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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Trafo mit geringer Sättigung für Hysteres Versuch


Autor: Justuz Jonaz (justuz)
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Hallo,
ich will einen Versuch aufbauen wo die Permeabilität eines Trafokerns 
gemessen werden soll, B-H- Kennlinie Hysteresekurve. An der Primärseite 
wird versorgt und über einen Widerstand mit dem Osziloskop gemessen. An 
der Sekundärseite befindet sich ein Tiefpass und am Kondensator wird 
wieder mit Oszi gemessen.
wir haben versucht Ringkerne selber zu wickeln, allerdings sind die 
Materialien mittlerweile so gut das man die Kerne nicht in die Sättigung 
treiben kann. Hat jemand von euch eine Idee mit welchen "nicht" Ringkern 
ich das bewerkstelligen kann ?
Vielen Dank

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Justuz Jonaz schrieb:

> wir haben versucht Ringkerne selber zu wickeln, allerdings sind die
> Materialien mittlerweile so gut das man die Kerne nicht in die Sättigung
> treiben kann.

Das bezweifle ich etwas.
Erhöhe die Spannung, verringere die Frequenz oder reduziere die Anzahl 
an Primärwindungen, dann geht der Kern mit Sicherheit in die Sättigung.

Autor: Justuz Jonaz (justuz)
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folgende Probleme treten dabei auf:

bei Erhöhung der Spannung bekomme ich einen zu hohen Strom.
Das verringern der Frequenz hat so gut wie gar keinen Einfluss
und das vermindern der Wicklungen bedeutet doch das ich ein ein viel 
niedrigeres Feld einpräge und somit erst recht nicht in die Sättigung 
komme oder hab ich da einen grundlegenden Denkfehler drin ?

danke

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Justuz Jonaz (justuz)

>ich will einen Versuch aufbauen wo die Permeabilität eines Trafokerns
>gemessen werden soll, B-H- Kennlinie Hysteresekurve. An der Primärseite
>wird versorgt und über einen Widerstand mit dem Osziloskop gemessen.

Dir ist klar, dass du dafür bei einem normalen Netztrafo so um die 300V 
Rechteck brauchst?

> An
>der Sekundärseite befindet sich ein Tiefpass und am Kondensator wird
>wieder mit Oszi gemessen.

Mach es anderes herum. Ein 230->12V Trafo kann man mit 24V Rechteck/50 
Hz schnell in die Sättigung treiben.
UNd die 24V Rechteck kann man einfach erzeugen. Und wenn man dafür einen 
KLEINEN Trafo mit nur 1..3VA nimmt, braucht man auch keinen tierisch 
hohen Strom.

>wir haben versucht Ringkerne selber zu wickeln, allerdings sind die
>Materialien mittlerweile so gut das man die Kerne nicht in die Sättigung
>treiben kann.

Schön wärs ;-)

MFG
Falk

Autor: André (Gast)
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Hm.
Also frueher wars mal so, dass H wuchs, wenn I und die Windungszahl 
wuchsen.
D.h. entweder mehr Windungen oder mehr Strom. Wenn du den Strom nicht 
liefern kannst, hast du gelinde gesagt Pech... :)

Gruessle

Autor: Justuz Jonaz (justuz)
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André schrieb:

> D.h. entweder mehr Windungen oder mehr Strom. Wenn du den Strom nicht
> liefern kannst, hast du gelinde gesagt Pech... :)


genau davon rede ich ja ... gibts noch tolle vorschläge oder 
spulenempfehlungen ?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Justuz Jonaz schrieb:
> folgende Probleme treten dabei auf:
>
> bei Erhöhung der Spannung bekomme ich einen zu hohen Strom.

Genau das willst du doch, oder? Eine Sättigung bedeutet immer, dass die 
Induktivität abnimmt und somit der Strom stark ansteigt.

Autor: Justuz Jonaz (justuz)
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aber er steigt nocht nicht stark genug an ... aber schon soweit das bald 
der vorwiderstand abraucht

Autor: Uwe Nagel (ulegan)
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Ferritkerne mit möglichst grossem Al-Wert bekommt man am leichtesten in 
die Sättigung.
Dass die Frequenz keine Rolle spielt deutet darauf hin, dass die 
Induktivität den Strom garnicht begrenzt, sondern eher die Stromquelle.
Dann helfen weniger Wicklungen erst recht nicht, dadurch wird die 
Induktivität kleiner, der Strom könnte bei gleicher Frequenz grösser 
werden, wenn er denn durch die Induktivität begrenzt würde...
Dann eher mehr Wicklungen, damit bei gleichem Strom mehr Feld.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Justuz Jonaz (justuz)

>aber er steigt nocht nicht stark genug an ... aber schon soweit das bald
>der vorwiderstand abraucht

Taj, dann machst du was falsch. Poste mal einen Schaltplan unter 
Beachtung der Bildformate.

MFG
Falk

Autor: Michael O. (mischu)
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Du könntest die B/H Kennlinie doch relativ einfach darstellen:
Nimm einen Sägezahngenerator (kleine Frequenz - quasi DC-Strom) und 
überlagere dem Signal einen Sinus niedriger Amplitude mit hoher 
Frequenz.

