Hallo liebe Community, gleich vorweg. Ich habe in einen der Beiträge gelesen, dass mein folgendes Problem schon des öfteren behandelt worden ist, leider habe ich keinen Beitrag gefunden. Entweder suche ich falsch, oder es gibt diese Beiträge nicht. Wahrscheinlich ersteres ;). Ich entschuldige mich schon vorweg. Nun zu meinem Problem. Ich entwickle gerade für ein kleines Schulprojekt einen simplen Konverter (Boost - Topologie mit MOSFET und Diode, Discontinuous Mode). Dieser funktioniert auch soweit. Jetzt stehe ich aber vor dem Problem, dass ich für die größten Verlustträger die Einzelverluste der Bauelemente bestimmen muss. Aus diesem Grund habe ich eine Frage zur Vorgehensweise bei der Spule. Und zwar habe ich mit einem Oszilloskop den auftretenden Strom durch die Drossel und die anliegende Spannung gemessen. Mein Ansatz wäre jetzt, von Strom und Spannung den arithmetischen Mittelwert zu nehmen (über die gesamte Periode) und dann dementsprechend zu multiplizieren (Die Verluste müssten sich in einer kleinen Nullpunktverschiebung der Spannung erkenntlich machen. Sind bei mir ein paar mV). Leider hab ich damit eine Verlustleistung die mir persönlich sehr unrealistisch vorkommt. Deshalb wollte ich mich erkundigen, ob dieser Ansatz überhaupt richtig und zielführend ist. Oder habe ich da etwas nicht beachtet. Der Effektivwert beschreibt in diesem Fall nur die gesamte Scheinleistung, wenn ich mich nicht täusche. Ich schreibe jetzt extra keine Kenndaten des Konverters in den Beitrag weil es mir um die Vorgehensweise bei diesem Thema geht. Ich bedanke mich schon im Vorraus. Falls doch noch extra Daten benötigt werden, bitte Bescheidgeben. Danke.
Eine Spule ist kein einfacher Widerstand, deine Strom- und Spannungsmessung führt zu nichts. Wenn man an eine Spule eine Spannung legt, steigt der Strom mit der Zeit an und die dabei umgesetzte Energie wird zum Teil im Magnetfeld gespeichert. Die Verluste in der Drossel kannst du mit dem Drahtverlusten (unter Berücksichtigung von Skineffekt und Proximityeffekt) und den frequenz-/ flußdichte-/ temperaturabhängigen Kernverlusten näherungsweise berechnen.
Elliot schrieb: > deine Strom- und Spannungsmessung führt zu nichts. Der junge Mann hat die Begriffe "Periode", "Mittelwert" und "Nullpunktverschiebung" erwähnt, also dürfte klar sein, dass er zur Messung eine Wechselspannung benutzt. Wir wissen nur die Kurvenform nicht, ob Sinus oder Rechteck oder sonstwas. Ich halte das Vorgehen für zielführend, wobei sich die Auswertung je nach Kurvenform unterscheidet. Abgesehen davon sind die Verluste (tan δ) abhängig von der gewählten Frequenz, wie bei jeder Spule, und bei einer Drossel mit Eisenkern noch dazu von der Spannungsamplitude, wegen der Sättigungseffekte im Kern.
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Danke für eure Antworten. Ich lade im Anhang ein Oszi - Bild mit den Messwerten hoch, um Missverständnisse zu vermeiden. Vl. hilft das :) C4 beschreibt den Strom und F1 die Spannung. LG
Markus B. schrieb: > C4 > beschreibt den Strom und F1 die Spannung. Dann würde ich sagen: für jeden einzelnen Zeitpunkt - C4 und F1 multiplizieren (das ergibt die Momentanleistung p(t)) - das Integral über eine Periode bilden. Das ergibt die Energie, die in der einen Periode in der Spule hängen geblieben ist. Kann aber schnell passieren, dass das Ergebnis von Messfehlern dominiert wird. Weil die an den Ausgang übertragene Leistung deutlich größer ist als die Verlustleistung der Spule. Und weil gleich die Fehlerbeiträge von 3 Messkanälen in die Rechnung eingehen. Wenn du vorab kalibrierst und den Strommesskopf nullst hilft das vielleicht etwas (und dass du das Oszi auf 12 Bit gestellt hast ist ebenfalls hilfreich).
warum oszilliert die spannung so? sieht nicht legit aus
Dieter H. schrieb: > warum oszilliert die spannung so? sieht nicht legit aus ist normal: Transistor und die Diode sperren, der Schwingkreis aus L und parasitären C oszilliert vor sich hin.
