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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LTSpice Trafo mit Sättigung


Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Hallo Forum,
bitte um Hilfe.

Wie man bei einer Induktivität eine Sättigung verpasst
habe ich inzwischen herausbekommen:

flux=Induktivität*5*tanh(x*Sättigungsstrom)

Unter Strg+rechte Maustaste als Wert eingeben.

Nun habe ich gedacht man könne bei gekoppelten Wicklungen
einer Spule eine Sättigung verpassen und LTS rechnet
das auf die anderen Wickel um. Bekomme dann aber eine
Fehlermeldung.

Was ist zu tun?

LG
OXI

Autor: Frank (Gast)
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OXI T. schrieb:
> Was ist zu tun?

Gut aufpassen, dann verpasst man auch nichts. :-)

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Hallo,

Im Prinzip muß man ein Ersatzschaltbild des Trafos mit EINER 
Hauptinduktivität machen. Diese Hauptinduktivität muß man dann mit dem 
Chan-Hysteresemodell spezifizieren. Lies mal bitte die Help.
Vielleicht mache ich ja morgen ein "schönes" Beispiel, wenn sonst keiner 
eins macht was ich ja leider befürchte.

Helmut



Gekürzter Text aus der LTspice Help über "inductors L":
(In der Help sind auch Bilder mit dabei.)

There other non-linear inductor available in LTspice is a hysteretic 
core model based on a model first proposed in by John Chan et la. in 
IEEE Transactions On Computer-Aided Design, Vol. 10. No. 4, April 1991 
but extended with the methods in United States Patent 7,502,723. This 
model defines the hysteresis loop with only three parameters:

Name Description Units
Hc Coercive force Amp-turns/meter
Br Remnant flux density Tesla
Bs Saturation flux density Tesla

 The plot below shows the path taken by an asymmetrical minor loop for a 
typical power ferrite(Hc=16 A-turns/m, Bs=.44T, Br= .10T).

In addition to the core property parameters Hc, Br, and Bs, mechanical 
dimensions of the core are required:

Name Description Units
Lm Magnetic Length(excl. gap) meter
Lg Length of gap meter
A Cross sectional area meter**2
N Number of turns -

Note that if specifying a non-zero gap the magnetic field, H, is not 
proportional to the current in the windings. LTspice solves for the 
magnetic fields in the core and gap under the assumption of uniform 
cross sectional area and thin or uniformly distributed gap.

Below is an example that shows inductance vs. current for L1, an 
inductor wound on a gapped core. You can read out the inductance as 
V(n001) since current source I1 supplies a unity dI/dt. The core follows 
the initial magnetization curve, so you can see that the permeability 
first increases from the initial value as the current is ramped and then 
drops as it saturates. Since the gap makes the inductance insensitive to 
the exact permeability of the core, you have to really zoom in on 
V(n001) to see that it does increase. The peak is when H inside the core 
is equal to its Hc.

*
L1 N001 0 Hc=16. Bs=.44 Br=.10 A=0.0000251
+ Lm=0.0198 Lg=0.0006858 N=1000
I1 0 N001 PWL(0 0 1 1)
.tran .5
.options maxstep=10u
.end

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Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Im Prinzip muß man ein Ersatzschaltbild des Trafos mit EINER
> Hauptinduktivität machen.

Aha! Muss ich mal schauen wie man das macht. Danke.

Helmut S. schrieb:
> Lies mal bitte die Help.

Die hatte ich mir schon ausgedruckt und halt mit einer
Spule experimentiert. Geholfen hat mir aber dieser Thread:

http://www.electronics-related.com/showthread/sci....

Das hat auch gut funktioniert, ich brauch ja nur die Sättigung.

Ich habe mir jetzt erstmal mit dem Schalter SW geholfen,
den ich über einen Widerstand zu einer Wicklung parallel
schalte. Das ist sehr aufschlussreich gewesen.

LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Wenn du die Lösung mit der Hauptinduktivät machst, dann hast du dort den 
Freiheitsgrad entweder das Hysteresmodell oder das einfachere 
Sättigungsmodell ohne Hysteres für die Hauptinduktiviät des 
Transformators zu nehmen.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Wenn du die Lösung mit der Hauptinduktivät machst

Wenn ich das machen könnte!

Offenbar muss man da eine .lib und .asy für anfertigen.*

Das kann ich nicht.

LG
OXI

*Habe noch die Trafo_01.lib und Trafo_01.asy von Rumgucker,
hat aber leider nur zwei Wicklungen:

Beitrag "Re: EL34-SE-Amp mit allen Tricks"

Die Trafo1-2 ist leider nicht da. Möglicherweise in einem
der gelöschten Beiträge?

https://www.mikrocontroller.net/attachment/234210/...

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Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Offenbar muss man da eine .lib und .asy für anfertigen.*

Man kann auch alles flach (keine Hierarchie) machen. Man muß dafür kein 
Subcircuit machen, denn auch in einem Subcircuit ist nur eine ganz 
normale Schaltung drin.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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So. Ich habe eine "flache" Lösung gefunden:

Eine nicht induktiv-gekoppelte Sättigungsinduktivität L4 
parallelschalten.

LTs verlangt dabei Entkopplungswiderstände. Bitteschön
habe je 10R für Rser eingesetzt, stören nicht weiter
und den realen Wert halt extern als R6 dazu.
Die Induktivitäten passend gerechnet und den Wert für
den Sättigungsstrom auch.

Rennt :-))))))

Jetzt muss ich L4 noch unauffällig an den Trafo schieben
und gut ist.

Aber jetzt bin ich neugierig wie Du das machst Helmut.

LG
OXI

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Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Aber jetzt bin ich neugierig wie Du das machst Helmut.

OK. Hier ein Beispiel mit dem Flux-Modell.

Werde mich morgen mal an dem Chan-Modell versuchen. Dazu muß man die 
Chan-Modell-Parameter an L1h setzen. Das Chan-Modell hat auch noch eine 
Hysterese-Kurve.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> OK. Hier ein Beispiel mit dem Flux-Modell.

Die interessante Frage dabei ist:
Warum bringt LTs Dir nicht diese
https://www.mikrocontroller.net/attachment/264063/...
Fehlermeldung?


LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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@Oxi,
> Warum bringt LTs Dir nicht diese
https://www.mikrocontroller.net/attachment/264063/...
Fehlermeldung?

Weil ich gar keine SPICE-directive K habe.

K1 L1 L2 L3 1

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Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Weil ich gar keine SPICE-directive K habe.

Da ist sie doch:

.param L1=8 L2=2 R1s=8 R2s=2  K=0.99

?

LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Das ist bei mir nur ein Parameter mit dem ich die Streuinduktivität 
berechne. Den Parameter hätte ich auch y nennen können.


Im Gegsatz dazu koppelt diese SPICE-Zeile die drei Spulen mit idealem 
Kopplungsfaktor 1.

K1 L1 L2 L3 1

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Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Im Gegsatz dazu koppelt diese SPICE-Zeile die drei Spulen mit idealem
> Kopplungsfaktor 1.

Das genügt mir vorerst auch.

Da ich Deine Schaltung und die Anweisungen nicht verstehe,
bin ich wohl besser bedient eine Induktivität mit Sättigung
parallel zu schalten.
Trotzdem vielen Dank für die Mühe.

LG
OXI

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Autor: Helmut S. (helmuts)
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Meine Schaltung ist im Prinzip eien Netztrafo 230V mit 2 
Sekundärwicklungen von jeweils 115V.
Der besteht aus der Hauptinduktivät(Magnetisierung) L1h und dessen 
Streuinduktiviät L1s. Sekundär gibt es dann noch die Streuinduktivitäten 
L2s und L3s. Die Kopplung geschieht mit den gesteuerten Quellen die 
ideale Transformatoren mit der Übersetzung ü darstellen. Rpi und Cpi 
sind Parsitics. Die kann man auch erst einmal weglassen.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Faszinierend. Ich muss mich erstmal mit dem Generatorsymbol
anfreunden.
Dass man 10Meg auch als 1e7 eingeben kann ist ja klasse!


