Trafo was bestimmt den Wirkungsgrad?

Matrix schrieb:
> Was bestimmt eigentlich wie effizient ein Trafo ist?

Die Verluste. Z.b.:
Ohmscher Widerstand
Magnetische Sättigung
Wirbelströme

Also dickere Kabel, aus Silber statt Kupfer, höhere Frequenzen, Scheiben 
statt massiver Kerne.

Ein Trafo der aus Scheiben besteht ist also effizienter als einer der 
einen Ferritkern hat?

Bei 50Hz:

a) je mehr Primärwindungen, je geringer der Leerlaufstrom
b) je kürzer (und dafür dicker) der Draht, um so weniger Verluste bei 
Belastung

Wie du siehst also widersprüchlich.

Ein kleiner Trafo braucht hohe Induktivität und viele Primarwindungen 
und damit dünnen Draht damit der Leerlaufstrom akzeptabel bleibt.
Daher wird sein Wirkungsgrad mies.


Mit höherer Frequenz wird es besser für kleine Trafos, daher 
Schaltnetzteile.

Für Trafo gibt einen prinzipbedingten Vorteil für die Großen: wenn man 
alle Abmessungen verdoppelt kann man die 4 fache Spannung pro Windung 
nutzen, weil die Kernfläche sich entsprechend vergrößert. Der Widerstand 
der Windungen halbiert sich. Wenn man weiter die gleich Leistungsdichte 
haben will müsste man den Strom verdoppeln. Damit verdoppeln sich die 
Verluste im Kupfer insgesamt, während die übertragene Leistung 8 mal 
höher wird. D.h. die Kupferverluste nehmen ab.
Real kann man bei größeren Trafos die Leistungsdichte noch etwas 
vergrößern.

Die Wesentlichen Verluste sind die Kernverluste (etwa unabhängig vom 
entnommenen Strom) und die Verluste im Kupfer (etwa proportional zum 
Quadrate des Stromes).

Von der Bauform am günstigsten gilt die Ringkern Bauform. Das ist aber 
gerade bei größer Leistung nicht mehr unbedingt so, da kann der Vorteil 
einer besser auszuführenden Wicklung überwiegen. Drähte die außen dicker 
sind als innen sind nicht praktikabel.

Man kann auch kleine Trafos besser machen, indem etwa besseres 
Kernmaterial genommen wird und der Kern ggf. nicht so weit in die 
Sättigung getrieben wird (aber trotzdem noch ein hohes Feld genutzt 
wird). Gute Materialien dafür (z.B. Nanoperm) sind aber recht teuer und 
kaum einer will 5 EUR für einen 1 VA Trafo ausgeben. Schon rein 
praktisch könnte man die Leerlauf-Verluste reduzieren indem etwas 
weniger Spannung pro Windung genutzt und einfach eine größere Bauform 
nutzt. Statt einem 1 VA Trafo für 230 V könnte man eine 500 V Ausführung 
für nominell 3 VA mit nur 230 V nutzen und hätte dann bei 1 VA einen 
besseren Wirkungsgrad.

Ringkerntrafos haben den Vorteil, dass sie Korn-orientiertes Eisen 
nutzen können, so wie die großen Trafos. Das erlaubt geringere Verluste 
und höhere Flussdichte. Die Einsparungen beim Kupfer machen den etwas 
höheren Preis für den Kern wett.

Die klassischen EI Kerne können das bessere Material nicht richtig 
nutzen, weil das Feld um die Ecke muss.

Das Problem ist, dass ich einen Spannungswandler (24v auf 230v) 
aufmotzen will. Das hat bislang soweit auch gut geklappt, die neuen 
MOSFETS laufen, der Modifizierte Shunt erlaubt es größere Verbraucher 
anzuschließen ohne dass die Überlastschaltung auslöst, und dank der 
MOSFETS sind mittlerweile statt 300w auch gut und gerne mal 6-700w 
Dauerleistung drin. Nun hat der Sinuswandler aber auch noch 2 Trafos, 
einer macht aus 24v 230v was der andere tut weiß ich noch nicht, hat 
aber wohl irgendwas mit Sinus zu tun. Die beiden müssten jetzt 
effizienter werden, sonst werden sie zu warm. Also müsste ja erstmal 
dickerer Draht was nützen? Da würde schon noch was draufpassen, wenn 
mans sauber wickelt vielleicht sogar nochn bisschen mehr. Nun ist die 
Frage gibt es noch andere Möglichkeiten außer dickerem Draht?

