Zweidimensionale analytische Verlustberechnung in Folienspulen

Die Verlustberechnung induktiver Komponenten mit Folienwindungen basiert in der Regel auf Näherungsverfahren, die stark von den real auftretenden Verlusten abweichen können. In dieser Arbeit werden deshalb die Wicklungsverluste in Folien untersucht. Durch geeignete Annahmen werden zwei Folien unterschiedlicher Höhe in einem rotationssymmetrischen Kern so beschrieben, dass sie analytisch mittels eines zweidimensionalen Randwertproblems und komplexen Eigenwerten in den zusammengesetzten Bereichen gelöst werden können. Aus dem berechneten magnetischen Vektorpotential im Inneren der Komponente werden anschließend die Stromdichteverteilung in den Folien, die auftretenden Verluste und die Induktivität der Komponente berechnet. Die Verifikation erfolgt sowohl mit der Finite-Elemente-Methode als auch durch Messungen. Das in der Praxis oft verwendete Spiegelungsverfahren vereinfacht die Berechnung auf eine Dimension, es kann jedoch kein Mittelschenkel berücksichtigt werden. Außerdem werden exakte Lösungen nur dann erzielt, wenn die Folien die gesamte Wickelfensterhöhe einnehmen. Aus der Feldverteilung in der Komponente und der Stomdichteverteilung in den Folien lassen sich einige in der Praxis auftretende Effekte beschreiben. So führt der Skineffekt zu einer Stromverdrängung in axialer, sowie bei höheren Frequenzen auch in radialer Richtung. Der Proximityeffekt wird sowohl durch den Luftspalt im Mittelschenkel als auch durch die Beeinflussung der Folien untereinander verursacht und führt zu zusätzlichen Verlusten. Daraus lassen sich Empfehlungen für den Aufbau einer induktiven Komponente geben, um die Verluste gering zu halten. Bei hohen Frequenzen wird gezeigt, dass hohe dünne Folien zu bevorzugen sind. Anders als bei Runddrähten sollen Folien möglichst eng zueinander gewickelt werden. Im Wickelfenster ist der Abstand der Folien zum Luftspalt möglichst groß zu wählen.