LG
OXI

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Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Ich muss mich erstmal mit dem Generatorsymbol anfreunden.

Ich habe kein Symbol vom Trafo gemacht. In meinem Schaltplan ist nur ein 
Trafo-Bildchen sozusagen als Kommentar.

Natürlich würde man aus der Trafo-Ersatzschaltung jetzt ein Subcircuit 
oder zumindest einen hierarchischen Schaltplan machen, damit der 
Top-Level Schaltplan übersichtlicher wird.

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Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Natürlich würde man aus der Trafo-Ersatzschaltung jetzt ein Subcircuit
> oder zumindest einen hierarchischen Schaltplan machen, damit der
> Top-Level Schaltplan übersichtlicher wird.

http://ltwiki.org/index.php5?title=Transformers

Das könnte man mit "meiner" Methode aber auch machen.
Parameter Impelmentieren die die Induktivitätswerte umrechen.
(Wenn man dazu fähig ist.)

LG
OXI

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Autor: trafo (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Ich habe kein Symbol vom Trafo gemacht. In meinem Schaltplan ist nur ein
> Trafo-Bildchen sozusagen als Kommentar.

In Anhang eines alten Beitrag
Beitrag "LTspice Transformatorsimulation"
gibt es ein Symbol trw.sym, dass den Summierpunkt herausführt (der dazu 
notwendige Subcircuit wird automatisch eingebunden). An diesem Punkt 
kann eine beliebige Impedanz angschlossen werden - Induktivität nach 
Chan, mit tanh aber auch ein Kondensator ;)

Der innere Aufbau entspricht deinem Bild bzw. indu3.asc.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Natürlich würde man aus der Trafo-Ersatzschaltung jetzt ein Subcircuit
> oder zumindest einen hierarchischen Schaltplan machen, damit der
> Top-Level Schaltplan übersichtlicher wird.

Und? Jemand Lust dazu das Chan-Modell in die Schaltung zu fummeln?

LG
OXI

PS: Der Zerhackerkasten fehlt, deshalb der Neubau.

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Autor: trafo (Gast)
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OXI T. schrieb:
> Und? Jemand Lust dazu das Chan-Modell in die Schaltung zu fummeln?

Womit denn? Abgesehen davon, dass es auch bei bekanntem Material 
schwierig (*) ist eine Anpassung vorzunehmen, fehlen dazu Messwerte.

d.h. du müsstest die Hysterese und die parasitären Elemente messen - je 
nach Schaltung bei mehreren Frequenzen - und daraus das Modell 
erstellen.

Oder beschreibt deine Formel "54*5*tanh(x*70m)" dieses Bauteil genau 
genug, so dass es nur um das Einbinden der Symbole in einen Schaltplan 
geht?

(*) Beitrag "Re: reale Spule mit Eisenkern (magnetischer Kreis) in LTspice simulieren"

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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trafo schrieb:
> Oder beschreibt deine Formel "54*5*tanh(x*70m)" dieses Bauteil genau
> genug, so dass es nur um das Einbinden der Symbole in einen Schaltplan
> geht?

Korrekt, bei mir hapert es am Einbinden des Chan-Modells.
Die Formel ist kein Problem. Da setzt man Werte ein und
schaut, dass es der realen Schaltung entspricht.

Bei meiner Simu mit der parallelen Induktivität lautet
sie zur Zeit:
flux={i}*17m*tanh(x/17m)+500m*x

Bei Chan wird der Strom wohl höher sein. 24mA?

Ich habe die parallele Drossel auf der Sekundärseite
und kann deshalb nur mit K=1 arbeiten. Dass muss ich noch ändern.

LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Im Anhang mal ein Beispiel wie man das hierachisch aufbauen kann. Die 
"lower level model" files(.asc, .asy) müssen im Ordner des top-level 
Schaltplanes sein. Die beiden Filenamen müssen exakt gleich sein.

