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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Flyback-Trafo: Verwirrung beim Proximity-Effekt bei parallelgeschalteten Wicklungen


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von Trafowickler (Gast)


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Hallo Leute,
ich versuche seit geraumer Zeit einen Flyback-Transformator zu 
optimieren. Die zu balancierenden Eigenschaften sind Proximity-Effekt vs 
Koppelfaktor.
Eckdaten:
Primär: 3 Windungen
Sekundär: 2 Wicklungen mit jeweils 36 Windungen.
Schaltfrequenz ist 200kHz - 300kHz
Koppelfaktor > 0.974

Bisherige Versuche:
1) Trivial
- Sekundärseiten innen aus bifilar gewckelten 0.3mm Draht.
- Primärseite außen drauf, bestehend aus 12x 0.8mm Draht.
Ergebnis: Katastrophe. AC-Widerstrand @ 200kHz etwa 50x DC-Widerstand.
Koppelfaktor = 0.961
Meine Diagnose: Der "fette" Draht, wenngleich ok im Sinne des 
Skineffekts, verursacht Wirbelströme wie sau

2) HF-Litze
- Sekundärseiten aus 32x 0.05mm Draht, bifilar
- Primärseite außen drauf bestehend aus 5x 6x 36x 0.05mm Draht.
Ergebnis: Geil. AC-Widerstand @ 200kHz etwa 3x DC-Widerstand
Aber: Koppelfaktor = 0.949.
Meine Diagnose: die Trennung von primär- und Sekundärseite in Verbindung 
mit dünnen Einzeldrähten verursacht viele Gelegenheiten des 
Nicht-koppelns.

3) HF-Litze
- Sekundärseiten und Primärseite simultan gewickelt. Während des 
Wickelns wurden beide Seiten verdrillt. Dabei wurde die Primärseite auf 
12 parallele Drähte aufgeteilt, die jeweils für 3 Umdrehungen mit der 
Sekundärseite verschlungen wurden.
Ergebnis: Bäh. AC/DC nur Faktor 2 besser als 1); und damit wesentlich 
Schlechter als 3).
Immerhin: Koppfelfaktor = 0.992.
Meine Diagnose: Koppelfaktor ist krass. Aber dadurch, dass jetzt beide 
Seiten (primär/sekundär) quasi das gesamte Wickelfenster füllen ist sind 
alle Wicklungen mehr(6)lagig überall verteilt. Soweit ich das verstanden 
habe, öffnet das dem Proximity-Effekt Tür und Tor.


So. Ich habe mit den 3 Experimenten jetzt alle Extrema durch.
1) im Sinne der Naivität, 2) im Sinne des minimierten Proximity-Effekts, 
3) im Sinne des optimalen Koppelfaktors.

Jetzt geht es darum eine Kompromisslösung zu schaffen. Leider habe ich 
ein Verständnisproblem beim Proximity-Effekt.
Typische Techniken zur Magnetfeldauslöschung funktionieren beim Flyback 
ja nicht, da die Wicklungen phasenverschoben Strom führen. Damit ist 
jede Wicklung für sich alleine zu betrachten und in dem Sinne nur 
optimal, solange die Wicklung weniger als 1..2 Lagen aufweist.

Mich stört der große Unterschied zwischen 2) und 3):
Wenn ich die Primärwicklung bei 3) über das gesamte Wickelfenster 
verteile ist das doch quasi nur eine große Lage. Wenn ich bei 2) fünf 
dicke verdrille Kabelbündel lege, scheint das optimal zu sein, wobei 
auch hier der Draht zum Schluss mehrlagig (aber weniger Lagen) liegt.

Angenommen ich würde jetzt einen Kompromiss-Trafo bauen, indem ich 
Primärseite und Sekundärseite immer abwechsle (Konzeptuell, nicht real):

Innen
Sekundär1 ----
Primär -------
Sekundär2 ----
Primär -------
Außen

Zählt dann die Primärseite als Einlagig oder Zweilagig? Es sind ja 
parallele Drähte und nicht Windungen des gleichen Drahtes.

Aufgrund des HF-Litzen-Gesamtdurchmessers sieht der Lagenaufbau dann 
real im Detail so aus:

Innen
Sekundär1 18 Windungen ----
Sekundär1 18 Windungen ----
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Sekundär2 18 Windungen ---- (Hübsch wird Sekundär2 sicher nicht)
Sekundär2 18 Windungen ----
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Außen

Ich habe jetzt sowohl Primär- als auch Sekundärseitig 4 Lagen Draht 
aufeinander. Das ist im Sinne des Proximity-Effekts doch dumm, oder?
Oder zählen die primären Doppellagen als eine Lage, weil die eh parallel 
geschaltet sind? Oder zählt das nur als eine Lage, wenn die auch 
ordentlich miteinander verdrillt sind? Macht das überhaupt einen 
Unterschied? (Warum verdrillt man eigentlich? Gibt es andere Gründe als 
Verarbeitbarkeit?)

