BERÜHRUNGSLOSE ENERGIEÜBERTRAGUNG AUFNHEMERVERHALTEN BEI VARIABLER SPEISEFREQUENZ

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1 48 Jareberit 006 BEÜHNGSOSE ENEGIEÜBETAGNG AFNHEMEVEHATEN BEI VAIABE SPEISEFEQENZ G. Büler 1 EINEITNG Bild 1 zeigt da Trafo-Eratzaltbild eine al eienwingkrei veralteten Aufnemer (Fla-Pik-u). Der Strom Î it der mit der Windungzal w auf die Sekundäreite umgerenete Primärtromitzenwert. Mit den dur Meung gewonnenen Werten der eerlaufannung Û i owie der Komenationkaazität C k laen i für da Eratzaltbild alle witigen Größen berenen. Da die Hautinduktivität und die Streuinduktivität vom Abtand zur Primärwiklung abängig ind, gilt da ier eingetragene Verältni ledigli für den Nennabtand. Bild 1: Eratzaltbild de Pik-u (14 Wdg., Nennabtand 44 mm), i =-Wirkwidertand de Wiklungdrate Getetet wurde der Pik-u mit einer Veraltung entreend Bild. Damit lät i die Wirkleitung relativ einfa dur Multilikation von mit I berenen. Die Aufname einer Belatungkennlinie erfolgt dur ukzeive Vermindern de atwidertande. (Bemerkung: Im eerlauf entrit die gemeene Gleiannung dem Seitelwert der Weelannung Û i ). Bild : Pik-u mit Gleiriter zur Ermittlung der Wirkleitung

2 Berürungloe Energieübertragung Aufnemerveralten bei variabler Seiefrequenz 49 Der Innenwidertand i beinaltet owol den omen Gleitromwidertand al au den frequenzabängigen -Wirkwidertand dur Skin- und Proximityeffekte. Trägt man die Sannung über dem attrom auf, o ergibt i bei korrektem Abglei eine fallende Gerade, deren Neigung ein Maß für den omen Wirkwidertand dartellt (vergl. Gleiung (5)). Dur die Wal einer HF-geeigneten lakiolierten itze (kleiner Einzeladerdurmeer, ezielle Vereilung der Bündel) konnte dieer Innenwidertand auf ein kleintmöglie Maß erabetzt werden. Au Gründen der Überitlikeit wurde der atwidertand bei der ier beriebenen analytien Modellierung mit dem Trafo-Eratzaltbild in den Weeltromkrei eingefügt. Bei allen Größen andelt e i um reine Sinugrößen, wa in der ealität näerungweie zutrifft. Die Sannunggleiung lautet: = I j ( j j + i + ) j + j j + + i (1) Mit folgt = + und i + = owie Trennung na eal- und Imaginärteil = + ' + j + + ' () Die Sannung am atwidertand berenet i na = ( I I ) = ( I ) (3) µ j Einetzen von in obige Gleiung liefert ließli = + ( ) ' ' 1 + j + + (4) Im abgeglienen Zutand ( j j j = 0) ergibt i ein einfaer Audruk für : + = j I (5) i + Für den Fall eine unendli kleinen Innenwidertande zeigt Gleiung (5), da die Sannung am atwidertand von deen Wert unabängig it, o da die Veraltung al eienwingkrei alo den Carakter einer Sannungquelle at. Zwek Einaltung kontanter Saltbedingungen der im Primärweelriter arbeitenden IGBT-Salter it eine Frequenzanaung notwendig. Die im Primärkrei eingebauten Komenationkondenatoren unterliegen aufgrund ire Einbauorte im Freien (iee Bild 3)