Harald, da gibts nichts zum legen, das ist ein typischer Platinentrafo 
der Through Hole auf eine Platine gelötet ist. Leider gibt es am Markt 
keinen vernünftigen Spannungswandler, der anständig Leistung hat, und 
klein ist, was wie ich mittlerweile gemerkt habe nicht daran liegt, dass 
es nicht machbar wäre, sondern eher daran dass die Hersteller selbst bei 
den teureren Geräten da nur Billigschrott reinschrauben. Also solch ein 
Billigteil kaufen und aufmotzen. Mit den MOSFETS hat das gut geklappt, 
aber die Trafos sind eben das Problem. Ich weiß auch nicht wozu der 
zweite ist, der erste macht aus 24v 230v, das ist noch klar, aber da ist 
ein zweiter, der wasauchimmer macht. Auf jeden Fall reicht deren 
Leistung nicht, bei zu hoher geforderter Leistung bricht die Spannung 
zusammen, ich denke mal das liegt am Trafo, also wohl Draht zu dünn nun 
wollte ich eben mal wissen, ob man so einen Trafo noch anderweitig 
optimieren kann, ein bisschen mehr Effizienz kann einem Gerät das ab 
Werk mit einem Wirkungsgrad von 85% angegeben ist ja nicht schaden. Ob 
der angegebene Wirkungsgrad wirklich erreicht lässt sich angesichts der 
original sehr billigen Teile nur mehr hoffen als glauben.

Matrix schrieb:
> Leider gibt es am Markt keinen vernünftigen Spannungswandler,
> der anständig Leistung hat, und klein ist

Häh ?

Eher andersrum: Es gibt keine Trafos mehr, weil sie in allen Lebenslagen 
vom Schaltnetzteil überholt wurden.

Selbst der kleine 1VA Trafo wurde in Grösse und Gewicht vom HLK-PM01 
obsolet gemacht, das "dummerweise" viel zu viel leistung hat für die 
meisten kleinen Anwendungen. Es müsste in 100mA Pendant geben.

Am oberen Ende der Skala, Spannungswandler auf 230V, gibt es reichlich 
viele in der Solarbranche im Kilowattbereich, und auch die sind winzig 
im Vergleich zu einem 50Hz Traao derselben leistungsklasse.

Mit Elektroautos und Schnellladestationen die im zig-Kilowattbereich 
laden wird es noch mehr Leistung geben. Leistung ist also sicher nicht 
das Problem. Zuverlässigkeit eher, klein=heiss=kurze Lebensdauer, 
Elektronik=schlechte Überspannungsfestigkeit bei Blitz etc.


Matrix schrieb:
> Ich weiß auch nicht wozu der zweite ist

Du weisst insgesamt viel zu wenig, um aus einem kommerziellen 
Spannungswandler "Inverter" mehr Leistung zu holen.
Lern erst mal 3-4 JahreElektronikgrundlagen.

Timo N. (tnn85) schrieb:

>> Die Verluste. Z.b.:
>>Ohmscher Widerstand
>> Magnetische Sättigung
>> Wirbelströme

> Streufeldverluste

Letztere nicht.
Ganz grosse Transformatoren -mit gutem Wirkungsgrad-
haben relativ grosse Kurzschlussspannung, die nur von der
Streureaktanz herrührt.

Ich glaube nicht dass ich dazu 3-4 Jahre brauche, immerhin bin ich ja 
schon fast am Ziel. Das einzige was noch fehlt sind die Trafos, alles 
andere ist schon gemacht (Schaltungen anpassen, Shunt modifizieren, 
Leiterbahnen verstärken, MOSFETS verstärken, dickere Drähte zur 
Batterie, dickere Drähte von der Inverterplatine zur Steckdose im 
Invertergehäuse, weiterer Kleinkram), so blöd bin ich nun auch wieder 
nicht.

Ich bin eigentlich ja mit aller Art Elektronik schon in Berührung 
gekommen, nur halt mit Trafos nicht. Daher die ausgeprägte Unwissenheit 
dahingehend.

MaWin schrieb:
> HLK-PM01

Und da ist also kein Trafo drin?

Steff schrieb:
> MaWin schrieb:
> HLK-PM01
>
> Und da ist also kein Trafo drin?

Nicht an 50Hz. Auch wenn das Prinzip dasselbe ist, spricht man da von 
Übertrager, nicht von Trafo.

mech schrieb:

> Steff schrieb:
>> MaWin schrieb:
>> HLK-PM01
>>
>> Und da ist also kein Trafo drin?
>
> Nicht an 50Hz. Auch wenn das Prinzip dasselbe ist, spricht
> man da von Übertrager, nicht von Trafo.

"Man"?