Ich verstehe beim Proximity-Effekt die Regel nicht, was bestimmt, was 
eine Lage ist und was nicht - im Kontext von parallelgeschalteten 
Einzelwindungen. Auch aus meinen Experimenten werde ich nicht schlau.

von Trafowickler (Gast)


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Hmmh. Ich war bisschen spazieren.
Ich glaube meine Frage läuft im Endeffekt darauf hinaus, was der 
Unterschied zwischen einem richtig fetten, verdrillten Bündel HF-Litze 
ist und dem äquivalenten Querschnitt bestehend aus parallelen, aber 
nichtverdrillten Windungen die irgendwo im Wickelfenster liegen..
..bezogen auf den Proximity-Effekt

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Trafowickler schrieb:
> Der "fette" Draht, wenngleich ok im Sinne des
> Skineffekts, verursacht Wirbelströme wie sau

Wenn es dem Skineffekt gut gehen soll, ist der dicke Draht OK.
Ansonsten wäre HF-Litze Pflicht. Deine Messungen sind da eindeutig.
Der Stromanstieg in der Sekundärwicklung während der Sperrphase 
entspricht ja einer viel höheren Frequenz als der Schaltfrequenz.

von Mark S. (voltwide)


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Sven S. schrieb:
> Der Stromanstieg in der Sekundärwicklung während der Sperrphase
> entspricht ja einer viel höheren Frequenz als der Schaltfrequenz.
Von daher denke ich ist hier der Proximity- und nicht der Skin-Effekt 
maßgeblich.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Beim Sperrwandler ist die Sekundärwicklung die aktive Wicklung. Also muß 
im Sinne eines guten Koppelfaktors die Sekundärwicklung die 
Primärwicklung "umschließen". Der Aufbau sieht dann so aus:

Erste Lage: Sekundärwicklung.
Zweite Lage: Primärwicklung.
Dritte Lage: Sekundärwicklung.

Wenn die Wicklungsenden übereinander liegen, macht die Koppelkapazität 
einen Schwingkreis aus der Wicklung. Das kann man vermeiden, indem man 
austüftelt, welche Draht/Litzenstärke in einer Lage zur gewünschten 
Windungszahl führt. Um einen angemessenen Querschnitt zu erreichen, 
werden mehrere Lagen übereinander gelegt.

Das Beispielfoto zeigt so eine Wicklung.

Das ist zugegebenermaßen ein mühsames Geschäft, zumal man sich kein 
einziges mal verzählen darf, aber das Ergebnis rechtfertigt die Mühe.

von Trafowickler (Gast)


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Also Sven, mit Verlaub deinen Argumenten kann ich bisher nicht viel 
abgewinnen. Koppelfaktor ist eine bidirektionale Sache. Wenn die 
Primärwicklung in die Sekundärwicklung mit k=0.99 koppelt, dann koppelt 
auch die Sekundärwicklung in die Primärwicklung mit k=0.99. Ergo ist die 
Rollenverteilung der Wicklungen irrelevant.

>Der Stromanstieg in der Sekundärwicklung während der Sperrphase
>entspricht ja einer viel höheren Frequenz als der Schaltfrequenz.
Ja, man kann die FFT der Stromwaveform anschauen. Man kann dann über die 
Magnitude der jeweiligen Oberwelle ausrechnen wieviel Verlustleistung 
die Oberwelle bei entsprechenden Skineffekt.  Wenn man bis zur 5. 
Oberwelle auslegt, betrachtet man >90% der Waveform-Anteile.
Nur weil eine Flanke steil ist, ist die Frequenz nicht gleich extrem 
hoch. Nur mal so nebenbei.

Zum Thema Proximity-Effekt und der Problematik des Unterschieds zwischen 
einem einzelnen dicken Drahtbündel vs parallel angeschlossenen multiplen 
Lagen habe ich jetzt nichts übersehen, oder?

von Mark S. (voltwide)


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Der reale Stromverlauf im Sekundärkreis ist nicht dreieckig, wie es im 
Lehrbuch steht, sondern hat eine überlagerte kräftige Oszillation im 
einstelligen MHz-Bereich. Ursache ist die Serienresonanz aus 
Koppelinduktivität und transformierter Primärkapazität. Dies ist eine 
Erklärung für die oft unerwartet hohen Wicklungsverluste infolge von 
Stromverdrängung.

von Trafowickler (Gast)


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Nicht vom Thema ablenken. Wir müssen nicht aufzählen, wo überall 
Verluste entstehen könnten... An dem was du meinst, liegt es nicht. 
Meine Messungen sind auf einer einzelnen Frequenz (200kHz, Sinus). Es 
ist der Proximity-Effekt. Es gilt diesen zu verstehen, um ihn zu 
vermeiden.
Verdrillter Draht, vs parallele Wicklungen - das macht den Unterschied. 
Warum ?

von Al3ko -. (al3ko)


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Trafowickler schrieb:
> Verdrillter Draht, vs parallele Wicklungen - das macht den Unterschied.
> Warum ?

Leider erzählst du nicht, wie viele Lagen du auf Primär- und 
Sekundärseite hast. Oder habe ich diese Information überlesen?

Proximityeffekt kommt lediglich bei mehrlagigen Designs ins Tragen. Und 
dort kann man mittels interleaved den AC Widerstand drastisch senken.

http://ridleyengineering.com/images/phocadownload/13%20proximity%20loss.pdf

Gruß,

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
> Nicht vom Thema ablenken. Wir müssen nicht aufzählen, wo überall
> Verluste entstehen könnten... An dem was du meinst, liegt es nicht.
> Meine Messungen sind auf einer einzelnen Frequenz (200kHz, Sinus).
Ich lenke keinesfalls vom Thema des Flybackwandlers ab. Eher ist die 
Messung mit 200kHz Sinus nur eine allererste Annäherung, tatsächlich hat 
man es mit deutlich höheren Frequenzen zu tun. Aber wenn Du es besser 
weißt - Bitte Schön.

