Guten Tag, ich habe einen Ferrit-Transformator gemessen mit folgenden Daten: ETD49 N87 A=209mm*mm, 5 Windungen primär Litze 6x 45x0.12mm 32mOhm/m und 5 Windungen sekundär 45x0.12. Die Gesamt-Litze primär hat 5.33mOhm/m , 5 Widg sind 30cm also ca. 2mOhm. Die Sekundärseite des Trafo ist unbelastet! Als Rechteckansteuerung dient mir eine Vollbrücke mit irfb3207 mit 100kHz und 42 Volt. Als Luftspalt habe ich 0.5mm gewählt. Mit der Spannung, Querschnitt, Frequenz und Tastverhältnis von 0.92 errechne ich für den Fluss B ca. 100mT. Das Rechteck am Trafo-Eingang sowie der Sägezahn-Strom hat eine einwandfreie Form. Die MOSFets sind kühl, der Trafo etwa 50-60°C. Mit dem Programm MDT https://www.tdk-electronics.tdk.com/download/385696/955e5db3bcc40512f386d593b999011f/ ferrite.zip kann man die Verluste bei 100mT/100kHz im Ferrit ablesen, nicht mehr wie 2W. Mit einem vorgeschalteten Leistungsmesser messe ich aber etwa 9W. Die Induktivität beträgt 25 * 525nH = 13uH lt. Datenblatt ETD49. Wie kann man die Verluste des Luftspaltes von 0.5mm theoretisch errechnen?? Schöne Grüsse aus München mosfetman
Berthold B. schrieb: > Mit einem vorgeschalteten Leistungsmesser messe ich aber etwa 9W. > Die Induktivität beträgt 25 * 525nH = 13uH lt. Datenblatt ETD49. > Wie kann man die Verluste des Luftspaltes von 0.5mm theoretisch > errechnen?? Die zusätzlichen Verluste kommen aus dem Magnetisierstrom von knapp 15A, nicht aus dem Luftspalt.
Berthold B. schrieb: > Wie kann man die Verluste des Luftspaltes von 0.5mm theoretisch > errechnen?? Keine nennenswerten Verluste.
Berthold B. schrieb: > Die Induktivität beträgt 25 * 525nH = 13uH lt. Datenblatt ETD49. Durch diesen wesentlich verringerten A_L Wert (L/Windungszahl²) sinkt L_prim (und auch L_sek), und I_mag steigt wesentlich an. (Blindstrom. Dein Leistungsmesser ist wohl überfordert, das wäre er aber auch schon ohne Luftspalt, wenn auch Fehler kleiner.) Darf man den Zweck erfahren, aus 42VDC potentialgetrennt weniger machen zu wollen?
Hallo, danke für das Interesse. Da das angeschlossene Netzteil mit 42V Gleichspannung ist, muss die angezeigte Leistung U * I sein. Das ist reine Wirkleistung, d.h. es muss ein zusätzlicher Wirkwiderstand in der Schaltung sein. Wenn ich ohne den Luftspalt messe ist die Induktivität 25*3800nH = 95uH plus den parallel geschalteten Wirkwiderstand vom Fluss von 100mT der lt. MDT für N87 für ca. 2W Verluste sorgt. Also 42V * 42V / 2W = ca 900 Ohm. 42V ist nicht ganz korrekt, aber ist hier ohne Einffluss. Da der Trafo auch viel wärmer wird als ohne Luftspalt, muss hier ein Wirkwiderstand sein den ich suche! Das gilt für beide Antworten. Gruss mosfetman
Hallo, es geht mir hier nicht um die 42V und 1:1 Trafo sondern um die Sache mit dem Luftspalt. Bitte um Verständnis. Gruss mosfetman
mosfetman schrieb: > Wenn ich ohne den > Luftspalt messe ist die Induktivität 25*3800nH = 95uH Du hast aber einen Luftspalt drin. Weshalb eigentlich? Klingt doch nicht nach Sperrwandler.
Berthold B. schrieb: > Wie kann man die Verluste des Luftspaltes von 0.5mm theoretisch > errechnen?? Ein Luftspalt hat keine Verluste. Im Gegenteil, Luftspulen sind extrem verlustarm. In AM Leistungssendern (1000kW) hat man früher Luftspulen verwendet. Berthold B. schrieb: > Als Luftspalt habe ich 0.5mm gewählt. Wie hast Du das berechnet? Ein Luftspalt ist nur nötig bei Gleichstrombelastung.
mosfetman schrieb: > Da der Trafo auch viel > wärmer wird als ohne Luftspalt, muss hier ein Wirkwiderstand sein den > ich suche! Natürlich, glaubst du etwa, daß der riesige Magnetisierstrom keine Verluste erzeugt?
