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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Übertrager Gleichanteil


Autor: Noob (Gast)
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Hallo,

ich habe eine ET-Grundlagen Frage:

Wird bei einem Übertrager bzw. Transformator der Gleichanteil einer 
Wechselspannung mit übertragen?

Beispiel:

primär: A * sin(wt) + A

sekundär: ü * (A * sin(wt) + A) ?

Thx für eure Hilfe

Autor: S. Matlok (smatlok)
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mathematisch/kurzzeitig:

Ja.

Aber es steigt durch den DC Spannungsanteil gleichzeitig der Strom in 
der Hauptinduktivität des Trafos bis das Kernmaterial sättigt und/oder 
der ohmsche Widerstand einen Strich durch die Rechnung macht. Daher im 
stationären Zustand:

nein.

Autor: Noob (Gast)
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Hallo smatlok,

danke für die schnelle Antwort.
D.h. im stationären Fall habe ich auf der Sekundärseite ü  A  sin(wt).
Problematisch wird´s aber für die Primärseite weil da dann der 
Gleichstrom A/R(Wicklung) fließt und das Eisen in die Sättigung kommt, 
oder?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Exakt.
Wobei das Signal am Ausgang eventuell etwas verzerrt sein wird, eben 
aufgrund des unsymmetrischen Stromes auf der Primärseite.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

beim Modell des "idealen Transformators" findet eine Übertragung aller 
Frequenzen (auch des Gleichanteils) statt.

Physikalisch wird der Gleichanteil jedoch nicht übertragen.

Die Angabe, der Gleichanteil werde "kurzzeitig" übertragen, ist nicht 
sinnvoll, da der Gleichanteil keine "kurzzeitige" Eigenschaft eines 
Signals ist.

Richtig ist, daß ein Transformator nur Änderungen der Spannung (oder des 
Stromes) übertragen kann.



Gruß,
  Michael

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Michael Lenz schrieb:
> Die Angabe, der Gleichanteil werde "kurzzeitig" übertragen, ist nicht
> sinnvoll, da der Gleichanteil keine "kurzzeitige" Eigenschaft eines
> Signals ist.
- sinnvoll oder nicht, es ist klar was gemeint ist. Ohne genaue 
Informationen über das Transformatormodell über welches diskutiert wird 
kann alles "sinnvoll" sein.

> Richtig ist, daß ein Transformator nur Änderungen der Spannung (oder des
> Stromes) übertragen kann.
Und wenn wir schon so genau werden:

In jedem Fall falsch!

Nach der Aussage "nur Änderungen" könnte der Transformator kein 
Rechtecksignal/-Strom/-Spannung übertragen (nur die Flanken) und das ist 
falsch. (und nicht "sinnvoll")

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Nach der Aussage "nur Änderungen" könnte der Transformator kein
>Rechtecksignal/-Strom/-Spannung übertragen (nur die Flanken) und das ist
>falsch. (und nicht "sinnvoll")

Doch. Da sich das "gewöhnliche" Rechteck auf (angelegte) Spannungen 
bezieht.

Der Trafo aber Anderungen des Stromes/Magnetfeldes "übertragt". Bei 
rechteckförmigem Spannungsverlauf entsteht ein dreieckförmiger 
Stromverlauf. Dieser induziert einen rechteckförmigen 
Spannungsverlauf...

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Matthias Lipinsky schrieb:
>>Nach der Aussage "nur Änderungen" könnte der Transformator kein
>>Rechtecksignal/-Strom/-Spannung übertragen (nur die Flanken) und das ist
>>falsch. (und nicht "sinnvoll")

> Doch. Da sich das "gewöhnliche" Rechteck auf (angelegte) Spannungen
> bezieht.

Also ich war zwar nie gut in Deutsch, aber ich lese da "Änderung der 
Spannung". Und somit ist diese Haarspalterdiskussion dank meines 
Gegenbeispiels für mich beendet, auch wenn du nun mit dreieckförmigen 
Strom anfängst :-)

>Der Trafo aber Anderungen des Stromes/Magnetfeldes "übertragt". Bei
>rechteckförmigem Spannungsverlauf entsteht ein dreieckförmiger
>Stromverlauf. Dieser induziert einen rechteckförmigen
>Spannungsverlauf...

Toll, Sonderfall unbelasteter Übertrager mit endlicher 
Hauptinduktivität. Diese Modellvorstellung beschreibt eher zwei 
hintereinander geschaltete ungekoppelte Spulen, aber weder das reale 
noch ideale Verhalten eines Transformators.

Grundlagen.

g8 Jungs

Autor: MaWin (Gast)
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> danke für die schnelle Antwort.

Dummerweise war sie falsch,
ob als absichtlcher Trollversuch, aus Versehen, oder als akademischer 
Witz sei dahingestellt.


Ein Übertrager überträgt keinen Gleichanteil, die Induktion ist niemals 
die Folge eines magnetisch konstanten Feldes, sondern benötigt immer 
eine Änderung des Magnetfeldes.

