schakelverliezen wat is dat precies?

beste mensen,

voor mijn afstudeer project ben ik mijn verslag aan het schrijven, Bij dit verslag moet ook een specifiek aspect binnen het vakgebied besproken worden en worden uitgelecht op de werking.

Voor de geïnteresseerde ik doe de opleiding: Elektrotechnicus Bedrijfsinstallaties en Panelen Niv.4 te Summa College Eindhoven.

Het project bestaat uit het ombouwen/ renoveren van een rioolgemaal.
In dit rioolgemaal worden drie pompen aangestuurd bij deze aansturing wordt gebruik gemaakt van 3 frequentie regelaars.

Mijn specifiek aspect is dan ook de frequentie regelaar. dit onderdeel heb ik zo goed als gereed, ik heb mijn vader dit verslag doorlaten lezen op eventuele fouten en hij gaf aan dat ik kreten zoals schakelverliezen toe moet lichten dit zou vragen bij de lezer weg kunnen nemen.

Nou is mijn vraag wat zijn precies schakelverliezen in een schakelelement zoals een transistor, MOSFET of IGBT. Moet ik dit voor stellen als een relais, als je die bijvoorbeeld te snel laat schakelen dan blijft de spoel verzadigt en blijft dus continue aan. Aangezien er in een transistor geen spoel zit waar moet ik dan aandenken bij schakelverliezen.

Ik hoop dat jullie mij hierbij kunnen helpen.

Groeten Jordy

EricP

mét CE

Grof gesteld heb je 2 soorten verliezen: statisch en dynamisch. Het idee achter 'schakelen' is dat er of geen spanning staat of geen stroom loopt. In beide gevallen is het vermogen (product van spanning en stroom) 0.

Statisch is relatief simpel: voor een FET is het een weerstand en voor een 'normale' tor het gedrag van een diode.

Dynamisch wordt het iets complexer. Het probleem zit 'm erin dat die onderdelen geen oneindige snelheid hebben. Het 'duurt' dus even voordat zoiets 'volledig' in (of uit) geleiding is. Gedurende deze tijd loopt er dus stroom en staat er spanning over. Er wordt dus relatief veel vermogen gedissipeerd. Schakelverlies.

Die kun je naar beneden brengen door op een lagere frequentie te schakelen of door je schakelend element sneller te laten schakelen - vandaar dat het met FETs vaak handig is om een driver te gebruiken.
Echter, ook dat is beperkt omdat steile flanken (wat je eigenlijk graag wilt voor beperken schakelverliezen) inhouden dat er hoge frequenties in zitten (Fourier analyse). En dat wil je vaak nou net weer niet.

benleentje

Golden Member

Zoals EricP aangeeft zitten schakel verliezen in de overgang van ingeschakeld naar uitgeschakeld en andersom. Het component zit dan in gebied dat er tegelijk stroom loopt en er veel spanning er over staat. Geld niet allen voor de schakel elementen maar ook voor de vrijloop diodes die van geleiden overgaat naar sperren. Het sperren gaat dan niet snel genoeg zodat er daar stroom weglekt de verkeerde kant op.

Er gaat ook vermogen verloren in de ESR van de condensatoren maar weet niet of dat onder schakelverliezen valt.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.

@benleentje, als je het over de "schakelverliezen" van een FO hebt, dan denk ik het wel. In theorie kan je met 0% schakelverliezen de motor direct op het net aansluiten, maar als je de FO er tussen zet heb je XX% "schakelverliezen".

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
benleentje

Golden Member

Het zijn natuurlijk wel verliezen van de omvormer maar komen die ook voort uit het schakelen zelf, indirect natuurlijk wel door de frequentie. Maar als de frequentie vast is zijn de verliezen in de condensator constant of ook afhankelijk van de snelheid van de schakelaar. Ik zou zeggen dat hoe sneller de schakelaar hoe steiler de flank en de verliezen in de condensator zelfs groter word door dU/dt.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.

Ook ik ga met EricP en Benleentje mee.
Stel je hebt een belasting van 100A bij een spanning van 400 volt . Als de electronica in geleiding is loopt er 100A door bij nagenoeg geen spanning, schakelverlies is dus bijna 0.
Is de electronica geblokkeerd loopt er 0A met een spanning van 400V. Ook hier is het schakelverlies nagenoeg 0.

