Leichte Sprache3D-LID – 3D Leistungstransformatoren mit integrierter Drossel
links: Schematische Darstellung des Hybrid-Kern-HF-Transformators-Kernmaterial innenliegend: Ferrit, außenliegend: Nanokristallin, eigebettet im Ferritkern befindet sich die Drossel (Quelle: Hochschule München, Institut für nachhaltige Energiesysteme) rechts: Im Projekt entwickelte HF-Transformatoren mit unterschiedlichsten Kern- und Wicklungskonzepten (Quelle: Hochschule München, Institut für nachhaltige Energiesysteme)
Ziele des Projekts waren die Erforschung der 3D-Magnetfeldführung und deren Auswirkung auf die Zieleigenschaften von Hochfrequenztransformatoren (HF) sowie der Entwurf einer Validierungsplattform für diese Komponenten mit Nenngrößen von bis zu PN = 20 kW. Die dabei untersuchten Hybrid-Kern-HF-Transformatoren wurden gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf Volumen, Gewicht und Kosten bewertet.
Im Laufe des Projekts wurden komplexe äquivalente Parameter bestehender HF-Transformatoren bestimmt. Die Kernverluste verschiedener Aufbauten sowie andere wichtige Konstruktionsparameter (z. B. Sättigungsflussdichte) wurden experimentell bestimmt. Mit diesen Erkenntnissen konnten die Berechnungsmodelle validiert und verbesserte Demonstratoren entworfen und gebaut werden, die unter Nennbedingungen betrieben und in ihrer Performance bewertet wurden.
Ein zentrales Ergebnis ist die gegenseitige Beeinflussung von – insbesondere nanokristallinen – Kernen und den Transformator- bzw. Spulenwicklungen, die sich in einem erhöhten frequenzabhängigen Kupferwiderstand der Wicklungen bzw. den Kernverlusten bemerkbar macht. Darüber hinaus konnten erstmals die Steinmetzparameter des nanokristallinen Kernmaterials Vitroperm 550HF identifiziert und veröffentlicht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in Form von Designvorgaben für Hochfrequenztransformatoren festgehalten und in Demonstratoren umgesetzt, die im Vergleich zu konventionellen Lösungen eine deutliche Verbesserung bei Volumen, Gewicht und Kosten darstellen. Diese Ergebnisse wurden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.
