Trafo Ausgangsspannung nicht sinusförmig!?

[Randy N. (huskynet)]

Hallo,

also das müsst ihr mir jetzt mal erklären: Bis jetzt nahm ich immer an, 
dass die Ausgangsspannung eines Trafos bei sinusförmiger 
Eingangsspannung auch sinusförmig ist, zwar phasenverschoben, aber 
sinusförmig.

Mit dem Oszilloskop hab ich nun das angehängte Bild aufgezeichnet. Die 
gleiche Form ergibt sich sowohl beim belasteten, als auch beim 
unbelasteten Trafo (dann mit geringerer Amplitude).

Eingangsspannung: 230V~ (im Bild grün, vertikal 50V/div)

Verwendeter Trafo: 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUP=C521;GROUPID=3312;ARTICLE=27433;START=32;SORT=artnr;OFFSET=16

Ausgangsspannung des unbelasteten Trafos im Bild gelb, vertikal 5V/div

Horizontal: 4ms/div

Meine Vermutung: Es liegt daran, dass der Kern in jeder Halbwelle erst 
ummagnetisiert wird, dadurch ein größerer Strom fließen muss und somit 
die Spannung in dieser Zeit "eingedrückt" wird. Stimmt das und wenn ja: 
Sieht man das bei allen leistungsschwachen Trafos so deutlich, oder ist 
das nur ein besonders billiger?

Vielen Dank
Randy

[Spice (Gast)]

sieht fast nachm massefehler aus :-)

[Randy N. (huskynet)]

Spice schrieb:
> sieht fast nachm massefehler aus :-)

Also der Neutralleiter der Netzspannung ist mit der Masse meines 
Oszilloskops verbunden und auch mit einem Ausgang des Trafos, inwiefern 
kann das noch ein Massefehler sein?

Schaltungsmäßig kann man nicht viel falsch machen, so viele 
Möglichkeiten gibts da nicht:

230V~ >----------. ,----------> 6V~
                 )|(
                 )|(
   0V >----o-----' '-----o----> 0V
           |             |
          ===           ===
          GND           GND

[Thomas (kosmos)]

ich denke das wird daran liegen das der Trafo kurzschlussfest ausgelegt 
ist, wie schaut es denn unter Belastung aus.

[Benedikt K. (benedikt)]

Ausgelegt ist relativ: Da der Trafo so klein ist, ist der Draht extrem 
dünn und somit Widerstand der Wicklung extrem hoch (irgendwas im 10kOhm 
Bereich). Daher macht sich der Spannungsabfall schon im Leerlauf 
bemerkbar. Und da die Stromaufnahme eines Trafos aufgrund der 
beginnenden Sättigung des Trafokerns nicht ganz sinusförmig ist, 
verzerrt der Strom aufgrund des hohen Widerstands auch die Spannung. Bei 
einem größeren Trafo passt die Kurvenform allerdings, da der 
Drahtwiderstand zumindest im Leerlauf vernachlässigbar klein ist.
Mit steigender Belastung sollte die Kurvenform auch besser werden, denn 
durch den zusätzlichen Strom entsteht ein noch größerer Spannungsabfall 
an der Wicklung, wodurch die Spannung die die Spule sieht, kleiner wird 
und daher weniger stark in die Sättigung geht.

[Randy N. (huskynet)]

> Mit steigender Belastung sollte die Kurvenform auch besser werden

Ich hab den Trafo mal mit 100 Ohm belastet und es ergibt sich das 
angehängte Bild. Besser ist die Kurvenform, aber sinusförmig ist was 
anderes.

Was ist bei einem kurzschlussfesten Trafo eigentlich anders?

> Da der Trafo so klein ist, ist der Draht extrem
> dünn und somit Widerstand der Wicklung extrem hoch

Ich hab mal die ohmschen Widerstände der Wiklungen gemessen:
Primär: 16 kOhm
Sekundär: 45 Ohm

Könnte der Trafo auch kaputt sein? Mir ist nämlich gerade aufgefallen, 
dass der sowohl im Leerlauf, als auch belastet sehr heiß wird. Aber wie 
kann denn ein Trafo kaputt gehen und dann auch noch diese Spannungsform 
ausgeben? Das ist doch am Ende nur aufgewickelter Draht!?

