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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Stromwandler Eigenbau


Autor: Jan (Gast)
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Hallo,

wie der Betreff vermuten lässt versuche ich gerade einen Stromwandler zu 
bauen. Weniger aus finanziellen Gründen als aus Spaß.

Folgendes habe ich gemacht: 68 Windungen auf einen Ferritring gewickelt 
und die zu messende Leitung durchgesteckt (1mal). Daran hängt eine 40W 
Glühlampe -> 246mA Spitzenstrom
Die Sekundärwiclung habe ich einmal an 10 Ohm und mal am 68 Ohm 
Widerstände gehängt. Wenn ich mit dem Oszi messe bekomme ich in beiden 
fällen ca 5mV Amplituden wobei das Signal relaitv gut aussieht. Die 
Spannung sollte ja aber in beiden Fällen deutlich höher sein (36mV und 
246mV).
Wenn ich die 40W führende Leitung 2 mal durch den Kern führe erhalte ich 
in beiden Fällen 10mV Amplituden.

Wo vermutet ihr da jetzt das Problem? Da die Amplitude genau um den 
Faktor 2 steigt sollte der Kern ja nicht in Sättigung kommen? Liegt es 
an sehr schlechter Kopplung oder einem sehr ungeeigneten Kernmaterial?

Wäre schön wenn mir jemand mal seine Meinung dazu sagen könnte!
Grüße
Jan

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Der Ferritring arbeitet in diesem Fall irgendwo im Mittelfeld zwischen 
Spannungstransformator und Stromwandler.

Beim Stromwandler sollte die Sekundärseite an einen Kurzschluss bzw. den 
möglichst niederohmigen Messkreis eines Strommeßgerätes angeschlossen 
sein.
Nur wenn dann das hinreichend erfüllt ist, ist man im 
Stromwandlerbetrieb des Trafo. Die Spannung ist dann auf Primär- und 
Sekundärseite fast Null und ist mehr ein Abbild der Trafoverluste als 
eines der Windungszahlen.

Die Spannungen am Stromwandler haben also weniger mit dem 
Windungsverhältnis zu tun als mit dem Sättigungs- und verlustverhalten 
des Wandlers.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Jan (Gast)

>an sehr schlechter Kopplung oder einem sehr ungeeigneten Kernmaterial?

Letzteres. Man kann nicht irgendeinen Ringkern nehmen, schon gar nicht 
bei 50 Hz. Denn da braucht man viele Windungen bzw. eine hohe 
Permeabiliutät im Kern, um die untere Grenzfrequenz von 50Hz und weniger 
zu erreichen.

MfG
Falk

Autor: Michael (Gast)
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Trafos sättigen nicht wegen den Strom sonder wegen der 
Spannungszeitfläche. Mit einem Kurzschluss an den Anschlüssen sättigt 
der Kern nie. Bzw. nur partiell am Streufeld. R ist also zu groß.

Mfg Michael

Autor: Jan (Gast)
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Naja aber da sich die Spannung verdoppeln lässt würde ich doch mal 
vermuten dass er nicht gesättigt ist?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Trafos sättigen nicht wegen den Strom sonder wegen der Spannungszeitfläche.

Das ist nicht korrekt. Die Spannungs-Zeit-Fläche lässt ja den Strom 
steigen!

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Versteh ich nicht. Dein Ergebnis ist doch perfekt?
Die Spannung die du misst, sollte im idealfall unabhänig vom 
Lastwiderstand sein!

Ganz einfache Erklärung:

Die Primärwicklung (eine oder zwei Windungen) bilden eine (sehr kleine) 
Induktivität, an welche durch den 50Hz Strom eine Spannung abfällt (z.B. 
0,1mV). Diese Spannung wird nun auf die sekundärseite hochtransformiert 
und ergeben z.b. mit Windungszahl 1:100 eine Spannung von 10mV.
Der Lastwiderstand kann also auch ganz weggelassen werden.


Willst du die Strommessung phasen(-richtig) verschieben, so kannst du 
z.B. einen kleinen Lastwiderstand ranhängen, welcher den Ausgangsstrom 
nicht beeinflusst. Dadurch hast du quasi eine Spannungsquelle in Reihe 
mit der Selbstinduktivität und somit eine Phasenverschiebung, welche du 
am Shunt messen kannst. Ich würde mal bei so geringen Windungszahlen auf 
1 Ohm oder weniger tippen.
(normale Stromwandler in schaltnetzteilen haben 100Ohm - aber bei 
Frequenzen um die 100kHz!!)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Matthias Lipinsky schrieb:
>>Trafos sättigen nicht wegen den Strom sonder wegen der Spannungszeitfläche.
>
> Das ist nicht korrekt. Die Spannungs-Zeit-Fläche lässt ja den Strom
> steigen!

Ja, was zählt ist der Strom. Wobei man beim Strom zwischen dem Strom 
unterscheiden muss der übertragen wird, und dem Strom der in die 
Induktivität fließt und dort gespeichert wird. Letzterer bewirkt die 
Sättigung.

S. Matlok schrieb:
> Die Primärwicklung (eine oder zwei Windungen) bilden eine (sehr kleine)
> Induktivität, an welche durch den 50Hz Strom eine Spannung abfällt (z.B.
> 0,1mV). Diese Spannung wird nun auf die sekundärseite hochtransformiert
> und ergeben z.b. mit Windungszahl 1:100 eine Spannung von 10mV.
> Der Lastwiderstand kann also auch ganz weggelassen werden.

