Hallo, im Physikunterricht nehmen wir gerade Transformatoren durch. Das Netz hat ja eine relativ sinusförmige Spannung mit ziemlich genauen 50 Hz, in Schaltnetzteilen ist das ja eine sehr viel höhere Frequenz, die vermutlich ja eher eine Rechteckspannung ist? Wie siehts denn mit dem Wirkungsgrad prinzipiell aus? Bei einer sinusförmigen Spannung ist der plötzliche Spannungsanstieg ja nicht so groß wie beim Rechteck, was ja zum Beispiel eher zu einer geringeren Selbstinduktion in den Spulen führen dürfte? Strom und Spannung sind ja in der Spule auch nicht phasengleich, also dürfte es doch bei nem langsammen Sinussignal da auch weniger Probleme geben? Gruß Hans aus der Realschule
Lies mal das untenstehende, und wenn dann noch Fragen sind, stelle diese neu. http://de.wikipedia.org/wiki/Transformator
Hallo Hans! Erstmal Willkommen hier im Forum :-) Um kurz die Links der beiden (wortkargen) Einträge kurz in Worte zusammen zu fassen: Transformatoren arbeiten prinzipbedingt nur mit Sinus-Signalen. Durch ein mathematisches Verfahren namens "Fourier-Analyse" lässt sich die Aussage treffen, dass JEDES nicht-sinusförmige Signal (also auch dein Rechteck-Signal) sich wieder aus sinus-Signalen zusammensetzen lässt .... deswegen arbeitet ein Trafo auch bei einem angeregten Rechteck-Signal eigentlich mit Sinus-Signalen, die jedoch nicht nur 50Hz, sondern auch ein Vielfaches davon besitzen :-) lg Benjamin
@ Hans Werner (Gast) >Das Netz hat ja eine relativ sinusförmige Spannung mit ziemlich genauen >50 Hz, in Schaltnetzteilen ist das ja eine sehr viel höhere Frequenz, Ja. >die vermutlich ja eher eine Rechteckspannung ist? Meistens. >Wie siehts denn mit dem Wirkungsgrad prinzipiell aus? Der ist bei beiden prinzipiell sehr hoch. Große 50 Hz Trafos mit hunderten von KVA bis MVA Leistung haben Wirkungsgrade von 99,x%. Besser ist das. >Bei einer sinusförmigen Spannung ist der plötzliche Spannungsanstieg ja >nicht so groß wie beim Rechteck, Ja. > was ja zum Beispiel eher zu einer > geringeren Selbstinduktion in den Spulen führen dürfte? ;-) Sooo einfach isses nicht. Dem Trafo ist es in erster Näherung egal, ob du einen Sinus oder ein Rechteck anlegst. >Strom und Spannung sind ja in der Spule auch nicht phasengleich, also >dürfte es doch bei nem langsammen Sinussignal da auch weniger Probleme >geben? Jain. Aber das Prinzip ist anders, als du es dir bisher vorstellst. Für erste Schritte siehe Transformatoren und Spulen bzw. Spule. @ Benben (Gast) >Transformatoren arbeiten prinzipbedingt nur mit Sinus-Signalen. Das ist schlicht falsch. >Durch ein mathematisches Verfahren namens "Fourier-Analyse" >lässt sich die Aussage treffen, dass JEDES nicht-sinusförmige Signal >(also auch dein Rechteck-Signal) sich wieder aus sinus-Signalen >zusammensetzen Mag sein, tut hier aber wenig zur Sache. Die Zerlegung bzw. Betrachtung der Sinussignale ist nur ein Modell bzw. Verfahren, um bestimmte Dinge sichtbar und vergleichbar zu machen bzw. zu vereinfachen. MFG Falk
ich würd mal sagen, einem Trafo ist die Signalform egal. Es gibt keinen Sinus-Trafo. Bei niedrigen Frequenzen geht er irgendwann in Sättigung. Bei hohen Frequenzen spielen irgendwann die Ummagnetisierungsverluste eine zu große Rolle.
Ein Rechtecksignal lässt sich als Summe von Sinussignalen mit Vielfachen der Grundfrequenz sehen. Damit der Trafo auch mit einem Rechteck geht, muss er auch die höheren Frequenzen übertragen können. Bei einem Trafo mit Eisenkern stören bei hohen Frequenzen vor allem die Wirbelströme - um die zu vermeiden nutzen Schaltnetzteile meist isolierende bzw. schlecht leitende Ferritkerne statt Eisen. Große Trafos bei 50 Hz haben einen guten Wirkungsgrad, aber je kleiner die Trafos da werden, desto schlechter wird der Wirkungsgrad. Bei 5 VA liegt man eher so bei 70% und bei 1 VA in der Regel unter 50%. Bei der höheren Frequenz im Schaltnetzteil können auch kleine Trafos von unter 1 VA noch einen guten Wirkungsgrad von vielleicht 80% haben. Aber auch hier sind größere Trafos im Wirkungsgrad besser, nur verschiebt sich das ganze in Richtung kleiner Trafos und Leistungen. Bei der höheren Frequenz sind die Trafos auch für gleiche Leistung kleiner vom Volumen und Gewicht.
Aus Gründen der Netzqualität von 230VAC in meinem Altbau möchte ich eine USV für einen Laptop verwenden, die auch in gewissen Grenzen als Unter- u. Überspannungsschutz agieren soll. Hier habe ich eine günstige line-interaktive USV eingeplant. Allerdings gibt die als Output nur einen "modifizierten Sinus" aus, sprich Rechteck-(artige)Spannung. Ist diese für mein (kleines) Samsung-Netzgerät, was den Laptop versorgt, schädlich ?