Übertrager übertragen Signale. Dass dazu auch Leistung
notwendig ist, ist ein untergeordneter Aspekt, ein
notwendiges Übel.

Transformatoren übertragen Leistung. Dass dazu ein
halbwegs definierter Frequenzgang notwendig ist, ist
ein untergeordneter Aspekt, ein notwendiges Übel.

Hier mal ein Paar Bilder zu den Trafos. Ich weiß nicht ob der Kern was 
Sättigung angeht wirklich schon am Anschlag ist, ich denke da eher dass 
die in Schinesien einfach so wenig wie möglich von dem guten Kupfer 
verbauen wollten, der Trafo ist auch sehr unsauber gewickelt, aber ich 
weiß nicht ob das irgendwie den Wirkungsgrad verbessert, ich denke eher 
verschlechtert.
Der obere Trafo ist der der aus 24v 230v macht, der untere ist der wo 
ich noch nicht genau weiß was er tut, ich denke mal irgendwas mit Sinus, 
das ist ein Reinsinuswechselrichter. Unten in der Ecke sind Bauteile auf 
der Platine eingezeichnet, die wohl für einen USB Ausgang sind, den 
dieser Inverter aber nicht hat, daher unbelegt.

Matrix schrieb:
> die in Schinesien

Die können sowas, im Gegensatz zu dir.

Egon D. schrieb:
> Transformatoren übertragen Leistung. Dass dazu ein
> halbwegs definierter Frequenzgang notwendig ist, ist
> ein untergeordneter Aspekt, ein notwendiges Übel.

Wenn der 'Frequenzgang' bei 50 Hz ganz "gut" ist,
ist man schon auf der sicheren Seite ...

Ben B. schrieb:
> Wenn das ein Sinuswandler ist, dann ist der untere Trafo eigentlich kein
> Trafo, sondern eine Drossel, die die PWM-Frequenz vom Ausgang fernhält.

Und hat einen EI-Eisenkern, wie sogar drauf steht.

Also gut hab schon kapiert, der erzeugt die Sinuswelle nicht direkt, 
sondern erzeugt rechteck und wurschtelt das um. Ob das nun allzu 
effizient ist, sei dahingestellt. Ich bin mir sicher dass man dickeren 
Draht nehmen könnte, aber das sich eben die Frage ab wann der Kern 
sättigt, und ob es einen Grund hat warum die Windungen so kreuz und quer 
da drauf gewickelt sind. Auch müsste man dann ja die Drossel am Ausgang 
ebenfalls dicker wickeln sonst wird die heiß.

Was meinst du mit Anforderungen in Zahlen?
Ich hatte gehofft den Wandler so auf 1000-1500W zu bringen. An den 
MOSFETS dürfte es jetzt nichtmehr scheitern aber eben an den Trafos.

Matrix schrieb:
> Was meinst du mit Anforderungen in Zahlen?
> Ich hatte gehofft den Wandler so auf 1000-1500W zu bringen. An den
> MOSFETS dürfte es jetzt nichtmehr scheitern aber eben an den Trafos.

Eigentlich an allem.

MaWin schrieb:
> Du weisst insgesamt viel zu wenig, um aus einem kommerziellen
> Spannungswandler "Inverter" mehr Leistung zu holen.

Dieser Meinung muss ich nach dem Lesen deiner Fragen grundsätzlich 
zustimmen.

Du solltest dich erst miz weniger ambitionierten Projekten befassen.
Ganz unabhängig davon daß diese 230V Dinge doch auch recht weh tun 
können...


Wesentlich für die mögliche Übertragungsleistung eines (Schaltnetzteil 
-)Trafos ist neben der Drahtstärke natürlich auch die Größe des Kerns.

Siehe Unterschied hier
https://solderingmind.com/500-watts-inverter-circuit-12-volt-to-220-volt/
https://www.youtube.com/watch?v=XJMo7_N-aB4