Das ist dann aber kein Stromwandler sondern irgendwas ungenaues, denn 
spätestens wenn das ganze Oberwellen enthält kommt ein viel höherer Wert 
raus.

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Benedikt K. schrieb:
> S. Matlok schrieb:
>> Die Primärwicklung (eine oder zwei Windungen) bilden eine (sehr kleine)
>> Induktivität, an welche durch den 50Hz Strom eine Spannung abfällt (z.B.
>> 0,1mV). Diese Spannung wird nun auf die sekundärseite hochtransformiert
>> und ergeben z.b. mit Windungszahl 1:100 eine Spannung von 10mV.
>> Der Lastwiderstand kann also auch ganz weggelassen werden.
>
> Das ist dann aber kein Stromwandler sondern irgendwas ungenaues, denn
> spätestens wenn das ganze Oberwellen enthält kommt ein viel höherer Wert
> raus.

Jao, aber ist es nicht genau das, was gerade genau bei ihm passiert?
Ich habe zumindest noch keinen Stromwandler dieser Art in einer 50Hz 
Sinus Anwendung gesehen. Selbst Wandler für Oszis haben Probleme solche 
niedrigen frequenzen nach genau diesem Prinzip zu messen (oder irre ich 
da? hatte mal einen in der Hand mit unterer Grenzfrequenz von 500Hz)

Und naja, Oberwellen erzeugen natürich nach der "nur-spannung 
abgreif-methode" viel höhere Spannungen, für eine Master-Slave 
Steckdosenanwendung könnte es trotzdem langen (besonders bei einer 
Oberwellenarmen Glühlampe ;-)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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S. Matlok schrieb:

> Ich habe zumindest noch keinen Stromwandler dieser Art in einer 50Hz
> Sinus Anwendung gesehen. Selbst Wandler für Oszis haben Probleme solche
> niedrigen frequenzen nach genau diesem Prinzip zu messen (oder irre ich
> da? hatte mal einen in der Hand mit unterer Grenzfrequenz von 500Hz)

Die Dinger sind aber Standard, in der Leistungselektronik und 
Maschinensteuerung weit verbreitet:
http://www.csd-electronics.de/data/pdf/Stromwandler.pdf
Die Dinger haben meist einen Eisenkern anstelle von einem Ringkern.

@Jan
Bist du sicher, dass du Feritkerne verwendet hast und nicht zufällig 
Eisenpulverkerne? Mit denen hatte ich nämlich einen ähnlichen Effekt 
(selbst ohne Widerstand kam kaum mehr als 1-2Vss raus). Allerdings weiß 
ich nicht mehr, ob das bei 50Hz war, oder doch etwas höher.

Hmm, wenn ich mir das recht überlege, dann könnte das durchaus der 
Effekt sein, den S. Matlok beschrieben hat.
Da ein Feritringkern eine höhere Permeabilität hat, erreicht man bei 
gleicher Windungszahl eine höhere Induktivität als bei Eisenpulver. Der 
Strom durch die Induktivität muss nämlich im vergleich zu dem 
übertragenen Strom vernachlässigbar klein sein. Als Abhilfe benötigt man 
also mehr Windungen bzw. einen kleineren Widerstand wie weiter oben 
schon geschrieben.

PS: Ich habe sogar eine Masterslave Steckdosenleiste, die nach diesem 
Prinzip (ohne Widerstand) funktioniert: Das Dinge ist der größte 
Schrott: Bei Geräten mit Schaltnetzteilen erkennt diese (aufgrund der 
Oberwellen) keinen Unterschied zwischen 5W und 50W, bzw. der 
Temperatureinfluss zwischen Tag und Nacht ist größer als der durch die 
Leistung...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Benedikt K. (benedikt) (Moderator)

>Bist du sicher, dass du Feritkerne verwendet hast und nicht zufällig
>Eisenpulverkerne? Mit denen hatte ich nämlich einen ähnlichen Effekt

>Da ein Feritringkern eine höhere Permeabilität hat, erreicht man bei
>gleicher Windungszahl eine höhere Induktivität als bei Eisenpulver.

Es gibt nicht DEN Ferritkern und DEN Eisenpulverkern! Da gibt es 
DUTZENDE Materialien mit SEHR verschiedenen Permeabilitäten! Also ohne 
Messung ist das vollkommen sinnlos.

Uns Stromwandler müssen prinzipbedingt nahe dem Kurzschluss betrieben 
werden. Sonst wäre es nämlich ein normaler Trafo ala Rogofskispule, und 
die funktioniert etwas anders, auch wenn sie scheinbar sehr ähnlich 
aussieht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Stromwandler
http://de.wikipedia.org/wiki/Rogowskispule

MFG
Falk

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Jan schrieb:
> ... Liegt es
> an sehr schlechter Kopplung oder einem sehr ungeeigneten Kernmaterial?


Sehr wahrscheinlich Ungeeignetes Kernmaterial.

Probier es mal mit einem für 50Hz geeigneten Trafo, dessen Wicklungen 
nicht vergossen sind.  Einfacher "Klingeltrafo" ist z.B. gut für einen 
Test.

1 Wdg 0.75 mm2 für die Lampen seite,
und dann Deine Widerstände an die 5 oder 8V AC Wicklung.

Ist mal ein guter Startwert für eine Stromwandler-Versuch.

Für'S richtige Messen: Es gibt haufenweise billige Stromwandler in 1-2-3 
zu ersteigern.
Einfach mal einige Zeit schauen.

Autor: Jan (Gast)
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Naja also ich kann leider nicht genau sagen um was für ein Material es 
sich handelt. Hab einfach den nächstbesten genommen.

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