[Randy N. (huskynet)]

Ahrgh, da hab ich doch tatsächlich vergessen, das Bild anzuhängen...

[Benedikt K. (benedikt)]

Randy N. schrieb:
> Was ist bei einem kurzschlussfesten Trafo eigentlich anders?

Der Innenwiderstand des Trafos ist derart hoch, dass im Kurzschlussfall 
der Strom ausreichend begrenzt ist, so dass nichts zerstört wird.

> Könnte der Trafo auch kaputt sein? Mir ist nämlich gerade aufgefallen,
> dass der sowohl im Leerlauf, als auch belastet sehr heiß wird.

Eher nicht. Das ist bei so kleinen Trafos normal: Der Wirkungsgrad liegt 
oft bei um die 25%.

[Werner M. (wmauss)]

Hallo Zusammen,

ich habe zu meinem folgenden Problem hier im Forum keine Themen gefunden 
außer diesem hier, ist aber auch etwas anders gelagert.

Ich habe an einem 100W Trafo am 6V Abgriff der Sekundärwicklung (mit 
vier Anzapfungen, 6V, 12V, 24V, 33V) das Ausgangssignal im unbelasteten 
Fall gemessen. Siehe Anhang.
An der 33V Anzapfung des Trafos hängt noch ein lineares regelbares 
Netzgerät, sprich ein Brückengleichrichter mit Siebelkos.

Dabei sehe ich diesen unerwarteten Spannungsverlauf. Die Spitzen des 
Sinussignals scheinen zu sättigen. Nach durchlaufen der Spitzen kommt es 
zu einem steilen Abfall, was m.E. die Sättigungsüberlegung stützt.

Ich verstehe allerdings nicht, warum im Leerlauf bereits 
Sättigungseffekte zu beobachten sind. Ich habe das Ganze mit einem 
zweiten Oszilloskop eines anderen Herstellers überprüft, sehe jedoch 
dasselbe Verhalten.

Kann das jemand erklären?

Vielen Dank und viele Grüße
Werner

[MaWin (Gast)]

Werner M. schrieb:
> Die Spitzen des Sinussignals scheinen zu sättigen.

Nö, die müssen den Siebelko an der 33V Wicklung aufladen.

Fliesst Strom, bricht die Spannung ein, dank Innenwiderstand.

[Dieter (Gast)]

Die Verbuckelung in der Mitte um den Nulldurchgang macht die 
Hystereseschleife des Eisenkernes.

Die Buckel oben und unten, wie MaWin schon nannte, werden noch 
verstaerkt durch gleichen Effekt aller solchen Geraete am Stromnetz, so 
dass die Netzspannung an der Stelle auch verkruemmt ist. Man sieht es 
aber nicht so gut, da die Oberwellen noch eine Phasenverschiebung 
aufweisen.

[Nananana (Gast)]

Spinnt ihr denn alle?

Jeder Transformator mit einem Eisenkern hat eine Hysterese und ist damit 
kein idealer Transformator!! Daher sind Schmutzeffekte ganz normal.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Werner M. schrieb:
> Ich verstehe allerdings nicht, warum im Leerlauf bereits
> Sättigungseffekte zu beobachten sind.

Die Annahme ist ja auch falsch: Die Sättigung hängt nur von der 
Spannungs-Zeitfläche der angelegten Spannung ab und hat (fast) nichts 
mit Leerlauf oder Last zu tun.
Zu "fast": unter Last ist die Sättigung sogar etwas geringer, da durch 
den Spannungabfall am ohmschen Widerstand der Primärwicklung die 
Spannung kleiner wird.

[Günter Lenz (Gast)]

Das was Werner M. in sein Bild zeigt, ist kein
Sättigungsefekt und auch keine Hysterese wie
Nananana schreibt, sondern Ergebnis der Belastung
wenn ein Kondensator aufgeladen wird. Das was ganz
oben am Anfang gezeigt wird ist auch keine Hysterese,
sondern das typische Bild wenn der Eisenkern in
Sättigung gegangen ist. Die Kurve wird noch spitzer
je weiter der Kern in Sättigung getrieben wird.
Soetwas kann man auch bei Ferritringkernen beobachten,
wenn sie sättigen.

[Günter Lenz (Gast)]

Beim Kondensatoraufladen meine ich den Kondensator
hinter einen Gleichrichter.