Das ist sowohl technisch als auch mathematisch korrekt,m denn ein 
'kurzzeitiger Gleichanteil' ist eben kein Gleichanteil.


Bei zu lange anwesendem Gleichanteil sättigt ein Kern.


Das ist jetzt ziemlich genau das Gegenteil von dem, was S. Matlok 
geschrieben hat, aber ziemlich genau das, was du selbst schon geahnt 
hast, also denk dir deinen Teil.

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Damn, und ich dachte ich kann pennen gehen ^^

MaWin schrieb:
>> danke für die schnelle Antwort.
>
> Dummerweise war sie falsch,
> ob als absichtlcher Trollversuch, aus Versehen, oder als akademischer
> Witz sei dahingestellt.

Witzbold

> Ein Übertrager überträgt keinen Gleichanteil, die Induktion ist niemals
> die Folge eines magnetisch konstanten Feldes, sondern benötigt immer
> eine Änderung des Magnetfeldes.

Eine konstante Spannung ruft eine konstenate Änderung es Magnetfeldes 
hervor (mathematisch). Es ist also nicht konstant.

Nochmal für MaWin:
Konstante Spannung = kostante Magnetfeldänderung = Induktion

> Das ist sowohl technisch als auch mathematisch korrekt,m denn ein
> 'kurzzeitiger Gleichanteil' ist eben kein Gleichanteil.

Richtig, da habt ihr recht. Tut mir so leid das ich mich nicht korrekt 
ausgedrückt habe. Ich bin sicher der ein- oder andere wird verstehen was 
ich meinte.

> Bei zu lange anwesendem Gleichanteil sättigt ein Kern.

Schön, hat aber nichts mit der Mathematik zu tun, nannte ich außerdem 
bereits.

> Das ist jetzt ziemlich genau das Gegenteil von dem, was S. Matlok
> geschrieben hat,

Es ist genau das was ich geschrieben hab.

> aber ziemlich genau das, was du selbst schon geahnt
> hast, also denk dir deinen Teil.

Er weiß was sache ist und wie es läuft.

Um weiter zu flamen:

Ein idealer mathematischer Übertrager sättigt nicht und hat keinen DC 
Widerstand. Er überträgt daher auch beliebig andauernde 
DC-Spannungsanteile. Setzt man noch zusätzlich die Haupinduktivität auf 
unendlich, so entsteht weder ein "Dreieckstrom" noch ein Blindstrom am 
Eingang.

Fazit:
Über was man auch immer diskutiert, man kann alles korrekt behaupten und 
verdrehen, solange man sich über unterschiedliche 
Dinge/Modelle/Randbedingungen/Idealisierungen unterhält.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Also, ein idealer Transformator besteht aus zwei Spulen verschiedener 
Windungszahlen, die einen gemeinsamen Magnetfluß umgreifen. Wird an die 
Primärspule eine Wechselspannung angelegt, bewirkt das eine Flußänderung 
und als Folge davon wird in der Sekundärspule eine Spannung induziert.

Die Erzeugung der Sekundärspannung ist also an die zeitliche Änderung 
des Magnetflusses gebunden. Du kannst zwar mit einem Gleichstrom in der 
Primärspule ein konstanten magnetischen Fluß erzeugen, aber in der 
Sekundärwicklung wirst du davon nichts spüren, weil nur die zeitliche 
Änderung des magnetischen Flusses eine Sekundärspannung induziert. 
Deswegen kannst du prinzipiell keine Gleichanteile übertragen.

"Kurzzeitiger Gleichanteil" ist mathematischer Unsinn. Im fourierschen 
Sinne dauert der Gleichanteil, die Grundschwingung und die 
Oberschwingungen unendlich lange. Sie sind schon immer da gewesen und 
werden immer da sein. In der Frequenzdomäne gibt es Begriffe wie 
"kurzzeitig" nicht.

>Eine konstante Spannung ruft eine konstenate Änderung es Magnetfeldes
>hervor (mathematisch). Es ist also nicht konstant.

Nein! Nur solange wie es braucht, das zugehörige Magnetfeld zu 
etablieren. Die Zeitkonstante hierfür ist L/R. Da ist gar nichts 
konstant. Und wenn der Vorgang abgeschlossen ist, fließt in der 
Primärspule ein Gleichstrom und ein konstanter magnetischer Fluß wird 
erzeugt, der aber keine Spannung in der Sekundärwicklung induzieren 
kann, also völlig wirkungslos verpufft.

Kai Klaas

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Toll, Sonderfall unbelasteter Übertrager mit endlicher
>Hauptinduktivität. Diese Modellvorstellung beschreibt eher zwei
>hintereinander geschaltete ungekoppelte Spulen, aber weder das reale
>noch ideale Verhalten eines Transformators.


Der Trafo kann auch belastet sein. Das Beispiel funktioniert genauso und 
beschreibt das reale und ideale Verhalten von zwei gekoppelten Spulen...