: Bearbeitet durch User
von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Trafowickler schrieb:
> Ergo ist die
> Rollenverteilung der Wicklungen irrelevant.

Das ist falsch.

Davon abgesehen hast Du nur Messungen mit 200 KHz Sinus.
Wie sich die Übertrager in der realen Schaltung verhalten, weißt Du 
nicht.

von Trafowickler (Gast)


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Mark S., es ist wirklich nicht böse gemeint, du kannst da angepisst 
reagieren wie ein Kind, das ändert nichts. Was du redest ist rein 
akademisch. Nur weil ein Effekt existiert ist er nicht sofort relevant. 
Um dir mal Daten zu zeigen, habe ich dir extra ein Bild gemalt. Gucke 
den Anhang an.
Das Bild basiert auf annahmen von AC/DC Widerstandsverhältnissen:
AC_DC = [1, 4.5, 6, 10, 20]
     -> [DC, Fundamental, 2.Oberwelle, 3. Oberwelle, ...]

Wenn man nun eine Flyback-Waveform per FFT anschaut, kann man sich die 
Magnituden der spektralen Anteile anschauen. Die Magnituden kann man 
dann entsprechend dem angenommenen AC-Widerstand zu einer 
Verlustleistung umrechnen und dann Prozentual darstellen. Das ist, was 
du siehst.
Jetzt kannst du noch ewig über die unglaublich hohen Frequenzen reden, 
es ist vollkommen irrelevant. Du redest über die vernachlässigbaren 10%. 
Und gucke an, ja, es ist sinnvoll sich auf die Fundamentalfrequenz zu 
konzentrieren.
Das Argument, dass es nicht alles ist, ist universal wahr. Wenn du 
denkst, dass das ingenieurtechnisch sinnvolles Denken ist, bitte. 
Probleme effektiv lösen wirst du damit nicht.

Al3ko -. schrieb:
> Proximityeffekt kommt lediglich bei mehrlagigen Designs ins Tragen. Und
> dort kann man mittels interleaved den AC Widerstand drastisch senken.
Nein, in Flybacks funktioniert interleaven nicht, weil die Sekundärseite 
und Primärseite nicht gleichzeitig Strom tragen. Hatte ich schon im 
Eingangspost geschrieben. Interleaven geht nur, wenn beide Seiten 
gleichzeitig Strom tagen, sodass sich die magnetischen Felder 
auslöschen.

> Oder habe ich diese Information überlesen?
Hmmh. Im Eingangspost sind Lagen-Informationen die ich gern diskutieren 
würde. Hier nochmal Copy & Paste:

>Innen
>Sekundär1 18 Windungen ----
>Sekundär1 18 Windungen ----
>Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
>Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
>Sekundär2 18 Windungen ---- (Hübsch wird Sekundär2 sicher nicht)
>Sekundär2 18 Windungen ----
>Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
>Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
>Außen

Der Proximity-Effekt sinnvollste Trafo aus meinen Experimenten sieht so 
aus:

Innen
Sekundär1 18 Windungen ----
Sekundär1 18 Windungen ----
Sekundär2 18 Windungen ----
Sekundär2 18 Windungen ----
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Primär 3 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
Primär 2 Windungen, aus 6 parallelen 36x0.05mm Bündeln
>Außen

von Trafowickler (Gast)


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>Das ist falsch.
Dann baue mal bitte einen Trafo, mit asymmetrischem Koppelfaktor.

von Hartmut  . (rio71)


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Trafowickler schrieb:
> 3) im Sinne des optimalen Koppelfaktors.
>
> Jetzt geht es darum eine Kompromisslösung zu schaffen. Leider habe ich
> ein Verständnisproblem beim Proximity-Effekt.
> Typische Techniken zur Magnetfeldauslöschung funktionieren beim Flyback
> ja nicht, da die Wicklungen phasenverschoben Strom führen. Damit ist
> jede Wicklung für sich alleine zu betrachten

genau so ist es.. nur nicht konsequent zu ende verstanden..
daher ist beim sperrwandler (flyback) der koppelfaktor total banane.
wichtiger ist die parasitäre "koppelkapazität".. innige verzwirbelungen 
zwischen den wicklungen sind maximal nachteilig..
beim sperrwandler wird die energie der primärwicklung in den kern (mit 
luftspalt) übertragen. die sekundärwicklung brauche ich hier gar nicht.. 
sie muss dafür nichtmal vorhanden sein.
beim sperren wird die energie vom kern (mit luftspalt) in die 
sekundärwicklung übertragen.. die primärwicklung brauche ich hier gar 
nicht.. sie muss dafür nichtmal vorhanden sein.
ein guter koppelfaktor ist beim sperrwandler daher sinnfrei.. nur 
nachteilig..
ich kann die wicklung beim sperrwandler auch an unterschiedlichen 
geometrischen stellen des kerns, also räulich getrennt, anbringen.
dann ist der kopplungsfaktor nahe null und der sperrwandler funzt 
dennoch.. und die parasitären nachteile wären aufgehoben..
beim flusswandler ist die koppelung wichtig.. hier wird DIREKT von der 
primärspule in die sekundärspule induziert und der kern (OHNE luftspalt) 
hilft hier dabei sehr.. (würde mit der räumlichen trennung nimmer, bzw. 
nur ganz mies, funzen..)
beide wandlertypen im funtionsverständnis nicht vermischen.. ;-)

: Bearbeitet durch User
von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Hartmut  . schrieb:
> daher ist beim sperrwandler (flyback) der koppelfaktor total banane.