und hier
https://www.youtube.com/watch?v=nb9m_yQLrPI

Gruss

Ich kenne mich durchaus schon mit 230v aus, und hab auch schon bestimmt 
ein Paar mal wie jeder Elektronikschrauber eine gewischt bekommen, 
danach immer mit dem Gedanken UUPS, da war Strom drauf. Ich habe es ja 
schon befürchtet, nicht umsonst haben die Inverter mit mehr Leistung 
auch mehrere Trafos parallel. Besseres Kernmaterial wirds in der Form 
wie ichs brauch nicht geben, und dann wäre da noch dass der Kern von dem 
Trafo aus zwei verklebten Teilen besteht, was auch nicht so gut ist, ein 
Stück wäre besser, dazu noch einer mit Eisenkern statt diesem 
Ferritzeugs, und wenn mich nicht alles täuscht gilt auch bei Trafos: Je 
dünner die Platten des Kerns je besser. SUPER, dann kann ich das Projekt 
an dieser Stelle in die Tonne kloppen, das würde so derart viel Aufwand 
bedeuten, dass es sich nicht rentiert wegen ein Paar Watt mehr. Einen 
fertigen Trafo als Ringkern kaufen, was besser wäre als der eckige würde 
gehen, aber der ist dann für das Gehäuse zu groß. Die Frage ist wie 
rausfinden, ob der Kern jetzt schon sättigt und daher begrenzt, oder obs 
am Draht liegt. Schließt man einen zu starken Verbraucher an, geht die 
Spannung in den Keller.

Matrix schrieb:
> Ich kenne mich durchaus schon mit 230v aus, und hab auch schon bestimmt
> ein Paar mal wie jeder Elektronikschrauber eine gewischt bekommen,

Matrix schrieb:
> und wenn mich nicht alles täuscht gilt auch bei Trafos: Je
> dünner die Platten des Kerns je besser.

Eine Trafo für 24 V -> 230 V hat schon mal einen Ferrite-Kern. Damit ist 
der nicht für 50 Hz sondern für eine höhere Frequenz, so im 50 kHz 
Bereich. Ein Trafo mit Eisenkern ist da keine wirkliche Alternative an 
der Stelle.
Bei den höheren Frequenzen wird es auch noch einmal etwas komplizierter 
als nur Netzfrequenz.

Der 2. Trafo könnte durchaus eine Drossel sein. So etwas braucht man in 
der Regel um einen wirklichen Sinus zu erzeugen. Die üblichen 
Schaltwandler brauchen eine Drossel für die Regelung und um andere 
Spannungen zu erzeugen als durch das Windungsverhältnis vorgegeben. Auch 
das dürfte etwas sein mit Ferritekern - Eisen macht eher weniger Sinn.

Ein Trafo geht mit mehr Strom nicht in die Sättigung. Entscheidend ist 
da die Spannung pro Windung und die Frequenz. Mehr Strom erwärmt vor 
allem die Windungen. Bei einer Speicherdrossel kommt man dagegen mit 
mehr Strom irgendwann in die Sättigung.

Also müsste man die Frequenz erhöhen. Das würde sogar gehen, wenn man 
die Frequenz von 50 auf 60hz anheben würde, das liegt innnerhalb der 
Netzfrequenztolleranz, müsste sich eigentlich auch die Frequenz im Trafo 
erhöhen, wenn der Wandler die 50hz nicht unabhängig von der 
Trafofrequenz erzeugt.  Hab mich auch mal ein bisschen schlau gemacht, 
je höher die Permeabilität eines Materials ist desto besser. Da wären 
wir dann bei  amorphen Metallen, die bis zu 500.000 µr Erreichen. Es 
gibt auch Trafokerne aus diesen Metallen. Dann müsste ich aber einen 
neuen Trafo bauen, und da diese Kerne alle rund sind, müsste der dann 
noch ins Gehäuse passen, und dort festgemacht werden. Also alles nicht 
ganz einfach. Werde mir mal eine Wärmebildkamera besorgen, und sehen was 
wann wie wo heiß wird. Die Kamera kann ich aber nicht einfach leihen, 
die wird bei uns in der Firma so bewacht als wär sie 100.000€ wert. Gut 
könnte sogar hinkommen. Dann müsste man ja sehen wo wieviel 
Verlustleistung auftritt. Wenn der Trafo dann knallheiß wird, weiß man 
dass der Draht zu dünn ist. Auch weiß ich dann gleich wie hoch das 
Hühnerfutter außen rum belastet wird.

Du hast noch nicht einmal Viertelwissen über solcherlei Elektronik, fang 
doch einfach mal an ganz kleine Brötchen zu backen. Irgendwann sind dann 
möglicherweise auch richtig große Brote möglich.