Echter op het moment van schakelen loopt er nog stroom terwijl er al spanning over de electronica begint te vallen. Hier heb je dus stroom lopen en staat er spanning over. Hier zullen dus verliezen optreden.

Een snelle tekening
http://www.uploadarchief.net/files/download/screenshot_2013-06-08-14-00-24.png

Bij vlagen ben ik geniaal, helaas is het hier altijd windstil

Ik heb alle reply's is even goed doorgelezen daaruit kan ik opmaken dat de term schakelverliezen bij een schakelelement het volgende inhoud:

Schakelverliezen in een schakelelement zoals een transistor wil zeggen bij volledige saturatie (Volledig open gestuurd)het schakelverlies nagenoeg 0% is. Dit komt omdat bij volledige saturatie de spanning over de transistor 0V is. De stroom door de transistor is dan de stroom naar de belasting. Dit zelfde geld voor een transistor die niet open gestuurd wordt, er staat dan de volledige spanning overheen maar er loopt dan geen stroom wat ook resulteert in 0% schakelverlies

Wanneer wel schakelverlies optreed is het moment van schakelen. Op het moment van schakelen gaat er stroom lopen, op dit zelfde moment neemt de spanning over de transistor af. het product van toenemende stroom en dalende spanning is vermogen, dit vermogen noemt men schakelverlies.

Is de kreet "schakelverlies" voldoende en juist omschreven.
Wat vinden jullie.

Dan nog een kleine vraag, wordt schakelverlies normaal gesproken in procenten uitgedrukt?

Groeten Jordy

[Edit] @Teunhaperen
Had je illustratie te laat gezien net je post geupdate zeker :)

benleentje

Golden Member

Op 8 juni 2013 10:51:51 schreef EricP:
Grof gesteld heb je 2 soorten verliezen: statisch en dynamisch.

Dat zijn enkel de dynamische verliezen.
Statisch is er ook nog. Een transistor in saturatie heeft nog steeds een kleine Uce. Van bv 1,1V die bij een stroom van bv 5A is toch 5,5W
Een FET doet het bij hoge stromen beter en heeft een Rds(on). De betere hebben slechts enkel mΩ aan weerstand. Uitgeschakeld is er nog een kleine lekstroom maar die is erg klein.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.

Maar hoe zit dit dan met de schakelfrequentie deze kan bij de meeste frequentie regelaars ingesteld worden weliswaar tussen een bepaalt bereik 2kHz to 15 kHz. is het zo hoe hoger de schakelfrequentie des te meer schakelverliezen er optreden of is dit nietwaar.

Dit gedeelte snap ik nog niet helemaal.

Op 8 juni 2013 14:32:57 schreef benleentje:
[...] Dat zijn enkel de dynamische verliezen.
Statisch is er ook nog. Een transistor in saturatie heeft nog steeds een kleine Uce. Van bv 1,1V die bij een stroom van bv 5A is toch 5,5W
Een FET doet het bij hoge stromen beter en heeft een Rds(on). De betere hebben slechts enkel mΩ aan weerstand. Uitgeschakeld is er nog een kleine lekstroom maar die is erg klein.

Dit heb ik begrepen, maar mist er nog iets in mijn beschrijving over de schakelverliezen.

Ja moet je zeggen :) je hebt het alleen over de dynamische verliezen de statische verliezen zijn net zo belangrijk.

Ik snap het zal het meteen aanpassen, bedankt voor je opmerking.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op zaterdag 8 juni 2013 15:39:34 (55%)

Inderdaad, hoe hoger de schakelfrequentie, hoe hoger de verliezen. Bij een hogere schakelfrequentie blijft het verlies per schakeling namelijk hetzelfde, echter komt dit veel vaker per seconde voor bij een hogere frequentie.

Als je een datasheet pakt van een vrij zware transistor en je zoekt op hoe snel deze schakelt, zou je het uit kunnen rekenen hoeveel je verliest per schakeling. Hieruit kun je het verschil berekenen tussen 2KHz en 15Khz.

[Bericht gewijzigd door teunhaperen op zaterdag 8 juni 2013 15:34:22 (33%)

Bij vlagen ben ik geniaal, helaas is het hier altijd windstil

Bedankt voor je antwoord mijn vragen zijn hierbij beantwoord.