So ein Schmarrn.
Je schlechter der Koppelfaktor, desto mehr Energie wird über die 
Primärwicklung entladen. Der Schalttransistor wird begeistert sein...

von Trafowickler (Gast)


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Hartmut, deine Ansicht in allen Ehren aber Sinnfreier geht es nicht.
a) Der Koppelfaktor ist wichtig, daher sollte man ihn optimieren.
b) Der Koppelfaktor ist komplett irrelevant, daher kann man die 
Primärspule in Deutschland, die Sekundärspule in Russland haben und man 
schafft damit die 100% effizient quasi ohne Kopplung.
c) Wenn du b) nicht so drastisch meinst, muss es ja ein Zwischending 
zwischen a und b sein. Ergo gibt es ein Optimum bei k = xxx. Wenn deine 
Meinung was wert ist, solltest du xxx mit einer Zahl < 1 ersetzen 
können.

Durch einfache Reflexion deiner Aussage kannst du selbst darauf kommen, 
dass es mit b und c keinen Weg vorwärts gibt. Also ist Koppelfaktor 
wichtig. Immens sogar.
>nur nicht konsequent zu ende verstanden..

von Dieter (Gast)


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Das Problem ist, dass die beiden Wicklungen halt nicht genau am gleichen 
räumlichen Ort sein können. Die theoretisch ideale Lösung wären 
Doppelhohlleiter und Mehrfachhohlleiter.

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
> Was du redest ist rein
> akademisch. Nur weil ein Effekt existiert ist er nicht sofort relevant.

Ich werde mich auch weiterhin angepisst fühlen wenn Du solchen Stuss 
verbreitest. Worauf basiert denn Deine schönes Verlustleistungsdiagramm? 
Offensichtlich auf der akakdemischen Annahme, dass der Sekundärstrom 
dreieckförmig ist. Was in der Praxis garnicht möglich ist. Miß doch mal 
den Verlauf des Sekundärstromes, oder simuliere in Spice mit einer 
realitätsnahen Schaltung einschließlich einem Koppelfaktor <1. Und dann 
reden wir noch mal über die spektrale Energieverteilung - die Grundwelle 
ist da nämlich eher vernachlässigbar.
Ich sauge mir das übrigens nicht aus den Fingern sondern bin irgendwann 
im Laufe meiner Berufspraxis auf genau dieses Problem gestoßen (worden).

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
im Beitrag #6058059: da stimmt nun wirklich garnichts. Alternative 
Fakten wohin man schaut! Bevor Du Dich hier weiterhin aus dem Fenster 
lehnst solltest Du erstmal die Grundlagen verstanden haben.

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Offensichtlich auf der akakdemischen Annahme, dass der Sekundärstrom
> dreieckförmig ist

Nein, in der Tat nicht.
Ich hau mal noch einen alternativen Fakt raus: die Ströme sind kein 
Dreieckm sondern ein Sägezahn mit DutyCycle < 1. Je nach Koppelfaktor 
ist die steile Kante etwas schräg.

Magst du noch etwas weiter wettern? Wird schon noch, je mehr du 
probierst!

Bist sicher ein guter Mitarbeiter in deiner Berufspraxis wenn du da 
überall Dreiecke siehst.

von Mark S. (voltwide)


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Mein voriges Posting vergiß mal, das ging irrtumlich gegen Dich, gemeint 
war aber Hartmut. Zu dem Dreieck - ja sorry, ich meinte natürlich einen 
Sägezahn. Der in der Praxis davon aber deutlich abweichen kann. Am 
kritischsten ist hier der diskontinuierliche Betrieb wie er beim ringing 
choke converter auftritt. Beim kontinuierlichen Betrieb sieht das bei 
weitem nicht so schlimm aus.

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Sorry, nix Sägezahn, sondern Ausschnitte aus den zugehörigen 
Exponentialfunktion. Wenn, dann schon richtig genau. ;)

von Mark S. (voltwide)


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Dieter schrieb:
> Sorry, nix Sägezahn, sondern Ausschnitte aus den zugehörigen
> Exponentialfunktion. Wenn, dann schon richtig genau. ;)
Nö! Die Entladung einer Induktivität bei konstanter Spannung liefert 
eine lineare Stromrampe.

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Nö! Die Entladung einer Induktivität bei konstanter Spannung liefert
> eine lineare Stromrampe.
Nö!  Habe mal Deinen Post noch um das vergessene Detail von Dir ergänzt.
Die Entladung einer idealen Induktivität bei konstanter Spannung 
liefert eine lineare Stromrampe.

Die reale Induktivität (hat einen parasitären Widerstand) hat 
Ausschnitte aus den zugehörigen Exponentialfunktion. Wenn, dann schon 
richtig genau. ;)
Von supraleitenden Spulen war hier nicht die Rede, siehe erstes Bild mit 
dem Eingangsposting des TO.

von Mark S. (voltwide)


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ja nee is klar, der Akademiker muß natürlich das letzte Wort haben und 
sich notfalls auf absoluten Nebenschauplätzen austoben.
Um mal zu illustrieren, was ich meinte mit den hochfrequenten 
Sekundärströmen hänge ich einen screenshot einer LTspice Simulation 
eines Sperrwandlers im "critical conduction mode" an.
Da keine Simulation die Realität vollständig modelliert haben die 
Bauteile der Schaltung teilweise ideale Eigenschaften.
In der Realität wird es wohl kaum besser ausschauen..