Das weis ich, dass ich über Trafos nicht viel Wissen hab brauchst du mir 
nicht erklären. Aber von HUH ein Trafo HILFE! Wirds auch nicht besser. 
Und ja, ich weiß dass man im Normalfall klein anfängt, aber so ein 
Wechselrichter könnte auch schon unter klein fallen, immerhin ist der 
jetzt auch nicht das komplexeste, besteht aus einer Zerhackerchaltung, 
die den Wechselstrom für den Trafo bereitstellt. Der Trafo macht dann 
aus viel Ampere 24v Rechteck weniger Ampere 240v Rechteck. Jetzt haben 
wir schon einen Mod Sinus Wechselrichter. Dazu noch ein bisschen 
Hühnerfutter, ein Paar Kondensatoren zum stabilisieren und abblocken, 
das kann man als mod. Sinus Wechselrichter kaufen. Meiner macht das 
gleiche, nur dass er aus dem Rechteck danach Sinus macht, dazu ist die 
Zweite Induktivität auf dem Board unten gut. Dazu noch ein bisschen 
Hühnerfutter drum rum, damits auch stabil ist ohne allzuviel 
Nebeneffekte, und schon läuft das. Was ich in meinem Hirn nicht verstehe 
ist, warum der Wandler nicht gleich eine 24v PWM Sinus erzeugt, und die 
dann durch den Trafo jagt, dann müsste ja sekundär 240v Sinus 
rauskommen. Aber vielleicht habe ich da ja auch nicht berechnet. Man 
kann doch nix lernen, wenn man immer nur gesagt bekommt "Das kannst du 
noch nicht das ist noch zu hoch für dich, du hast das Wissen nicht" 
Himmel ihr habt doch auch das Wissen nicht mit der Geburt bekommen.

Du kannst die Leistung oder den Wirkungsgrad eine Transformator nicht 
verbessern, ohne ihn komplett neu zu bauen. Da sind alle Teile 
aufeinander abgestimmt.

Matrix schrieb:
> Der Trafo macht dann
> aus viel Ampere 24v Rechteck weniger Ampere 240v Rechteck.

Schon das ist falsch.

Matrix schrieb:
> Was ich in meinem Hirn nicht verstehe
> ist, warum der Wandler nicht gleich eine 24v PWM Sinus erzeugt, und die
> dann durch den Trafo jagt, dann müsste ja sekundär 240v Sinus
> rauskommen.

Kein Problem, das wird dann eben ein richtig dicker Eisenkerntrafo, er 
muss das ja mit den 50Hz können.

Ich werde mal an dem Teil ein bisschen rummessen um zu sehen welche 
Frequenzen wann wo eingesetzt werden. Das blöde ist dass alle richtig 
guten Messgeräte mit denen sowas Spaß macht in der Firma sind, und die 
zu leihen ist bei deren Preisen nicht einfach.

Matrix schrieb:
> Und ja, ich weiß dass man im Normalfall klein anfängt, aber so ein
> Wechselrichter könnte auch schon unter klein fallen

Nein, ein 500W Wechselrichter fällt ganz sicher nicht in die Kategorie 
"kleiner Anfang".

Matrix schrieb:
> Man
> kann doch nix lernen, wenn man immer nur gesagt bekommt "Das kannst du
> noch nicht das ist noch zu hoch für dich, du hast das Wissen nicht"

Wenn du wirklich etwas in dem Bereich lernen willst: entwickle z.B. 
einen DCDC im Bereich 10W..100W und im Bereich sicherer Spannungen. Du 
bekommst hier
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/smps.html
sehr pragmatische Hilfe für den Entwurf und ggf. auch 
Dimensionierungsvorschläge für einen Übertrager. Versuche diese 
Vorschläge anhand der Kurzbeschreibung auf der Website und anhand von
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen
nachzuvollziehen und nachzurechnen. Das bietet für deinen Wissensstand 
mehr als genug neue Herausforderungen. Bau das Teil auf, miss dort die 
ganzen auftretenden Effekte, optimiere die Funktion und den Wirkungsgrad 
und verstehe wirklich, wie es funktioniert.

Das dauert keine 3-4 Jahre, und es bringt dich auf einen Wissensstand, 
von dem aus du ggf. beginnen kannst zu überlegen, ob du wirklich einen 
500W Wechselrichter "aufmotzen" willst.

Matrix schrieb:
> ch bin eigentlich ja mit aller Art Elektronik schon in Berührung
> gekommen

Hmmm

Matrix schrieb:
> und hab auch schon bestimmt ein Paar mal wie jeder Elektronikschrauber
> eine gewischt bekommen

Ähm, nein, jemand der sich auskennt bekommt nie 'eine gewischt', er 
weiss ja schliesslich wo er anfassen darf und wo nicht. Das einzige Mal 
wo ich mit 230V~ 'in Berührung' gekommen bin war nicht beim Basteln.

Matrix schrieb:
> und die zu leihen ist bei deren Preisen nicht einfach.

Sehr vernünftig vom Chef, schliesslich will der nicht, dass seine teuren 
Messgeräte 'eine gewischt' bekommen, sonst sind die nämlich kaputt.

Du hast einfach noch viel zu wenig Ahnung. Also viel viel zu wenig.