Achim S. schrieb: > Dann würde ich sagen: für jeden einzelnen Zeitpunkt > - C4 und F1 multiplizieren (das ergibt die Momentanleistung p(t)) > - das Integral über eine Periode bilden. Das ergibt die Energie, die in > der einen Periode in der Spule hängen geblieben ist. > > Kann aber schnell passieren, dass das Ergebnis von Messfehlern dominiert > wird. Weil die an den Ausgang übertragene Leistung deutlich größer ist > als die Verlustleistung der Spule. Und weil gleich die Fehlerbeiträge > von 3 Messkanälen in die Rechnung eingehen. Wenn du vorab kalibrierst > und den Strommesskopf nullst hilft das vielleicht etwas (und dass du das > Oszi auf 12 Bit gestellt hast ist ebenfalls hilfreich). Danke für den Tipp. Und danke für die zahlreichen Antworten :). Das mit dem Messfehlern habe ich mir auch gedacht. Den zeitlichen Versatz von Stromzange und Tastkopf habe ich kompensiert. Ein OSzi ist für solche Messungen, meiner Meinung nach sowieso nicht geeignet. Aber ich habe eine Messmethode ohne Oszi, mit der ich diese Nullpunktverschiebung der Spannung (als arithmetischen Mittelwert) ziemlich genau messen kann. Den Mittelwert des Stromes hätte ich vorläufig immer noch mit dem Oszi gemessen. Deshalb habe ich gehofft, dass das Ganze mit dem jeweiligen arithmetischen Mittelwerten von Strom und Spannung ansetzt werden darf. Ist das so möglich oder muss es die Methode mit der Momentanleistung sein?
Hi. Spulenverluste sind Kupferverluste plus Eisenverluste Wuerth hat eine schöne App-Note geschrieben o109002v410 AppNotes_ANP029_ExakteBestimmungVonSpulenverlusten_DE-1.pdf
Markus B. schrieb: > Deshalb habe ich gehofft, dass das Ganze mit dem jeweiligen > arithmetischen Mittelwerten von Strom und Spannung ansetzt werden darf. > Ist das so möglich im allgemeinen: nein. als grobe Näherung: vielleicht. aber dein oszi sollte auch die richtige Rechnung mit Bordmitteln können.
Xerxes schrieb: > Hi. > Spulenverluste sind Kupferverluste plus Eisenverluste > Wuerth hat eine schöne App-Note geschrieben > > o109002v410 AppNotes_ANP029_ExakteBestimmungVonSpulenverlusten_DE-1.pdf Danke für den Literaturtipp. Werde ich mir durchschauen. Vl. steht da etwas hilfreiches dabei :). Achim S. schrieb: > im allgemeinen: nein. als grobe Näherung: vielleicht. aber dein oszi > sollte auch die richtige Rechnung mit Bordmitteln können. Ich werde das so versuchen. Danke auf jeden Fall für die ganzen Tipps :).
Markus B. schrieb: > ...kleines Schulprojekt / Jetzt stehe ich > aber vor dem Problem, dass ich für die größten Verlustträger die > Einzelverluste der Bauelemente bestimmen muss. Kurze Frage: Geht's mehr um die Bestimmung als Berechnung, oder mehr um das Ergebnis? Je nach genauem Ziel gäbe es untersch. Möglichkeiten.
bn schrieb: > Kurze Frage: Geht's mehr um die Bestimmung als Berechnung, oder mehr > um das Ergebnis? Je nach genauem Ziel gäbe es untersch. Möglichkeiten. An sich ist das Ergebnis wichtig. Ich habe bei mehreren Arbeitspunkten den Wirkungsgrad vermessen und versuche die Verluste nachzuvollziehen. Die Methodik ist nicht vorgeschrieben. Lg
Temperaturmessung der Spule und dann etwas rechnen oder wie im Papier von Würth mit zwei Leistungsmessungen.
