Transformator simulieren und Wirkungsgrad verbessern

[Michael S. (unddasistgutso)]

Hallo,

ich versuche mich grade an einem kleinen Transformator.
Leider passt meine Simulation nicht zu meinen Messwerten.
Die Simulation erreicht eine Effektivität von um die 90%, meine
Messung nur 50%, die Resonanzfrequenz stimmt.
Entweder ist das Modell schlecht oder meine Messung ;-).

Ich beschreibe mal was ich gemacht habe:
Das Modell habe ich nach der Application Note von OnSemi berechnet.
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN1679-D.PDF
Seite 4: "Determining the Physical Values of the Two-winding Model"

gemessene Kennwerte des Übertragers:
- Luftspalt: ca 1,3...1,5mm (muss so)
- primär: 26 Wdg. 0,6mm Draht
- sekundär: 50 Wdg: 0,5mm Draht
- Bauform: P26x16, Kernmaterial: unbekannt (evtl. N48 (z.B. EPCOS 
B65671))
- prim. Leerlaufinduktivität: 99,3 uH (Sekundärspule offen)
- prim. Kurzschlussinduktivität: 44,3 uH (Sekundärspule kurzgeschlossen)
- sek. Leerlaufinduktivität: 335 uH (Primärspule offen)
- sek. Kurzschlussinduktivität: 147,8 uH (Primärspule kurzgeschlossen)
- gem. Spannungsverhältnis (prim. gespeist ca 20kHz): 5,76V:7,60V / 
5,80V:7,52V = 0,76..0,77  <-- (???)
- gem. Spannungsverhältnis (sek. gespeist ca 20kHz): 10,4V:4,04V / 
10,3V:4,04V = 0,39      <-- (???)

Berechnung nach AN1679-D.PDF (onsemi.com):
- berechnete Übersetzung n = sqrt(L1/L2) = 0,544
- berechn. Übersetzung aus Windungszahlen n = N1/N2 = 0,52
- Koppelfaktor prim. k = SQR( 1- 
(prim.Kurzschlussind./prim.Leerlaufind.) ) = 0,744
- Koppelfaktor sek. k = SQR( 1- (sek.Kurzschlussind./sek.Leerlaufind.) ) 
= 0,748
- Ll1 = (1-k) * prim.Leerlaufind. = 24,8 uH (leakage inductance primär)
- Ll2 = (1-k) * prim.Leerlaufind. * (1 / n^2) = 88,4 uH (leakage 
inductance sekundär)
- Lm = k * prim.Leerlaufind. = 74,5 uH (magnetisation inductance)
- Rp = 0,177R und Rs = 0,523R

Ich vermute dass es irgendwie mit dem Übersetzungsverhältnis zu tun hat.
Mit der Spannungsmethode erhalte ich was zwischen 0,76 und 0,39.
Laut Windungszahlen bzw. Induktivitäten ist es aber 0,52.

Hat jemand eine Idee wo da her Hase im Pfeffer sitzt?

[hinz (Gast)]

Du kennst den Unterschied zwischen sqr(x) und sqrt(x) schon?

[Michael S. (unddasistgutso)]

hinz schrieb:
> Du kennst den Unterschied zwischen sqr(x) und sqrt(x) schon?

Ist mir bisher nicht aufgefallen, danke:

"X zum Quadrat": SQR(X) -> X^2
"Wurzel aus X": SQRT(X) -> X^(1/2)

Aber das scheint nicht der Grund für mein Problem zu sein.
Ich habe mit SQR() die Wurzel gemeint und auch mit der Wurzel gerechnet.

Vielen Dank für den Tipp.

[Michael S. (unddasistgutso)]

Ich habe inzwischen die Lösung:

a) die Abweichungen zwischen dem "Spannungs"-Übersetzungsverhältnis und 
"Windungszahlen"-Überstrzungsverhältnis liegt im Koppelfaktor begründet.
Durch den Luftspalt ist der Koppelfaktor k = 0,744.
Multipliziert man das gemessene "Spannungs"-Übersetzungsverhältnis mit 
dem Koppelfaktor passt das.

Quelle:
https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_mathematik_und_naturwissenschaften/fachrichtung_physik/studium/lehrveranstaltungen/praktika/pdf/TR_NP.pdf
  Seite 4: |U_s/U_p| = k * (N_s/N_p)

b) Die unterschiedliche Verlustleitung in der Simulation und in der 
Realität liegen beim Kondensator C1. In der Realität ist der Kondensator 
verlustbehaftet (ESR).

[Mark S. (voltwide)]

Die vergleichsweise sehr hohe gemessene Streuinduktivität deutet in der 
Tat auf einen entsprechend geringen Koppelfaktor.
Ich frage mich nur, wie man den hinkriegt, der Luftspalt allein 
erscheint mir da nicht plausibel.