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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Irgendwie schön, dass wir uns wieder alle verstehen :-) Gemeinsame 
feinde verbinden. Trotzdem ist der Thread bisschen entgleist.

Während ihr Spaß hattet, hab ich viel viel viel gelesen und viel 
nachgedacht.
Ich denke ich bin mitlerweile bei einer Working-Assumption gelandet, die 
sehr vielversprechend ist. Ich habe hier einen Test-Trafo gewickelt mit 
k=0.98 UND gutem AC-Verhalten.

Der Grundgedanke ist der Folgende:
1) Parallele Leitungen helfen nicht, wenn sie nicht verdrillt sind. 
Grund: bei "HF" sucht das System den Pfad der kleinsten Energie. Es 
werden also nur drähte durchströmt, deren Induktivität klein sind. Das 
ist der Grund, warum (3) im Eingangspost so schlecht ist: es gibt 
Primärdrähte innen und welche außen. Nur die inneren werden durchströmt. 
Damit hat man keinen guten Kupferwirkungsgrad.
2) Aus (3) hat man aber ebenfalls gelernt, dass das HF-mäßig 
tote/unnütze Kupfer trotzdem zur Kopplung beiträgt, sonst wäre der 
Koppelfaktor nicht 0.99.. gewesen.

Ergebnis:
Man braucht eine einzige richtige Primärseite aus gleichlangen, 
ordentlich gelegten Drähten. Nur solange die Drähte das Volumen 
gleichartig durchwandern hat man mit parallelen Drähten ("HF-Litze") 
Erfolg.
Um den Koppelfaktor zu verbessern kann man trotzdem Interleaven. Aber 
nur mit dem Minimum an Kupfer. Zusätzliches Primärkupfer schadet nichts, 
da es eh "nicht" durchflossen wird, solang es weiter außen aufm 
Wickelkörper sitzt. Ich würde es mal "Dummywicklung" nennen wollen.

Also:

Innen
FETT PRIMÄR - HOLY SHIT, ALLES WAS GEHT
9 Windungen Sekundär1+Sekundär2 bifilar
9 Windungen Sekundär1+Sekundär2 bifilar
Dünnes Primärkupfer (AC wirkungsfrei, aber k wird besser)
9 Windungen Sekundär1+Sekundär2 bifilar
9 Windungen Sekundär1+Sekundär2 bifilar
Außen

Und ja, das hat geklappt. Wie gesagt: k = 0.98

Man müsste jetzt nochmal außen eine dünne Primärschicht auftragen. Das 
sollte den Koppelfaktor verbessern und AC-Mäßig exakt gar nichts 
ausmachen.
Daran arbeite ich gerade.
Mal sehen, ob ich nachher Messungen nachliefern kann. Zur Zeit messe ich 
AC-Mäßig etwa 15mOhm (beinhaltet, Kupfer-ESR, Kernverluste und ein 
Folienkondensator-ESR)

von Hartmut  . (rio71)


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wichtig ist:
- die möglichst ideale koppelung der primärwicklung zum kern
als auch
- die möglichst ideale koppelung vom kern zur sekundärwicklung.
..entsprechend dem energiefluss Primär ---> Kern ---> Sekundär
ein energiefluss zwischen den spulen findet im sperrwandler (ideal) 
nicht statt..
daher ist die koppelung der spulen zueinander banane..
denn es handelt sich hier eben nicht um einen trafo.. (es heißt leider 
nur so.. daher die verwirrung..)
hei'a'ei.. da tun sich abgründe auf..
viel spaß beim weiterrätseln.. :-)

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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Zu deiner Schaltung:
1) wenn die Sekundärseite so nachwschingt, hast du die Snubber falsch 
dimensioniert.
2) Du vergisst das Kernverhalten: Wirklich hochfrequente Schwingungen 
werden vom Kern gedämpft. (Würdest du den Snubber bisschen höher 
schwingen lassen, existieren die parasitären Schwingungen in der 
Realität kaum noch)
3) Eventuell hast du es in den Spulen integriert, daher ist es nicht 
sichtbar, aber wenn du den Spulen mal einen Serienwiderstand gibts, 
sieht das auch freundlicher aus.
4) Layouttechnisch ist es sinnvoll den primären Snubber gegen GND laufen 
zu lassen. Der Strom der Streuinduktivität fließt erst durch den Mosfet 
gegen Masse, also sollte der Strom dann weiter zur Masse fließen, wenn 
er durch den Snubber snubbt. Wenn die Stromschleife unnütz örtlich 
wandern muss, bringt dir das nur Nachteile.

von Dieter (Gast)


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Genügend hochfrequente Anteile gibt es auch schon aus der Fourierreihe 
der sägezahnförmigen Stromverläufe.
Zusätzlich störend wären noch parasitäre Kapazitäten & Induktivitäten zu 
nennen, jedoch dämpfend zu nennen wären noch parasitäre ohmsche 
Widerstände. Nichtliniearitäten der Halbleiter gäbe es da auch noch.

Aber eigentlich ging es hier um einen Effekt betreffend der 
Streuverluste.

Bei 200kHz hat zwar der Skineffekt eine Eindringtiefe von 0,150 mm zur 
folge, aber bei ein einem Taktverhältnis von 10% wäre bei der Oberwelle 
von 1 & 2 MHz die Eindringtiefe schon sehr viel kleiner. Liegt das 
Tastverhältnis mehr in der Mitte, wäre dieser Betrieb von den 
Oberwellen her bevorzugt anzuvisieren.
Und wenn diese Oberwellen mit einer der parasitären L &C kombinierten 
Resonanzen übereinstimmen, dann gibt es Verläufe, wie Mark postete.

von Trafowickler (Gast)


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Hartmut, deine Ansichten wiedermal in alles Ehren, aber
>da tun sich abgründe auf..