Autor: Noob (Gast)
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>Die Erzeugung der Sekundärspannung ist also an die zeitliche Änderung
>des Magnetflusses gebunden. Du kannst zwar mit einem Gleichstrom in der
>Primärspule ein konstanten magnetischen Fluß erzeugen, aber in der
>Sekundärwicklung wirst du davon nichts spüren, weil nur die zeitliche
>Änderung des magnetischen Flusses eine Sekundärspannung induziert.
>Deswegen kannst du prinzipiell keine Gleichanteile übertragen.

Genau so hab ich das noch aus dem Physikunterricht in Erinnerung ;-)

Die Wechselspannung A * sin(wt) + A hat einen Wertebereich von 0 bis A.
Im engeren Sinn findet hier ja eine permanente, zeitliche Änderung des 
Flusses von 0 auf X auf 0 statt, man kommt lediglich nicht in den 
negativen (Richtungsumkehr) Bereich.

Ich vermute mal, dass aufgrund des Strommittelwertes > 0 irgendwann alle 
Elementarmagnete umgeklappt sind und eine negative Induktion benötigt 
wird, um sie wieder in den Ausgangszustand zu bringen (ich erinnere mich 
da dunkel an Hysterese).

Jedenfalls danke für eure Antworten!

Autor: Udo S (Gast)
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Ist doch ganz einfach:
der Gleichanteil wird genau dann übertragen, wenn er sich schnell genug 
ändert :-)

Autor: Marvin (Gast)
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Gedankenexperiment:
Trafo (zwei Spulen) wird mit einer Gleichspannung und dem resultierenden 
Strom
zum Zeitpunkt 0 dauerhaft beaufschlagt (Prim.).
Fall 1: Die Ausgangsspannung wird beobachtet (Sek.)
Fall 2: Ausgang wird mit geeigneten Widerstand abgeschlossen und
es wird die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom beobachtet.(Sek.)

Autor: MaWin (Gast)
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> Trafo (zwei Spulen) wird mit einer Gleichspannung und dem resultierenden
> Strom zum Zeitpunkt 0 dauerhaft beaufschlagt (Prim.).

Was soll man aus dem Unsinn sinnvolles schlussfolgern ?

Wenn man einen Trafo mit einer Gleichspannung, also dauerhaft konstanten 
Spannung zwischen den beiden Primäranschlüssen, beaufschlagt, wird der 
Strom steigen und steigen und steigen, doch irgendwann ist Schluss, 
entweder weil der ohm'sche Widerstand des Spulendrahtes ihn begrenzt 
oder die Spannungsquelle in die Strombegernzung geht, ganz ohne dass man 
sich noch um die Sättigung des Kernmaterials Gedanken machen muss.

Autor: ... (Gast)
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> doch irgendwann ist Schluss, entweder weil der ohm'sche Widerstand des
> Spulendrahtes ihn begrenzt

Das wird erst passieren, wenn der Kern in der Sättigung ist. Davor hast 
du immer auch einen XL Anteil.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Das wird erst passieren, wenn der Kern in der Sättigung ist. Davor hast
>du immer auch einen XL Anteil.

Da ein idealer Transformator nur für die Übertragung von 
Wechselspannungen gedacht ist und funktioniert, wird auf die 
Primärwicklung eines idealen Übertrager immer nur Wechselspannung, 
niemals aber Gleichspannung gegeben. Da die Wicklung des idealen 
Übertragers keinen ohmschen Widerstand kennt, die ideale Spannungsquelle 
keinen Innenwiderstand und der Kern keine Sättigung, wäre das ja auch 
völlig unsinning.

Bei Wechselspannung ist das anders, da gibt es ja die 
Selbstinduktions-Spannung, die der von außen angelegten Spannung die 
Waage hält und keinen Strom durch die Primärwicklung fließen läßt. Das 
ändert sich erst, wenn die Sekundärwicklung belastet wird.

Beim idealen Trafo bestimmt die Eingangswechselspannung die 
Ausgangsspannung der Sekundärwicklung, aber der Ausgangsstrom der 
Sekundärwicklung die Stromaufnahme der Primärwicklung. Alles schön 
verknüft mit dem Wicklungsverhältnis der Primär- und Sekundärwicklung.

Bei einem realen Trafo kann man natürlich an die Primärwicklung eine 
Gleichspannung anlegen, was aber ziemlich dämlich wäre, denn wird der 
resultierende Gleichstrom nicht durch den Wicklungswiderstand der 
Primärwicklung oder den Innerwiderstand der Spannungsquelle begrenzt, 
fährt der Kern irgendwann in die Sättigung und kann kaum noch 
Wechelspannungen übertragen, weil der magnetische Fluß nicht mehr oder 
kaum noch moduliert werden kann. Oder aber die Primärwicklung raucht ab 
wegen thermischer Überlastung und das Experiment ist ohnehin zuende.

Kai Klaas

Autor: Udo S. (udo)
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> Autor: Udo S (Gast)
> Datum: 20.11.2009 13:35

> Ist doch ganz einfach:
> der Gleichanteil wird genau dann übertragen, wenn er sich schnell genug
> ändert :-)

Ich möchte hiermit Festellen, dass nicht ich diesen Beitrag geschrieben 
habe.