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Bei dem hirarchical Bild fehlt bei mir der Trafo.
Was ist die plt-datei?

LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Bei dem hirarchical Bild fehlt bei mir der Trafo.

Ein Verzeichnis anlegen, z. B. C:\Test
Dort den zip-file entpacken. Da sind alle 4 Dateien drin. Auch die 
Symboldatei Tr_230V_2x115V_flux.asy

Mit der .plt Datei kann man Plotsettings speichern.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Das habe ich gemacht. Die asy ist auch dabei. Geht aber trotsdem nicht.
Ich schaue mal was bei Rumgucker anders ist ...
Die lib-Datei feht bei Dir.

LG
OXI

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Autor: Helmut S. (helmuts)
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Wenn du das Symbol in deinen Schaltplan einfügen willst, dann geht das 
wie folgt.

F2
Ein Dialog zum hinzufügen von Bauteilen geht auf.

Top Directory: hier das Verzeichnis des Schaltplanes wählen.
Jetzt werden alle Symbol angezeigt die in diesem Ornder sind.
Dort kann man jetzt das Trafosymbol auswählen.


Ja ich gebe zu, daß diese fundamentale Vorgehensweise nicht direkt 
beschrieben wird obwohl man das immer wieder benötigt, wenn man "fremde" 
Symbole verwenden will.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Ja ich gebe zu, daß diese fundamentale Vorgehensweise nicht direkt
> beschrieben wird obwohl man das immer wieder benötigt, wenn man "fremde"
> Symbole verwenden will.

Sorry, aber bei quinny (Rumgucker) geht das ohne fundamentale
Vorgehensweise.

LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Um mein hierarchisches Beispiel auszuführen muß man nur die zip-Datei 
entpacken und dann den .asc File mit LTspice öffnen. Dann RUN drücken. 
Also einfacher geht es nicht mehr.

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Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Helmut S. schrieb:
> Um mein hierarchisches Beispiel auszuführen muß mn nur die
> zip-Datei
> entpacken und dann den .asc File in LTspice ausführen.

Nein. Eine lib die bei LTs nicht dabei ist, musst Du mit ins Paket
legen. Was glaubst Du warum quinni das wohl gemacht hat?

LG
OXI

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Bei einem hierarchischen Schaltplan ist das "Subcircuit" selber ein 
Schaltplan(.asc).

Natürlich wäre eine Lösung mit Subcircuit(SPIEC-Zeilen) auch 
"hierarchisch", aber in LTspice meint man bei hierarischen Schaltplänen 
eben nur Schaltpläne.

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Guten Abend zu später Stunde.

Anbei die fertige Simulation der Schaltung. Einfach die angefügte 
asc-Datei
mit Ltspice öffnen und loslegen. :-))))))

Für das Publikum habe ich die Schaltung und wichtige Oszillorgamme
als png beigefügt.

Was diese Schaltung ausmacht, sie wird vom Sättigungseinsatz des
Übertragerkerns getriggert. Beachtet IL4 rotes Oszillogramm in der raw.
Das bietet diverse Vorteile die ich hier jetzt nicht ausbreite weil off 
toppich.

Dafür brauche ich ein Trafomodell mit Sättigung. Das bewerkstelligt
die Induktivität L4 in der Simulation. Dafür der Thread.
Eine Simu mit Chan-Model die ohne Klimmzüge funktioniert steht noch aus.
Ohne Trafomodell mit Sättigung arbeitet die Simu nicht korrekt, die 
Periodendauer wird u.A. unmöglich lang.

Wenn Ihr bei dem Wert für L4 einfach nur {i} eintippt, könnt Ihr das
selbst simulieren.

Ach ja, V(n001) ist vor dem Gleichrichter. Und mal wieder das alte
Ltspice-Leid:
Mit 47µF rennt die Soft sich einen Wolf. Deshalb die 10µ für C5.

LG
OXI

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