Das kannst du mehr oder weniger komplett vergessen, da deine Messung von den Messfehlern dominiert sein wird und du alles mögliche an Ergebnis kriegen kannst. Die Bestimmung der Spulenverluste kann im Allgemeinen schwierig bis unmöglich sein, wenn nicht die ohmschen Verluste dominieren. Die Spulenverluste setzen sich aus Wicklungs und Kernverlusten zusammen. Letztere akkurat zu beschreiben ist fast unmöglich da man die physikalischen Mechanismen der Kernverluste bis heute nicht komplett verstanden hat. Wenn man Glück hat findet man zum Kernmaterial irgendwo eine "Loss Map", also tabellierte Verluste unter bestimmten Bedingungen und mit sehr viel Glück passen diese Bedingungen dann noch zufällig zur Anwendung. Die Steinmetzgleichung taugt nur sehr sehr grob und kannst du eigentlich vergessen da sie die Abhängigkeit vom DC Offset nicht abbildet, die Parameter oft unbekannt und sehr schwer zu bestimmen und temperaturabhängig sind und sie nur für Sinusgrössen gilt (und Überlagerung aufgrund der Nichtlinearität nicht gilt). Verallgemeinerte Formen der Steinmetzgleichung für nicht sinusförmige Flussdichten gibt es, die sind aber kaum besser. Fehler von deutlich mehr als 100 % sind eher die Regel. Bei den Wicklungsverlusten sieht es nur wenig besser aus, hier kann man den ohmschen Widerstand messen. Allerdings spielen bei höheren Frequenzen oft auch die AC Verluste (bedingt durch Proximity und Skineffekt) eine nicht unerhebliche Rolle. Diese könnte man theoretisch berechnen wenn man den Widerstand über die Frequenz misst und die einzelnen Verlustanteile bei den verschiedenen Stromharmonischen addiert. Allerdings ist es wiederum fast unmöglich den ohmschen Widerstand bei hohen Freqzenzen zu messen, da bei diesen der induktive Anteil die Impedanzmessung massiv dominiert. Den HF Widerstand aus der Spulengeometrie berechnen kann man bei Transformatoren einigermassem machen, bei Spulen ist der Feldverlauf des Magnetfelds allerdings unmöglich zu bestimmen (ausser eventuell per FEM). Eine Chance auf genaue Ergebnisse hat man eigentlich nur über eine Kalorimetrie, also direkte Bestimmung der entstehenden Wärmemenge. Diese liefert sehr genaue Ergebnisse, ist allerdings massiv aufwändig.
Markus B. schrieb: > Boost - Konverter: Verlustmessung der Drossel Da Du anscheinend kein Serienprodukt entwickkeln willst, sollte es reichen, die Drossel so zu dimensionieren, das deren Sätti- gungsstrom deutlich über dem fliessenden Strom liegt. Dann sind die Drosselverluste meist zu vernachlässigen.
Blu schrieb: ...... Danke für die ausführliche Antwort. Das Kernmaterial ist leider nicht bekannt, hab auch keine Möglichkeit das herauszufinden. Somit wird eine Berechnung wahrscheinlich auch eher ungenau sein. Aber danke für die tolle und Zusammenfassung des Themas :) Harald W. schrieb: > Markus B. schrieb: > >> Boost - Konverter: Verlustmessung der Drossel > > Da Du anscheinend kein Serienprodukt entwickkeln willst, sollte > es reichen, die Drossel so zu dimensionieren, das deren Sätti- > gungsstrom deutlich über dem fliessenden Strom liegt. Dann sind > die Drosselverluste meist zu vernachlässigen. Werd ich mir fürs nächste Mal merken. Danke :) noreply@noreply.com schrieb: > Temperaturmessung der Spule und dann etwas rechnen oder wie im > Papier von Würth mit zwei Leistungsmessungen. Werde ich versuchen. Danke!
