch so verstanden. Danke!

Hi.
Danke für die Antworten. Sry, dass ich nicht geantwortet habe. War das 
Wochenende weg...

Die geposteten Übertragungssysteme hab ich schon gefunden. Allerdings 
habe ich da bis zum jetzigen Zeitpunkt keine nützlichen Infos rausholen 
können...
Zu dem geposteten Energieübertragungssystem hab ich mal zwei Fragen:

- Wieso nehmen die primärseitig nur eine Leiterschleife? Das ist doch 
mit viel Strom verbunden... Welche Vorteile hat das?

- Bei dem hier:
http://www.vahle.de/produkte/beruehrungslose-energieuebertragung-cps.html
Das E-Pickup Prinzip ist mir klar. Das Flach Pickup System nicht. Da 
wird doch die Spule nicht wirklich durchflutet, oder? Die müsste doch 
rotiert werden, sodass sie senkrecht zur Fläche zwischen der Primärspule 
steht?!?

Wenn das so gehen würde, wäre das je Lageunabhängig, was ich mir bei der 
Anordnungn nicht vorstellen kann.... Oder übersehe ich etwas?


- Noch mal zu der "auseinandergezogenen" Primärwicklung:
Wie rechnet man sowas? Kann ich das folgendermaßen sehen:

Wenn meine Primärspule z.B. 4 mal so lang ist wie die Sekundärwicklung, 
dann hab ich immer nur ein viertel gekoppelt und drei viertel ist eine 
reine Induktivität. (stark vereinfacht)
Dann sollte ich doch theoretisch ein Trafo ESB haben mit einer 
Streuinduktivität und 4 Wicklungsinduktivitäten und 4 ohmschen 
Reihenwiderständen. oder?

Danke sehr

Ok.... Wirkt auf den ersten Blick alles schlüssig.... :-)

Vielen Dank soweit. Ich bin schon ne Weile an den Berechnungen dran. 
Immer mit kurzen Recherchepausen dazwischen. Ist ziemlich komplex finde 
ich.
Ich denke, dass ich den Rest selbst recherchieren und lösen kann.

Danke für die ganzen Tips und Infos!

Hi.

Ich wollte mal meine Erfahrungen, Beobachtungen und Fragen nach dem 
Aufbau und der Inbetriebnahme schreiben. :-)
Vielleicht gibt es ja jemanden, der noch Interesse daran hat, oder aus 
meinen Beobachtungen auch was mitnehmen kann...

Ich habe einige Berechnungen zum Magnetkreis, zu Spulen, zur Kopplung 
und zu den erwarteten Leistungen erstellt.
Die Ergebnisse waren recht ernüchternd, wodurch ich mit meinem teilweise 
mathematisch vereinfachten Aufbau (schlechteste Werte angenommen) nur 
auf ca. 19mW am Ausgang kam.
Das Problem ist der hohe magnetische Gesamtwiderstand durch den hohen 
Luftspalt. Dadurch benötige ich eine große Primärspule die durch die 
ganze Luft eine niedrige Impedanz aufweist. Das verursacht einen hohen 
Strom.
Die kleine Flussdichte im Kern mit den kleinen Abmessungen ergeben sehr 
wenig Ausgangsleistung.
Wenn ich dann nach den Methoden von dem Transformator Artikel hier auf 
der Seite vorgehe, erhalte ich eine Leistung von 5,6W am Ausgang. Das 
wäre ja soweit gut.

Meine Erkenntnnis: Passt was net! :-)

Also hab ich kurzerhand mit meinen Kernen (die ich anhand der Geometrie 
mal für paar Cent mitbestellt habe) die Spulen dimensioniert und diese 
gewickelt.
Somit hab ich einen Kern mit 1,8mm Durchmesser und 30mm Länge. Darauf 
befinden sich ca. 133 Windungen vom 0,02er Draht.
Dann hab ich eine Luftspule mit ca. 90mm Länge und 5mm Durchmesser mit 
200 Windungen und 0,45er Draht. Drumherum sind Ferritkerne, sodass ich 
eine Rohrähnliche Anordnung hab.

Das ganze dann mit einem BUZ11 als Sperrwandler in Betrieb genommen und 
getestet.
Berechnet hab ich alles bei 25kHz, mehr Ausgangsleistung (Faktor 3!) hab 
ich bei niedrigerer Frequenz. Wirkungsgrad hab ich noch nicht 
betrachtet. Läuft aktuell bei 20kHz.
Bei einem Duty Cycle von 50% hab ich am Eingang 5V und über 1A. Da geht 
mein Netzteil hier in die Strombegrenzung. Als Ausgangsspannung habe ich 
hinter einem Gleichrichter mit Kondensator noch 1V bei einem 500 Ohm 
Widerstand.
Regel ich den Duty Cycle auf 10%, steigt meine Ausgangsspannung auf 9V 
und mein Eingang sinkt auf 20V und 0,18A. Das sind im Gegensatz zu den 
5W von eben nur noch etwa 4W.

