Aus Forschung und
Aus Forschung und Technik Bild 2: Zweistufig verseiltes Litzekabel 49 x 0,2: Stromdichteverteilung über dem Querschnitt bei 100 kHz zen bei unterschiedlichen Frequenzen untersucht. Dabei wurden konstruktive Parameter wie Adern-Durchmesser und Adern- Zahl, Schlaglänge, Verseilart, Verseilrichtung, Profil und Umspinnung der Litzen systematisch variiert. So entstand eine umfangreiche Datenbank. Aus diesen Daten lässt sich auf die Konstruktion der optimalen Litze für unterschiedliche Einsatzzwecke zurückschließen. Bild 2 zeigt exemplarisch die simulierte Stromdichteverteilung in einem zweistufig verseilten Litzenkabel. Die mit x gekennzeichneten Adern vertauschen durch das Verdrillen immer wieder ihren Platz und führen daher auch alle den gleichen Strom. Die übrigen Adern bleiben immer an der gleichen Position. Man erkennt, dass im inneren Bündel die Stromdichte stellenweise dem Erregerstrom sogar entgegengerichtet ist. Den resultierenden gemessenen Verlustwiderstand R gibt Kurve in Bild 3 wieder. Er liegt für alle Frequenzbereiche zwischen den Extremfällen einer idealen Litze R L und einer parallelen Drahtanordnung R D . Die Auswertung der Messergebnisse an zahlreichen Litzen zeigte, dass ein einziger Qualitätsparameter λ Skin ausreicht, um die Skin-Verluste für eine beliebige Frequenz zu berechnen. Wicklungsverluste würden sich dadurch stark verringern. Wicklungsverluste vermindern Der Entwurf von Spulen und Transformatoren für Schaltnetzteile kleiner Leistung erfolgt vielfach nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“. Dabei sind eine Vielzahl unterschiedlicher, zum Teil widersprüchlicher Anforderungen zu erfüllen: Die Bauteile sollen kostengünstig, mechanisch stabil, unempfindlich gegen Umwelteinflüsse und in der Regel auch kompakt sein. Verluste spielen nicht nur aus Effizienzgründen eine wichtige Rolle. Sie beeinflussen auch die thermischen und die elektrischen Eigenschaften. Abwärme limitiert das Design, da sie sicher Bild 3: Verlustwiderstand R im Vergleich zu idealer Litze R L und parallelgeschaltete Adern R D . abgeführt werden muss und durch die Maximaltemperatur des Bauelements begrenzt ist. In den engliegenden Wicklungen von Spulen und Transformatoren beeinflussen sich benachbart liegende Litzen gegenseitig. Dieser äußere Proximity-Verlust dominiert gegenüber dem inneren und auch gegenüber dem Skin-Effekt und den Gleichstromverlusten. Um das Verhalten solcher induktiver Bauelemente, abhängig vom inneren Aufbau der verwendeten Litzen, besser zu verstehen, führten die Wissenschaftler umfangreiche Messungen durch. Dabei kooperierten sie mit einem Hersteller, der Spezial-Transformatoren Stockach GmbH & Co. KG (STS). Als Testobjekt dienten Transformatoren mit Eisenkern ohne Luftspalt sowie Drosseln mit Luftspalt. Während bei den Transformatoren überwiegend der Lagenaufbau der Wicklungen die Stärke des Proximity-Effektes bestimmt, ist bei Drosseln in erster Linie das stark inhomogene Streufeld im Luftspaltbereich maßgeblich. Messtechnik Der frequenzabhängige Widerstand der Litzen kann recht einfach gemessen werden, indem ein hinreichend langer Abschnitt an die Eingangsbuchsen eines Impedanzanalysators angeschlossen wird. Dabei gilt es, Messfehler durch Proximity- Verluste zu minimieren. Diese entstehen in Metallen nahe dem Litzen optimieren Neben der systematischen Datensammlung war auch die Materialoptimierung ein Ziel der Forscher. Der Pack GmbH gelang es beispielsweise, Flechtlitzen aus Adern mit einem Durchmesser von 0,15 mm zu fertigen. Die obere Frequenzgrenze für den Einsatz von Flechtlitze lässt sich damit verdoppeln. Schläuche aus Flechtlitzen mit kleinem Adern-Durchmesser können als wassergekühlte Wicklungen von Spulen und Trafos die bisherigen massiven Kupferrohre ersetzen. Die Bild 4: Messaufbau a) Skin-Effekt, b) Proximity-Verluste. 8 hf-praxis 1/2014
Programmable 1 MHz to 6 GHz Die Mini-Circuits digitalen, USB-gesteuerten RUDAT-6000 series Stufenabschwächer USB controlled der digital Serie RUDAT-6000 step attenuators von Mini-Circuits support frequencies sind für den from Frequenzbereich 1 MHz to 6 von 1 MHz bis 6 GHz vorgesehen und bieten maximale Dämpfungswerte von 30, 60, und 90 dB, die in Schritten von 0,25 dB GHz in versions with maximum attenuation of 30, 60, einstellbar and 90 dB sind. with Damit 0.25 ist dB präzise attenuation Pegelkontrolle steps, über providing einen weiten precise Bereich level control von Testanwendungen for a wide range möglich. of test applications. Alle Modelle bieten All models präzise, achieve wiederholbare accurate, Leistung repeatable in einem performance abgeschirmten in Metallgehäuse a miniature, shielded (2,0 x 3,0 x metal 0,6“). case Unsere (2.0 einzigartige x 3.0 x Entwicklung 0.6"). Our 0 –30, 60, or 90 dB ATTENUATORS from $ 395 unique hält eine design lineare maintains Dämpfungsänderung linear attenuation pro dB über change den gesamten per dB, over Einstellbereich the entire ein. range Bequem of attenuation steuerbar über settings. USB- oder Controlled RS232- Anschlüsse werden alle Versionen mit einer bedienungsfreundlichen GUI-Steuersoftware und allem, was Sie für sofortigen conveniently via USB or RS232 ports, all versions are supplied Einsatz nach with dem easy-to-use Auspacken benötigen, GUI control geliefert. software Besuchen and everything Sie minicircuits.com you need und for informieren immediate Sie use sich out-of-the-box! über die ausführlichen minicircuits.com Leistungsspezifikationen, for detailed die günstigen performance Preise specs, und die Visit great Lieferbarkeit prices, ab and Lager. off-the-shelf availability! RoHS compliant www.minicircuits.com Mini-Circuits ® P.O. Box 35166, Brooklyn, NY 11235-0003 (718) 934-4500 sales@minicircuits.com DISTRIBUTORS 513 rev org 513rudatAd.indd 1 8/30/13 2:19 PM