Im Grunde brauchst du zwei Messungen: a) den Realteil des Widerstandes (bei Gleichspannung) und den Imaginärteil des Widerstandes. Die Phasenverschiebung ist recht klein, wie von dir schon richtig gesehen. Man kann die Phasenverschiebung messen; je höher die Frequenz, desto höher ist die Phasenverschiebung. Nur leider nicht linear. Es wird eine Frequenz geben, bei der die Induktivität besser arbeitet, als darunter oder darüber. So ein Wandler ist immer ein Kompromiss zwischen Schaltfrequenz, angestrebte Effizienz, und Größe der Bauteile. Je höher die Frequenz, desto kleiner die Bauteile, insbesondere die Induktivität. Desto größer aber gleichzeitig auch die Verluste. Man kann das Kernmaterial herausbekommen, wenn man die Messungen macht, Spule abwickelt und Windungen zählt, etc. Habe ich mal gemacht; bei mir kam dann das Kernmaterial "N27" heraus.
> Im Grunde brauchst du zwei Messungen: a) den Realteil des Widerstandes > (bei Gleichspannung) und den Imaginärteil des Widerstandes. > Blöderweise ist hier keine einzelne Betriebsfrequenz angebbar. ... > Man kann die Phasenverschiebung messen; ... Leider ist hier keine einzelne Betriebsfrequenz gegeben. --- Anderer Weg: Bei konst. Raumtemperatur messen, wie warm die Spule im Betrieb wird. Dann die Spule ausbauen und aus Labornetzteil mit solchem Strom beaufschlagen, dass sie gleich warm wird.
Harald W. schrieb: > Da Du anscheinend kein Serienprodukt entwickkeln willst, sollte > es reichen, die Drossel so zu dimensionieren, das deren Sätti- > gungsstrom deutlich über dem fliessenden Strom liegt. Dann sind > die Drosselverluste meist zu vernachlässigen. Trotzdem kann man genau dann die Kernverluste nicht vernachlässigen. Je nach verwendeter Spule, Frequenz und Stromripple tragen die AC-Verluste maßgeblich zu den Gesamtverlusten im Discontinuous Conduction Mode bei.
Eektrofan schrieb: > Anderer Weg: > Bei konst. Raumtemperatur messen, wie warm die Spule im Betrieb > wird. Vor so einigen Jahren (noch zu "mostly THT" Zeiten) haben wir das mal so gemacht, allerdings wurden gleich Kontakte miteingelötet, um durch Schalter + Spule jeweils DC-Konstantstrom fließen lassen zu können. (Also "in Circuit", und tatsächlich auch mit mehreren KSQs, damit die gegenseitige Beeinflussung nahe des realen Betriebs war. Aber wie gesagt mit THT Leistungs-BE, und auch nur knapp 60kHz.) Gemessen wurde jeweils die Temperatur der BE nach gut 15 Minuten (das war damals der empirisch ermittelte Zeitpunkt, in dem sich in allen gem. Betriebspunkten, nämlich 10%, 25%, 75% und 100%, das thermische Equilibrium ausr. eingestellt hatte), und dann halt jeweils mit Konstantstrom "nachgestellt" und die abfallende Spannung ermittelt. (I * U = P_tot) Die Elkos wurden natürlich an einer AC-Quelle "aufgewärmt", ging ja (und ginge auch heute noch) nicht anders. So konnte man die Verluste der einzelnen BE einfach ermitteln - kalorimetrisch würde man ja P_tot/Gesamtkonverter messen, oder?
Die Verluste in der Spule sind sind aus den bereits genannten Gründen mit Abstand am schwierigsten zu ermitteln. Alle anderen Bauteile sind einfacher zu bestimmen. Du könntest z.B. alle anderen Verluste aufsummieren und dann den Rest der Spule zuschreiben. Oder Du baust eine extrem verlustarme Spule und machst damit eine Vergleichsmessung. In der Praxis schaue ich deshalb vor allem auf Erwärmung der verschiedenen Bauteile. Generell sind die meisten Eisenpulvertoroide eher schlecht aufgrund hoher Kernverluste. Deutlich besser dagegen Ferritkerne mit Luftspalt, bewickelt mit Litzdraht.
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