Es geht genau um den nicht-idealen Trafo mit k != 1.  Im Moment wo der 
Mosfet ausgeht, geht der Primärstrom nicht sofort auf 0, sondern fällt 
mehr oder weniger schnell ab. Währenddessen baut sich der Strom mehr 
oder weniger schnell in der Sekundärseite auf. Diese Übergangszeit 
dauert exakt so lang, wie die Streuinduktivität noch Energie gespeichert 
hat.
Schau in den Anhang, da habe ich es dir mal gemalt.

Die Energie des Kerns/Luftspalt kann nur über den Kupferweg nach außen. 
Es gibt demnach keinen Koppelfaktor zwischen Kern und Windung, so wie du 
es dir vorstellst.

von Dieter (Gast)


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Anbei noch ein gedankliches Experiment:

Überlege Dir den Einfluss, wenn Du auf einer Seite zwischen die beiden 
Wicklungen in den Spalt dazwischen ein kleines Jochbein durchziehst, 
welchen Einfluss das hat. Vergliche das einmal mit einem 
Drehstromtransformatorkern, bei dem Du die Wicklungen um den mittleren 
Kern laufen lässt, aber eine Windung geht daneben und umschlingt noch 
eines der Außenjoche.

von Hartmut  . (rio71)


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es geht erstmal ums prinzip.. es ist eben kein "trafo".. ;-)
speichertrafo ist schon richtiger, aber immer noch irreführend..
praxisnahe parasitäten und weitere unpässlichkeiten im praktischen 
betrieb sind dann aber auch in der hier vorhandenen speicherinduktivität 
vorhanden.. gewiss..

von Dieter (Gast)


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> umschlingt noch eines der Außenjoche.
Und da noch die beiden Fälle, einmal in Wickelrichtung und einmal in der 
Gegenrichtung.

von Trafowickler (Gast)


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So. Ich weiß, dass es niemand mehr interessiert, aber meine obige 
Hypothese ergibt nutzbare Handlungsanweisungen.
Ich habe jetzt durch hinzufügen von minimal Kupfer den Koppelfaktor auf 
0.985 erhöht, während der AC-Widerstand auf 16mOhm nur um 1mOhm 
gestiegen ist. Ganz untätig ist das Kupfer also nicht, aber im Prinzip 
vernachlässigbar.

Damit sollte ich es schaffen trafos zu wickeln, die meiner Spezifikation 
entsprechen.
Kloppt euch noch die Köppe ein,

Viel Spaß.

von N. A. (bigeasy)


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Trafowickler schrieb:
> Hartmut, deine Ansichten wiedermal in alles Ehren, aber
>>da tun sich abgründe auf..
>
> Es geht genau um den nicht-idealen Trafo mit k != 1.  Im Moment wo der
> Mosfet ausgeht, geht der Primärstrom nicht sofort auf 0, sondern fällt
> mehr oder weniger schnell ab. Währenddessen baut sich der Strom mehr
> oder weniger schnell in der Sekundärseite auf. Diese Übergangszeit
> dauert exakt so lang, wie die Streuinduktivität noch Energie gespeichert
> hat.
> Schau in den Anhang, da habe ich es dir mal gemalt.
>
> Die Energie des Kerns/Luftspalt kann nur über den Kupferweg nach außen.
> Es gibt demnach keinen Koppelfaktor zwischen Kern und Windung, so wie du
> es dir vorstellst.

Hey, danke für den aufschlussreichen Zusammenhang! Wird in einschlägiger 
Literatur (welche ich kenne) gar nicht näher erläutert, es wird 
lediglich auf den möglichst guten Koppelfaktor hingewiesen...

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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N. A. schrieb:
> Wird in einschlägiger
> Literatur (welche ich kenne) gar nicht näher erläutert,

Wozu denn auch?

von Dieter (Gast)


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Magnetismus ist ein relativistischer Effekt des e-Feldes der sich 
bewegenden Elektronen.  Die Elektronen der Sekundärwicklung sind 
allerdings sehr schnell beschleunigt. Die Streuinduktivitäten haben ein 
kleines L das sich natürlich auch auswirkt. Die kleine Lücke Deiner 
Skizze geht übrigens zum Teil als Elektromagnetische Strahlung (B-Welle) 
nach außen weg (und letztendlich in Wirbelstromverluste umgesetzt).

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
> Zu deiner Schaltung:
> 1) wenn die Sekundärseite so nachwschingt, hast du die Snubber falsch
> dimensioniert.

Nein, nein und nochmals nein.
Diese Schwingung ergibt sich aus der Serienresonanz der 
Koppelinduktivität in Verbindung mit der Primär-Kapazität. Das kannst Du 
mit keinem vernünftigen (=verlustarmen) Snubber bekämpfen.
Ich lade denn mal die Simulationsdateien für LTSpice hoch.
Damit solltest Du mal etwas herumspielen.

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
> 4) Layouttechnisch ist es sinnvoll den primären Snubber gegen GND laufen
> zu lassen. Der Strom der Streuinduktivität fließt erst durch den Mosfet
> gegen Masse, also sollte der Strom dann weiter zur Masse fließen, wenn
> er durch den Snubber snubbt. Wenn die Stromschleife unnütz örtlich
> wandern muss, bringt dir das nur Nachteile.