Gruß
Udo

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Ooops, sorry ich wusste nicht dass es hier schon einen angemeldeten Udo 
S gibt.
Aber die Aussage ist trotzdem richtig. Der Gleichanteil wird solange 
übertragen wie das Kernmaterial nicht in die Sättigung geht oder die 
Versorgung in die Strombegrenzung.

Deswegen wird ja auch ein Rechteck annähernd als Rechteck übertragen.

Wie einer der Vorredner gesagt hat:

>Physikalisch wird der Gleichanteil jedoch nicht übertragen.

>Die Angabe, der Gleichanteil werde "kurzzeitig" übertragen, ist nicht
>sinnvoll, da der Gleichanteil keine "kurzzeitige" Eigenschaft eines
>Signals ist.

Gruß Udo

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Der Gleichanteil wird solange übertragen wie das Kernmaterial nicht in
>die Sättigung geht oder die Versorgung in die Strombegrenzung.

Nein! Das ist kein Gleichanteil, sondern eine sich ändernde Größe. Der 
reine Gleichanteil wird nicht übertragen, weil er nicht übertragen 
werden kann. Begrfiffe wie "kurzzeitig" und "solange" machen 
mathematisch keinen Sinn, wenn von einem Gleichanteil die Rede ist.

Das ist wie bei einem Hochpaß aus Kondensator und Widerstand: Legst du 
an den Kondensator eine Gleichspannung, dann hast du zwar kurzzeitig am 
Widerstand einen Spannungspuls mit einem vermeindlichen Gleichanteil, 
solange sich der Kondensator auflädt. Mit "Gleichanteil" meint man aber 
einen resultierenden DC-Pegel, wenn man das auf einer unendlichen langen 
Zeitachse betrachtet. Und da geht diese kurzzeitge Störung gegen Null. 
Ein idealer Kondensator kann ebenso wenig wie ein Transformator 
irgendeinen einen Gleichanteil übertragen.

Kai Klaas

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Matlok,

>> Die Angabe, der Gleichanteil werde "kurzzeitig" übertragen, ist nicht
>> sinnvoll, da der Gleichanteil keine "kurzzeitige" Eigenschaft eines
>> Signals ist.
> - sinnvoll oder nicht, es ist klar was gemeint ist. Ohne genaue
> Informationen über das Transformatormodell über welches diskutiert wird
> kann alles "sinnvoll" sein.

es geht nicht um das Transformatormodell, sondern um den Begriff des 
"Gleichanteils". Der Begriff ist schon vergeben und hat mit "kurzzeitig" 
nichts gemein:

Bei der Fouriertransformation hat der Gleichanteil definitionsgemäß eine 
zeitliche Ausdehnung von t=-oo ..+oo; bei der Fourierreihe hat er eine 
zeitliche Ausdehnung der Länge T (Periodendauer der Grundfrequenz) und 
wiederholt sich dann periodisch mit T. Beides läuft darauf hinaus, daß 
der Gleichanteil "unendlich lang" ist.

Was Du meinst, ist wohl ein Rechtecksignal.

Ist u(t) ein primärseitig eingeprägtes rechteckförmiges Spannungssignal, 
so wächst bzw. fällt die Flußdichte linear entsprechend der zugehörigen 
Spannungszeitfläche:

Die Spannung ändert sich in dem von Dir betrachteten Zeitraum nicht, der 
Strom aber im allgemeinen schon. Bei Leerlauf, nichtvorhandener 
Vormagnetisierung und linearem Kern ist der Primärstrom proportional zur 
magnetischen Flußdichte.

Bei einem primärseitig eingeprägten (konstanten) Strom bleibt (sofern 
die Sekundärseite nicht etwas anderes macht) auch die Flußdichte 
konstant. Dann ändert sich tatsächlich nur an Flanken etwas.


Freundliche Grüße
Michael Lenz

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Kai Klaas,

ich will die Gelegenheit nutzen, um auf ein Mißverständnis hinzuweisen, 
das sich durch fast alle deutschsprachigen Lehrbücher zieht.

> Bei Wechselspannung ist das anders, da gibt es ja die
> Selbstinduktions-Spannung, die der von außen angelegten Spannung die
> Waage hält und keinen Strom durch die Primärwicklung fließen läßt. Das
> ändert sich erst, wenn die Sekundärwicklung belastet wird.

Es geht um die Selbstinduktionsspannung, von der so gerne behauptet 
wird, sie befinde sich "in der Spule" bzw. "in der Sekundärwicklung".

Tatsächlich ist es so, daß sich in einer Spule bei idealtypischer 
Betrachtung (R=0 des Spulendrahtes) auch bei Induktionsvorgängen keine 
Spannung aufbaut. Das Integral über das E-Feld im Spulendraht selbst ist 
gleich Null, während gleichzeitig zwischen den beiden Anschlußklemmen in 
der Luft ein E-Feld vorhanden ist.