Ich habe dann versucht die Spannung zu erhöhen, was mir meine 
Freilaufdiode übel nahm. Also hab ich sie rausgelötet und festgestellt, 
dass ich nun die Spannung am Eingang hochregeln kann und am Ausgang auch 
mehr Spannung habe. Bei gleichem Lastwiderstand folgt auch mehr 
Leistung.

Nun kann ich die Eingangsspannung ohne Probleme auf 25V regeln, was ich 
vorher auch berechnet habe. Bei einem Strom von 0,15A am Eingang komme 
ich auf etwas über 4W. Am Ausgang habe ich nun knapp 18V trotz meines 
Brückengleichrichters. Bei 500 Ohm Last sind das fast 0,7W. Das find ich 
schonmal erstaunlich!

Die Grenze ist aktuell die Durchbruchspannung vom BUZ11, die bei 50V 
liegt. Da bricht der bei zu hoher Eingangsspannung durch die 
Selbstindukton durch und wird warm.... :-)
Erwärmung der Spulenanordnung liegt bei geschätzten angenehmen 30°C.

Ich möchte nun noch paar Sachen untersuchen, die ich bei Bedarf auch 
gerne hier vorstellen kann. Ich bin auch für weitere Tips dankbar! Hier 
das, was ich noch untersuchen möchte:

- Warum hab ich bei 10% Duty Cycle bessere Übertragung, wie bei 50%?
- Warum hab ich bei 10 kHz bessere Übertragung wie bei 25 kHz oder mehr?
- Bringt mir ein Schwingkreis was, um die Eingangsleistung zu 
verringern?

Wie gesagt, bin auch noch dankbar für Tips. Ergebnisse werde ich dann 
auch vorstellen.

Danke

Danke für die Antworten. An einigen Stellen hab ich etwas im Text 
gespart, damit der nicht so lang wird. Dadurch kamen ein paar 
Missverständnisse. Und ein Fehler ist mir aufgefallen.

Auf der Primärspule hatte ich einen 0,02er Draht berechnet. Verwendet 
wurde jedoch ein 0,1er.

Falk Brunner schrieb:
>>Dann hab ich eine Luftspule mit ca. 90mm Länge und 5mm Durchmesser mit
>>200 Windungen und 0,45er Draht. Drumherum sind Ferritkerne, sodass ich
>>eine Rohrähnliche Anordnung hab.
>
> Das klingt nicht sinnvoll. Ich hab dir doch nicht umsonst die Links
> geschickt. Deine Primärwicklung ist ein dicker Draht mit EINER Windung.
> Wie du richtig erkannt hast, fließen hier große Ströme bei kleinen
> Spannungen, der Koppelfaktor ist auch eher mäßig. Aber deine
> Sekundärspule die z. B. auf einer Ferrithülse gewickelt ist, kann man
> einfach auf deine Primärwicklung schieben!

Diese Anordnung kann ich so nicht machen. Ich habe eine gekapselte 
Stange in die ich die Energie reinbringen muss. Also eine große 
Primärspule und eine kleinere Sekundärspule. Das ist durch meinen Aufbau 
so vorgegeben.
Aber wie kann das funktionieren? Wenn ich einen Leiter habe, rotiert 
mein magn. Feld drumherum. Wenn ich dann ne Spule drüber stecke, rotiert 
mein Feld im Spuleninneren, was mir aber doch keine Induktion bringt, 
oder? Zumindest statisch gesehen. Oder betrachtet man das dynamisch in 
der Annahmen, dass das Feld sich am Leiter "entlang bewegt"? Dann würde 
das Feld ja wandern und es geht.....

Falk Brunner schrieb:
>>Das ganze dann mit einem BUZ11 als Sperrwandler in Betrieb genommen und
>>getestet.
>
> NE! Ein Resonanzwandler ist allesa andere als ein Sperrwandler! Und
> gerade der Sperrwandler reagiert ausserordentlich sauer auf
> Streuinduktivitäten! Der Royer Converter nicht! Siehe Artikel!

Den BUZ11 hab ich aus zwei Gründen genommen: Sehr kleiner Bauteilaufwand 
und sehr einfach zu steuern, da ich einfach nen Funktionsgenerator dran 
hängen kann. Ich habe gelesen, dass Schaltnetzteile auch so arbeiten und 
hab einige Schaltpläne gefunden. Daher habe ich diesen Aufbau gewählt.
Bei dem Royer Converter hier auf µC.net hat die Primärwicklung 3 
Abgriffe und noch eine Steuerwicklung, was ich vermeiden wollte. Was ich 
nun aber noch aufbauen will, ist ein Gegentakt Resonanzwandler, damit 
ich einen Vergleich habe.

