Господа, а кто-нибудь проверял соответствие теоретических положений науки о потерях на вихревые токи практике? Что то у меня упорно получаются любопытные результаты - в синхронном баке я таких потерь не увидел вообще (ну, там они по жизни малы, и списал на точность измерений), а вот тут попробовал отловить их в эктив клэмп форварде, и тоже не увидел, хоть и должны быть заметны невооруженным глазом по науке то....

Отчетик: http://bludger.narod.ru/smps/EddyCurrentReport.pdf

Есть идеи где что не так?

Исследовал оные потери в двухобмоточном дросселе - таки есть скин-эффект. То, что "по науке", моделировал в PSpice, потом таблицу гармоник из выходного файла вставлял в Excel, считал потери по каждой и суммировал. Если интересно, могу сбросить куда-нить результаты

А в железе проверяли? Т.е. один дроссель по науке, второй - чем толще, тем лучше - и сравнить реальные потери с расчетными.

Измерял нагрев обмотки на переменном токе, потом подбирал постоянный ток, чтобы получить ту же тем-ру, таким способом получал мощность потерь. Но я не понял - что есть по науке? О толстом проводе наука тоже вроде в курсе.

Видите ли - по теории разницу в КПД за счет дополнительных потерь на вихревые токи можно было увидеть без проблем - 0,3Вт при самых оптимистичных расчетах. Но ее не видно вообще. И ток не переменный (в смысле не синусоидальный), а фактически прямоугольный Корректно ли в данном случае считать что прямоугольник можно раскладывать в фурье? Может быть, надо считать дополнительные потери только там, где эти потери собственно и возникают в данном случае, т.е. на фронтах импульса?

К сожалению, на КПД влияют и другие потери - одну уменьшили, а другая может увеличиться ... лучше уж мерять прям на самом индуктивном элементе.
Если процесс периодический - отчего ж не разложить его в ряд Фурье? Нас ведь интересует только мощность каждой гармоники. Тока, если делать это вручную, т.е. аппроксимировать реальную картинку прямоугольником или трапецией - набежит погрешность. Я предпочитаю расчёт спектральных составляющих перекладывать на могучие плечи умных машин. В качестве контрольной проверки можно сравнить мощность потерь на резисторе в transient analysis и рассчитанную по гармоникам.

Про КПД - все абсолютно идентично, та же самая плата, тот же транс - только вторичка другая, как раз с целью минимизировать влияние других элементов схемы на КПД.
Меня настораживает хронически повторяющийся результат, что потери не возрастают от жирного провода, вот и пытаюсь понять где может быть зарыта бяка. Меня пока смущает логическая нестыковка - что раскладывается частота преобразования, в то время как провод греет только фронт. И связь между ними в данном случае исключительно как отношение времени фронтов к общему периоду...

А с чем сравнивали жирный провод? И как считали потери? И этова ... греет не только фронт - у прямоугольный формы сигнала третья гармоника очень существенна.

Допустимый МАХдиаметр провода, когда скин не сказывается D=140\(f^1\2), мм

Вот именно В первом случае 16*dia0,41 против 0,44 по вышеприведенной формуле, во втором случае - dia1.7mm. В результате потери одни и те же.



В отчетике я расписал что и где. Сравнивал скрутку из 16 проводов D=0.41 и один провод D=1.7mm. Сопротивление постоянному току одинаковое. Считал, что называется, для худшего варианта - длясинусоидального воздействия и с учетом разбега витков жирного провода. Даже для этих условий разница должна быть заметна.
Потери соответственно постоянная составляющая тока в квадрате на Rdc плюс переменная составляющая в квадрате на Rac

Это верно для одиночого проводника, для скрутки - только если диаметр каждой жилы намного меньше глубины скин-слоя. Вот цитата из первоисточника:
Параллельные обмотки. Когда сопротив-
ление ленточной вторичной обмотки все же
велико, поскольку требуется слишком толстая
полоса, заманчиво разделить ее на несколько
более тонких, изолированных друг от друга. К
сожалению это не проходит – комбинация бу-
дет работать как эквивалентная по толщине
целая полоса. Это происходит потому, что ка-
ждая из полосок располагается в своей части
поля, и вихревые токи циркулируют между
слоями по внешним соединениям их концов

Another solution is to interweave or twist the wires together in such manner that each wire moves within the group to successively occupy each level within the field.

Это литцендрат. Сам не проверял, но слышал от коллеги, что не только диаметр жилы имеет значение, но и как их скручивают

Хорошо бы разобраться в этом вопросе.. Просто уж больно с хорошей точностью совпадают потери - хотя, как мы знаем, это может быть чистым совпадением как обычно с наиболее гнусными последствиями

Может, всё дело в конструктивных особенностях транса?
Ну, например, "толстая" многопроводная обмотка лучше охлаждается воздухом, а однопроводная отдаёт больше тепла в сердечник, что приводит к уменьшению потерь в нем.
Наверное, стоит измерять КПД всё время после включения, до наступления теплового равновесия.