Der Clou bei der Induktion besteht gerade darin, daß die primärseitig 
eingespeiste Spannung keine Gegenspannung im Sinne der Kirchhoffschen 
Maschenregel erzeugt, sondern zum Aufbau eines Magnetfeldes führt. Das 
siehst Du sehr deutlich, wenn Du die Kirchhoffsche Maschenregel dem 
Induktionsgesetz gegenüberstellst:

Kirchhoff sagt:

Das Induktionsgesetz sagt:

Die Aussage des Induktionsgesetzes sagt also, daß nicht jede Spannung 
einen Ausgleich erfährt, sondern daß bei einem Umlauf um eine Schleife 
"etwas übrigbleibt".

Wenn Du den Begriff "induzierte Spannung" im allgemein gebräuchlichen 
Sinne verwendest, also als Ringintegral

und Du dann mal genau schaust, wo diese Spannung lokalisiert ist, so 
wirst Du sehen, daß der wesentliche Anteil der induzierten (besser: 
induzierenden) Spannung von der primärseitigen Spannungsquelle kommt.

Hier habe ich die Diskussion schon einmal ausführlicher geführt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Elektromag...


Freundliche Grüße
Michael Lenz

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>Eine konstante Spannung ruft eine konstenate Änderung es Magnetfeldes
>hervor (mathematisch). Es ist also nicht konstant.

Versteht jemand die Logik dieses Satzes?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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STK500-Besitzer schrieb:
>>Eine konstante Spannung ruft eine konstenate Änderung es Magnetfeldes
>>hervor (mathematisch). Es ist also nicht konstant.
>
> Versteht jemand die Logik dieses Satzes?

Ja, ist doch klar:
Bei konstanter Spannung steigt der Strom linear an. Das Magnetfeld 
ändert sich entsprechend.
Genau das wird bei jedem Schaltnetzteil angewendet.

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Hallo wieder!

fast schon OT: Ich meinte mit "kurzzeitig" eigentlich den Gleichanteil 
eines Signals innerhalb eines abgeschlossenen Zeitintervalls. Korrekter 
wäre evtl "Mittelwert über einen endlichen Zeitraum" gewesen, was ich 
vereinfacht lapidar als "kurzzeitig DC" genannt hab.

Ich werde nun nicht auf alles eingehen was inzwischen geschrieben wurde, 
nur soviel:
Ich habe den Eindruck als hätten viele einen Transformator/Übertrager 
garnicht wirklich verstanden. Viele denken wohl es handelt sich einfach 
um zwei Spulen, zwischen denen die Energieübertragung über die 
gespeicherte Energie im Magnetfeld übertragen wird. Das ist aber einfach 
nicht richtig. Im Magnetfeld kann pro Periode eine sehr viel kleinere 
Energiemenge gespeichert werden, als tatsächlich übertragen wird! Es 
können auf der Primärseite und gleichzeitig Sekundärseite während des 
normalen Betriebs sehr hohe Ströme fließen während der Kern z.b. zu 
einem Zeitpunkt GARNICHT magnetisiert ist.

Daher sind Aussagen wie von  Michael Lenz
>"Bei Leerlauf, nichtvorhandener Vormagnetisierung und linearem Kern ist >der 
Primärstrom proportional zur magnetischen Flußdichte."

einfach falsch. Es stimmt einfach nicht. Nach dieser Aussage würde kein 
einziger Forward-Konverter funktionieren können. Denn der 
Magnetisierungsstrom/Energie ist praktisch nur die Differenz, zwischen 
den "scheinbaren Energieinhalten" 0.5L*i^2 aus Primär und Sekundärseite 
entsteht.

*Und jetz der Schock für alle, die es nicht verstanden haben:*
In einem idealen übertrager ist der magnetiche Fluss wärend der 
energieübertragung 0. Der Magnetische Fluss der primärseite wird zu 100% 
von der sekundärseite kompensiert, und trotzdem können beliebig hohe 
Energiemengen/ströme/spannungen übertragen werden.

*Und nun der Schock für alle Praktiker:*
In einem guten Transformator ist der magnetische Fluss nur von der 
Spannung und Frequenz der Primärseite abhängig, egal wieviel Energie 
übertragen wird.

*Und nun der Schock für alle "magnetischerflussändertsich-dadurch wird 
energieübertragen-Liebhaber"*
An einem Übertrager ist bei anliegendem Rechtecksignal der Stromfluss 
sie Summe aus dem 3-eckstrom zur Magnetisierung der Hauptinduktivität 
UND dem transformierten Sekundärstrom. Im Falle eines angeschlossenen 
niederohmischen Verbrauchers ist somit der Primärstrom (je nach 
Auslegung) nicht dreieckig, sondern Trapetzförmig bis hin zu Recheckig

*Und nun der Schock für alle die nun denken sie habens verstanden:*
Kommt noch Steuinduktivität und Widerstände etc dazu schaut das alles 
nochmal anders aus.

Für den Rest, der in der Lage ist ein einfaches TransformatorESB zu 
zeichnen, zu erklären und zu verstehen:

Meinen nicht an jeder ecke mathematisch korrekten Beitrag bitte 
ignorieren, Danke :-)

EDIT: Uiui, Rechtschreibung.. ich weiß ;-)

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>Ja, ist doch klar:
>Bei konstanter Spannung steigt der Strom linear an. Das Magnetfeld
>ändert sich entsprechend.
>Genau das wird bei jedem Schaltnetzteil angewendet.

