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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Grundlagen Trafo


Autor: Mike (Gast)
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Hallo!

Die Grundlagen eines Trafos sind mit klar, mit Übertragungsverhältnis 
und Wicklungszahl.
Hab auch kapiert, dass der Strom in der Primärseite vom 
Wicklungswiderstand, den Wechseltromwiderstand abhängt. Die Last auf der 
Sekundärseite scheint den Primärstrom auch irgendwie zu beeinflussen.
Kann man diesen Strom irgenwie berechnen?
Und wie sieht es aus, wenn man einen Trafo Primärseitig mit einem 
Wechselstrom (Stromquelle nicht Spannungsquelle) betreibt? Wie sieht es 
da aus? Kann man da irgendwie die Spannung auf der Primär- und 
Sekundärseite ausrechnen?

Danke für Eure Hilfe!

Gruß
Mike

Autor: Dennis S. (float)
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Ich würde über die Scheinleistung rechnen. Die Scheinleistung auf der 
Sekundärseite ist - unter Vernachlässigung des Wirkungsgrades - die 
Scheinleistung auf der Primärseite. Die Spannung auf der Primärseite 
weißt du auch. Dann kannst du den Strom bestimmen. Meistens ist auch der 
Wirkungsgrad angegeben, dann kannst du es genau ausrechenen.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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> Die Grundlagen eines Trafos sind mit klar, mit Übertragungsverhältnis
> und Wicklungszahl.
Grundlagen sind da - guuuuut!

> Hab auch kapiert, dass der Strom in der Primärseite vom
> Wicklungswiderstand, den Wechseltromwiderstand abhängt.
Teilweise richtig.
Der ohmsche Widerstand der Wicklung(en) spielt hauptsächlich bei den 
(Kupfer-)Verlusten eine Rolle. Und der Wechselstromwiderstand ergibt 
sich aus der Induktivität der Primärwicklung, d.h. Anzahl der Windungen, 
verwendetes Kernmaterial (lamellierte Bleche, Ferrit, ...), usw.
Primärwicklungen von (Kleinleistungs-)Netztrafos, z.B. ein 50VA-Trafo, 
hat in meinem Beispiel einen XL von um die 600 Ohm. Daraus würde bei 
230V ein Strom von ca. 0,38A fließen. Der ist allerdings nicht in Phase 
mit der Spannung, sonst würde der Trafo im Leerlauf (also ohne Last) 
88,2W (reell) aufnehmen, was er aber bekanntermassen nicht macht. Was er 
im Leerlauf aufnimmt sind überwiegend die Eisenverluste. D.h. die 
Leistung die benötigt wird, den Kern umzumagnetisieren. Der Liegt nur 
bei wenigen Watt - zumindest bei dem angenommenen Beispiel-Trafo mit 
etwa 50VA, womit die Erwärmung des Kern so gut wie nicht wahrnehmbar 
ist.

> Die Last auf der
> Sekundärseite scheint den Primärstrom auch irgendwie zu beeinflussen.
Dafür ist ein Trafo ja gemacht - um Energie zu übertragen!

> Kann man diesen Strom irgenwie berechnen?
Auf's Microampere vielleicht nicht, aber es gibt einschlägige Formeln, 
die man sich auch 'aus den Fingern saugen' kann, wenn man einmal das 
Prinzip verstanden hat - zumindest Überschlagweise, d.h. die ganzen 
Verluste werden vernächlässigt und man nimmt einen 'idealen' Transformat 
an.

> Und wie sieht es aus, wenn man einen Trafo Primärseitig mit einem
> Wechselstrom (Stromquelle nicht Spannungsquelle) betreibt?
Im Prinzip genauso wie einen den man mit einer Spannungsquelle betreibt. 
Für die Praxis heißt das aber, diesen Trafo nie ohne Last zu 
betreiben. Andernfalls würden unangenehme hohe Spannungen entstehen, 
wenn man versucht einen Strom in einem nicht geschlossenen Kreis zu 
treiben (der Sekundärseite)

> Wie sieht es
> da aus? Kann man da irgendwie die Spannung auf der Primär- und
> Sekundärseite ausrechnen?
Ja, aber nur wenn man den Widerstand der Last kennt. In den möglichen 
Leistungsgrenzen, die die Kerngröße diktiert, sollten damit die Dir 
bekannten Formeln bezüglich der Ausgangsspannung bei entsprechendem 
Windungsverhältnis usw. ausreichen, um alles berechnen zu können.

Als Denksportaufgabe gebe ich Dir deswegen die Formeln nicht einfach so 
an. Poste erstmal Deine Idee und ich korrigiere sie dann gerne, bzw. 
weise Dich auf Deine evtl. Gedankenfehler hin. Der Lerneffekt ist dabei 
einfach größer ;-) und spätere Fehlanwendungen werden dadurch 
(hoffentlich) vermieden. Verstehen ist besser als irgendwelche Formeln 
vor den Latz geknallt zu bekommen - meiner Meinung nach.

Autor: Mike (Gast)
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Tja, dann will ich es mal versuchen ....

Wie war die Grundformel nochmal?

Dann müsste ja
sein.