Или у многопроводной потокосцепление с первичкой хуже, поэтому тепло выделяется где-то ещё.

На холодной та же картинка... И против влияния рассеяния на КПД меры приняты - это же Эктив Клэмп, и у него резонансный процесс переключения, я специально привел картинки напряжения на стоке - видно, что переключение происходит в одной и той же точке в обоих вариантах.

Так в статье ж Диксона об этом сказано - скрутку нельзя рассматривать как набор параллельных проводников, соответственно, уравнения Дауэлла здесь неприменимы.

Пожалуйста, ткните носом, не вижу Вот что вижу:

Параллельное соединение обмоток можно
осуществлять лишь тогда, когда они распола-
гаются в одинаковом поле, среднем по их дли-
не:
* Можно запараллелить витки, расположен-
ные в одном слое – все они находятся в
одинаковом поле
* Применение лицендрата – плетеного или
скрученного провода – очень хороший спо-
соб (см. приложение 1)
*Части обмоток в различных секциях, если
они расположены в поле примерно одной
интенсивности, так же можно включать в
параллель. Например, могут быть запарал-
лелены две 4 – витковые секции на рисунке
11, поскольку поле должно оставаться рав-
номерно распределенным между обеими
секциями. Вторичная обмотка на том же
рисунке тоже может быть разбита на две
параллельно включенные секции.

Надо будет не полениться потрахаться и свить то же сечение из провода 0,2 Интуитивно чуствую, что Вы прады, но хотелось бы определенности

Так - вот это оно и есть (плюс процитированный ранее отрывок). В соседних витках не возникает токов из-за эффекта близости, если они находятся в одном поле.
Это выполняется при рядовой намотке (п. 1) - поля всех витков направлены параллельно.
Это не выполняется в скрутке, поскольку направление поля постоянно меняется на каждом витке скрутки.
Это почему-то выполняется для литцендрата (п. 2), думаю, ключевые слова здесь "fine wires" и "in such a manner".



Я думаю, 0,2 - это много, на уровне всё той же неопределённости. Собственно, глубина скин-слоя - это ведь некая условность - напряженность поля уменьшается в "e" раз. А "e" - это много или мало? Лучше уж заказать в ELFЕ 200 грамм литцендрата. Дороговато, конечно, но наука требует жертв

Точности осциллоскопических измерений недостаточно + ошибки на фронтах. Попробуйте просто измерять скорость нагрева. Трансформаторы оберните... ватой... или чем-то вроде.... Лучше в стакан из пенопласта поочередно. Подсказка - медная обмотка - хороший термометр.
P.S. Имеются ошибки в английском...

C температурой там глушняк - на мощном медном полигоне сидит и обмотка, и ключи выпрямителя, т.е. обмотка работает а-ля радиатор для ключей Разносить не хочется - токи скачут немаленькие и быстро.
По фронтам - там энергия переключения важна, но плюс-минус 50В - это не существенно, сотня милливатт от силы.
Ошибки в английском - не претендую, к сожалению, на флюент то...

Вот все вместе и засовывайте в термостат... А про фронты... Вы ведь ток на напряжение умножать должны (?), а они с крутыми фронтами... Иными словами, небольшой временной сдвиг - и плакали высокочастотные компоненты... Да и разрядность...

Все вместе в термостат - проще померять разницу в потребляемой и отдаваемой мощности )
А про фронт - у нас до уровня примерно в 200В энергия не тратится, а ниже - динамика, т.е. ток на напряжение напополам плюс емкостная составляющая. Уровень в 200В одинаков, и он определяется паразитной емкостью свитчин ноуда и индуктивностью рассеяния. Соответственно, можно считать, что оба этих паразитных элемента сохранились на прежнем уровне - собственно, этого следовало и ожидать, конфигурация то обмоток очень похожа...

А на каких частотах? и какой диаметр обмотки?

Продолжаем игры Нашел в загашнике фольгу медную, толщиной 30мкм. Посчитал что надо для получения того же самого сопротивления. В итоге - нарезал ленту шириной 15мм, сложил в пять слоев, т.е. эквивалентная толщина 0,15мм - почти вдвое меньше глубины проникновения на 100кГц.
Измеренное сопротивление постоянному току то же самое с хорошей точностью - 1,82mOhm.
При тех же условиях КПД 89,64%, т.е. на 0,11% меньше, чем в предыдущих вариантах. Но - из-за увеличившейся паразитной емкости немного (на 30В) увеличилось напряжение переключения. Расчет показывает, что из-за увеличенной энергии переключения КПД должен уменьшиться именно на такое значение.
Но - из-за исчезновения скин-эффекта КПД должен был возрасти на 0,4% как минимум...