Für mich nicht ganz:
Wenn eine konstante (Gleich-)Spannung anliegt, dann steigt der Strom im 
Einschaltmoment exponentiell an. Danach ist die Spule gesättigt.

Wie kann es zu einer konstanten Änderung kommen?
Das Atrribut widerspricht doch dem Substantiv (um es mit deutscher 
Grammatik auszudrücken).

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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STK500-Besitzer schrieb:

> Wenn eine konstante (Gleich-)Spannung anliegt, dann steigt der Strom im
> Einschaltmoment exponentiell an.

Nein. Erstmal steigt der Strom linear an wenn nichts anderes im Spiel 
ist (ein Kern, ein Widerstand usw.).

Ist ein Kern in der Spule, beginnt der Strom schneller anzusteigen 
sobald dieser in die Sättigung geht. Und wenn er komplett gesättigt ist, 
steigt der Strom wieder linear an, nur mit einer größeren Steigung.
Besitzt die Spule einen ohmschen Widerstand steigt der Strom mit einer 
e-Funktion an, also zunächst linear, mit steigendem Strom mit kleinerer 
Steigung, bis man irgendwann beim statischen Fall I=U/R angekommen ist.
Und wenn man eine Spule mit Kern und Widerstand hat, dann hat die Kurve 
noch mehr Knicke.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich meinte mit "kurzzeitig" eigentlich den Gleichanteil
> eines Signals innerhalb eines abgeschlossenen Zeitintervalls. Korrekter
> wäre evtl "Mittelwert über einen endlichen Zeitraum" gewesen

Nee, das ist Bla und Blubber um sich aus was rauszuwinden,
wo du definitiv die grundlegenden Grundlagen nicht verstanden hattest.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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> Wenn eine konstante (Gleich-)Spannung anliegt, dann steigt der Strom im
> Einschaltmoment exponentiell an.

Ja, aber das ist nicht die Folge des Gleichanteils, sondern eine 
Auswirkung der Einschaltflanke, wenn die Primärspule an die 
Gleichspannung angeschlossen wird.

Bei einem idealen Trafo ist es unsinnig eine ideale Gleichspannung 
anzuschließen, da der resultierende Gleichstrom durch nichts begrenzt 
wird. Es ist also müßig das Verhalten eines idealen Trafos bezüglich 
Gleichspannungen zu betrachten.

@Helmut
>> Bei Wechselspannung ist das anders, da gibt es ja die
>> Selbstinduktions-Spannung, die der von außen angelegten Spannung die
>> Waage hält und keinen Strom durch die Primärwicklung fließen läßt. Das
>> ändert sich erst, wenn die Sekundärwicklung belastet wird.
>
>Es geht um die Selbstinduktionsspannung, von der so gerne behauptet
>wird, sie befinde sich "in der Spule" bzw. "in der Sekundärwicklung".

Hier habe ich mich unglücklich ausgedrückt. Natürlich fließt im Leerlauf 
durch die Primärwicklung der Leerlaufstrom gemäß U = L x dI / dt. Da die 
Sekundärwicklung aber noch nicht belastet ist, fließt kein zusätzlicher 
Strom in der Primärwicklung.

Kai Klaas

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Matlok,

> Daher sind Aussagen wie von  Michael Lenz
>>"Bei Leerlauf, nichtvorhandener Vormagnetisierung und linearem Kern ist >der
> Primärstrom proportional zur magnetischen Flußdichte."
>
> einfach falsch. Es stimmt einfach nicht.
na vielleicht liest Du den Satz nochmal durch. Dein Einwand bezieht sich 
auf einen Betrieb mit Energieübetragung, ich spreche von Leerlauf.

> *Und jetz der Schock für alle, die es nicht verstanden haben:*
> In einem idealen übertrager ist der magnetiche Fluss wärend der
> energieübertragung 0. Der Magnetische Fluss der primärseite wird zu 100%
> von der sekundärseite kompensiert, und trotzdem können beliebig hohe
> Energiemengen/ströme/spannungen übertragen werden.
Die am stärksten idealisierten Transformatormodelle kommen tatsächlich 
ohne magnetische Größen aus. Ich glaube jedoch nicht, daß Du das meinst. 
Ich denke eher, Du verwechselst den magnetischen Fluß mit den in der 
Primär- und Sekundärseite vorhandenen Strömen.

Physikalische Realität ist, daß sich mit der Primärspannung entsprechend 
dem Induktionsgesetz stets ein magnetischer Fluß aufbaut. Das sagst Du 
selbst im nächsten Abschnitt und das ist natürlich auch während der 
Energieübertragung so.

Die Begriffe, die Du wahrscheinlich durcheinanderwirfst, sind der 
magnetischen Fluß und der Magnetisierungsstrom. Der Magnetisierungsstrom 
kann bei großer Hauptinduktivität tatsächlich beliebig klein werden.