Wenn ich dann einen Lastwiderstand RL auf der Sekundärseite habe, 
berechnet sich U2 zu

U1 berechnet sich anch oben genannter Formel aus

Formel für U_2 eingesetzt ergibt sich

Formel für I2 eingesetzt  ergibt sich
also

Stimmt das?

Gruß
Mike

Autor: Mike (Gast)
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Aber bei einer Spule allein berechnet sich doch die Spannung zu
<math>U = L \cdot \frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t}</math>

Hat das irgendeinen Einfluss auf die Spannung auf der Primärseite?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Aber bei einer Spule allein berechnet sich doch die Spannung zu
>Hat das irgendeinen Einfluss auf die Spannung auf der Primärseite?

Ja. Diese Spannung ist die Primärspannung. Duch Umstellen kannst du 
den (Magnetisierungs)strom der (Primär)spule errechnen.

Additiv dazu kommt noch der auf die Primärseite transformierte 
Sekundärstrom.

EDIT:
Zwischen Primär und Sekundärstrom herscht immer 
Durchflutungsgleichgewicht.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Mike wrote:
> Hallo!
>
>...
> Und wie sieht es aus, wenn man einen Trafo Primärseitig mit einem
> Wechselstrom (Stromquelle nicht Spannungsquelle) betreibt? Wie sieht es
> da aus? Kann man da irgendwie die Spannung auf der Primär- und
> Sekundärseite ausrechnen?

Das ist der Fall bei sogenannten Stromwandlern. Also Trafos deren Zweck 
darin besteht einen (meist hohen) Strom auf der Primärseite  zu einem 
Strom auf der Sekundärseite zu wandeln (meist 1A oder 5A sek. wenn prim. 
der Nennstrom fließt).

Die Spannung auf der Sekundärseite die maximal auftreten darf, ergibt 
sich aus der Nennleistung des Stromwandlers und der sekundärseiten Last, 
genannt Bürde.

Beispiel Wandler xA/5A, Leistung 20VA ==> sek. max. Bürdenspannung 4V, 
max zulässige Bürde 0.8 Ohm oder niedriger.

Man versucht da, die Sekundärseite so niederohmig wie möglich zu 
belasten.
Leerlauf der Sekundärseite führt zu hohen Spannungen, die in der Regel 
den Wandler zerstören (können).

hth,
Andrew


>
> Danke für Eure Hilfe!
>
> Gruß
> Mike

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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@ Mike:
Sieht suuuper aus. Wenn Du dann noch I1 auf die linke Seite bringst, so 
erhältst Du eine Formel, die besagt, wie der Lastwiderstand auf die 
Primärseite 'transformiert' wird, d.h. was für eine Last U1 'sieht'.

[math] \frac{U_1}{I_1} = R_L \cdot \left( \frac{n_1}{n_2} \right) ^2 
[\math]

[math] R_1 = R_L \cdot \left( \frac{n_1}{n_2} \right) [\math]

Diese Formel dürfte vielen Röhren-Endstufenbauern seeeehr geläufig sein, 
da man diese Formel fast immer für die Überschlagsrechnung des 
Ausgangsübertragers benötigt. Da Röhren keine hohen Ströme (dafür aber 
Spannungen) treiben können, muß der Widerstand des Lautsprechers (mal 
als idealen R angenommen) auf den (bestmöglichen - bzgl. 
Ausgangsleistungs, und/oder Linearität) Arbeitswiderstand der 
Röhrenschaltung transformiert werden.

Eine andere Anwendung wäre die Stromfühlerdrossel in Schaltnetzteilen, 
wo auch ein Strom transformiert wird. Nur wird hier nicht, wie in 
Andrew's Beispiel, der sekundäre Lastwiderstand klein sondern eher 
größer gewählt, was dann in Verbindung mit dem Übersetzungsverhältnis zu 
einer Spannung umgewandelt wird, was wiederum die PWM-Controller i.d.R. 
viel besser verarbeiten können.

Es kommt halt immer darauf an, was man mit dem 'Strom'-Transformator 
machen will, um ihn richtig und mit dem gewünschten Lastwiderstand 
berechnen zu können.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Grrr! Was läuft denn nun schon wieder mit den LaTeX-Formeln falsch?!?

@ Mike (und auch 'lippy'):
Bei Deinem ersten Formel-Posting hat's geklappt, beim zweiten schon 
nicht mehr. Was hast Du da anders gemacht? Hatte bislang keine Formeln 
gepostet, mit LaTeX aber schon öfter was gemacht. Dachte ich hätt's noch 
drauf!? Welchen Syntax versteht das 'Forum' nun? "math" in eckige 
Klammern, in "<"- und ">"-Zeichen setzen, oder was?

Autor: Hendrik (Gast)
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Hmmm... ?!?

Wenn ich das richtig sehe (und da bin ich mir gar nicht so sicher),
sind es einmal die "<" bzw. ">" Klammern, die ein erfolgreiches 
Formeleinbinden verhindern und einmal ein "[\math]" statt "[/math]".

Gruß,
   Hendrik

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Na das probier ich doch gleich mal aus:

... und siehe da - es funzt.
Sch... Flüchtigkeitsfehler.

Danke Hendrik.

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