Dieses Signalgemisch gibst Du mit einem (Audio-) Verstärker DC-gekoppelt 
auf den Trafo und misst auf der Sekundärseite per Tiefpass nur noch den 
hochfrequenten Anteil.

Der Trafo wird bei niedriger DC-Magnetisierung den AC-Anteil quasi mit 
seinem vollen µr übertragen. Zu stärkerer DC-Magnetisierung nimmt µr ab 
bis auf 1 und die Sekundärspannung sinkt drastisch.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn man den Ringkern nicht selber Wickeln will, könnte man es mit einer 
fertigen Spule probieren. Bei Stromkompensierten Drosseln sollte das 
realtiv leicht gehen, wenn man die Windungen in Reihe Schaltet, also 
gerade nicht mit Stromkomensation. Das Material sollte gerade eines der 
oben erwähnten weichen Ferrite mit großem AL sein.

Das die Schaltung wohl nicht viel Strom liefern kann, wäre eine Spule 
mit hoher Induktivität richtig.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Justus,

> bei Erhöhung der Spannung bekomme ich einen zu hohen Strom.
Ja, das ist genau das, was Du haben willst. Sättigung bedeutet: 
Gleichbleibende Spannung, erhöhter Strom.

U ist proportional zu B
I ist proportional zu H

> Das verringern der Frequenz hat so gut wie gar keinen Einfluss
> und das vermindern der Wicklungen bedeutet doch das ich ein ein viel
> niedrigeres Feld einpräge und somit erst recht nicht in die Sättigung
> komme oder hab ich da einen grundlegenden Denkfehler drin ?
Ich denke ja - Du hast einen Gedankenfehler drin.

Ich gehe davon aus, daß Du eine Spannungsquelle (keine Stromquelle) 
verwendest. Dann gilt:
Das Magnetfeld ist umso größer, je kleiner die Windungszahl ist:
U = N dphi/dt
dphi/dt = U/N    geht gegen unendlich für N --> 0
Die entscheidende Größe für das B-Feld ist die sog. Windungsspannnung 
(Spannung pro Windung).

Bei einem eingeprägten Strom ist es genau umgekehrt.


Gruß,
  Michael

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Michael Lenz (hochbett)

>Das Magnetfeld ist umso größer, je kleiner die Windungszahl ist:
>U = N dphi/dt

Ja, genauer gesagt bei einer festen Frequenz/Amplitude und damit 
Spannungszeitfläche.

Denn weniger Windungen -> weniger Induktivität (Achtung, L ~ N^2!)
Dadurch steigt bei halber Windungszahl der Strom auf das 4fache bei 
gleicher Spannungszeitfläche.
Und damit hat man die doppelte Flussdichte (halbe Windungszahl x 4facher 
Strom = doppelte Durchflutung)!

Kann man auch leicht ausrechnen.

L = U*t / I

Sinnvollerweise sollte man das Ganze so auslegen, dass wenn z.B. der 
Funktionsgenerator max. 1A liefert, die Spule bei spätestens 500mA 
ordentlich in der Sättigung ist. Dann kann man noch sehen, wie der Strom 
auf 1A klettert. Allerdings ist dass dann fast "Milimeterarbeit", weil 
das SEHR fix geht, vor allem bei hochpermeablen Ringkernen (ur>>1000) 
mit ihrer sehr steilen B-H Kurve. Gemütlicher sind Ringkerne mit 
verteiltem Luftspalt, also eher moderatem ur, sagen wir mal so 100. Oder 
normale Trafos mit EI Kern oder so, die sind auch nicht ganz so steil in 
ihrer Kennlinie und haben einen sanften Übergang zur Sättigung.

MFG
Falk

Autor: Justuz Jonaz (justuz)
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Okay jetzt kommen wir dem ganzen doch schon ein bischen näher.

ich versuche das ganze übrigens mit einem Eisenpulver Kern T-225-2 von 
Amidon.
Im datenblatt ist allerdings keine Sättigungsmagnetisierung gegeben. 
lediglich

AL 120.000 microHenry/100Turns
Außendurchmesser 58mm
Innendurchmesser 35mm
höhe 1.3 cm
Fläche 1.508 cm^2
Volumen 21.96 cm^3

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Justuz Jonaz (justuz)

>AL 120.000 microHenry/100Turns

Sehr sinnvolle Angabe. Macht also 12uH/N^2

>Außendurchmesser 58mm
>Innendurchmesser 35mm
>höhe 1.3 cm
>Fläche 1.508 cm^2
>Volumen 21.96 cm^3

Es fehlt noch µr. Das ist laut Homepage 10. Ei recht niedriger Wert.

Wenn man dann noch grob weiss, dass die Eisenpulver bei ca. 0,5T in die 
Sättigung gehen, kann man über die einfache Formel zur Flussdichte

phi = µ0*µr*I * N / l die Windungszahl bis zur Sättigung bei gegebenen 
Strom ausrechnen. l ist dabei die mittlere Feldlinienlänge, hier einfach 
der mittlere Umfang des Ringkerns, sprich 290mm.

