Hallo Dich Fragender,
> In der Theorie gibt es eine einfache Formel die Besagt:
>
> U1/N1 = U2/N2
>
> Danach müßte Sekundärseitig der Trafo also bei doppelter Primärspannung
> die doppelte Sekundärspannung liefern. (theoretisch)
>
> In der Realität wird man das so vermutlich nicht erleben.
>
> Ein Trafo ist baulich für einen Eingangsspannungsbereich und einen
> Ausgangsspannungsbereich konzipiert.
> Der Eisenkern ist so ausgelegt, dass der einen bestimmten magnetischen
> Fluß aufnehmen kann.
Die Kernsättigung, die Du ansprichst, hat vor allem einen Einfluß auf
die Stromtransformation. Die Spannungstransformation ist davon erst in
zweiter Linie betroffen.
Idealtypisch sieht es so aus, daß die Eingangsspannung entsprechend dem
Induktionsgesetz vollständig in eine Änderung des magnetischen Flusses
umgesetzt wird. Diese Flußänderung wiederum induziert im Primärkreis die
transformierte Spannung. (Der Strom spielt bei dieser idealtypischen
Betrachtung überhaupt keine Rolle, da er im Induktionsgesetz nicht
vorkommt.)
Das Hauptproblem bei der Sättigung besteht in erster Linie darin, daß
die Flußänderung in der Primärspule bei Sättigung nur durch einen sehr
großen Primärstrom aufrecht erhalten kann. Kann die Quelle die
Primärspannung aber erzeugen, so wird sie auch (weitgehend) richtig
transformiert.
Es gibt zwei Effekte, die dazu führen, daß nicht die gesamte
Eingangsspannung übertragen wird:
1. ein endlicher Widerstand der Wicklungen und
2. die Streuinduktivität der Primärwicklung
Die Effekte kannst Du Dir am Ersatzschaltbild des Trafos überlegen:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Transformator_Kettenschaltung.png&filetimestamp=20090801074936
Sättigung bedeutet, daß die Hauptinduktivität sinkt (Lh1 wird klein).
Dann fließt ein großer Primärstrom I1. Wird aufgrund der Sättigung der
Primärstrom sehr hoch, so fallen an der Streuinduktivität und am
ohmschen Widerstand große Spannungen ab. Diese Spannungen werden nicht
transformiert. Trotzdem sind die Abweichungen bei der
Spannungstransformation der Nebeneffekt, und die Abweichungen bei der
Stromtransformation der Haupteffekt. (Die parasitären Bauteile auf der
Sekundärseite spielen fast keine Rolle, da die Sekundärseite bei
Sättigung keinen erhöhten Strom aufweist.)
Wenn Du wissen willst, wieviel Eingangsspannung wirklich in
Flußänderungen umgesetzt werden, kannst Du einen dünnen Draht nehmen und
ihn zusammen mit der Primärwicklung als unbelastete Meßwicklung um den
Kern wickeln.
Jetzt kannst Du die
- Klemmenspannung an der Primärseite
- Spannung an der Meßwicklung
vergleichen. An dieser Messung siehst Du, wie effektiv die
Spannungstransformation ist.
> Ab einem gewissen Grad, ist es der Ausgangsspannung nicht mehr möglich
> anzusteigen. Obwohl die Primärspannung weiter hochgedreht wird.
Hast Du die Spannung wirklich einmal nachgemessen? Ich denke viel eher,
daß die Klemmenspannung in Wirklichkeit so gut wie gar nicht ansteigt,
wenn Du "am Rädchen" drehst, weil die Quelle den dafür notwendigen Strom
nicht aufbringen kann.
Welche Quelle verwendest Du? Etwa einen (handelsüblichen)
Signalgenerator mit 50 Ohm Innenwiderstand?
> Der Primärstrom steigt allerdings gewaltig an!
> (Z-Dioden Verhalten)
Das ist der typische Sättigungseffekt. Durch die Sättigung erreicht der
Kern näherungsweise ein µr --> 1.
> Nun meine Frage.
> Das langsame hochdrehen der Eingangsspannung hat gezeigt, das der Reale
> Bestimte Trafo ausgangsseitig max. ca.30% der nominalen Ausgangsspannung
> liefert, wenn die Eingangsspannung rücksichtsloß hochgedreht wird.
> Dannach wird die Ausgangsspannung begrenzt und der Strom steigt an.
> (Eisen ist vermutlich in Sättigung und kann nicht mehr Feldlinien
> aufnehmen.)
Du bist hier einem häufigen Irrtum aufgesessen, der auch in Schulen und
Universitäten wirr gelehrt wird.
- Die induzierte Spannung und der Fluß stehen in einem Zusammenhang, der
materialunabhängig ist. Die Klemmenspannung ist fast genauso groß wie
die induzierte Spannung.
- Die Flußdichte und der Strom stehen jedoch in einem Zusammenhang, der
sehr wohl materalabhängig ist.
> Wie sieht es aus, wenn die Eingangsspannung schlagartig um den Faktor 2
> des nominalen Eingangswertes erhöht wird?
Es geht nicht um Kurzzeitigkeit, sondern darum, daß Du eingangsseitig
drei verschiedene Spannungen vorhanden sind:
a) der Nominalspannung des Signalgenerators ("vor" dem Innenwiderstand)
b) der Klemmenspannung und
c) der induzierten Spannung
Die Nominalspannung wird um den Spannungsabfall am Innenwiderstand der
Signalquelle verringert. Daraus ergibt sich die Klemmenspannung. Diese
wird reduziert um den ohmschen Spannungsabfall an den Wicklungen und der
primären Streuinduktivität und ergibt die induzierte Spannung.
Gruß,
Michael