Dank jullie wel voor de hulp.

Groeten Jordy

[Bericht gewijzigd door wassertje op zaterdag 8 juni 2013 15:50:39 (58%)

EricP

mét CE

Stel je hebt een belasting van 100A bij een spanning van 400 volt . Als de electronica in geleiding is loopt er 100A door bij nagenoeg geen spanning, schakelverlies is dus bijna 0.
Is de electronica geblokkeerd loopt er 0A met een spanning van 400V. Ook hier is het schakelverlies nagenoeg 0.

AU!

Dat zijn dus geen schakelverliezen. Dat is statisch. Schakelen impliceert dat er wat gebeurt. Dus in principe zijn die verliezen nooit statisch - in de context van een component.

In de context van een FO zou je het iets anders kunnen zien. Maar ik neem aan dat het verschil duidelijk is.

Overigens worden (in de context van een component) beide verliezen veroorzaakt door imperfecties van die component. Daar ga je niet aan ontkomen.

Dit valt toch wel onder schakelverlies? Statische verliezen zie ik eerder alle de verliezen door spanningsval wanneer vol open gestuurd .

Bij vlagen ben ik geniaal, helaas is het hier altijd windstil
EricP

mét CE

de verliezen door spanningsval wanneer vol open gestuurd

Laat dat nou precies de situatie zijn de je beschrijft... :+

Of de verliezen doordat de 'isolatie' niet perfect is.

De situatie die ik beschrijf (zie ook mijn eerdere paint tekening) gaat over de tijd tussen dat de IGBT begint in of uit te schakelen tot dat deze er mee klaar is.

Bij vlagen ben ik geniaal, helaas is het hier altijd windstil
EricP

mét CE

Dat staat er niet. Zie quote.

benleentje

Golden Member

@EricP. Maar daaronder boven de tekening zegt hij dat wel over het schakelen zelf.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.
EricP

mét CE

Dat stukje staat ook niet in de quote. Feit blijft dat je geen schakelverliezen hebt in een stationaire situatie. Er wordt niet geschakeld... Goed, kun je nog de discussie aan wanneer je 'schakelt' en wanneer het 'stationair' is...

Bij verliezen door spanningsval zet ik er ook geen schakelverlies bij, maar ik denk niet dat we hier de ts mee helpen.

Bij vlagen ben ik geniaal, helaas is het hier altijd windstil
benleentje

Golden Member

Nu ben ik het dan ook even kwijt je begint zelf over

Grof gesteld heb je 2 soorten verliezen: statisch en dynamisch.

Beide lijken me verliezen door het gebruikt van een type schakelaar die niet ideaal is. Dus ook het statische deel hoort dat dan wel of niet bij de schakelverliezen?

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.
EricP

mét CE

Neen, dat zijn de schakelaar verliezen. Dat is wat anders dan de verliezen als gevolg van het schakelen (zg. schakelverliezen).

In de context van een FO zou je het iets anders kunnen zien. Maar ik neem aan dat het verschil duidelijk is.

Die FO schakelt continu. Daar zou je het dus iets anders kunnen zien, alhoewel dat strikt genomen niet correct is (het ding heeft botweg 'verliezen'; waarvan een deel door schakelgedrag komt, een deel door Ohmse weerstand en een deel ook door ESR om er een paar te noemen).

benleentje

Golden Member

@EricP dan heb je onbedoeld heel wat verwarring teweeg gebracht:P.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Maar hij heeft wel gelijk.
Schakelverlies noem je het verlies dat ontstaat tijdens het schakelen. Als je niet zou schakelen zou je geen schakelverlies hebben.
De verliezen in de 'uit'situatie (klein, doordat I bijna nul) en in de 'aan'situatie (klein, doordat U bijna nul) heb je als je NIET schakelt, of zelfs helemaal geen schakelaar hèbt, en kun je daarom beter geen schakelverliezen noemen.

e: oeps, ouwe koek. Excuus.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Dit noemt men dan ook doorlaat verliezen.

Het verlies in de schakelende component bestaat dus uit schakelverliezen (overgang aan/uit uit/aan) en doorlaat verliezen (component is in geleiding / aan).