Falk Brunner schrieb:
>>Bei einem Duty Cycle von 50% hab ich am Eingang 5V und über 1A. Da geht
>>mein Netzteil hier in die Strombegrenzung.
>
> Also ist was faul!

Genau. Ich denke, dass mein Strom zu groß wird für das Netzteil.
Allerdings ist auch schon bei 30% das Netzteil nicht mehr in der 
Strombegrenzung und am Ausgang kommt weniger an wie bei 10%.

Falk Brunner schrieb:
>> Als Ausgangsspannung habe ich
>>hinter einem Gleichrichter mit Kondensator noch 1V bei einem 500 Ohm
>>Widerstand.
>
> 2mW 8-0
> Macht 0,04% Wirkungsgrad.
>
>>Regel ich den Duty Cycle auf 10%, steigt meine Ausgangsspannung auf 9V
>>und mein Eingang sinkt auf 20V und 0,18A.
>
> Wieso sinkt? Die Spannung geht hoch

Sry, habe mich falsch Ausgedrückt. Die Leistung geht runter. Während ich 
bei 50% mit 5V und 1A schon 5W am Eingang habe, habe ich bei 10% zwar 
20V und 0,18A, was aber nur 3,6W entspricht. :-) Das habe ich 
gemeint....

Falk Brunner schrieb:
>>Ich habe dann versucht die Spannung zu erhöhen, was mir meine
>>Freilaufdiode übel nahm.
>
> Ein Sperrwandler hat keine. Nur eine Gleichrichterdiode auf der
> Sekundärseite.

Genau deswegen habe ich sie dann rausgelötet... :-) War ein Fehler. Aber 
dadurch lernt man ja auch was.

Falk Brunner schrieb:
> In der Tat, aber das basiert nicht auf zielgerichtetem Design sondern
> eher auf Glück. Dein Wirkungsgrad ist immerhon schon bei 18%.

Das mag sein, aber ich möchte ja auch was lernen. Und die Versuche 
dienten auch dazu, verschiedene Einflüsse kennen zu lernen. Deswegen 
habe ich hier auch bewusst viel experimentiert.
Berechnet habe ich das alles auch vorher, jedoch scheitert schon vieles 
daran, dass ich die genaue Kopplung nicht weiß, dass ich den Magnetkreis 
schlecht abschätzen kann und dass ich noch nichtmal genau berechnen 
kann, welche Induktivität meine Spulen haben werden....
Daher habe ich versucht, meine vorherigen Annahmen und Optimierungsideen 
dann auch praktisch anzuwenden....

Falk Brunner schrieb:
>>- Warum hab ich bei 10% Duty Cycle bessere Übertragung, wie bei 50%?
>
> Du hast den Sperrwandler noch nicht verstanden. Ausserdem ist der für
> deine Anordnung nicht wirklich gut geeignet.

Ich denke schon, da er ja die Energie durch Speicherung in der Spule 
überträgt. Vielleicht nicht alles, aber das grobe Konzept ist mir klar. 
Ob er dafür wirklich geeignet ist, kann ich mit wenig Erfahrung auf 
diesem Gebiet schlecht einschätzen. Betrachte ich das System als gut 
gekoppelten Royer Converter, dann nein. Aber als schlecht gekoppelter 
Trafo, dann ja.... Da habe ich in einigen Dokumenten gelesen, dass der 
Sperrwandler sehr gut ist. Aber ich bin nicht sicher. Daher will ich nun 
noch den Resonanzwandler aufbauen und testen.

Falk Brunner schrieb:
>>- Bringt mir ein Schwingkreis was, um die Eingangsleistung zu
>>verringern?
>
> Ein Royer Converter würde nicht gegen sondern MIT der Streuinduktivität
> arbeiten.

Da versuche ich mich nun nochmal rein zu arbeiten. Durch den 
Schwingkreis bleibt die Energie der Selbstinduktion wohl im System. 
Soweit zumindest meine aktuelle Kenntnis. Das muss ich nun noch näher 
untersuchen...

Jörg Wunsch schrieb:
> Falk Brunner schrieb:
>> Deine Primärwicklung ist ein dicker Draht mit EINER Windung.
>
> Neugierige Seitenfrage:
>
> Wie stellt man das dann an, da noch eine Rückkopplungswicklung
> draufzufädeln?  Ich erinnere mich so ungefähr an den Artikel, da
> hat man ja normalerweise eine doppelte Primärwicklung von was um
> die 10 Windungen und dann noch eine doppelte Rückkoplungswicklung
> von 2 x 1 Windung.

Da das ist doch einfacher Dreisatz: Du brauchst 2 x 0,1 er Windungen! 
:-)
Spaß beiseite, denke dass das hier anders geregelt wird....