Der Strom fließt in einer geschlossenen Schleife durch den Primärkreis, 
MOSFET und zurück durch den Stützelko.

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
> Die Energie des Kerns/Luftspalt kann nur über den Kupferweg nach außen.
> Es gibt demnach keinen Koppelfaktor zwischen Kern und Windung, so wie du
> es dir vorstellst.

Das sehe ich ganz genau so!

von Trafowickler (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Nein, nein und nochmals nein.
> Diese Schwingung ergibt sich aus der Serienresonanz der
> [...]
> Damit solltest Du mal etwas herumspielen.

Weißte, man gibt dir schon Tips und alles, und du bist und bleibst der 
Schlauste für dich. Nichtmal probiert haste es. Gucke in den Anhang. 
Staune. Schon komisch, wie die Schwingungen weg sind, wenn sie doch 
intrinsisch zum Konzept gehören.  Also es ist echt nicht böse gemeint, 
aber so erweitert man auch seinen Horizont nicht mehr, da muss man echt 
aufpassen. Internetannonymität hin oder her - alles fun&games, aber 
manchmal ist der andere doch nicht so dumm.

2n + 100R
Have fun.

>Berufspraxis
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von Trafowickler (Gast)


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Und bitte komme jetzt nicht damit, dass der Snubber für dich nicht 
perfekt dimensioniert ist. Es geht hier rein ums Zeigen, dass deine 
Theorie widerlegt werden kann.

von INRI (Gast)


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von Mark S. (voltwide)


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Reg Dich einfach mal ab und hänge stattdessen Deine ASC-datei an, so wie 
ich es auch getan habe um der Diskussion eine Basis zu geben. Ich werde 
mir sie gerne anschauen. Der screenshot hat nunmal keine hinreichende 
Auflösung

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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a) Man kann auf die Bildchen klicken, dann wirds größer. Da erkennt man 
Snubber mit 100R und 2n auf beiden Seiten des Trafos. Falls deine 
Bildschirmauflösung nicht reicht, ist auf dem Bild dann nochmal rechts 
unten in der ecke ein klickbares Symbol, womit das Bild auf 
Originalauflösung angezeigt wird. Alternativ kann man das Bild auch 
downloaden. Alternativ kann man auch wieder Dummheit unterstellen und 
meinen, ich hätte ernsthaft ein Bild angehägt, wo man das Wichtigste 
nicht ausreichend sieht. Der Fehler liegt ja IMMER beim anderen im 
Internet, stimmts?
b) Ich hatte schon geschrieben:
>2n + 100R
c) Anhang wie gefordert.

von Mark S. (voltwide)


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Auf dem screenshot ist z.B. auch mit downloaden und reinzoomen nicht 
ablesbar welche Spuren dargestellt werden. Ich werde mir jetzt mal die 
asc zu Gemüte führen. Inzwischen frage ich mich, wer sich hier wohl 
angepißt fühlt und sich im Tonfall etwas mäßigen sollte.

von Trafowickler (Gast)


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Wahrscheinlich würde ich einfach irgendwelche Waveforms darstellen, 
keinesfalls die Trafo-Ströme, das wär ja noch!

Kann es sein, dass du eine mobile Internetverbindung hast und dein 
Anbieter die Bilder vor dem Übertragen komprimiert?
Wenn ich in das Bild reinzoome, sehe ich, was ich angehängt habe. Die 
Schrift hat etwas mehr als 10 Pixel incl Subpixel-Rendering, das sollte 
für Lesbarkeit locker ausreichen :-/

von Mark S. (voltwide)


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Ich sehe dass der geänderte snubber in der Tat die Oszillationen 
beruhigt.
Allerdings verheizt er bei doppelter Kapazität und doppeltem Widerstand 
auch entsprechend mehr. Unter dem Strich dürfte es darauf hinaus laufen 
dass man die Wahl hat die Streu-Energie entweder in den Trafowicklungen 
oder im snubber zu verheizen.
Ich denke damit können wir dieses Thema nun mal einvernehmlich beenden.

: Bearbeitet durch User
von Mark S. (voltwide)


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noch eine Anmerkung zum Schluß: Die tatsächlich gemessenen Schwingungen 
fallen geringer aus als in der Simulation, weil der durch 
Stromverdrängung erhöhte Widerstandsanteil der Sekundärwicklung eine 
nennenswerte Dämpfung bewirkt - was die Wicklung erwärmt. Dieser Effekt 
läßt sich nun in LTspice leider nicht ohne Weiteres modellieren. 
Simulieren läßt sich aber die Verlustleistung im snubber.

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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>Unter dem Strich dürfte es darauf hinaus laufen
>dass man die Wahl hat die Streu-Energie entweder in den Trafowicklungen
>oder im snubber zu verheizen.