N = phi * l / (µ0  µr  I) = 0,5T * 0,29m / (4*Pi*10^-7  10  1A) = 
1153 Windungen.

Hoffe ich hab mich mit den Zahlen nicht verhauen ;-)

Bissel viel, ist aber logisch, der Kern hat eine sehr geringe 
Permiabilität, das ist fast ein Luftspule ;-)
Da ist auch nix mit scharfer Sättigungscharakteristik. Du brauchst dafür 
einen Kern mit µr von 1000 oder mehr, der hat dann KEINEN verteilten 
Luftspalt.

MFG
Falk

Autor: Michael O. (mischu)
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Michael Lenz schrieb:
>
> U ist proportional zu B
> I ist proportional zu H
>

Ähem, vielleicht habe ich nicht genau verstanden was Du meinst...

B = µ0 x µr x H
=> I ist proportional U

Am Widerstand ganz sicher, aber an einer Induktivität?

In der Sättigung ist I proportinal zu H. Allerdings "verringert" sich 
das effektive µr mit zunehmendem Strom. Anders ausgedrückt: Sind alle 
weiß'schen Bezirke im Kernmaterial ausgerichtet, nimmt die Flußdichte 
nur noch mit (µ0) und nicht mit (µ0 x µr) zu.

Autor: Uwe Nagel (ulegan)
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@Falk Brunner
bei der mittleren Länge hast du dich um Faktor 2 vertan.
PI*(35+58)/2=146.08
Ergibt somit nur halb soviele Windungen.
Wenn ich deine Formel nachrechne, erhalte ich allerdings den 10-fachen 
Wert.
Egal, den Kern würde ich weder mit 500 noch 5000 Windungen bewickeln 
wollen... Ist irgendwie nicht das Wahre für diesen Versuch.

Der AL-Wert beträgt 12nH/N^2 (nicht µH).
Und die Abmessungen stehen im Datenblatt auch anders:
Di=25,6mm
Da=57,2mm
H=14mm

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Uwe Nagel (ulegan)

>bei der mittleren Länge hast du dich um Faktor 2 vertan.
>PI*(35+58)/2=146.08
>Ergibt somit nur halb soviele Windungen.

Hmm, Mist Durchmesser und Radius und so 8-0

>Der AL-Wert beträgt 12nH/N^2 (nicht µH).

Nöö. 120.000 lese ich als einhundertzwanzigtausend Mikrohenry pro 100 
Windungen. Macht 120.000  100  100 = 12uH/N^2. Ich würde sagen das 
passt.

Ahhhhh, ich sehe es jetzt. Der OP hat mich verarscht! Auf der Homepage 
stehen nur 120 uH/100wdg.
Also doch 12 nH/N^2

Und das passt auch wunderbar mit der Theorie des Ringkerns überein.

http://de.wikipedia.org/wiki/Toroidspule

Eine Luftspule mit µr =1 hat bei der Abmessung ca. 1,3nH/N^2, ~Faktor 10 
weniger, eben weil µr des Ringkerns ~10 ist.

"Ich liebe es wenn ein Plan funktioniert!" ;-)

>Und die Abmessungen stehen im Datenblatt auch anders:
>Di=25,6mm
>Da=57,2mm
>H=14mm

Es gibt auf der Homepage zwei sehr ähnliche Typen.

T225 und T225A. Ändert aber an der Grundaussage nix.

MfG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@OP

Wenn man es sich leicht machen will, nimmt man einen KLEINEN, 
leistungsschwachen Trafo, z.B. den hier.

http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=1600;

Wenn man an dessen Sekundärspule mit einem Funktionsgenerator 12V 
anlegt, geht der nach ca. 20ms und bei vielleicht 100mA in die 
Sättigung. Was will man mehr?

MFG
Falk

P S Das hab ich schon einmal geschrieben, oder?

Autor: faustian (Gast)
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Nimm einen kleinen Ethernet-Uebertraeger, die Dinger hab ich schon mit 
ein paar zehn mA plattbekommen...

Autor: Johannes B. (qrp-wanderer)
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Für den Fall, dass jemanden die selbe Fragestellung interessiert und 
dann mit der Suche hier her kommt:

Die Sättigung kann man sehr einfach mit billigen Teilen demonstrieren.

zum Beispiel:
Netztrafo mit 4.5V Nennspannung UND 200mA Nennstrom.
Vorwiderstand 210 Ohm
Siemens Doppeldrossel, sogenannte stromkompensierte Drossel 2 x 47 mH

In Serie zusammen geschaltet ergibt
Anzeigen eff. ca.(sind ungenau wegen nicht sinusförmiger Belastung):
6.4V bei 33mA,
entspricht 48mA Spitzenstrom

Im Skop ist dann eine klassische Sättigungkurve zu sehen.

viel Erfolg,
Johannes

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Benedikt K. schrieb:

>> allerdings sind die
>> Materialien mittlerweile so gut das man die Kerne nicht in die Sättigung
>> treiben kann.
>
> Das bezweifle ich etwas.

Naja, bei einem Kern, bestehend aus Luft, wird das zumindest schwierig.
:-)

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