Lala schrieb: > die als Output nur einen "modifizierten Sinus" aus, > sprich Rechteck-(artige)Spannung. Ja und nein. Die Schaltnetzteile besitzen eingangsseitig einen Gleichrichter. Das bedeutet, egal in welcher Richtung der Strom durch das Netzkabel fließt, im Gerät fließt er immer in die gleiche Richtung. Es kommt darauf an, wie "schnell" die Treppen des Sinusmodulats ansteigen. Davon hängt nämlich der Ladestrom des primären Pufferelkos ab. Bei manchen Netzteilen kann es da die Feinsicherung werfen, mehr kann theoretisch nicht kaputt gehen. Wenn du noch Garantie auf dein Ladegerät hast, könntest du es ja ausprobieren hust
Ich vermute, dass ein realer Netztrafo nur bis zu einer bestimmten oberen Grenzfrequenz überträgt. Je nach Trafogröße/-daten kommt nach Rechtecksignaleinspeisung sekundärseitig ein eher sinusförmiges Signal heraus... Die Primärspule bildet höchstwahrscheinlich einen ziemlich niederfrequenten Schwingkreis (wenn vergossen mit sehr großer parasitärer Kapazität wegen Lack als Dielektrikum). Vermutlich analog wie bei einem Gitarrentonabnehmer fällt jenseits der f(res) die Übertragung rapide ab.
Falk Brunner schrieb: >>Transformatoren arbeiten prinzipbedingt nur mit Sinus-Signalen. > > Das ist schlicht falsch. Genau. Der Stromfluss muss sich nur zeitlich ändern, geht ja schließlich beim Trafo um Induktion. Ob in Form einer Sinuswelle oder ein sprunghaftes An- oder Ausschalten ist egal, hauptsache der Stromfluss ändert sich. Falk Brunner schrieb: >>Durch ein mathematisches Verfahren namens "Fourier-Analyse" >>lässt sich die Aussage treffen, dass JEDES nicht-sinusförmige Signal >>(also auch dein Rechteck-Signal) sich wieder aus sinus-Signalen >>zusammensetzen > > Mag sein, tut hier aber wenig zur Sache. Die Zerlegung bzw. Betrachtung > der Sinussignale ist nur ein Modell bzw. Verfahren, um bestimmte Dinge > sichtbar und vergleichbar zu machen bzw. zu vereinfachen. Da würde ich eher sagen, dass anders herum ein Schuh daraus wird (Stichwort Superposition). Alles in der Welt besteht aus Schwingungen so wie es aussieht.
Hai! Hans Werner schrieb: > im Physikunterricht nehmen wir gerade Transformatoren durch. Ohh! Hmm. > Das Netz hat ja eine relativ sinusförmige Spannung mit ziemlich > genauen 50 Hz, in Schaltnetzteilen ist das ja eine sehr viel > höhere Frequenz, die vermutlich ja eher eine Rechteckspannung > ist? Jaa... grundsaetzlich richtig. > Wie siehts denn mit dem Wirkungsgrad prinzipiell aus? Aehnlich. Der Wirkungsgrad von Trafos ist - von ganz winzigen Baugroeszen bgesehen - generell ziemlich hoch; ueber 90% sind keine Seltenheit. Je nach Frequenzbereich sind die Trafos verschieden konstruiert; fuer den Kern kommen z.B. Trafo-Blech, Eisenpulver-Kerne oder Ferritkerne in Frage, die Wicklung kann aus massivem Kupferlackdraht oder Litze hergestellt sein. Die Signalform (Sinus, Rechteck) spielt keine so grosze Rolle. > Bei einer sinusförmigen Spannung ist der plötzliche > Spannungsanstieg ja nicht so groß wie beim Rechteck, was ja > zum Beispiel eher zu einer geringeren Selbstinduktion in den > Spulen führen dürfte? Rein sachlich ist diese Aussage richtig - sie hat nur nix mit Trafos zu tun (siehe unten) :) > Strom und Spannung sind ja in der Spule auch nicht phasengleich, > also dürfte es doch bei nem langsammen Sinussignal da auch > weniger Probleme geben? Stopp! Vorsicht! Falle! Also: Transformatoren bestehen tatsaechlich aus (mindestens) zwei Spulen, ja. Das ist richtig. Aber: Der Begriff "Selbstinduktion", der fuer das Verstaendnis von Spulen grundlegend ist, fuehrt beim (idealen) Transformator voellig in die Irre! Warum ist das so? - Nun, der Transformator besteht nicht einfach aus zwei Spulen, sondern er besteht aus zwei magnetisch miteinander gekoppelten Spulen! Das bedeutet, dass das Magnetfeld der Primaer- spule auch die Sekundaerspule durchsetzt und dort auch Spannungen bzw. Stroeme hervorruft - und umgekehrt wirkt die Sekundaerseite auch auf die Primaerseite zurueck. Da sich beide Spulen gegen- seitig beeinflussen, hat man dafuer den Begriff der Gegeninduktivitaet gepraegt. Die Phasenverschiebung von 90° zwischen Strom und Spannung, die bei der (idealen) Spule vorliegt, hat letzten Endes damit zu tun, dass die Spule Energie aufnimmt, in Form des Magnetfeldes speichert und schlieszlich wieder abgibt. Da der Trafo die Energie aber nicht speichert, sondern von der Primaer- zur Sekundaerseite uebertraegt, gibt es auch (fast) keine Phasenverschiebung! Klingt komisch, ist aber so. Grusz, Rainer
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