Сомневаюсь, что на осциллке можно чётко различить диаграммы напряжений и токов в ИБП для разницы в 300 мВт при выходной мощности в 45 Вт...
Хотя, если присмотреться, видно различие задних фронтов импульсов. Левый верхний, например, заканчивается позже правого верхнего, а левый нижний - позже правого нижнего. Нулевые уровни, кстати, тоже различаются.
Ещё один момент: входное напряжение ключа меняется во времени (пульсации на кондёре, нестабильность сети).
Так что судить по осциллограммам я бы всё же не стал. Нужен более точный измерительный прибор.
Ещё я бы посоветовал снизить выходную мощность ИБП в несколько раз, чтобы относительный вклад скин-эффекта в потери был более весомым.

ЗЫ. А, кстати, каким образом Вы измеряете входную мощность? И что используется в качестве источника напряжения 299В?

всё равно различие быть должно - площадь поверхности-то больше...
Думаю, собака очень даже могла порыться в методике измерения...

Питаемся от старого доброго Б5-50, меряем ток и напряжение (одновременно). Вообще, все четыре параметра измеряются одновременно.

А точного измерения по осциллограммам и не производится. Мы контролируем напряжение включения силового транзистора - а небольшие его изменения, причем намного превосходящие точность осциллоскопа, оказывают относительно небольшое влияние на КПД. Причем опять же - в варианте с фольгой - у нас увеличилась паразитная емкость, и подросло напряжение включения. Расчет показывает что это должно отразиться на входном токе как +0,5мА - ну его и получаем.
Проблема в том, что каждое изменение в схеме приводит именно к тем изменениям, что и ожидается - нет никаких непонятных эффектов, и все измерения с хорошей точностью повторяются из раза в раз. Сопротивление обмотки тоже меряю честно - транс впаян в плату, через вторичку прогоняется хороший ток, и меряется напряжение непосредственно на точке запайки обмотки в плату.

При расчете надо учитывать влияние высших гармоник. Я вот скопировал две картинки отсюда
http://ece-www.colorado.edu/~pwrelect/book.../Ch13slides.pdf
На с. 66 показан график нормированных потерь по отошению к случаю, когда "фи" (отношение толщины эквивалентной фольги к глубине скин-слоя) равно 1. Это - для синусоидальной формы тока. Видно, что начиная с некоторого значения, увеличение диаметра "толстого" провода не приводит к росту потерь, поскольку увеличение Rac/Rdc компенсируется уменьшением Rdc.
Для несинусоидальной формы тока из этого графика можно сделать вывод, что вклад высших гармоник в потери в "толстом" проводнике незначителен. Для "тонкого" проводника (фольги) ситуация другая - с ростом частоты глубина скин-слоя уменьшается и для этих частот он становится "толстым", что иллюстрирует график на с. 79.
Т.е., рост потерь из-за несинусоидальной формы тока в фольге может быть сопоставим с разницей в потерях между "толстым" проводом и фольгой

Не въехал по рис. на стр.66 - они приводят график для фи=1 - а что они по оси Х то откладывают?
Вообще - графики на страницах 78-80 просто очаровательны. Или я не так их понимаю, или при прямоугольном токе при увеличении диаметра провода свыше фи>2.5 не происходит возрастания потерь на вихревые токи, и при увеличении кол-ва слоев тож. Также, эффективность жирного провода (фи>2.5) лишь немногим меньше кучи тонких, и самые неудачные диаметры проводов лежат в где то в районе 0.5<фи<2
Правильно я понимаю это дело?

Поправка - неправильно понимаю. Это графики только для высших гармоник, они множатся еще на основную составляющую. То есть с фольгой с ее фи=0,5 (примерно) и четырьмя слоями опять получаем Rac/Rdc около 4...

На стр. 66 по оси X откладывают "фи", разница в том, что по Y откладывают потери не абсолютные, а относительно потерь для "фи"=1. Графики, как видите, крутятся вокруг точки 1, 1


На этих графиках Эриксон привёл в качестве примера трансформатор с одинаковым числом витков первичной и вторичной обмоток. Такая конфигурация позволяет легко варьировать число слоев, картина распределения поля при этом не меняется.
Не, просто так "помножить" не получится ... Если считать "по науке" какой-нить реальный трансформатор, то надо учесть:
1) Распределение поля в каждом слое, т.е. считать потери для каждого слоя обмотки, а затем их суммировать. В данном случае (для фольги) - для m=1, 2, 3, 4.
2) Спектральные составляющие. В данном случае форма тока не прямоугольная, а, я бы сказал, суперпозиция прямоугольника и треугольника плюс ещё переходные процессы на фронтах
3) Если обмотка намотана обычным проводом не виток-к-витку, а с зазором между витками, то для неё толщина эквивалентной фольги будет меньше, соответственно и "фи" изменится.