3 50 Jareberit 006 einem relativ breiten Temeraturberei (-0 C 40 C) owie dadur bedingtem C Temeraturgang ( 1,5%) (Bild 4). C Bild 3: Primäreitiger Komenationkondenator am Tranraid-Farweg Hinzu kommen no weitere rimäreitige reaktanzverändernde Faktoren, wobei al einflureiter die Weelwirkung mit dem Farzeug zu nennen it. Zwekmäßigerweie wird der rimäreitige Abglei alo inkl. Farzeug durgefürt. Für die Zeit der Abweeneit wird der Primärtrom au energetien Gründen auf ein Mindetmaß reduziert, o da der Weelriter trotz nit korrekter Saltzeitunkte keinen Saden nimmt. Bild 4: Temeraturabängige Kaazitätabweiung der verwendeten Komenationkondenatoren

4 Berürungloe Energieübertragung Aufnemerveralten bei variabler Seiefrequenz 51 PICK-P VEHATEN E wurde unterut, inwieweit i eine rimäreitige Frequenzänderung auf die eitung eine Pik-u auwirkt. Dabei wurde ebenfall ein Pik-u-eitiger Felabglei von ± % um den Nennunkt berükitigt, wobei deen rae zunät unerebli it (tatälier Felabglei, temeraturbedingter Felabglei et.). In Bild 5 it die frequenzabängige Sannung am atwidertand na Gleiung (4) bei Nennlat qualitativ dartellt. Bemerkenwert it die Aymmetrie der Punkte maximaler Frequenzabweiung (±1 khz) bei Nennabglei bzw. Felabglei um - %. E zeigt i jedo, da i die dur gezielte Vertimmung (ier C nenn + %) ymmetrieren lät one nennenwerte Einbußen bei Nennfrequenz (Zeigerlängen bei 0 khz naezu glei für C nenn bzw. C nenn + %). Demna it diee Kaazität maßgebli für den Nennabglei. Die Tatae, da der Krei dur den Koordinatenurrung get, it o zu interretieren, da der Pik-u bei der entreenden Frequenz keinen Strom von 0 A zu liefern in der age it. Bild 5: Frequenz-Ortkurven eine Pik-u (14 Wdg.): Û bei Î =31, I =0 A In Bild 6 it für 3 atzutände (eerlauf, I = 10 A und I = 0 A) die frequenzabängige Gleiannung aufgetragen wieder für C nenn - %, C nenn und C nenn + %. Man erkennt am eerlaufveralten den allein dur die Frequenzeröung bedingten Antieg der induzierten Sannung, der natürli unabängig vom Belatungzutand grundätzli immer wirkt. Hinzu kommt bei Belatung no der Einflu de Felabglei (deutli bei den 0 A- Kurven zu erkennen): nteralb bzw. oberalb der aktuellen eonanzfrequenz fällt die induzierte Sannung ab. Da Ergebni it eine Überlagerung beider Effekte. Au ier it die Symmetrierung der Sannung link und ret von der Nennfrequenz bei C nenn + % erkennbar.

5 5 Jareberit 006 Bild 6: al Funktion der Primärfrequenz für die atzutände I = 0 A, 10 A, 0 A (Pik-u mit 14 Wdg. und Nennabtand) m in Bild 5 von den Weelgrößen auf die Gleigrößen zu ließen, kann man mit guter Näerung die folgende mrenungvorrift ableiten: ˆ ˆ eitung Weeltrom: P = (6) eitung Gleitrom: P = (7) nter der Anname einer verlutloen Gleiritung gilt P = P (8) Mit dem Mittelwert de gleigeriteten Weeltrome I = Iˆ π (9) folgt ließli π = ˆ 4 (10) Die dartellten Zuammenänge bereiben ledigli die Abängigkeit der Pik-u-eitig induzierten Sannung von der Seiefrequenz. m ein volltändi Bild de Sytemveralten Pik-u/Primärteil zu bekommen, ind no weitere gegeneitige Abängigkeiten zu berükitigen, wie z. B. Induktivitätänderungen de Primärteil aufgrund der ükwirkung eine oder mererer Pik-u. Diee nteruungen bilden den Gegentand der aktuellen Arbeiten.