Im Zusammenhang mit der Kompensation ist es so, daß sich der 
Sekundärstrom mit dem primären Zusatzstrom kompensieren, während der 
Magnetisierungsstrom bleibt.

> *Und nun der Schock für alle Praktiker:*
> In einem guten Transformator ist der magnetische Fluss nur von der
> Spannung und Frequenz der Primärseite abhängig, egal wieviel Energie
> übertragen wird.
Das ist richtig und wird tatsächlich häufig falsch wiedergegeben.

> *Und nun der Schock für alle "magnetischerflussändertsich-dadurch wird
> energieübertragen-Liebhaber"*
> An einem Übertrager ist bei anliegendem Rechtecksignal der Stromfluss
> sie Summe aus dem 3-eckstrom zur Magnetisierung der Hauptinduktivität
> UND dem transformierten Sekundärstrom. Im Falle eines angeschlossenen
> niederohmischen Verbrauchers ist somit der Primärstrom (je nach
> Auslegung) nicht dreieckig, sondern Trapetzförmig bis hin zu Recheckig
Ich verstehe nicht, was Du damit sagen willst.

Tatsächlich ist es so, daß der Energiefluß beim Transformator nicht im 
Kern stattfindet, sondern vielmehr entlang des Kerns in dem ihm 
umgebenden Medium (typischerweise Luft, Öl oder Kunststoff).

Der Poyntingvektor S=ExH beschreibt die zugehörige Energieflußdichte. Er 
kommt durch das E-Feld zustande, das mit den Flußänderungen im Kern 
verknüpft ist und sowie das H-Feld des Streuflusses.

Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo STK500,

>>Ja, ist doch klar:
>>Bei konstanter Spannung steigt der Strom linear an. Das Magnetfeld
>>ändert sich entsprechend.
>>Genau das wird bei jedem Schaltnetzteil angewendet.

> Für mich nicht ganz:
> Wenn eine konstante (Gleich-)Spannung anliegt, dann steigt der Strom im
> Einschaltmoment exponentiell an. Danach ist die Spule gesättigt.
Die Differentialgleichung lautet: u = L di/dt
Wenn Du u=konstant wählst, so ist di/dt eine Konstante. Der Strom steigt 
linear an.

Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Kai Klaas,

>>Es geht um die Selbstinduktionsspannung, von der so gerne behauptet
>>wird, sie befinde sich "in der Spule" bzw. "in der Sekundärwicklung".
>
> Hier habe ich mich unglücklich ausgedrückt. Natürlich fließt im Leerlauf
> durch die Primärwicklung der Leerlaufstrom gemäß U = L x dI / dt. Da die
> Sekundärwicklung aber noch nicht belastet ist, fließt kein zusätzlicher
> Strom in der Primärwicklung.

es ging mir nicht um Ströme, sondern vielmehr um die häufig 
anzutreffende Fehlvorstellung, daß sich in der Spule bei Induktion eine 
"Gegenspannung" aufbaut.

In Wirklichkeit baut sich in einer Spule nämlich keine Gegenspannung 
auf. Die grundlegende Eigenschaft der Induktion besteht vielmehr darin, 
daß das Spannungsgleichgewicht "verletzt" wird und sich (deshalb) ein 
Magnetfeld aufbauen kann.


Gruß,
  Michael

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Helmut,

>Die Differentialgleichung lautet: u = L di/dt
>Wenn Du u=konstant wählst, so ist di/dt eine Konstante. Der Strom steigt
>linear an.

Ja genau. Und weil der Strom bei einem idealen Trafo durch nichts 
begrenzt wird, ist es unsinnig an die Primärwicklung eine Gleichsannung 
anzulegen.

>es ging mir nicht um Ströme, sondern vielmehr um die häufig
>anzutreffende Fehlvorstellung, daß sich in der Spule bei Induktion eine
>"Gegenspannung" aufbaut.
>
>In Wirklichkeit baut sich in einer Spule nämlich keine Gegenspannung
>auf. Die grundlegende Eigenschaft der Induktion besteht vielmehr darin,
>daß das Spannungsgleichgewicht "verletzt" wird und sich (deshalb) ein
>Magnetfeld aufbauen kann.

Ja, ich erinnere mich an eine hitzige Debatte! Ich hoffe, ich habe dich 
damals nicht beleidigt?

Wie weit kommt man eigentlich, wenn man diese ganzen Begriffe wie 
"Gegeninduktionsspannung" vermeidet und einfach nur U = L x dI/dt 
anwendet, also das normale Rüstzeug eines Elektronikers? Hast du das mal 
eruiert?

Kai Klaas

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Kai Klaas,

>>Die Differentialgleichung lautet: u = L di/dt
>>Wenn Du u=konstant wählst, so ist di/dt eine Konstante. Der Strom steigt
>>linear an.
>
> Ja genau. Und weil der Strom bei einem idealen Trafo durch nichts
> begrenzt wird, ist es unsinnig an die Primärwicklung eine Gleichspannung
> anzulegen.
Tja, da wären wir uns dann einig, wie so ein Kurzschluß funktioniert :-)
Ich wollte bloß das Wort "exponentiell" nicht unwidersprochen 
stehenlassen.