Вообще, у Эриксона это подробно разжевано, можно скачать книжку здесь
http://lord-n.narod.ru/walla.html

Дык они вроде как считают что m - это кол-во слоев (Number of Layers), а не номер слоя. Соответственно, на стр. 77 приводят формулу, где переменная составляющая потерь есть произведение потерь на вихревые токи на основной частоте (Fr), потери на вихревые токи от гармоник (Fh)? ну и ток в квадрате и сопротивление.

2) Спектральные составляющие. В данном случае форма тока не прямоугольная, а, я бы сказал, суперпозиция прямоугольника и треугольника плюс ещё переходные процессы на фронтах

Это уже совсем крохи, с инженерной точки зрения глубоко на них плевать.



Это учтено.

Огромное спасибо за разъяснение, вроде как что то уже начало проясняться!

Это - потери для одного слоя. В частном случае, приведенном на с. 67 с продолжением на с. 78-80, американские профессоры просуммировали потери по всем слоям и выразили их через M "большое" - число слоев.
А m "маленькое" определено на с. 64, но как его назвать простыми словами, я не знаю. Проще посмотреть на картинки распределения поля между слоями обмоток - сразу усе станет понятно.

Погодите, вот они на стр. 68 приводят график зависимости Fr от фи для разного кол-ва слоев, там же М большое, т.е. уже просуммированное, а для каждого слоя - на стр. 65. И потом это самое Fr они множат на Fs что бы получить суммарные потери от прямоугольника.
Вообще, интересные выводы получаются.. Фактически, чем жирнее провод, тем эффективней он будет работать - если лежит в один слой. В этом случае его сопротивление переменному току после фи=1 уже расти не будет (потери на вихревые токи компенсируются увеличенным сечением), а сопротивление постоянной составляющей будет резко падать. И дробить его не несколько более тонких - нарываться на резкое увеличение потерь от ВЧ составляющих. И в итоге диапазон наихудших проводов лежит в диапазоне примерно (0,4-2)фи - сечение недостаточно большое для малости Rdc но недостаточно малое для ВЧ составляющих прямоугольника... Разумеется, каждый случай уникален, но тенденция..

Есть еще статья на эту тему:
http://www.mmp-irbis.ru/SB_S/SB1/elmag1.pdf
Там в конце приводятся некоторые данные о влиянии крутизны фронтов на потери в литцендрате.

Ага, спасибо! К сожалению, перевод ирбисовской компании достаточно бестолковый, приходится продираться
Но любопытно - про то, что толщина слоя скрутки из досточно толстых жил принимается эквивалентной корню квадратному из числа жил Ну и вообще - литцендрат, конечно, хорошая штука, но, похоже, сплошная медяха того же диаметра будет работать лучше
Поправка - при одном слое! При увеличении слоев рациональность применения литцендрата возрастает. Но вот применение фольги в этом свете уже становится сомнительным делом...

Давно-давно делал ДЦ-ДЦ на 60Вт. Обратноходовик. Обмотки получились по 2 витка. Или по одному...Не вспомню, ужо. Ф=500кГц. При попытке нагрузить, обмотки, мотаные толстым проводом, мгновенно обгорели (лак) и окислились. Только успел питание убрать. Пришлось вструмлять сто с лишком(было давно, забыл, скока в граммах) 0,08 впараллель, символической скруткой. Типа, литцендрат для бедных. ;О) Полегчало немеряно.

Ну это смотря где и смотря как. Упомянутый в экспериментах провод 0.41мм (AWG26) - по правилам это работа на частотах до 1kHz (точнее - на 1кгц уже требуют AWG28, т.е. 0.32мм).
Для упоминавшихся 500кГц - уже рекомендуют AWG44, т.е. 0.05мм.
Но конечно надо учитывать не толко частоту, но и остальные параметры. Например для непрерывного режима это одно, а для прерывистого или критического- совсем другое.
А также от сердечника - с зазором или без. У меня было как-то, провод о всем параметрм, в т.ч. и толщине жилок литца прекрасно подходил, но в районе зазора выгорал со временем от перегрева.
Есть специальные секционированные боббины, с увелеченным диаметром центральной(ых) секции - специально чтобы подальше от зазора, но тогда мне не хватило бы площади окна (не влезло бы).
Пришлось уменьшить диаметр жилок почти вдвое (соов. более доргой литц) - помогло.

А почему Вы так заморачиваетесь на переводах?
Доморощенное, например:-Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры
Русин Ю.С., Гликман И.Я., Горский А.Н. стр(105-115). http://haiboria.ifolder.ru/1624151
чем-то не устраивает?

Ну так и чего в результате? Что делать надо? Куда все разбежались?

Да тут все теоретицкие рассуждения закончились. Дальше - только 3D моделирование, ну и натурные эксперименты.