[Nananana (Gast)]

Ich sagte das der verwendete Trafo kein ideales Nauteil ist.

Dazu: schau dir das ersatzschaltbild eines Trafos an und simuliere z.B. 
Mit Spice. Rumsinnieren ist fehl am Platze...

[Günter Lenz (Gast)]

Nananana schrieb:
>und simuliere z.B. Mit Spice.

Ich mache meine Experimente immer in Echt,
macht mehr Spaß.

[hinz (Gast)]

Günter Lenz schrieb:
> Nananana schrieb:
>>und simuliere z.B. Mit Spice.
>
> Ich mache meine Experimente immer in Echt,
> macht mehr Spaß.

Folge dem weißen Kaninchen!

[Werner M. (wmauss)]

Vielen Dank an Mawin,  Günter Lenz und Dietrich L. für die sachlichen 
Beiträge!

@Dietrich L.: Ich dachte immer dass Sättigung eintritt wenn alle 
Elementarmagnete im Eisen ausgerichtet sind. Und der magnetische Fluss 
im Eisen wird doch vom Wicklungsstrom und der Windungszahl beeinflusst 
und nicht von der Spannung, oder?
Die Thematik ist bei mir allerdings schon ziemlich lang her, zumal ich 
auch Nachrichtentechniker bin, da waren Sättigungseffekte nur ein 
Randthema.

@Mawin und Günter, ich werde den Gleichrichter/Elko mal abklemmen und 
schauen, wie sich die Spannungsform ändert.

Viele Grüße
Werner

[hinz (Gast)]

Werner M. schrieb:
> Und der magnetische Fluss
> im Eisen wird doch vom Wicklungsstrom und der Windungszahl beeinflusst
> und nicht von der Spannung, oder?

Die Wirkung des Stroms in der Primär- und der Sekundärwicklung heben 
sich aber fast genau auf. Übrig bleibt nur der geringe Blindanteil in 
der Primärwicklung, und der wird durch die Induktivität, sowie Betrag, 
Frequenz und Form der angelegten Primärspannung bestimmt. Beim realen 
Trafo muss man sogar noch etwas von der Spannung abziehen, nämlich den 
Spannungsabfall am ohmschen Widerstand der Primärwicklung.

[Dieter (Gast)]

Werner M. schrieb:
> @Dietrich L.: Ich dachte immer dass Sättigung eintritt wenn alle
> Elementarmagnete im Eisen ausgerichtet sind. Und der magnetische Fluss
> im Eisen wird doch vom Wicklungsstrom und der Windungszahl beeinflusst
> und nicht von der Spannung, oder?

Es ist ein Unterschied, ob es sich um eine Induktivität mit nur einer 
Wicklung oder zwei Wicklungen (primär und sekundär) handelt.

Die Sättigung tritt ein wenn alle Magnetide ausgerichtet sind. Das ginge 
theoretisch so weit, bis nur noch µ_0 bzw. µ_r=1 übrig bliebe, wenn 
nicht vorher der Wicklungsdraht thermisch verdampfen würde.

Nebenbei sei noch angemerkt, dass das Magnetfeld ein relativistischer 
Effekt des E-Feldes ist. Es entsteht durch die Verkrümmung des E-Feldes 
der sich bewegenden Elektronen.

Entscheidend für den Fluß, den das Eisen sieht ist daher die Differenz 
der Flüsse aus Primär- und Sekundärwicklung. Eine offene 
Sekundärwicklung wäre wieder wie eine Induktivität einer Wicklung. Bei 
einer belasteten Sekundärwicklung ist dessen H-Feld/Fluß abzuziehen. Das 
bewirkt eine Reduzierierung der Gegeninduktion und der Strom auf der 
Primärseite steigt schneller an. Das ist Ursache dafür, dass durch einen 
belasteten Trafo auch ein höherer Scheinstrom fließt, als im Leerlauf.
Die Sättigung tritt immer beim gleichen 
H-Feld(t)=H_primär(t)-H_sekundär(t) auf.

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Der Netzsinus ist dank vieler Netzteile ohne PFC im Netz auch schon vor 
dem Trafo nicht mehr sinusförmig, die abgeflachten Spitzen sind genau 
das, wie ich die Form des Netzsinus erwartet habe.