Falk Brunner schrieb:
> Ach ja, ich glaube hier ist ein Fehler drin.
>
> http://www.vahle.de/produkte/beruehrungslose-energieuebertragung-cps.html
>
> Beim Flach-Pick Up (scheiß Denglisch) mus die Sekundärspule um 90 Grad
> gedreht werden, damit sie parallel zu Primärwicklung liegt. So wie
> dargestellt ist die Kopplung minimal.

Das habe ich oben in meinem Beitrag gemeint, als ich geschrieben hab, 
dass mir das nicht ganz klar ist! Danke! :-)


Danke sehr für die Anmerkungen!

Falk Brunner schrieb:
>> Was ich
>>nun aber noch aufbauen will, ist ein Gegentakt Resonanzwandler, damit
>>ich einen Vergleich habe.
>
> Das ist bei deinem Kenntnisstand drei Nummern zu groß. Der Royer
> Converter ist einer der einfachsten Resonanzwandler, darum auch meine
> Empfehlung.

Hmm... Ich finde die Anordnung mit zwei Mosfets und einem 
Frequenzgenerator angenehmer, wie den Aufbau, den du gepostet hast. Also 
nicht falsch verstehen. Danke für den Hinweis. Ich hab auch noch nicht 
alles gelesen. Das werde ich noch tun.
Aber vielleicht reden wir auch von was anderem. Ich möchte einfach den 
einen Mosfet, der als Sperrwandler arbeitet, in einen Resonanzwandler 
ändern. Also dass die Spule in zwei Richtungen durchflossen wird und ein 
C für die Resonanz dazu kommt. So in etwa:
http://www.trifolium.de/netzteil/kap10.html
Das erste Bild: Bild10a
Dass es hier nicht einfach mit Anschließen getan ist, ist mir bewusst, 
muss dazu auch erst noch paar Sachen recherchieren. Aber das ist ja auch 
das, was deine Schaltung macht...

Falk Brunner schrieb:
>>Genau. Ich denke, dass mein Strom zu groß wird für das Netzteil.
>
> Nein, dein Strom wird zu groß, weil deine Dimensionierung der
> "Schaltung" nicht passt. Einfach rigendwie eine Spule takten ist KEIN
> Schaltnetzteil, schon gar nicht eine induktive Energieübertragung. Das
> ist einefach nur Murks.

Ich hab ja auch noch nie von einem fertigen Schaltnetzteil gesprochen. 
Ich habe viele Berechnungen durchgeführt, aber möchte eben meine 
Berechnungen verifizieren. Dass das dann net sofort klappt, war mir 
klar. Ich habe in meinen Berechnungen einige Werte schätzen müssen. Wenn 
ich die so hätte schätzen können, dass es passt, dann hätte ich hier 
nicht nach Hilfe gefragt...
Aktuell hab ich einen Testaufbau gemacht, mit dem ich einige Sachen eben 
testen möchte. Das ist weder: "einfach irgendwie Spulen wickeln", noch: 
"Murks". Respekt, wenn du die Sachen alle kannst. Aber ich bin erst auf 
dem Weg dahin. Trotzdem ist das dann kein Murks....

Falk Brunner schrieb:
>>Genau deswegen habe ich sie dann rausgelötet... :-) War ein Fehler. Aber
>>dadurch lernt man ja auch was.
>
> Naja, da hab ich so meine Zweifel. Du bastelst nur rum, ohne dir mal
> vorher die Grundlagen vernünftig anzusehen.

Das hab ich ja eben schon beantwortet. Deine Anschuldigungen sind hart 
zu lesen... Find ich schade, dass man sowas geschrieben bekommt. Ich 
habe mir sehr wohl einige Sachen angesehen. Aber man kann nicht alles 
auf einmal wissen und auch nicht alles auf einmal sehen. Aber nochmals 
schade sowas zu lesen.

Falk Brunner schrieb:
>>schlecht abschätzen kann und dass ich noch nichtmal genau berechnen
>>kann, welche Induktivität meine Spulen haben werden....
>
> Das kann man messen. Ein einfaches LCR MEter reicht.

Das habe ich ja getan. Aber um was zu messen muss ich was wickeln. Um 
was zu wickeln, muss ich was berechnen. Um was zu berechnen brauch ich 
Werte. Die kann ich ohne Spule nicht messen..... Ein Teufelskreis! :-)

Ich habe mich letztenendlich an dem Artikel über Trafos hier orientiert. 
Leider habe ich keine AL Werte für meinen Aufbau...... ;-)

Also hab ich die geschätzt, was logischerweise nicht geht. Aber nun hab 
ich ne Geometrie, ne Spule und eine Berechnung. Nun hab ich die Spulen 
gemessen und kann anhand der Messungen meine Rechnungen korrigieren.

Danke für die Antworten. Ein bisschen netter dürfen sie trotzdem sein! 
:-)