Im Transistor geht auch noch. Mosfets haben dafür das Avalance-Rating.
In den Trafowicklungen wird auch in deinem Original-Schematic nicht 
unbedingt viel verheizt.. das sieht man daran, dass die Schwingung nicht 
aufhört, sondern nur langsam gedämpft wird. Würde die Schwingung sofort 
aufhören, dann könnte man deine Wortwahl so akzeptieren.

von Mark S. (voltwide)


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Trafowickler schrieb:
> In den Trafowicklungen wird auch in deinem Original-Schematic nicht
> unbedingt viel verheizt.. das sieht man daran, dass die Schwingung nicht
> aufhört,

Ja, weil eben in spice die Sekundärspule ohne dämpfenden reellen 
Widerstand simuliert wird, abweichend von der Realität.

von Trafowickler (Gast)


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Füge doch einfach einen ein...? Macht in deinem Original-Schematic kaum 
einen Unterschied, insofern der Widerstand vertretbar klein ist...
Sollte man auch generell machen, um halbwegs sinnvolle 
Verlustleistungsabschätzungen zu haben.

von Mark S. (voltwide)


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Soweit ich mich entsinne - es ist schon ein paar Jahre her - lagen die 
wirksamen Dämpfungswiderstände bei diesen Resonanzen schon so hoch, dass 
die normale Funktion beeinträchtigt war. Mir ist auch keine Möglichkeit 
bekannt, einen frequenzabhängigen reellen Widerstand zu simulieren. Über 
das Transformationsverhältnis und den inzwischen bekannten optimalen 
Primärdämpfer kommt man vmtl auf den erforderlichen 
Sekundärwicklungswiderstand.

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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http://www.weewave.mer.utexas.edu/MED_files/MED_research/Intrcncts/Skin_Effect_Ldr/MTT_96_poster/MMT_96_skn_crct_pstr.pdf

Da kannste dir seinen parametrisierbaren Subcircuit bauen.
Dann setzt du den koppelfaktor auf 1 und setzt die Streuinduktivitäten 
via dem Modell händisch ein.

Zusätzlich lohnt es sich das Datenblatt des Kerns anzuschauen, die 
Verlustleistung abzuschätzen und dann an der Primär- oder Sekundärseite 
einen Widerstand parallel zu schalten, der so groß ist, dass er im 
Mittel die Kernverluste darstellt.

von Mark S. (voltwide)


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Sehr interessanter Link, vielen Dank!

von Hp M. (nachtmix)


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Mark S. schrieb:
> Unter dem Strich dürfte es darauf hinaus laufen
> dass man die Wahl hat die Streu-Energie entweder in den Trafowicklungen
> oder im snubber zu verheizen.

Die dafür verantwortliche Streuinduktivität kann man noch etwas 
verringern, indem man den ganzen Trafo mit einer Kurzschlußwindung aus 
Cu-Folie eng umschlingt.

von Trafowickler (Gast)


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Dabei habe ich mich immer gefragt: wird damit die verlorene Energie 
wirklich geringer, oder wird das alles nur umgelagert?

von Mark S. (voltwide)


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Das abgestrahlte Magnetfeld wird mit Sicherheit verringert, das belegen 
alle Störungsmessungen. Allerdings wird der Gesamtwirkungsgrad nach 
meiner Erfahrung schlechter, vmtl wird in der Kurzschlußwindung mit 
endlichem reellen Widerstand zusätzliche Energie verheizt. So gesehen 
kann die Cu-Folie das Streufeld wohl nicht "reflektieren". Mit einem 
supraleitenden Ring könnte das anders herauskommen.
Unter EMV-Aspekten ist die Kurzschlußfolie Pflicht bei Übertragern mit 
Luftspalt. Andernfalls ist das Magnetfeld im Umkreis so stark, dass in 
die in der Nähe liegenden Entstördrosseln soviel induziert wird dass 
ihre Wirkung leicht zunichte gemacht wird.
Und das natürlich umso mehr, je gedrängter der Aufbau ist.

: Bearbeitet durch User
von Trafowickler (Gast)


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Ich habs hier grade mal gemsessen. Weder die Primär- noch die 
Streuinduktivität verändern sich auch nur 1nH wenn man Kupferfolie 
umwickelt (Ja, hab die Folie zusammengelötet..)
Ich habe unter den Kernen I2C Temperatursensoren, die im Betrieb in der 
tat nicht mehr funktionieren :-D vielleicht wird es helfen.

von Mark S. (voltwide)


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Ja, und worst-case für das Streufeld ist Maximallast - trivial und 
trotzdem wahr.

von Trafowickler (Gast)


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Verstehe ich ehrlich gesagt nicht. Das Feld hat immer die gleiche Form, 
außer der Kern sättigt. Entweder das Kupferband beeinflusst das Feld 
oder nicht. Das ist ein linearer Effekt.

Dass die Magnitude der Störung skaliert, ist klar. Aber das Kupferband 
hat ja keine magische Untergrenze bei der es aufhört relevant zu sein.

von Mark S. (voltwide)


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ich weiß jetzt nicht worauf Du hinaus willst, und würde das Ganze so 
erklären: Das Streufeld erzeugt in dem Kurzschlußring einen Strom, der 
ein entgegengesetztes Magnetfeld aufbaut. Im Idealfall des 
supraleitenden Ringes wäre das streuende Magnetfeld vollständig 
kompensiert.

von Trafowickler (Gast)


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Mir geht es um den Kommentar
>worst-case für das Streufeld ist Maximallast

Ich denke das ist Lastunabhägig, da Felder, die durch eine konstante 
Geometrie erzeugt werden immer gleich aussehen und nur in der Amplitude 
wachsen.
Mein Punkt ist demnach, dass auch das LCR-Meter den Kurzschlussring 
hätte messen müssen, und von den 22nH Streuinduktivität geht kein 
einziges nH weg.
[außer man argumentiert mit (Teil-)Sättigung des Kerns]

von Mark S. (voltwide)


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Gemeint war der worst-case der Amplitude des Magnetfeldes.

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