Hallo, ich freue mich wirklich über das Interesse, aber niemand hat mir bisher erklärt warum der Trafo wärmer wird mit Luftspalt. Es muss ein Wirkwiderstand her sonst wird nichts wärmer. Natürlich ist der Strom höher aber Wärme oder Watt ist Strom * Widerstand und den! möchte ich bestimmen. Gruss mosfetman
Berthold B. schrieb: > Watt ist Strom * Widerstand und den! möchte ich bestimmen. Aber ¡nicht! mit dieser Rechnung ;-) Leistung [Watt]: P = U·I = *I²·R*
Berthold B. schrieb: > warum der Trafo wärmer wird mit Luftspalt Weil er nicht den optimalen Arbeitspunkt hat. Magnetfeld nicht geschlossen? Einige historische Trafos und Wissen: http://www.jogis-roehrenbude.de/Transformator.htm
Berthold B. schrieb: > iemand hat mir bisher > erklärt warum der Trafo wärmer wird mit Luftspalt Es wurde bereits mehrfach auf den erhöhten Magnetisierungsstrom hingewiesen der zusätzliche Verluste in der Primärwicklung erzeugt, u.a. auch infolge proximity Effekt. Darüberhinaus erzeugt der Luftspalt ein Streufeld, das in den benachbarten Wicklungen Wirbelstromverluste induziert. HF-Litze ist an dieser Stelle schon mal der richtige Weg. Nach meiner Erfahrung mit LLC-Wandlern sind Kupferverluste das größere Problem im Vergleich zu den Kernverlusten. Übrigens treten die maximalen Magnetflußverluste im Leerlauf auf, d.h. Kernverluste und Wicklungsverluste infolge primären Magnetisieurngsstromes. Dazu kommen dann noch die Stromverluste unter Last.
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Peter D. schrieb: > Ein Luftspalt ist nur nötig bei Gleichstrombelastung. Und täglich grüßt das Murmeltier. Wie war das gleich nochmal mit den Leuchtstofflampenvorschaltdrosseln und dem Luftspalt?
Der fehlende Wirkwiderstand besteht im Widerstand der Wicklung. Der ist aber nicht der DC-Widerstand der Wicklung sondern bei diesen Frequenzen durch den Skin-Effekt deutlich höher. Im Luftspalt gibt es praktisch keine Verluste, oder wird die Luft im Spalt warm? Errechnen ist wegen der nichtlinearen Eigenschaften des Eisens oder Ferrits nahezu unmöglich. Die Werte für die Rechnung sind doch größtensteils aus Messungen ermittelt, die in bestimmten Messaufbauten entstanden sind und in diesem Einzelfall abweichen. Noch etwas andres: Bei PWM mit 100kHz und Mischung von Wirk- und Blindleistung und dazu noch nichtlinearem Magnetmaterial ist die Leistungsmessung ein besonderes Kapitel. Da würde ich jedem Messwert nur das Prädikat "Anhaltswert" geben. Praktisch geht es eher mit der Messung des Erwärmungstempos von Wicklungsdraht und Kern (K/min.) Also Temperaturgradient von Trafo und Wicklung messen bevor die Kühlung durch Konvektion einsetzt.
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Peter R. schrieb: > Der fehlende Wirkwiderstand besteht im Widerstand der Wicklung. Der ist > aber nicht der DC-Widerstand der Wicklung sondern bei diesen Frequenzen > durch den Skin-Effekt deutlich höher. Er verwendet HF-Litze.
H. H. schrieb: > Er verwendet HF-Litze. Das ist bekannt. Auch mit HF-Litze lassen sich die proximity-Verluste bei 100kHz keinesfalls vernachlässigen.
N. A. schrieb: > Ein Luftspalt ist nur nötig bei Gleichstrombelastung Ein Luftspalt macht auch Sinn bei LLC-Wandlern. Er dient dazu den Magnetisierungsstrom soweit zu erhöhen dass ZVS innerhalb der Totzeit zustande kommt. Daran zu erkennen dass die schaltenden PowerMOSFETs kalt bleiben.
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Mark S. schrieb: > H. H. schrieb: >> Er verwendet HF-Litze. > > Das ist bekannt. Auch mit HF-Litze lassen sich die proximity-Verluste > bei 100kHz keinesfalls vernachlässigen. Peter schrieb aber vom Skin-Effekt.
Berthold B. schrieb: > Mit einem vorgeschalteten Leistungsmesser messe ich aber etwa 9W. Bevor Du anfängst an der Verlustleistung des Luftspalts herumzuzweifelst, solltest Du das verifizieren. Das geht ganz einfach durch eine vergleichende Messung. Du läßt das Ding laufen bis sich die Temperatur stabilisiert hat, schiebst dann einen Gleichstrom durch die Wicklungen der diese Temperatur hält und Du hast Deine Verlustleistung.
