Was tun bei Wirbelstromverlusten in einem Induktor?

Frage:
Stimmt es, dass die Leistungselektronik heute eine recht hohe Schaltfrequenz hat? Einfache Faustregeln wie „Die Wirbelstromverluste im Kupfer sind immer dann vernachlässigbar, wenn der Durchmesser des Drahtes kleiner ist als die Eindringtiefe“ stimmen nicht. Es ist jedoch klar, dass die Hauptursache für die Wirbelstromverluste in der Anwesenheit hochfrequenter transversaler Magnetfeldkomponenten liegt. Wenn ja, was sollen wir mit dem Wirbelstrom in einem Induktor tun?
Antwort:
Yes, it is true that power electronics often involve high switching frequencies, and in such cases, simple rules of thumb regarding eddy current losses may not hold. Eddy current losses in power electronics are typically associated with the presence of high-frequency transverse magnetic field components.
To address eddy current losses in an inductor, especially in the context of power electronics with high switching frequencies, you can consider the following strategies:

1. Laminierung oder Kerndesign: Der Kern des Induktors kann aus laminierten Materialien bestehen, um Wirbelstromverluste zu minimieren. Laminierungen tragen dazu bei, die kontinuierlichen Pfade für Wirbelströme zu unterbrechen und so deren Auswirkungen zu verringern. Auch der Einsatz von Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität kann von Vorteil sein.
2. Materialien mit höherem Widerstand: Durch die Wahl von Materialien mit höherem Widerstand für Kern und Wicklung können Wirbelstromverluste reduziert werden. Materialien mit höherem Widerstand leiten mehr Wärme ab und minimieren die Auswirkungen von Wirbelströmen.
3. Wirbelstromschilde: Durch die Einführung von Abschirmungen aus hochpermeablen Materialien können strategisch platziert werden, um die Wirbelströme umzuleiten oder einzudämmen und so zu verhindern, dass sie in kritischen Bereichen übermäßige Verluste verursachen.
4. Optimierte Wicklungskonfiguration: Die Wicklungskonfiguration kann optimiert werden, um die Schleifenfläche zu minimieren, die einen Einfluss auf die Größe der Wirbelströme hat. Durch die richtige Gestaltung und Platzierung der Wicklungen können Verluste reduziert werden.
5. Ferritmaterialien: In einigen Fällen können bei der Konstruktion des Induktors Ferritmaterialien verwendet werden, da diese einen höheren spezifischen Widerstand aufweisen und dazu beitragen können, die Auswirkungen von Wirbelströmen abzuschwächen.
6. Kühlsysteme: Die Implementierung effektiver Kühlsysteme kann dabei helfen, die durch Wirbelstromverluste erzeugte Wärme zu bewältigen. Dies ist besonders wichtig bei Hochfrequenzanwendungen, bei denen die Wärmeableitung ein erhebliches Problem darstellt.

Es ist wichtig zu beachten, dass der spezifische Ansatz von der Anwendung, der Betriebshäufigkeit und den Designbeschränkungen abhängt. Die Beratung durch Experten für Leistungselektronik und Magnetik kann dabei helfen, die Lösung an die spezifischen Anforderungen Ihres Systems anzupassen.