> Ja, ich erinnere mich an eine hitzige Debatte! Ich hoffe, ich habe dich
> damals nicht beleidigt?
So genau erinnere ich mich nicht; ich wüßte aber nicht, daß mich jemand 
in diesem Zusammenhang beleidigt hätte. Die Vorstellungen sind 
allerdings sehr verkrustet. Erfreulicherweise will sich der jetzige 
Autor von Gerthsen-Physik (Prof. Meschede) auf ein Schreiben von mir in 
der der nächsten Buchausgabe dieses Themas annehmen.

> Wie weit kommt man eigentlich, wenn man diese ganzen Begriffe wie
> "Gegeninduktionsspannung" vermeidet und einfach nur U = L x dI/dt
> anwendet, also das normale Rüstzeug eines Elektronikers? Hast du das mal
> eruiert?

Klemmenverhalten
Die Gleichung U = L x dI/dt ist eine Gleichung, bei der es 
ausschließlich um das Klemmenverhalten der Induktivität geht. Der 
Begriff Klemmenverhalten bedeutet, daß
- U: die von außen meßbare Spannung ist und
- I: der von außen meßbare Strom ist.
Soweit Du Dich nur um Größen außerhalb der Spule kümmerst und ein 
linearer Spulenkern vorliegt, kommst Du damit sehr weit.

Grenzwertig wird die Nützlichkeit der Differentialgleichung, wenn Du mit 
nichtlinearen Kernen und Hysterese konfrontiert bist. Insbesondere die 
Hysterese läßt sich nicht ausschließlich über das Klemmenverhalten 
verstehen, da es ja auf den inneren Zustand des Magnetkernes ankommt.

Innenleben
Wenn Du die "Black box" (Spule oder Transformator) öffnest, so bringt 
Dir die Gleichung U = L x dI/dt nur noch einen Teil der notwendigen 
Information. Es ist ja so, daß die Gleichung U = Lx dI/dt eine 
Vermischung von Induktionsgesetz, Durchflutungssatz und den 
Materialgesetzen (vor allem Magnetkern und elektrischer Leiter) ist.

Das Problem ist, daß diese Gleichung nur eine einzige Gleichung ist. Zur 
Beschreibung der Physik und der zugehörigen Felder benötigst Du aber 
mehrere Gleichungen.

Die zahlreichen Mißverständnisse treten immer dann auf, wenn man die 
Modelle vermischt. Das Beispiel, das ich genannt habe, beruht auf einer 
Vermischung des Netzwerkmodells (das keine Magnetfelder kennt) mit einem 
physikalischen Modell (das Induktionsphänomene behandelt).


Gruß,
  Michael

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Michael

>Erfreulicherweise will sich der jetzige Autor von Gerthsen-Physik (Prof. 
>Meschede) auf ein Schreiben von mir in der der nächsten Buchausgabe
>dieses Themas annehmen.

Ich habe eine Ausführung des Gerthsen-Kneser-Vogel von 1982, da wird an 
den entscheidenden Stellen schon ganz schön herumgeeiert, das ist mir 
früher schon aufgefallen.

>Klemmenverhalten
>Die Gleichung U = L x dI/dt ist eine Gleichung, bei der es
>ausschließlich um das Klemmenverhalten der Induktivität geht. Der
>Begriff Klemmenverhalten bedeutet, daß
>- U: die von außen meßbare Spannung ist und
>- I: der von außen meßbare Strom ist.
>Soweit Du Dich nur um Größen außerhalb der Spule kümmerst und ein
>linearer Spulenkern vorliegt, kommst Du damit sehr weit.
>
>Grenzwertig wird die Nützlichkeit der Differentialgleichung, wenn Du mit
>nichtlinearen Kernen und Hysterese konfrontiert bist. Insbesondere die
>Hysterese läßt sich nicht ausschließlich über das Klemmenverhalten
>verstehen, da es ja auf den inneren Zustand des Magnetkernes ankommt.
>
>Innenleben
>Wenn Du die "Black box" (Spule oder Transformator) öffnest, so bringt
>Dir die Gleichung U = L x dI/dt nur noch einen Teil der notwendigen
>Information. Es ist ja so, daß die Gleichung U = Lx dI/dt eine
>Vermischung von Induktionsgesetz, Durchflutungssatz und den
>Materialgesetzen (vor allem Magnetkern und elektrischer Leiter) ist.
>
>Das Problem ist, daß diese Gleichung nur eine einzige Gleichung ist. Zur
>Beschreibung der Physik und der zugehörigen Felder benötigst Du aber
>mehrere Gleichungen.
>
>Die zahlreichen Mißverständnisse treten immer dann auf, wenn man die
>Modelle vermischt. Das Beispiel, das ich genannt habe, beruht auf einer
>Vermischung des Netzwerkmodells (das keine Magnetfelder kennt) mit einem
>physikalischen Modell (das Induktionsphänomene behandelt).

Danke für die ausführlichen Erläuterungen!

Kai Klaas

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