Ein Trafowandler benoetigt keinen Luftspalt. Falls man keine symmetrische Anteruerung hinbekommt, einen Kondenser in Serie. Aber ich denke, ein Trafowandler ist selbst symmetrisierend. Falls der Leerlauf Strom zu hoch ist, ist entweder die Frequenz oder die Impedanz zu tief. Falls der Kern in die Saettigung kommt, resp heiss wird, ist der Strom zu hoch, oder mit DC belastet. Ah, ja, wenn die Frequenz zu hoch fuer das Material ist, wird der Kern auch heiss. Die Impedanz kann man mit der Windungszahl erhoehen. Ein Luftspalt erniedrigt die Impedanz. Dafuer saettigt der Kern beim selben Strom nicht mehr. Bedeutet auch mehr Windungen. Kernmaterialien kann man uebrigens sehr gut simulieren. B ist nicht mehr proportional zu H, resp das mü ist abhaengig von H selbst.
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Mir kommen hier noch zwei Dinge in den Sinn. Einerseits, wie schon weiter oben erwähnt, wird durch den Luftspalt ein Streufeld erzeugt, welches im Bereich um den Luftspalt zu Wirbelstrom-Verlusten führt. Meiner Erfahrung nach, sind diese Verluste immer wesentlich höher als anfangs vermutet. -> Google Bilder Suche "proximity losses airgap" Andererseits kann auch die Parallelschaltung von Sekundärwicklungen zu Verlusten führen. Innerhalb einer HF Litze ist die Symmetrie zwischen den Einzelleitern noch recht gut, aber bei mehreren Leitern ergibt sich automatisch ein größerer mechanischer Abstand und damit unterschiedliche magnetische Kopplungen zum Kern. Dadurch entstehen an den einzelnen Litzen leicht unterschiedliche Spannungen. Werden diese dann parallel geschaltet, können Ausgleichströme zwischen den Wicklungen fließen. -> Google Suche "current distribution parallel windings" Es gibt Möglichkeiten, die Symmetrie mit Gleichtaktdrosseln zu erzwingen. Dabei werden immer zwei Wicklungen in entgegengesetzte Richtung durch einen kleinen RM Kern gesteckt. Leider finde ich dazu gerade keine gute Literatur.
N. A. schrieb: > Wie war das gleich nochmal mit den > Leuchtstofflampenvorschaltdrosseln und dem Luftspalt? Keine Ahnung. Ich hab bisher nur Leuchtstofflampenvorschaltdrosseln ohne Luftspalt gesehen (wechselseitig geschichtet).
Peter D. schrieb: > Keine Ahnung. Ich hab bisher nur Leuchtstofflampenvorschaltdrosseln ohne > Luftspalt gesehen (wechselseitig geschichtet). Beitrag "Re: Leistungsfähige Drosselspule auf EI Kern?"
> Leider finde ich dazu gerade keine gute Literatur. siehe auch Beitrag "Re: Einfache Trafofragen" Schaue Dir die Application Notes von Lloyd H. Dixon (Unitrode / TI) an: https://www.ti.com/seclit/ml/slup132/slup132.pdf Da steht wirklich alles sehr ausführlich drin.
> Schaue Dir die Application Notes von Lloyd H. Dixon (Unitrode / TI) an: Hier wird das Problem zur Unsymmetrie bei Parallel Betrieb beschrieben. Allerdings nicht das genannte Verfahren zur Zwangs-Symmetrierung. Habe doch noch eine Literaturstelle für Letzteres gefunden: Figure 5e auf Seite 6 https://www.pes-publications.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/1_Medium_Frequency_Transformers_PEDS2013_01.pdf
Mark S. zitierte im Beitrag #6830656 N. A.s Zitat von Peter D.s Post: >> Ein Luftspalt ist nur nötig bei Gleichstrombelastung > > Ein Luftspalt macht auch Sinn bei LLC-Wandlern. (Zwecks ZVS.) Das mag so sein, bei ETD-Kernen ginge dies evtl. gar nicht ohne. [Wenn man nicht eine separate Paralleldrossel (macht eigentlich niemand, zumindest m.W.) in Betracht ziehen will.] Bloß scheint der TO symmetrisches Rechteck hart geschaltet über seinen Trafo schicken zu wollen. Sonst gibt er jedoch keinerlei Informationen heraus. [Er glaubt zu wissen, was ihn interessiert, ohne sich ansatzweise der Komplexität der Zusammenhänge bewußt zu sein, scheint mir.]
Bei einem Transformator hat ein Luftspalt überhaupt keinen Sinn, es sei denn, es handelt sich um einen Selbstschwinger, und auch dann wären 0,5mm viel zu viel. Und die Kernverluste, die im Datenblatt angegeben werden, gelten für sinusförmige Spannungen (steht auch extra drin). Rechteckspannung enthält jedoch viel höhere Frequenzanteile. Nicht zu unterschätzen sind auch hochfrequente Schwingungen beim Schalten der Transistoren. Das, und Alles, was meine Vorredner erzählt haben, erklärt Dein Problem. sodimm schrieb: > [Wenn man nicht eine separate Paralleldrossel (macht eigentlich > niemand, zumindest m.W.) in Betracht ziehen will.] Die "Paralleldrossel" ergibt sich aus der Funktion, nicht aus dem Aufbau. @ mosfetman: Wenn Du bereit und in der Lage wärest, explizite Angaben zu machen, was Schaltplan und Aufbau angeht, könntest Du in diesem Forum einen gewaltigen Erfahrungsschatz abgreifen.
Hallo nochmals vielen Dank für alle Antworten. Musste beim Lesen einiger Beiträge feststellen, dass ich meine Fragestellung falsch gewählt habe. Es muss lauten: Welche Wirkung hat ein Luftspalt auf die Gesamtverlustleistung eines Ferrit-Trafo? Der Luftspalt selber hat keine Verluste klar, ausser den Randverzerrungen des Feldes , was in einem Bericht erwähnt wurde. Mit dem TDK tool bekommt man aber über N87 heraus welche Verluste ein Trafo ohne Luftspalt hat bei einer bestimmten Frequenz / Fluss und Volumen. Ich werde TDK Epcos mal anschreiben ob die Anhaltspunkte für mein Problem haben. Damit möchte ich diesen Beitrag erstmal schliessen und danken für alle Antworten. Gruss mosfetman
Ohne Luftspalt weiterzumachen scheint keine Option zu sein. Na dann..
@Purzel: Auch, aber der wichtigere Punkt sind ja fehlende Grundlagen - leider offenbar ohne jedes Bewußtsein dafür (da ist er aber nicht der erste, und wird auch nicht der letzte sein). Es wäre möglich, auch mitsamt Luftspalt einen gut funktionierenden Gegentakt-Wandlertrafo zu bauen... z.B. eben für Resonanzwandler. Darum aber geht es genaugenommen nicht (vor allem, weil es gar keine "Zielvorgabe" gibt / diese aus Kurzsichtigkeit nicht genannt wird). Er will das unbedingt so durchziehen, und spart an Informationen. (Z.B.: Laie kauft Kern in der Bucht und will damit experimentierend lernen, wie das alles geht - daß eine Menge Theorie dazu gehört und nicht_wir schuld sind, daß er uns nicht versteht... ganz genau dies versteht er am allerwenigsten, wer weiß schon wieso genau.) Berthold B. schrieb: > Hallo nochmals vielen Dank für alle Antworten. > > Musste beim Lesen einiger Beiträge feststellen, dass ich meine > Fragestellung falsch gewählt habe. Es muss lauten: > Welche Wirkung hat ein Luftspalt auf die Gesamtverlustleistung eines > Ferrit-Trafo? Das wurde längst beantwortet: Verringerte L_mag / erhöhter I_mag = erhöhte Wirkverluste (und das auch in allen Leitern des Stromkreises Vollbrücke zu/von Primärwicklung). Und auch nicht nur die Grundwelle, auch wenn HF-Litze die Sache etwas besser macht. > Der Luftspalt selber hat keine Verluste klar, ausser den > Randverzerrungen des Feldes , was in einem Bericht erwähnt wurde. Das erwähnten hier auch andere, Zusatzsuchtag: "air gap fringe flux". (Außer oszi40 vielleicht, den Post verstand ich selbst nicht völlig.) > W/ TDK tool bekommt man aber über N87 heraus welche Verluste ein Trafo > ohne Luftspalt hat bei einer bestimmten Frequenz / Fluss und Volumen. > Ich werde TDK Epcos mal anschreiben ob die Anhaltspunkte für mein > Problem haben. Daß die die Zusammenhänge irgendwie einfacher (und daher für den nur kurz damit befaßten Laien verständlicher) darlegen können, darf bezweifelt werden. Also bitte verweise in Deinem Schreiben auf diesen Thread (Link) - damit sie es nicht (unnötigerweise) genauso versuchen, wie wir ...
Auch wenn es nicht wirklich weiterführt...ich habe bei der Frage eigentlich sofort an Netztrafos gedacht, die ja auch diverse Kerne (Blechpakete) haben können und bei 50Hz kaum einen Luftspalt haben werden...aber gehört nicht hierher...zumal Netztrafos nicht mehr zu den ganz unbekannten Wesen gehören sollten. Gruß Rainer
P.S.: Es ist immer eine gute Idee ausgewählte Messungen zu verifizieren. Besonders bei der zunehmenden Komplexität der Technik wie die Kombination von einem Leistungsmeßgerät und einem Schaltwandler.
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